【正文】 1 15R1 2+C31uFD41N 58 2 2蓄電池P 13五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 第 4 章 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電 LED 路燈控制 器 軟件設(shè)計(jì) LED路燈調(diào)光主要由 PWM控制，現(xiàn)在就對(duì) A/D轉(zhuǎn)換的子程序、 PWM輸出子程序以及控制主程序 的主要設(shè)計(jì)方法 一一介紹 。 進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，建議先對(duì) A/D初始化，流程圖如圖 42所示。設(shè)計(jì)流程圖如圖 44所示。 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 參考文獻(xiàn) [1] Development of bifacial PVcells for new applications of atplate modules, , , , , Solar Energy Materials amp。 感謝給予我?guī)椭拿恳粋€(gè)人，正是他們幫助我學(xué)會(huì)了很多專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能，在人生路途上給了我許多寶貴的人生饋贈(zèng)，是我順利地完成了學(xué)業(yè)以及學(xué)士論文的寫(xiě)作。 PWM的輸出通過(guò)帶 10位 A/D轉(zhuǎn)換以及 PWM輸出的 51 系列單片機(jī)STC12C5A60S2實(shí)現(xiàn)， A/D轉(zhuǎn)換的輸入端，通過(guò)對(duì)光敏電阻兩端電壓的實(shí)時(shí)采樣，決定是否輸出一定占空比的 PWM， PWM輸出口，該端口的輸出內(nèi)置圖騰驅(qū)動(dòng)，因此一般不需要考慮驅(qū)動(dòng)能力的問(wèn)題。其時(shí)鐘源基于 Fosc（本設(shè)計(jì) 中 晶振選擇的頻率），由 于 PWM是 8 位A/D 轉(zhuǎn)換子程序 口為 A/D轉(zhuǎn)換輸入通道 設(shè)置 A/D轉(zhuǎn)換速度 4 個(gè)空操作來(lái)延時(shí) 存放結(jié)果清零 啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換 A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束？ N Y A/D 轉(zhuǎn)換關(guān)閉 返回 高 8位的結(jié)果 A/D初始化子程序 口設(shè)置 為A/D 轉(zhuǎn)換 清除寄存器以前存放的結(jié)果 打開(kāi) A/D 轉(zhuǎn)換通道 結(jié)果的存放 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 的，所以 有： PWM的頻率 =PWM時(shí)鐘源輸入 /256。 流程圖如 圖 41所示。 圖 311 LED 驅(qū)動(dòng)電路 本章著重對(duì)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，大致上分為三部分來(lái)完成。 （ 1） 極少的外部元器件 （ 2） 很寬的輸入電壓范圍：從 8V到 30V （ 3） 最大輸出 （ 4） 復(fù)用 DIM引腳進(jìn)行 LED開(kāi)關(guān)、模擬調(diào)光和 PWM調(diào)光 （ 5） 5%的輸出電流精度 （ 6） LED開(kāi)路自然保護(hù) （ 7） 高達(dá) 97%的效率 （ 8） 輸出可調(diào)的恒流控制方法 （ 9） 增強(qiáng)散熱能力的 ESOP8封裝可用于大功率驅(qū)動(dòng) 根據(jù)驅(qū)動(dòng)芯片 PT4115的基本信息設(shè)計(jì)的 LED驅(qū)動(dòng)電路如圖 311所示。 圖 39 電壓采樣電路 當(dāng)選用的 LED為大功率（對(duì)于 LED來(lái)講大于 1W稱為大功率）時(shí)，選用專(zhuān)門(mén)的 LED驅(qū)動(dòng)芯片能 達(dá)到 比較好的效率。 TL431允許通過(guò)的最大電流是 100mA。 圖 35 TL431 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 根據(jù)欠壓保護(hù)的要求，設(shè)定好欠壓保護(hù)的動(dòng)作閾值 VTH。若 蓄電池 放電，則當(dāng) 蓄電池 電壓再次低于所設(shè)定的下限時(shí)，電路才再次翻轉(zhuǎn)為充電狀態(tài)。 Pin 8（ V +） 這是 555定 時(shí)器 IC的正電源電壓端。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約 200 mA 。