【正文】 energy magazine．2009，7(3)：22～33.12 于靜，車俊鐵，張吉月．太陽能發(fā)電技術(shù)綜述．世界科技研究與發(fā)展．2008，30（1）：56～5913 王長江．基于MATLAB的光伏電池通用數(shù)學(xué)模型．電力科學(xué)與工程．2009，25（4）：111414 孟昭淵．光伏發(fā)電對(duì)蓄電池的基本要求及理想儲(chǔ)能方法．陽光能源．2011，（3）：60～6415 普平貴．太陽能路燈系統(tǒng)中蓄電池的優(yōu)化設(shè)計(jì)與管理．太陽能．2011，（15）：44～4616 陳維，沈輝，鄧幼?。柲芄夥鼞?yīng)用中的儲(chǔ)能系統(tǒng)研究．蓄電池．2006，（1）：21～2717 朱虹，劉廷章，王建．基于太陽能發(fā)電的LED照明控制技術(shù)．工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置．2008，（1）：82～8418 李甫元． LED燈．電氣時(shí)代．2004，（10）：128～12919 劉宏，張曉晶．高亮度白光LED直流照明燈的研究．節(jié)能與環(huán)保．2005，（8）：5～720 陳維，沈輝，王東海等．太陽能半導(dǎo)體照明驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究．照明工程學(xué)報(bào)．2005，（3）：7～1021 王雅芳．大功率LED照明電路特性與驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)．電子與封裝．2009，9（4）：20～2422 楊曉光，寇臣銳，汪友華．太陽能LＥD照明路燈充電器的研制．太陽能學(xué)報(bào)．2010，31（1）：67～7123 胡寅．太陽能發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)方案設(shè)計(jì)．上海建設(shè)科技．2009，（1）：12～1524 王志勇，夏國明，江洪等．智能小區(qū)太陽能路燈的設(shè)計(jì)．電氣應(yīng)用．2011，30（6）：32～3525 龔炳林，張國華．一種實(shí)用的太陽能照明燈自動(dòng)控制電路．農(nóng)村電工．2011，（1）：3526 公茂法，賈斌，公政．基于TL431的太陽能LED路燈控制器設(shè)計(jì)．電子技術(shù)應(yīng)用．2011，37（6）：65～6727 鄭穎楠．電源技術(shù)．24～2828 孟昭淵．太陽能電池在照明燈具上的應(yīng)用_上．光源與照明．2003，（4）：21～2429 VIOREL B．Dynamic model ofa plex system including PV cens．electric bakery,electrical motor and water pump．Energy．2003，28(12)：1165118130 Abdreas Jossen，Juergen Garche，Dirk Uwe Sauer．Opera2 tion conditions of batteries in PV applications．Solarenergy．2004，76：759～769致謝四年的大學(xué)生活接近尾聲，回首來時(shí)路，我深感自己收獲頗多。充電控制流程如圖62所示。系統(tǒng)等待狀態(tài)是指：太陽能既不滿足對(duì)蓄電池的充電條件，也沒有到照明設(shè)定時(shí)間，此時(shí)蓄電池只對(duì)控制系統(tǒng)供電。首先完成系統(tǒng)初始化，包括對(duì)內(nèi)部資源模塊寄存器和對(duì)有關(guān)標(biāo)志位的初始設(shè)置。充放電電路閉環(huán)都采用PI調(diào)節(jié)，參數(shù)由仿真試湊得到。其電路組成如圖56所示。取1mH。它的電感器同時(shí)起著濾波和升壓的雙重作用。由于太陽能電池的最大功率點(diǎn)電壓高于蓄電池的充電電壓，為達(dá)到提高太陽能電池的利用率的目的，充電電路采用了基于BuckBoost型的DCDC降升壓電路的MPPT控制技術(shù)，同時(shí)DCDC變換器的引入還可以對(duì)蓄電池的充電方式加以控制，實(shí)現(xiàn)恒壓充電以及浮充的充電方法，提高蓄電池的充電速度，并延長蓄電池的使用壽命。120％=217 (42)算得的值為89W，選用12V，100W的單晶硅太陽電池。第4章 系統(tǒng)的參數(shù)及總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)計(jì)算 LED燈的參數(shù)計(jì)算根據(jù)路燈照明的要求，本文選用了3W的大功率LED燈7盞串聯(lián)，每盞燈的額定電流為700mA。