【正文】 而變化，可用 以 下式表示： U充 =E充 +I充 R內(nèi) () U放 =E放 － I放 R內(nèi) () 從上式可以看出，充電時(shí)，電池的端電壓比放電時(shí)高，而且充電電流越大，端電壓越高；放電電流越大，端電壓越低。通常，在高溫環(huán)境下，為了提高電池容量，常在電解液中添加少量氫氧化 鋰，組成混合溶液。此外，碳酸根離子還能與負(fù)極板作用，生成碳酸鎘附著在負(fù)極板表面上，從而引起導(dǎo)電不良，使蓄電池內(nèi)阻增大，容量下降 [5] 。 11 逆變器的工作原理 逆變器是把直 流電能轉(zhuǎn)變成交流電（一般為 220V 50Hz 正弦或方波）。 2) 輸出電路： 對主逆變電路輸出的交流電的質(zhì)量（包括波形、頻率、電壓電流幅值相位等）進(jìn)行修正、補(bǔ)償、調(diào)理，使之能滿足用戶要求。無論是隔離式或非隔離式主逆變電路，基本上都是由升壓電路 Buck 和降壓電路 Boost 兩種電路不同拓?fù)湫问浇M合而成。 太陽能電池是一對光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過 PN結(jié)后如果在半導(dǎo)體中流動，電阻非常大，損耗也就非常大。 太陽能蓄電池 太陽能蓄電池是 ?蓄電池 ?在太陽能光伏發(fā)電中的應(yīng)用，目前采用的有鉛酸免維護(hù)蓄電池、普通鉛酸蓄電池 ,膠體蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池四種。同于 PN 結(jié)勢壘區(qū)存在著較強(qiáng)的內(nèi)建靜電場，因而能在光照下形成電流密度 J，短路電流 Isc，開路電壓 Uoc。安裝前必須測量蓄電池是否充足，如電力不足，請?jiān)陉柟獬渥愕牡胤綄π铍姵剡M(jìn)行 8 到 16 小時(shí)以上充電或者用交流電先把電池充足，應(yīng)嚴(yán)格避免過放充電。而充電控制通常采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)即 PWM 控制方式，使整個(gè)系統(tǒng)始終運(yùn)行于最大功率點(diǎn) Pm附近區(qū)域。 常規(guī)的太陽能控制器的充電模式是照抄了市電充電器的三段式充電方法，即恒流、恒壓、浮充三個(gè)階段。同時(shí)，其負(fù)載能力差，僅為額定負(fù)載的 40－ 60%，不能帶感性負(fù)載。 逆變器的主要功能是將蓄電池的直流電逆變成交流電。進(jìn)入運(yùn)行后，逆變器便時(shí)時(shí)刻刻監(jiān)視太陽電池組件的輸出，只要太陽電池組件的輸出功率大于逆變器工作所需的輸出功率，逆變器就持續(xù)運(yùn)行；直到日落停機(jī)，即使陰雨天逆變器也能運(yùn)行。 客廳內(nèi)配有 是液晶電視機(jī)一臺（功率約為 100W）， 空調(diào)一臺（功率約為 2021W），廚房內(nèi)配有 電磁爐一臺（功率約為 2021W）， 電冰箱一臺（功 率約為 300W），電飯煲一個(gè)（功率約為 1500W）， 主臥 室 內(nèi)放著一臺臺式電腦（功率約為 300W），次臥 室 內(nèi)放 18 有一臺筆記本電腦（功率約為 100W），整個(gè)屋子的照明設(shè)施有 若干 個(gè) （功率約為 300W），其它（飲水機(jī)，充電器等）功率約為 400W，總計(jì)功率為 7000W。 結(jié)合陰雨天的穩(wěn)定性考慮，該系統(tǒng)日發(fā)電量在 15 度到二十度之間，完全滿足該三口之家的需求。在 DC/AC 輸出電壓通過變壓、整流、濾波后將反饋電壓 EA 送 SG3525 進(jìn)行控制。 STC12C5410AD 檢測到蓄電池過 電 壓或者欠 電 壓時(shí)，發(fā)出聲光警報(bào)，綠燈亮表示正常工作，紅燈亮表示欠壓、黃燈亮表示過壓。 繼 電 器 工 作 狀 態(tài) 21 圖 41 太陽能電池板 本案中十塊電池板連接起來之后，面積 約 為 19 平方米。150% ,140 毫秒 。 23 圖 43 控制器 控制器使用十分簡單，只有三個(gè)燈，分別是太陽能指示燈，蓄電池指示燈與負(fù)載指示燈。以三個(gè)事件處理為例 ，具體處理過程如圖所示： 28 事 件 1 片 段 事 件 2 片 段 事 件 3 片 段 事 件 1 片 段 事 件 2 片 段? ?