【正文】 AT89S51 單片機(jī)不能直接接收模擬信號(hào)，內(nèi)部也沒(méi)有 AD轉(zhuǎn)換模塊，因此，采集獲取的電壓需要通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換方可送入單片機(jī)。 由于本系統(tǒng)的功率是 300W，為小功率范疇，經(jīng)過(guò) BUCK 電路后輸出的功率變?yōu)? WPP ino 240300%80 ???? ? 占空比為 ??? inOUUD 于是可得臨界電感值 mHDfPUL sooc )1(2 2 ??? 若要滿(mǎn)足連續(xù)工作的要求，條件為 02 LL II ?? 所以應(yīng)該讓該狀態(tài)下的電感值高于臨界狀態(tài)下的值，即 CIL? 。 器件是否能夠安全可靠的起到作用，選擇 MOSFET 的電壓、電流額定值是至關(guān)重要的。尤其要注意的是，使用外部時(shí)鐘時(shí)， 19 腳（ X1）與大地相連， 18 腳（ XTAL2）引到外部時(shí)鐘信號(hào)上。 下表為 LED 光源與普通日光燈的比較 表 33 LED光源與普通日光燈的比較 光源 類(lèi)型 光源光效 （ lm/W） 電源效率 （ %） 光照效率 （ %） 燈具效率 （ %） 實(shí)際效率 普通日光燈 % % % LED 燈具 % % % 可見(jiàn)， LED 燈具的實(shí)際效率是普通日光燈 3 倍以上。雖然堿性鎳蓄電池具有良好的低溫、過(guò)沖、過(guò)放特性，但因?yàn)槠溥^(guò)高的價(jià)格， 僅在一些特殊環(huán)境下使用。因此要求蓄電池儲(chǔ) 存的電能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于用電負(fù)載所需的電能。 以天津?yàn)槔? 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池功率計(jì)算過(guò)程如下： 串聯(lián)數(shù) )(/)(/ ????????? DCCDfDCRs UUUUUUN 8 0 0 0 0/7 7 2 1 1 ??????? ZOPOCP CHKIQ 9 0 0152412/ ?????? NKQB Lcb )(Ah 并聯(lián)數(shù) 502412/25/ ????? hVWNVPQ LL )(Ah 15)305 0 2 9/()50309 0 0()/()( ??????? WPLWcbP NNBN 15138 ?????? PSo NNPP )(W 根據(jù)計(jì)算結(jié)果該地區(qū)太陽(yáng)能電池方陣功率為 570W。要是串聯(lián)的太陽(yáng)能電池過(guò)少，串聯(lián)電壓比蓄電池浮充電壓低，組件就無(wú)法給蓄電池充電。如何實(shí)現(xiàn)提高轉(zhuǎn)換率以及改善穩(wěn)定性成為非晶硅薄膜光伏電池的重要課題。 下面簡(jiǎn)單介紹一下上述三種電池的特點(diǎn)： （ 1）單晶硅電池：與其他兩類(lèi)相比，該類(lèi)電池光電轉(zhuǎn)換效率最高，通常為 20%左右。 單個(gè)太陽(yáng)能電池即一個(gè)薄片半導(dǎo)體 PN結(jié)。其電路的優(yōu)點(diǎn)為：輸入、輸出均 無(wú)脈動(dòng)，基本上是平滑的，只是在 DC 成份基礎(chǔ)上增加一個(gè)較小的開(kāi)關(guān)紋波；而且，電壓變比可在 0 至無(wú)窮大之間改變；變換器開(kāi)關(guān)元件 IGBT 的發(fā)射極接地，驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成簡(jiǎn)易。 升降壓式變換器 V 關(guān)斷 VD 導(dǎo)通 V 導(dǎo)通 VD 關(guān)斷 ont oft t t ii V T RCEVDLViuoouLi 1 i 2i L 圖 29 升降壓式電路 升降壓式變換電路電路圖如圖 所示，分析電路我們可以分析得到其基本原理為：當(dāng)開(kāi)關(guān)元件 V 接通時(shí)，電源 E可以為電感 L 供電，使之儲(chǔ)存能量，這個(gè)時(shí)候電路電流為 i1，電感 L兩端的電壓為 EuL? ；當(dāng) V 關(guān)斷時(shí)，電源 E不再為電路供電，但是此時(shí)電感 L中儲(chǔ)存的能量向負(fù)載 R釋放。它的優(yōu)勢(shì)為電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)性能好。該電壓的均值由可調(diào)寬度的脈沖構(gòu)成，脈沖的平均值就是 DC 輸出電壓。伴著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，恒壓跟蹤法將會(huì)逐步被取代。 最大功率點(diǎn)跟蹤的算法 最大功率點(diǎn)跟蹤的關(guān)鍵問(wèn)題 是研究跟蹤的算法，目前應(yīng)用較廣泛的幾種為：恒①壓跟蹤法、②擾動(dòng)觀察法、③電導(dǎo)增量法等。 