【正文】 過(guò)程中析氣量小，允電時(shí)問(wèn)短。 智能充電法．MAS(馬斯)研究提出的蓄電池快速充電的一些基本規(guī)律為基礎(chǔ)。充電脈沖使蓄電池充滿電量，而在問(wèn)歇期，蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣和氫氣又有時(shí)間重新化合而被吸收掉，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的充電能夠更加順利地進(jìn)行，使蓄電池可以吸收更多的電量。該充電方法既提高了太陽(yáng)能電池利用率，保證了充電速度，又避免了充電后期電流過(guò)大對(duì)蓄電池造成的損害，減少了析氣，提高了充電效率。 圖32 不同日照強(qiáng)度下最大功率點(diǎn)的變化情況恒電壓法具有控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定性好，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，較之不帶CVT的直接藕合要有利得多。其次，難以選擇合適的變化步長(zhǎng)，步長(zhǎng)過(guò)小，跟蹤的速度緩慢，光伏陣列可能長(zhǎng)時(shí)問(wèn)工作于低功率輸出區(qū)，步長(zhǎng)過(guò)大，在最大功率點(diǎn)附近的震蕩又加大。擾動(dòng)觀察法與增量電導(dǎo)法其算法過(guò)程較復(fù)雜，精度相對(duì)較高，但增量電導(dǎo)法的實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的要求相對(duì)較高，其要求傳感器的精度比較高、系統(tǒng)各個(gè)部分響應(yīng)速度比較快。 蓄電池的參數(shù)計(jì)算蓄電池的容量由以下條件確定：（1）LED燈功率 本文選用的LED燈額定功率為21W。它的其他參數(shù)為：，最大功率100W，工作溫度40℃至85℃。而放電電路則采用Boost型升壓電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的恒流驅(qū)動(dòng)。其電路組成如圖52所示。電容C計(jì)算公式為： (55)式中 γ——輸出紋波系數(shù)。開(kāi)關(guān)閉合狀態(tài)和斷開(kāi)狀態(tài)的等效電路如圖5圖58所示。 信號(hào)采集電路（1）電壓采集電路 本系統(tǒng)需要采集太陽(yáng)能電池和蓄電池的端電壓，采集電路使用電阻分壓電路，阻值的選擇由被采電壓范圍及AD轉(zhuǎn)換芯片的參考電壓決定，電容C起濾波作用。在白天，周期性的采集太陽(yáng)能電池和蓄電池的端電壓，系統(tǒng)根據(jù)不同的電壓組合狀態(tài)進(jìn)入不同的控制流程。系統(tǒng)總體控制如下圖所示。 放電控制程序在LED工作的時(shí)候，需要實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池的電壓，以免蓄電池過(guò)放電。在畢業(yè)論文即將完成之際，謹(jǐn)向在此期間指導(dǎo)和幫助過(guò)我的老師、同學(xué)及朋友致以最崇高的敬意和深深的感謝！首先，要感謝***老師，閆老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、廣博的理論知識(shí)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、踏實(shí)的工作作風(fēng)充分體現(xiàn)了師者風(fēng)范，從論文的選題到論文的撰寫(xiě)，無(wú)不傾注著閆老師的細(xì)心指導(dǎo)和不懈的支持，導(dǎo)師的悉心培養(yǎng)和不倦教誨將使我受益終生。參考文獻(xiàn)1 吳繼杭．太陽(yáng)能—21世紀(jì)的主要能源．杭氧科技．2003，（3）：222 隋崗．小型獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)．青島大學(xué)碩士學(xué)位論文3 郝麗，陳超，崔永興．淺談太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)及其在我國(guó)的應(yīng)用發(fā)展．科技信息．2009，（17）：6974 張立文，張聚偉，田葳等．太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用．應(yīng)用能源技術(shù)．2010，（3）：4～85 亓立敏，尹成強(qiáng)，陳波．LED太陽(yáng)能路燈控制器的設(shè)計(jì)．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)．2011，（12）：6～76 曹承棟．淺談國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及展望．通信電源技術(shù)．2011，28（1）：35～377 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按照?qǐng)D53和圖54的等效電路，利用變換器穩(wěn)態(tài)時(shí)一個(gè)周期內(nèi)電感電流凈波動(dòng)量等于零的特點(diǎn)，建立開(kāi)關(guān)閉合前后電感電流的關(guān)系式，得出電壓增益M的表達(dá)式為： (51)式中 ——輸出電壓值 ——輸入電壓值由上式得M的值為： (52)得 （53）電路中電感L的表達(dá)式為： (54)式中 R——負(fù)載阻值取45Ω ——開(kāi)關(guān)頻率，取50KHZ δ——電感電流的相對(duì)波動(dòng)度。圖51 充電回路結(jié)構(gòu)圖（1）BuckBoost電路工作原理 降升壓變換器可以看作是由降壓（Buck）變換器和升壓（Boost）變換器組合演變而來(lái)的。 