事 件 3 片 段 事 件 2 片 段 事 件 1 片 段 事 件 3 片 段時(shí) 間 段 1 時(shí) 間 段 2 時(shí) 間 段 3 時(shí) 間 段 4 時(shí) 間 段 5時(shí) 間 段 6時(shí) 間 段 7時(shí) 間 段 8時(shí) 間 段 9時(shí) 間 段 . . 圖 48 中斷服務(wù)程序處理流程圖 子程序模塊 1 I/O 設(shè)置模塊 STC12C5410AD 單片機(jī)的 I/O 口共有 4 種工作模式：傳統(tǒng) 8051 的準(zhǔn)雙向口、推挽輸出、開漏輸出和僅為輸入 (高阻 )方式。 表 7 模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度控制位的控制模式 29 SPEED1 SPEED0 A/D 轉(zhuǎn)換所需時(shí)間 1 1 270個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次 1 0 540個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次 0 1 810個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次 0 0 1080個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次 最后還要設(shè)置 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果特殊功能寄存器 ADC_DATA/ADC_LOW2，寄存器的地址為分別為 C6H 和 BEH，其中 ADC_DATA 寄存器全部 8 位有效，存 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的高 8位； ADC_LOW2 寄存器只有低 2 位有效，存 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的低 2 位。在誤差允許范圍內(nèi)，如果 AD 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)等于 00H，則可判斷電路處于開路狀態(tài)，單片機(jī)產(chǎn)生出一個(gè)開路狀態(tài)標(biāo)志，紅燈指示報(bào)警；如果 AD 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)≤ B3H，說明檢測到蓄電池的端電壓≤ 42V，則可判斷蓄電池處于欠壓狀態(tài)，單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)欠壓標(biāo)志，紅燈指示報(bào)警；如果 AD 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)≥ EAH，說明檢測到蓄電池的端電壓≥ 55V，則可判斷蓄電池處于過壓狀態(tài)，單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)過壓標(biāo)志，黃燈指示報(bào)警；如果 AD 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)據(jù)在B3H~EAH 之間，說明蓄電池 42~55V 之間，則可判斷蓄電池處于正常工作狀態(tài)，綠燈指示正常工作。當(dāng)采樣到電壓處于過 電 壓狀態(tài)，則產(chǎn)生一個(gè)“過壓”標(biāo)志，就斷開電池板與蓄電池的繼電器，聲光報(bào)警。本設(shè)計(jì)先 是 對太陽能電池板、蓄電池、 DC/DC 變換器、 DC/AC逆變器等太陽能家用供電系統(tǒng)組件進(jìn)行分析，通過方案比較設(shè)計(jì)太陽能家用供電系統(tǒng)控制器，基本實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。謹(jǐn)在此表達(dá)我深深的謝意！ 能成為一名合格的大學(xué)生，我要感謝所有曾經(jīng)幫助過我的老師與同學(xué)們，是你們的幫助，才有今天的我。