固定電壓法優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，缺點(diǎn)在十精度不足。但是系統(tǒng)必須引入擾動(dòng)，尋優(yōu)的最后結(jié)果是系統(tǒng)在最大功率點(diǎn)附近的很小范圍內(nèi)來回振蕩，造成能量損失，降低太陽電池效率。從上面可以看出恒電壓法實(shí)際上是把最大功率點(diǎn)跟蹤簡(jiǎn)化為恒電壓跟蹤。當(dāng)蓄電池端電壓上升到轉(zhuǎn)換門限電壓Uc后, 充電電路轉(zhuǎn)為恒電壓充電，恒電壓充電期間，充電電流會(huì)繼續(xù)減小，直到小于某一閾值，就認(rèn)為充滿，然后采用浮充方式對(duì)蓄電池采取實(shí)時(shí)的補(bǔ)償[22]。 PWM充電法PWM調(diào)制充電方式首先對(duì)電池充電一段時(shí)問，然后讓電池停止充電一段時(shí)間，如此循環(huán)往復(fù)。三階段充電就是恒壓充電致電流降至某一閾值后，再以恒微電流充電。在充電末期只有很小的電流通過，這樣充電過程中就不必調(diào)整電流。第3章 蓄電池充電方式分析 常用充電方法比較 在獨(dú)立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，鉛酸蓄電池的充電控制方對(duì)系統(tǒng)性能有至關(guān)重要的影響。太陽能的電池板端電壓與外界光照條件有很大的關(guān)系，因?yàn)橐惶熘泄庹諒?qiáng)度時(shí)不斷變化，所以太陽能電池板的端電壓也是不斷變化的:早晨和傍晚電池板的端電壓低，中午左右端電壓最高。圖28 電阻限流驅(qū)動(dòng)方式 圖29 恒流源驅(qū)動(dòng)方式比較兩種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，第二種方式更適合于太陽能半導(dǎo)體照明。LED的光通量隨著流過LED的電流增加而增加，但卻不成正比，越到后來光通量增加得越少。（3）PWM 方式使用控制電路實(shí)現(xiàn)起來也比較容易 白光LED燈的驅(qū)動(dòng)方式白光LED的驅(qū)動(dòng)方式由它的工作特性決定，其工作特性為[21]：（1）LED是單向?qū)щ娖骷捎谶@個(gè)特點(diǎn)，要用直流電流或者單向脈沖電流給LED供電。（3）單芯片型中在紫外LED 芯片里涂敷紅、綠、藍(lán)三基色熒光粉，熒光粉被紫外光激發(fā)產(chǎn)生白光。半導(dǎo)體PN 結(jié)發(fā)光實(shí)質(zhì)為固體發(fā)光，而各種固體發(fā)光都是固體內(nèi)不同能量狀態(tài)的電子躍遷的結(jié)果。（2）節(jié)能 LED具有電壓低、電流小、亮度高的特性，～1W。（5）除了大型的太陽能電站有專門的放置蓄電池的房間，能做到比較好的維護(hù)，其他的小型太陽能光伏系統(tǒng)比如太陽能路燈、太陽能草坪燈等蓄電池工作環(huán)境比較惡劣，夏季高溫和冬季低溫工作也是如此。有資料顯示，對(duì)于鉛鈣合金板柵蓄電池正常工作溫度每提高8 ℃，蓄電池浮充壽命減少一半。同時(shí)在過充電時(shí)正極活性物質(zhì)會(huì)遭氣體的沖擊，將使活性物質(zhì)脫落，此外正極板柵合金也會(huì)遭到嚴(yán)重的陽極氧化而腐蝕，因此電池過充電會(huì)使蓄電池壽命減小。（3）小電流放電 蓄電池的放電電流越大，電流在電極上分布越不均勻，電流優(yōu)先分布在離主體電解液最近的表面上，從而在離電極最外的表面優(yōu)先生成。其具體原因分析如下[16]：（1）放電深度 放電深度即使用過程中放電到何種程度開始充電，在蓄電池循環(huán)使用時(shí)其壽命主要決定于放電深度。整個(gè)過程將引起蓄電池電動(dòng)勢(shì)的下降。同時(shí)，負(fù)極板上的和正極板在外加電場(chǎng)的作用下輸送來的電子結(jié)合而還原成Pb；電解質(zhì)溶液的H+與結(jié)合，生成。在小型的太陽能草坪燈和便攜式太陽能供電系統(tǒng)使用鎳鎘或鎳氫蓄電池情況比較多，鋰電池由于成本以及對(duì)充放電控制要求較高的原因，目前在太陽能光伏系統(tǒng)中應(yīng)用還很少。（4）充電放電循環(huán)次數(shù)多 充電放電循環(huán)次數(shù)多，實(shí)際上的表現(xiàn)為使用壽命長，這是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。蓄電池作為整個(gè)太陽能路燈系統(tǒng)的儲(chǔ)備能源，它是整個(gè)太陽能路燈系統(tǒng)的關(guān)鍵部分之一。（2）遠(yuǎn)小于二極管正向?qū)娮瑁约僭O(shè)。量子點(diǎn)，又稱納米晶、“人造原子”，是準(zhǔn)零維的納米材料，由少量原子組成，其粒徑一般介于1～10μm。高效多結(jié)電池的這種結(jié)構(gòu)，可使光電轉(zhuǎn)換率達(dá)到40﹪。