由光伏電池的簡(jiǎn)化電路可知：當(dāng) 0R = iR 時(shí)， 0R 和 iR 兩端的電 壓均是電壓 U的一半，此時(shí) 0P 取得最大值。在環(huán)境溫度以及太陽(yáng)光輻射強(qiáng)度不變的情況下，光伏電池的工作電壓是變化的，然而只有輸出電壓是一個(gè)恰當(dāng)?shù)闹禃r(shí)，光伏電池才可以輸出最大功率， 這時(shí)太陽(yáng)能光伏電池的工作點(diǎn)即是最大功率點(diǎn) (Maximum Power Point)。第二次跳躍是在 2020 年以后，主要是受到世界大環(huán)境的影響、涉外項(xiàng)目 /市政項(xiàng)目的啟動(dòng)和市場(chǎng)的帶動(dòng)；如： 2020 年由我國(guó)法改委承擔(dān)實(shí)施的“光明工程”的輸電到鄉(xiāng)和隨后的送電到農(nóng)村工程都采用了太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)。 鑒于太陽(yáng)能光伏發(fā)電有很多優(yōu)勢(shì)，其研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)和市場(chǎng)開(kāi)拓已經(jīng)成為目前全球各國(guó)，尤其是世界發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)的主要熱點(diǎn)。據(jù)此預(yù)見(jiàn)，太陽(yáng)能發(fā)電在全球的未來(lái)發(fā)展中勢(shì)必會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、不斷增加的人口數(shù)以及人們生活質(zhì)量的不斷改善，將來(lái)全球能源消耗數(shù)目將繼續(xù)增長(zhǎng)，地球上可用的化石能源必將會(huì)被消耗殆盡。 本設(shè)計(jì)采用單片機(jī) AT89S51 作為系統(tǒng)的主控制單元，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制電路的設(shè)計(jì)。開(kāi)發(fā)利用可再生能源和各種綠色能源以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是人類(lèi)必須采取的措施。停車(chē)場(chǎng)也逐漸的朝地下空間發(fā)展。 本系統(tǒng)智能化的完成了以太陽(yáng)能發(fā)電、 LED 為燈具的照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。 面對(duì)以上情況，如何讓可持續(xù)發(fā)展 成為現(xiàn)實(shí)，探索開(kāi)發(fā)能夠再利用的能源以及其他綠色新能源便成為了人類(lèi)亟待解決的問(wèn)題。 1980 年后，即便處于全球經(jīng)濟(jì)衰退和低潮的時(shí)候，光伏發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)也始終保持著以百分之十到百分之十五的逐步增加發(fā)展速度。美國(guó)和日本為奪取世界光伏發(fā)電市場(chǎng)的首要地位，紛紛制定實(shí)施了太陽(yáng)能技術(shù)的研發(fā) 計(jì)劃，比如，到 2020 年，美國(guó)計(jì)劃將會(huì)總安裝 109 W (其中包括了百萬(wàn)屋頂計(jì)劃 )；日本計(jì)劃將會(huì)總安裝 5 109 瓦 (日本新陽(yáng)光計(jì)劃 )、德國(guó)計(jì)劃累計(jì)安裝 ，歐盟計(jì)劃累計(jì)安裝3GW，澳大利亞計(jì)劃累計(jì)安裝 ，中國(guó)、印度等發(fā)展中國(guó)家計(jì)劃安裝 ~2GW[1]。預(yù)計(jì)在 2020 后的十幾年中，太陽(yáng)能光伏電池的市場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生巨大的變革， 2020 年前中國(guó)太陽(yáng)電池基本上是應(yīng)用于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。目前，通常采用 DC/DC 變換實(shí)現(xiàn)， DC/DC 變換的形式主要有升壓式（ Boost）、降壓式（ BUCK）、升降壓式 (BUCKBoost)、庫(kù)克式（ CUK）四種。 圖 22 最大功率跟蹤示意圖 光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤的示意圖如上圖 22所示。于是我們可以認(rèn)為，恒壓跟蹤法就是把某個(gè)特定輸出電壓的垂直線(xiàn)近似看成最大功率線(xiàn)，讓光伏電池輸出一個(gè)特定的電壓，便可以找到最大功率點(diǎn)。 這種方法的優(yōu)勢(shì)在于原理簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)；不足之處是當(dāng)光照強(qiáng)度改變很快時(shí)，容易造成誤判，導(dǎo)致工作點(diǎn)更加遠(yuǎn)離最大功率點(diǎn) ，控制無(wú)效。