導(dǎo)師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、敏銳的思維、銳意進(jìn)取的創(chuàng)新品質(zhì)、執(zhí)著的敬業(yè)精神以及誨人不倦的育人風(fēng)格，使學(xué)生受益非淺。異常情況處理子程序流程圖如圖 413 所示。 白天異常情況包括太陽光太強(qiáng)烈造成的蓄電池過 電 壓情況和連續(xù)陰雨天 氣所 造成的蓄電池欠壓情況。對上述表格幾個(gè)數(shù)據(jù)整理得下表： 表 9 數(shù)據(jù)整理 蓄電池電壓 分壓值 N 值 數(shù)字量 ADC_DATA ADC_LOW2 結(jié)論 0V 0V 0 0000000000B 00H 00H 開路 42V 717 1011001100B B3H 00H 欠壓臨界點(diǎn) 48V 820 1100110011B CCH 02H 正常工作基準(zhǔn)點(diǎn) 55V 939 1110101010B EAH 02H 過壓臨界點(diǎn) 在開機(jī)初始化時(shí)， CPU 先將以上幾個(gè)特殊電壓值所對應(yīng)二進(jìn)制數(shù)存入存儲單元，作為各種判據(jù)的基準(zhǔn)。 其次設(shè)置 A/D 轉(zhuǎn)換控制特殊功能寄存器 ADC_CONTR。 所以，蓄電池的選擇為 12V/1200AH，選用單體為 12V/200AH, 2 串 3 并， 共計(jì) 6 塊， 形成 24 V/600AH。 5) 直流供電電路下限保護(hù)設(shè)計(jì)，當(dāng)電流電源小于標(biāo)稱值的 15%，逆變器將自動關(guān)閉。1% 輸出波形 純正弦波 切換時(shí)間 8ms 充電電流 Max 20A 逆變器輸出保護(hù) 輸入過高 /過低壓保護(hù)、直流欠壓保護(hù)、尖峰浪涌保護(hù)，過載保護(hù)： 105125%1 分 。電壓為 18V。正常工作時(shí)，充電開關(guān) KA 開啟，切換開關(guān) KB 工作在逆變狀態(tài)，市電備用開關(guān) KC 關(guān)閉。由于光伏電池輸出電壓不穩(wěn)定，這樣會對后端電路產(chǎn)生影響， 所以 采用 Buck 電路實(shí)現(xiàn) DC/DC 變換，得到穩(wěn)定直流輸出 36V，再通過逆變電路實(shí)現(xiàn) DC/AC，得到所需的交流電。由于太陽光的不連續(xù)性、光伏電池在晚上或者陰雨天沒有辦法發(fā)電，所以本設(shè)計(jì)將蓄電池通過一個(gè)正偏二極管和繼電開關(guān)與蓄電池連接在一起，最大程度利用太陽能。太陽能發(fā)電系統(tǒng)用的逆變器的最大特點(diǎn)就是包括了最大功率點(diǎn)跟蹤（ MPPT）這一功能。這里簡單介紹自動運(yùn)行和停機(jī)功能及最大功率跟蹤控制功能。 逆變器根據(jù)發(fā)電源的不同，分為煤電逆變器，太陽能逆變器，風(fēng)能逆 變器，核能逆變器。 逆變器主要分為兩類，一類是正弦波逆變器，正弦波逆變器輸出的是同我們?nèi)粘Ｊ褂?的電網(wǎng)一樣甚至更好的正弦波交流電，因?yàn)樗淮嬖陔娋W(wǎng)中的電磁污染 [17] 。 太陽能控制器有三項(xiàng)功能，分別是功率調(diào)節(jié)功能，通信功能（簡單指示功能，協(xié)議通訊功能如 RS485 以太網(wǎng) ,無線等形式的后臺管理 .）與完善的保護(hù)功能（電氣保護(hù)，反接 ,短路 ,過流等）。 太陽能控制器 太陽能控制器全稱為太陽能充放電控制器，是用于太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，控制多路太陽能電池方陣對蓄電池充電以及蓄電池給太陽能逆變器負(fù) 載供電的自動控制設(shè)備。太陽能蓄電池兩極柱切不可短路。 14 由于技術(shù)和材料原因，單一電池的發(fā)電量是十分有限的，實(shí)用中的太陽能電池是單一電池經(jīng)串、并聯(lián)組成的電池系統(tǒng)，稱為電池組件 (數(shù)組 )。新涂層主要解決了兩個(gè)技術(shù)難題，一是幫助太陽能電池板吸收幾乎全部的太陽光譜，二是使太陽能電池板 吸收來自更大角度的太陽光，從而提高了太陽能電池板吸收太陽光的效率。當(dāng)芯片受光后， PN 結(jié)中 N 型半導(dǎo)體的空穴往 P 型區(qū)移動，而 P 型區(qū)中的電子往 N 型區(qū)移動，從而形成從 N 型區(qū)到 P 型區(qū)的電流。