硬件設(shè)計(jì)方案本課題研究的太陽(yáng)能路燈控制器以51單片機(jī)為主控芯片。[25]由于條件所限，本文的光伏電池的容量Ws由式42得到：40％247。并對(duì)所選用的跟蹤算法進(jìn)行了仿真。這些方法在系統(tǒng)復(fù)雜度、成本、效率、以及其它方面都有著各自的不同的要求，各有利弊。圖33 擾動(dòng)觀察法算法流程圖此方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，容易實(shí)現(xiàn)，并且不需要知道太陽(yáng)電池的特性曲線，能夠較普遍地應(yīng)用于光伏系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制。因此只要保持太陽(yáng)能電池陣列輸出電壓為常數(shù)且等于某一日照強(qiáng)度下太陽(yáng)能電池陣列最大功率點(diǎn)的電壓，就可以大致保證在該溫度下太陽(yáng)能電池陣列輸出最大功率。根據(jù)馬斯充電曲線，由于充電前期蓄電池可接受的充電電流比較大，而太陽(yáng)能電池輸出的功率也是有限的，只要最大功率點(diǎn)電流不超出蓄電池可接受的最大電流，既可以輸出的最大能量來(lái)給蓄電池充電。因此智能充電方法在實(shí)際中還沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。二階段充電方法在充電初期，鉛酸蓄電池不會(huì)出現(xiàn)很大的電流，在充電后期也不出現(xiàn)鉛酸蓄電池電壓過(guò)高，使鉛酸蓄電池產(chǎn)生析氣。在充電初期由于鉛酸蓄電池電壓較低，充電電流較大，隨著鉛酸蓄電池電爪的逐漸升高，電流逐漸減少。 本章小結(jié)本章介紹了獨(dú)立太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的基本構(gòu)成，介紹了太陽(yáng)能電池的工作原理、等效電路、仿真模型及輸出特性，闡述了鉛酸蓄電池的工作原理和基本特性，介紹了白光LED的發(fā)光原理、特性和優(yōu)點(diǎn)，最后分析了系統(tǒng)中光伏電源控制器的重要性，為本課題控制器的研究與開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)?？刂破髦饕刂菩铍姵氐某浞烹?。此時(shí)通過(guò)白光LED的電流是由參考電壓值和電流感測(cè)電阻值來(lái)決定，可以通過(guò)對(duì)檢測(cè)電阻Rs的改變來(lái)調(diào)整LED電流。（5）流過(guò)LED的電流和LED的光通量的比值也是非線性的。隨著工作溫度的升高，LED 器件的性能會(huì)降低，因此散熱對(duì)LED 器件工作性能影響很大，在使用PWM控制方式時(shí)其脈沖平均電流和直流電流大小相等的情況時(shí)，LED 器件會(huì)有更低的溫度， 所以有更高的發(fā)光亮度。其安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，發(fā)光效率高，直接與熒光粉有關(guān)。 白光LED燈發(fā)光原理LED發(fā)光二極管的實(shí)質(zhì)性結(jié)構(gòu)是PN結(jié)，在半導(dǎo)體PN 結(jié)通以正向電流時(shí)注入少數(shù)載流子，少數(shù)載流子的發(fā)光復(fù)合就是發(fā)光二極管的工作機(jī)理。LED光效達(dá)到50～200lm/W，光譜窄、單色性好。（4）一次充電時(shí)間短，長(zhǎng)的時(shí)候也僅僅為白天的10小時(shí)左右，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)很少能夠做到安全、快速的滿充電，蓄電池往往會(huì)在一些時(shí)間處于欠充電狀態(tài)。從這方面來(lái)看，因?yàn)樾铍姵氐娜萘繒?huì)隨著溫度升高而增加，所以在蓄電池放電時(shí)，對(duì)于相同放電容量，溫度升高時(shí)其放電深度降低，因此溫度升高在一定范圍內(nèi)對(duì)蓄電池壽命延長(zhǎng)是有利的，然而溫度升高同時(shí)會(huì)引起蓄電池失水干涸、熱失控、正極板柵腐蝕和變形等加速，這些都將影響蓄電池壽命。如果這些氣體被排放會(huì)使蓄電池的電解液減少，從而使蓄電池容量減少，而且當(dāng)排出的氣體量很大時(shí)有燃燒的危險(xiǎn)。輕微的不可逆硫酸鹽化，尚可以用一些方法使它恢復(fù)，若嚴(yán)重時(shí)則電極失效，蓄電池將充不進(jìn)電。在實(shí)際使用過(guò)程中，對(duì)鉛酸蓄電池壽命影響最大的是頻繁深度放電、長(zhǎng)時(shí)間處于虧電狀態(tài)和溫度變化等。整個(gè)系統(tǒng)形成了一個(gè)回路，與此同時(shí)，在蓄電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，如下所示： (214)在蓄電池正極上發(fā)生還原反應(yīng)，如下所示： (215)由于正極上的還原反應(yīng)，正極板電極電位逐漸降低，同時(shí)負(fù)極板上的氧化反應(yīng)又促使電極電位的升高。被分解成： (211)生成的依附于正極板上。目前中國(guó)用于光伏發(fā)電站系統(tǒng)的蓄電池除有少量用于高寒戶外系統(tǒng)采用鎳鎘電池，大多數(shù)是鉛酸蓄電池。（3）太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中蓄電池放電深度不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)過(guò)放電的情況，因此電池要求有較強(qiáng)的過(guò)放電后的容量恢復(fù)性能，要求蓄電池100%放電到0 V，擱置120 h 后，充電可恢復(fù)到實(shí)際容量的95%以上。