但是由于它存在著晶粒界面和晶格錯(cuò)位的明顯缺陷，造成多晶硅電池光電轉(zhuǎn)換率一直無法突破20﹪的關(guān)口， 低于單晶硅電池。純硅含有極少量的諸如硼和磷之類的元素。太陽電池是利用半導(dǎo)體內(nèi)部的光電效應(yīng)，當(dāng)太陽光照射到一種稱為“PN 結(jié)”的半導(dǎo)體上時(shí)，波長極短的光很容易被半導(dǎo)體內(nèi)部吸收，并去碰撞硅原子中的“價(jià)電子”使“價(jià)電子”獲得能量變成自由電子而逸出晶格，從而產(chǎn)生電子流動(dòng)[9]。[7] 太陽能電池太陽能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光能通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件，它是光伏發(fā)電系統(tǒng)的最基本組成單元，是整個(gè)系統(tǒng)的能量源泉。第三代控制器是具有兩路調(diào)節(jié)功率的控制器，現(xiàn)已被廣泛推廣，在夜間行人稀少時(shí)段可以自動(dòng)關(guān)閉一路或兩路照明，節(jié)約用電，還可以針對(duì)LED燈進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。薄膜電池對(duì)弱光的轉(zhuǎn)化率十分高，即使在陰天照樣能夠發(fā)電。 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀 光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀 光伏電池是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中基本核心部件，它的大規(guī)模應(yīng)用需要解決兩大難題：一是提高光電轉(zhuǎn)換效率；二是降低生產(chǎn)成本。因此，開發(fā)利用可再生的綠色能源以逐步減少和替代化石能源，保護(hù)好人類賴以生存的地球環(huán)境與生態(tài)，已經(jīng)成為一個(gè)引起世界各國普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題，對(duì)各種可再生綠色能源發(fā)電技術(shù)的研究正在迅速發(fā)展。根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作方式，設(shè)計(jì)了包括充放電管理與保護(hù)和LED 的驅(qū)動(dòng)控制。還根據(jù)太陽能電池的理論模型和數(shù)學(xué)模型應(yīng)用MATLAB/SIMULINK 工具對(duì)太陽能電池進(jìn)行建模和仿真，并對(duì)輸出特性進(jìn)行了仿真研究 。在目前所研究的替代能源中，太陽能以其取之不盡、用之不竭且無任何污染的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成為國際上公認(rèn)的理想替代能源[2]。以硅片為基礎(chǔ)的第一代光伏電池，其技術(shù)雖已經(jīng)發(fā)展成熟，但成本一直高居不下。其技術(shù)正在成為太陽能電池主流技術(shù)，與晶體硅太陽能電池技術(shù)并駕齊驅(qū)。并具有對(duì)蓄電池等組件的保護(hù)功能，像具有涓流充電模式的控制器就可以很好的保護(hù)蓄電池，增加蓄電池的壽命。太陽能電池作為有潛力的可再生能源，多年來其產(chǎn)量一直以每年10﹪到25﹪的增長率在增加，目前主要應(yīng)用領(lǐng)域包括航空航天、軍事以及民用消費(fèi)品等[8]。其具體過程為[10]：平衡態(tài)時(shí)PN結(jié)處存在著由N區(qū)指向P區(qū)的勢(shì)壘電場(chǎng)。這些元素分別形成空穴型半導(dǎo)體和電子型半導(dǎo)體，而這兩種半導(dǎo)體一旦接觸將會(huì)產(chǎn)生內(nèi)置電場(chǎng)。多晶硅太陽能電池的實(shí)驗(yàn)室以往的最高轉(zhuǎn)換效率為18﹪，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為10﹪。但因第三價(jià)和第五價(jià)元素的材料生產(chǎn)成本居高不下，所以高效多結(jié)電池的應(yīng)用范圍受到較大限制。預(yù)期采用納米技術(shù)的這種材料，在21 世紀(jì)有著極大的應(yīng)用前景。