正弦型是因?yàn)樵诜€(wěn)態(tài)運(yùn)行中，這種開(kāi)關(guān)變換器功率開(kāi)關(guān)器件中的電流（電壓）波形本質(zhì)上是正弦波。當(dāng) V關(guān)斷時(shí)，電感電流 i1 減小，放出能量，因?yàn)殡姼须娏鞑豢梢酝蛔儯銜?huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)左邊是負(fù)極右邊為正極，二極管被迫導(dǎo)通，并和電源一起通過(guò)二極管為負(fù)載供電，與此同時(shí)對(duì)電容 C充電，這時(shí)存在 u1=E－ u0，根據(jù)能量守恒得： o ffon tIEUtEI 101 )( ?? 整理得： EEtTEt ttUof fof fof fon ?10 ???? ( 10 ??? ) (2 5) 因?yàn)?Ttoff?? ，輸出電壓大于電源電壓，因此該變換器又被稱(chēng)作升壓斬波電路，其又被叫做 Boost 變換器。 當(dāng) IGBT 元件 V 導(dǎo)通時(shí)， EuL? ；而當(dāng)它關(guān)斷時(shí)， 0uuL ?? ，可得： 0)( 0 ??? offon tUEt 因此，輸出電壓可表示為： offonttU?0 onontTtE ?? EE ????1 ( 10 ??? ) BuckBoost 變換器兼?zhèn)淞?BUCK、 Boost 變換器的一些特點(diǎn)，不但可升高電壓還可以降低電壓，它的特點(diǎn)是：①電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；②電壓變比可以從 0變化到∞，即不僅可以升高電壓還可以降低電壓。由單個(gè)單晶片形成的太陽(yáng)能電池為單體，由若干太陽(yáng)能電池單體組合而成的結(jié)構(gòu)為太陽(yáng)能模塊，而由若干太陽(yáng)能模塊組合的大型裝置被命名成太陽(yáng)能電池陣列。 光伏電池在不同時(shí)間、不同區(qū)域、不同安裝條件下的輸出功率有所差異，即使是同一塊光伏電池，輸出功率也是隨機(jī)的。 （ 2）多晶硅電池：多晶硅薄膜光伏電池生產(chǎn)時(shí)所消耗的硅相比單晶硅要少很多，沒(méi)有效率衰退等問(wèn)題，不僅如此，其制造在廉價(jià)襯底材料上以成為可能。 太陽(yáng)能電池的容量的計(jì)算 太陽(yáng)能電池功率一般要是負(fù)載功率的 4倍以上，系統(tǒng)才能正常工作。 計(jì)算方法如下： DCCDfDCRs UUUUUUN /)(/ ???? 參數(shù)介紹如下： UR 代表方陣的最小輸出電壓； UDC 代表方陣的 最佳工作電壓； Uf代表儲(chǔ)能設(shè)備（蓄電池）浮充電壓； UD 代表通過(guò)二極管的電壓降，通常選用 7/10V； UC代表另外要素造成的電壓降。蓄 電池的特征直接影 響太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的工作效率、可靠性和成本。 此外，太陽(yáng)能蓄電池應(yīng)該適用于不同的環(huán)境要求，如高溫，高海拔，低溫等不同環(huán)境下都能正常使用 。在不同的時(shí)間內(nèi)，光伏方陣發(fā)電量有很大差別，方陣的發(fā)電量不能滿(mǎn)足用電需要的時(shí)候，蓄電池釋放電能以便及時(shí)補(bǔ)足；在用電量的時(shí)候不足時(shí)，需用蓄電池把多余的電能儲(chǔ)存起來(lái)以備使用，所以要確定蓄電池容量需要參考方陣的發(fā)電量不足和過(guò)剩值。 吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 2020屆 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖 光 伏 電 池D C / D CM P P TA T 8 9 S 5 1充 放 電 控 制 電 路 L E D 燈蓄 電 池采 樣 電 路切 換 電 路市 電 供 電 電 路圖 41 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖 控制模塊的電路設(shè)計(jì) 電源電路的設(shè)計(jì) 由于單片機(jī) AT89S5 AD 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 需要 +5 電壓供電，本設(shè)計(jì)電源電路采用LM7805 集成 穩(wěn)壓 器作為穩(wěn)壓器件， 220V 電源整流 濾波 后送入 LM7805 穩(wěn)壓，在輸出端接一個(gè) 470μ F和 F 電容 作進(jìn)一步濾除紋波，便可以獲得 5V電壓，而且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16IN T 012IN T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 1