只需添加有限的外圍元器件，就可以極其方便地構(gòu)成許多實(shí)用的電子電路。 （ 4） 輸出端電容 COUT 使用 1μF~470μF之間的低 ESR的鉭電容。 （ 3） GND— 電路地 ； （ 4） FEEDBACK— 反饋端 ； （ 5） ON——/OFF— 控制端 ， 高電平有效 ， 待機(jī)靜態(tài)電流僅為 50181。10%誤差。 LED路燈控制部分選用的單片機(jī)是 帶 10位 A/D轉(zhuǎn)換以及 PWM輸出的 STC12C5A60S2， LED驅(qū)動(dòng)電路由帶 PWM調(diào)光功能的驅(qū)動(dòng)芯片 PT4115組成。由于 LED路燈的平均耗電量為 10W為了計(jì) 算方便，可采用下述簡(jiǎn)易方式進(jìn)行估算。 用電負(fù)荷的特征及設(shè)備日用電計(jì)算 發(fā)電系統(tǒng)是為滿足用戶的用電要求而設(shè)計(jì)的。 h的鉛酸蓄電池作為儲(chǔ)能 設(shè)備 ，根據(jù)市面上所提供的蓄電池種類(lèi)，只需一個(gè)蓄電池就足以滿足要求。 CB =A 1Q 1N 0T / C (22) 式中 A 為安全系數(shù)，取 ~； 1Q 為日耗電量，即工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù)； 0T 為溫度系數(shù)， 0℃以上為 1， 10℃以上取 ， 10℃以下取 ； C 為放電深度，一般鉛酸蓄電池 取 。對(duì)于日負(fù)載穩(wěn)定且要求不高的場(chǎng)合，日放電周期深度可限制在蓄電池 所剩容量占額定電容的 80%。 （ 1） 太陽(yáng)能電池組件和風(fēng)力發(fā)電機(jī)只有在日照輻射和風(fēng)速大于風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)風(fēng)速時(shí)才能進(jìn)行光 /電和風(fēng) /電轉(zhuǎn)換。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM進(jìn)行編碼。 目前，針對(duì)光度控制方面，主要的兩種解決方案為線性調(diào)節(jié) LED的電流（模擬調(diào)光）或在肉眼無(wú)法察覺(jué)的高頻下，讓驅(qū)動(dòng)電流從 0到目標(biāo)電流值之間來(lái)回切換（數(shù)字調(diào)光）。由于 風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)中一般是無(wú)配電設(shè)備的，為了更方便地管理蓄電池的充電，選用限流的充電方法可以減少電能的損失，從而提高能源的利用率。 （ 3） 階段等流充電法 綜合恒流和恒壓充電法的特點(diǎn)，蓄電池在充電初期用較大的電流，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間改用較小的電流，至充電后期改用更小的電流，即不同階段內(nèi)以不同的電流進(jìn)行恒流充電的方法，叫做階段恒流充電法。 （ 2） 恒定電壓充電法 在充電過(guò)程中，充電電壓始終保持不變，叫做恒定電壓充電法， 簡(jiǎn)稱恒壓充電法或等壓充電法。蓄電池充電和放電狀況的好壞，將直接影響到蓄電池的電性能及使用壽命。 蓄電池通常是指鉛酸蓄電池，它是電池中的一種，屬于 二次電池 。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理比較簡(jiǎn)單，風(fēng)輪在風(fēng)力的作用下 旋轉(zhuǎn)，它把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為風(fēng)輪的機(jī)械能。 （ 3） 增量電導(dǎo)法 電導(dǎo)增量法也是最大功率跟蹤的常用方法。其實(shí)， MPPT的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上是一個(gè)動(dòng)態(tài)自尋優(yōu)過(guò)程，通過(guò)對(duì)陣列當(dāng)前輸出電壓與電流的檢測(cè)，得到當(dāng)前陣列輸出 功率，再與已被存儲(chǔ)的前一時(shí)刻陣列功率相比較，舍小存大，再檢測(cè)，再 比較，如此不停地周而復(fù)始，便可使陣列太陽(yáng)能電池伏安特性曲線0510152025303540450 5 10 15 20 25U/VI/mA五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 動(dòng)態(tài)地工作在最大功率點(diǎn)上。 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第 2 章 系統(tǒng)方案論證 方案的比較與論證 風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板構(gòu)成風(fēng) 電、光 電發(fā)電部分，發(fā)電部分輸出的電能通過(guò)充電控制器與直流中心完成給蓄電池自動(dòng)充電的工作 ，蓄電池儲(chǔ)存的電能為負(fù)載供電。