基于以上假設(shè)，光伏電池IV方程簡(jiǎn)化為： (22) (23) (24)當(dāng)日照強(qiáng)度和電池溫度均有變化時(shí)，重新計(jì)算，然后求出，即可得新的IV特性： (25) (26) (27) (28) (29)式中 ——任意的環(huán)境溫度； K——太陽能電池陣列溫度系數(shù)，℃㎡/Ｗ； T——光伏電池板溫度； S——光照強(qiáng)度； ——實(shí)際日照強(qiáng)度與參考日照強(qiáng)度的差值； ——實(shí)際電池溫度與參考電池溫度的差值； ——日照強(qiáng)度S下太陽能電池的開路電壓； ——日照強(qiáng)度為S和電池溫度為T時(shí)太陽能電池的短路電流； ——照強(qiáng)度為S和電池溫度為T時(shí)太陽能電池的最大功率點(diǎn)電流； ——日照強(qiáng)度為S和電池溫度為T時(shí)太陽能電池的最大功率點(diǎn)電壓；a，b，c為常值，其典型值為：a=℃，b=，c=℃以上為光伏電池的工程用數(shù)學(xué)模型。 光伏發(fā)電對(duì)蓄電池的基本要求（1）高瓦時(shí)效率 由于太陽電池發(fā)電成本比較高，所以蓄電池的充電、放電效率，是太陽能光伏發(fā)電儲(chǔ)能蓄電池最重要、最基本的技術(shù)指標(biāo)，但是又是被絕大多數(shù)蓄電池生產(chǎn)企業(yè)所忽視的技術(shù)指標(biāo)。當(dāng)然，這里還涉及放電深度問題、使用環(huán)境溫度問題、充放電倍率問題；單體電池串聯(lián)、并聯(lián)的平衡問題等；它們雖然重要，但是目前還不是最重要的問題，許多企業(yè)僅僅在上面某個(gè)指標(biāo)上有所突破，就標(biāo)稱太陽能光伏蓄電池，是極其不妥的。鑒于鉛酸蓄電池容量大、價(jià)格低、自放電率低、結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長、基本免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)選用鉛酸蓄電池作為儲(chǔ)能元件。從上述分析可知，充電過程總的化學(xué)反應(yīng)為： (212)從上式可知，隨著允電的進(jìn)行，正極板上的逐漸變成Pb。在氧化還原的反應(yīng)中，正負(fù)極板上的活性物質(zhì)及都不斷地變成硫酸鉛。因?yàn)樾铍姵卣龢O活性物質(zhì)本身互相結(jié)合不牢，放電時(shí)生成，充電時(shí)又恢復(fù)為而， 倍，因此放電時(shí)活性物質(zhì)體積會(huì)發(fā)生膨脹，這樣在充放電過程中體積將反復(fù)發(fā)生收縮和膨脹，使粒子逐漸松弛，變得易于從板柵上脫落。而的體積比和Pb大，于是放電產(chǎn)物堵塞多孔電極的空口，電解液則不能充分供應(yīng)電極內(nèi)部的需要，造成電極內(nèi)部物質(zhì)不能得到充分利用，因而大電流放電時(shí)會(huì)降低蓄電池的放電容量。對(duì)于閥控密封鉛酸蓄電池過充電情況會(huì)更糟，氣壓過高可能發(fā)生爆炸或使蓄電池槽開裂。低的工作溫度也會(huì)對(duì)蓄電池的壽命有影響，低溫( 5 ℃)會(huì)引起負(fù)極失效，溫度波動(dòng)會(huì)加速枝晶短路等等低溫時(shí)充電，則會(huì)造成氫氣產(chǎn)生，增大內(nèi)部壓力，縮短電池壽命。[16] 白光LED燈 LED燈的簡(jiǎn)介LED是英文Light Emitting Diode的縮寫，中譯名為發(fā)光二極管。一個(gè)10～12W的LED光源發(fā)出的光能與一個(gè)35～50W白熾燈發(fā)出的光能相當(dāng)。半導(dǎo)體材料的發(fā)光機(jī)理決定了單一LED 芯片不可能發(fā)出連續(xù)光譜的白光，必須以其它的方式合成白光。低氣壓熒光燈中利用2537nm 的紫外光激發(fā)熒光粉，但LED中要求三基色熒光粉在更低能量紫外激發(fā)下有較高的發(fā)光效率。（2）LED是一個(gè)具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，具有勢(shì)壘電勢(shì)，這就形成了導(dǎo)通門限電壓，加在LED上的電壓值超過這個(gè)門限電壓時(shí)LED才會(huì)充分導(dǎo)通。因此，應(yīng)該使LED在一個(gè)發(fā)光效率比較高的電流值下工作。電阻限流驅(qū)動(dòng)方式雖然電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，然而使用在太陽能半導(dǎo)體照明中有它的明顯不足。考慮到蓄電池的成本比較大，而且過充電、過放電都會(huì)大大縮短鉛酸蓄電池的壽命，所以控制器對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)主要是過充過放保護(hù)，同時(shí)具有過流、短路、防反接保護(hù)。充電控制方法的優(yōu)劣不僅影響到鉛酸蓄電池的荷電量的大小，同時(shí)也關(guān)系到鉛酸蓄電池的使用壽命。相對(duì)恒流充電來說，此法的允電電流自動(dòng)減少，所以充電