圖24 不同光照條件下IU曲線 圖25 不同光照條件下PU曲線圖26 不同溫度條件下IU曲線 圖27 不同溫度條件下PU曲線 蓄電池由于太陽(yáng)能電池并不是一個(gè)理想的電源，其輸出特性受光照強(qiáng)度和光線頻譜等因素影響，輸出電流很不穩(wěn)定，所以太陽(yáng)能電池不能直接驅(qū)動(dòng)用電裝置，而需要將太陽(yáng)能電池先存儲(chǔ)在蓄電池中，然后通過(guò)蓄電池為用電裝置供電。為建立工程用模型，在式（21）的基礎(chǔ)上做了兩個(gè)近似：（1）由于非常大，所以忽略項(xiàng)。再一種趨向是研發(fā)包括以量子點(diǎn)為基礎(chǔ)的高效電池、有機(jī)電池等，但這類(lèi)電池的研發(fā)目前還處于概念性階段。這種多結(jié)電池的結(jié)構(gòu)為：從底至上，分別為鍺、磷化銦、砷化鎵三層結(jié)構(gòu)。多晶硅太陽(yáng)能電池與單晶硅比較，由于所使用的硅遠(yuǎn)比單晶硅少，其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它們的具體比較如下[11]：（1）晶體硅片電池 晶體硅片電池被稱為第一代太陽(yáng)能電池。從物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)講，物質(zhì)的導(dǎo)電性是由電子運(yùn)動(dòng)引起的。 圖21 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的典犁結(jié)構(gòu)在典型的太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中，太陽(yáng)能電池是整個(gè)系統(tǒng)能源的來(lái)源，它把照射到其表面的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能；蓄電池的功能在于儲(chǔ)存太陽(yáng)能電池陣列受光照時(shí)所發(fā)出的電能，并在無(wú)光照時(shí)向負(fù)載供電：燈具一般都采用白光LED，更是體現(xiàn)了“綠色照明”的環(huán)保概念；控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件之一，其運(yùn)行狀態(tài)決定著系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)在控制器的管理下運(yùn)行。獨(dú)立光伏系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境一般比較惡劣，如何提高系統(tǒng)穩(wěn)定性也是當(dāng)前所有光伏電源控制器研究者最急需解決的問(wèn)題之一。目前，薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到６﹪～８﹪，近兩年可達(dá)到10﹪～12﹪，五年內(nèi)有望達(dá)到18﹪，其功率衰退問(wèn)題也已解決。由于太陽(yáng)能電池板輸出的是直流電能，而LED也是直流驅(qū)動(dòng)光源，兩者的結(jié)合更能提高整個(gè)系統(tǒng)的效率，降低市政成本，所以LED太陽(yáng)能路燈越來(lái)越受到人們的重視[5]。由化石能源的消耗所產(chǎn)生的大量二氧化碳是導(dǎo)致地球溫室效應(yīng)的最主要原因，目前全世界每天產(chǎn)生的溫室效應(yīng)氣體以億噸計(jì)，如果不加以控制，氣溫持續(xù)走高，兩極冰山融化，海平面上升，連人類(lèi)生活的空間都將面臨極大威脅。本文主要研究光伏發(fā)電路燈系統(tǒng)管理控制器的設(shè)計(jì)問(wèn)題，首先介紹了太陽(yáng)能電池、鉛酸蓄電池和LED燈的基本工作原理及特性，研究了太陽(yáng)能電池的最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）問(wèn)題和蓄電池優(yōu)化充放電策略問(wèn)題。關(guān)鍵詞　充電；最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）；LED；控制器AbstractIn recent years, with intensify of energy shortage and environmental pollution,due to solar energy clean,security and resource adequacy and so on,it is increasingly being the public the LED solar illumination, is an important application domain for solar photovoltaic power generation.This paper studies photovoltaic power generation system management controller design basic work principles of solar cells、LED and lead—acid batteries have been introduced firstly,the issues of the most power point tracking(MPPT)of the solar cells and charging and discharging strategy optimizing of lead—acid batteries has been researched. Depending on how the work of photovoltaic power generation system, m