但風(fēng)電和光電分別在無(wú)風(fēng)和陰雨氣候條件下無(wú)法保證電能的連續(xù)供應(yīng)，對(duì)于無(wú)電網(wǎng)的邊遠(yuǎn)而言，單獨(dú)使用風(fēng)電或光電配備相當(dāng)大的儲(chǔ)能設(shè)備。hybrid2本身是一個(gè)很 出色的軟件 ， 它對(duì)一個(gè)風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)進(jìn)行非常精確的模擬運(yùn)行 ， 根據(jù)輸入的混合發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、負(fù)載特性以及安裝地點(diǎn)的風(fēng)速、 太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)獲得 1年 8760 h的模擬運(yùn)行結(jié)果?？稍偕Y源主要包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、 潮汐 能等等。五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 離網(wǎng)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)是一種嶄新的能源技術(shù)，隨著其技術(shù)的不斷成熟，涉及的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛 。為此，利用可再生資源來(lái)滿足人類(lèi) 對(duì) 能源使用 的需求已受到世界各國(guó)的普遍重視 。 Colorado State University和 National Renewable Energy Laboratory（ 美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室 ） 合作開(kāi)發(fā)了 hybrid2應(yīng)用軟件。 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 本文主要研究的內(nèi)容 風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電是 取之不盡，用之不竭的可再生能源，風(fēng)力發(fā)電（風(fēng)電）和太陽(yáng)能發(fā)電（光電）系統(tǒng)在我國(guó)已得到初步的應(yīng)用，這兩種發(fā)電方式各有其優(yōu)點(diǎn)。其中 風(fēng)光發(fā)電部分采用集成 IC芯片 LM2567ADJ來(lái)穩(wěn)定電壓的輸出，蓄電池的充電管理由 NE555通過(guò)滯回比較來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓限流充電， 最后 采用帶 10位 A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī) STC12C5A60S2來(lái)控制 LED的亮度。最大功率跟蹤 （ MPPT）的目的是將 PV組件的最大直流電能及時(shí)的盡可能地提供給負(fù)載，通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載阻抗大小的方式來(lái) 達(dá)到最大功率輸出是很難實(shí)現(xiàn)的。還有一種基于占空比的擾動(dòng)觀察：光伏陣列和負(fù)載間一般采用 PWM變換器進(jìn)行能量流動(dòng)與轉(zhuǎn)換，在此種結(jié)構(gòu)中采用占空比為控制變量 。 在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中 ， 目前 已采用的發(fā)電機(jī)有三種，即直流發(fā)電機(jī)、同步交流發(fā)電機(jī)和異步交流發(fā)電機(jī)。 蓄電池的選用 及充電控制 所謂蓄電池即是貯存化學(xué)能量，與必要時(shí)放出電能的一種電氣化學(xué)設(shè)備。放電的目的是及時(shí)地檢驗(yàn)蓄電池容量參數(shù)，及促進(jìn)電極活性物質(zhì)的活化反應(yīng)。所以，這種充電方法很少采用。所 以這種充電方法一般只適用于無(wú)配電設(shè)備或充電設(shè)備較簡(jiǎn)陋的特殊場(chǎng)合。 本課題使用的是恒壓限流的充電方法完成對(duì)蓄電池的充電。第三種， 分組調(diào)控 ， 將多顆 LED分組，用簡(jiǎn)單的分組器調(diào)控。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開(kāi)的時(shí)候。離網(wǎng)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)必須配備蓄 電池才能工作，基于如下原因。 （ 2） 蓄電池每天放電量。設(shè)計(jì)中蓄電池容量的基本公式為 CB =24( 1P 1N )/( bK V ) 1P (21) 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 式中 1P 為日平均耗電量； 1N 為自給天數(shù) ； bK 為安全系數(shù)； V 為工作電壓。于是選定 容量 為 W發(fā)電系統(tǒng)中各部分容量配置應(yīng)考慮的幾方面因素。影響太陽(yáng)能電池組件發(fā)電能力的因素很多，如五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 溫度、日照強(qiáng)度、陰影、晶體結(jié)構(gòu)以及負(fù)載阻抗等。 綜合上面的討論， 根據(jù) 的計(jì)算 中關(guān)于蓄電池及供電負(fù)載的匹配的第（ 3） 點(diǎn)可知，太陽(yáng)能電池組、風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電峰值電流和 Im? ，即 Im? 576mA。蓄電池充電電路主要是由 NE555組成的“滯回比較器”。4%誤差，以及振蕩器頻率的 177。 （ 2） OUTPUT— 穩(wěn)壓輸出端 ， 輸出高電壓為（ VIN－ VSAT） ， 輸出低電壓為 。LM2576ADJ既可工作于連續(xù)型也可非連續(xù)型，流過(guò)電感的電流若是連續(xù)的為連續(xù)型，電感電流在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)降到零為非連續(xù)型。 555定時(shí)器是一種兼容模擬和數(shù)字電路于同一硅片的混合中規(guī)模集成電路。周期的結(jié)束輸出回到 0V左右的低電位。 Pin 7（ 放電 ） 這個(gè)接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng) Pin 3輸出 高電平時(shí)為 低電平 ，對(duì)地為低阻抗 ； 當(dāng) Pin 3輸出為 低電平 時(shí)為 高電平， 對(duì)地為高阻抗。此時(shí)， NE555的 Pin 3腳輸出低電平，三極管 S8050截止，繼電器釋放 (與 LED203連接 )，電源經(jīng) 電阻 R203和 LED203向電瓶提供微弱的補(bǔ)充電流 ，此時(shí) LED203發(fā)亮 。 TL431的 代表性框圖如圖 35所示。當(dāng)電源電壓低于 ， R2上分得的電壓 VR2小于 ，電壓比較器的輸出端為低電平，輸出晶體管截止，繼電器 K1線圈的電流驟減，不足以維持其吸合，所以觸點(diǎn)斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了欠壓保護(hù)。根據(jù)光敏電阻的特性，當(dāng)無(wú)光照時(shí)，光敏電阻R2的阻值很大， VR2上分得的電壓接近 5V，此時(shí)單片機(jī) 的 4腳 應(yīng)輸出一定占空比的 PWM，LED路燈發(fā)亮 ；當(dāng)光敏電阻受到一定光照的時(shí)候，光敏電阻 R2的阻值變得很小， VR2上分得的電壓很小，應(yīng)低于預(yù)先設(shè)計(jì)的電壓值，此時(shí)單片機(jī) 的 4腳 應(yīng)輸出 占空比為 0的 PWM，LED燈不亮 。 PT4115 具有以下的 特點(diǎn) 。如果想 減少輸出電流紋波，最有效的方法五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 即在 LED的兩端并聯(lián)一個(gè)電容 。 通過(guò)比較 adresult_A與 Vsun值的大小來(lái)最終決定 PWM的輸出占空比，從而控制 LED燈的亮度。對(duì)于 PWM的輸出頻率 選擇有 8種，如表 41所示。 第三部分為 LED路燈的控制， LED的調(diào)光功能由驅(qū)動(dòng)芯片 PT4115實(shí)現(xiàn)，采用 PWM技術(shù)，效率高達(dá) 97% 。 感謝我的室友等許多同窗好友在學(xué)習(xí)上、生活上無(wú)微不至的關(guān)懷和照顧，是他們讓我在學(xué)習(xí)階段的學(xué)習(xí)生活更加精彩，再次感謝他們。 Solar Cells, 2021, 75(1): 557~566 [2] 劉仁生，曾祖勤，林偉 .城市用戶太陽(yáng)能系統(tǒng)分析，第八屆全國(guó)光伏會(huì)議論文集 .中國(guó)輕工業(yè)雜志社 ,2021,5:685~691 [3] The Yuma Proving Ground 900k VA Photovoltaic Power Station, Roch Duccey, Presented at the 26 th IEEE Photovolatic Specialist Conference, 1997, 10 [4] 沈輝，曾祖勤 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