其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負(fù)載工作。如變頻器、能量回饋等都是非隔離的； UPS、通信基礎(chǔ)開關(guān)電流等是隔離式逆變電路。電角度的三相交流電壓 [6] 。 另外，鎳鎘電池使用過程中，如果電量沒有全部放完就開始充電，下次再放電時(shí)，就不能放出全部電量。主要的有害雜質(zhì)是碳酸鹽和硫酸鹽。在規(guī)定的放電終止電壓下，放電電流越大，蓄電池的容量越小。鎳鎘蓄電池充電后，正極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸嚒?NiOOH〕，負(fù)極板上的活性物質(zhì)變?yōu)榻饘冁k；鎳鎘電池放電后，正極板上的活性物 質(zhì)變?yōu)闅溲趸瘉嗘?，?fù)極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸k。鎳鎘電池的充電終止電壓為 ~，鎳氫電池的充電終止電壓為 。例如，用 2A 電流對 9 1Ah 電池充電，充電速率就是 2C；同樣地，用 2A 電流對 500mAh 電池充電，充電速率就是4C。將反射損失減小到 5%甚至更小。 N 區(qū)的電子匯擴(kuò)散到 P 區(qū)， P 區(qū)的空穴會擴(kuò)散到 N區(qū)，一旦擴(kuò)散就形成了一個(gè)有 N 指向 P 的 “內(nèi)電場 ”，從而阻止擴(kuò)散進(jìn)行。這個(gè)過程的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程 [3] 。 光 ～ 電直接轉(zhuǎn)換方式 是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光 ～ 電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。也考慮了蓄電池的容量問題，在容量上提供了 200%的預(yù)留空間。除了政府支助研發(fā)，還建立了數(shù)目可觀的技術(shù)商品化示范項(xiàng)目 [2] 。 5 1973 年第一次石油危機(jī)的爆發(fā)對日本產(chǎn)生了重大影響，石油危機(jī)終結(jié)了日本經(jīng)濟(jì)高速增長的時(shí)代。 世界目前已有近 200 家公司生產(chǎn)太陽能電池，但生產(chǎn)設(shè)備廠主要在日企之手。 萬平方公里才占全部海洋面積 %或全部沙漠的 %，甚至才是撒哈拉沙漠的 %。世界各主要國家都在努力提高太陽能發(fā)電設(shè) 備的 4 生產(chǎn)規(guī)模和應(yīng)用規(guī)模，因?yàn)樘栯姵貜纳a(chǎn)量 10MW 開始，每增加一倍，成本將降低 20%。 世界上越來越多的國家認(rèn)識到一個(gè)能夠持續(xù)發(fā)展的社會應(yīng)該是一個(gè)既能滿足社會需要，而又不危及后代人前途的社會。它包括光伏發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電四種形式，在光化學(xué)發(fā)電中有電化學(xué)光伏電池、光電解電池和光催化電池。 我國蘊(yùn)藏著豐富的太陽能資源，太陽能利用前景廣闊。太陽能既是一次能源，又是可再生能源。太陽能就是一種可再生的新型能源，太陽能發(fā)電，不會產(chǎn)生任何廢料，也不會排放任何氣體，對環(huán)境沒有任何影響，是一種完完全全清潔的能源，如果太陽能能夠取代傳統(tǒng)能源，那么對人類的可持續(xù)發(fā)展是有很深遠(yuǎn)的意義的。這兩大缺點(diǎn)大大限制了太陽能的有效利用。 太陽能供電進(jìn)入家庭是一種趨勢。另一種方式是將太陽熱能通過熱機(jī)（如汽輪機(jī)）帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，與常規(guī)熱力發(fā)電類似，只不過是其熱能不是來自燃料，而是來自太陽能。中國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國，煤炭約占商品能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的 76%，已成為中國