【正文】 理 ………………………………………… 16 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) ………………………………………………………… 16 電壓采集與電池管理 ………………………………………………… 17 負載輸出控制與檢測電路 …………………… ……………………… 18 硬件設(shè)計中的注意點 ………………………………………………… 19 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ………………………………………………………… 19 光源的選擇 ………………………………………………………………… 22 各種光源的特性比較 ………………………………………………… 22 LED 燈的特點 ………………………………………………………… 22 各數(shù)據(jù)計算 …………………………………………………………… …… 23 太陽能電池組計算 ………………………………………………… 23 蓄電池計算 ………………………………………………………… 24 太陽能電池組件支架 ……………………………………………… 24 ………………………………………………………… 25 結(jié)論 …………………………………………………………………………… …… 27 參考文獻 …………………………………………………………………………… 28 致謝 …………………………………… …………………………………………… 29 1 1 緒 論 太陽能照明的節(jié)能優(yōu)點 無論是現(xiàn)在還是將來，太陽能都擁有廣闊的市場前景。即使是商業(yè)電力公司，也正在尋求通過利用太陽能來構(gòu)建更為穩(wěn)定的成本結(jié)構(gòu)。一塊光伏組件在 25 年的有效使用期內(nèi)，可減少約 噸的碳排放量 。二、在特殊工程上運用光伏發(fā)電，如世博會、奧運會等 。作為新型照明方式之一，太陽能照明能否挑起重擔，在未來的照明行業(yè)中起主導作用？這不僅僅是照明行業(yè)所關(guān)注的焦點，也是整個社會思考和關(guān)注的焦點。在其它一些供電系統(tǒng)，往往由于斷電而立即造成巨大的經(jīng)濟損失。近幾年來，太陽能燈具產(chǎn)品由于環(huán)保節(jié)能的雙重優(yōu)勢，太陽能庭院燈、太陽能草坪燈和太陽能裝飾燈等應用逐漸形成規(guī) 3 模。作為太陽能應用的系列產(chǎn)品之一，太陽能燈具一 直是各方研究和關(guān)注的焦點。對比而言，太陽能照明綠色環(huán)保，能為高尚生態(tài)小區(qū)的開發(fā)和推廣增加新的賣點；可持續(xù)降低 物業(yè)管理成本，減少業(yè)主公共分攤部分的費用。但是，事實上根本不是這樣子，一盞普通路燈除了這些成本，還有預埋地下的電纜申請和施工過程的費用，還可能影響、破壞周圍植被和景觀，日常需要專人定時維護、更換燈泡，同時每隔大約 1Km要建一個升壓站（防止輸電線路過長，電壓 降低過大，影響燈光亮度），分攤下來的成本每盞大約在 3 萬元左右，目前市政道路路燈的招標價格每盞一般也在 2～ 萬元之間。如果小偷真的開著吊車來偷路燈了，那不知是什么天下了，應該不是偷了而是搶了！那我們國家能有這么亂嗎？因此，偷盜太陽能路燈內(nèi)部電線是不合算的。 如圖 圖 太陽能原理方框 太陽能路燈 技術(shù)特點是： ① 具有特大功率，光亮度相當于白熾燈 150W250W 時，每天 8 小時照明，可在連續(xù)陰雨 9 天內(nèi)正常工作； ② 應用了具有充放電保護功能、光敏自控裝置和時控裝置的光電智能控制器，使產(chǎn)品可有效地節(jié)約能源，增加有效照明時間，降低生產(chǎn)成本； ③ 中央控制器單元采用 單片機控制 ，并在智能控制器中建立了全球不同緯度的全年日照時間數(shù)據(jù)。 9 4 各部件的組成及工作原理 太陽能電池組件的組成及其工作原理 太陽能電池的分類 太陽能電池按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶系薄膜式和非結(jié)晶系薄膜式 (以下表示為 a)兩大類，而前者又分為單結(jié)晶形和多結(jié)晶形。因此，多晶硅薄膜電池不久將會在太陽能電地市場上占據(jù)主導地位。但是 GaAs 材料的價格不菲 ,因而在很大程度上限制了用 GaAs 電池的普及。 4. 納米晶太陽能電池 納米 TiO2 晶體化學能太陽能電池是新近發(fā)展的，優(yōu)點在于它廉價的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。 同樣，摻入磷原子以后，因為磷原子有五個電子，所以就會有一個電子變得非?；钴S，形成 N（ negative）型半導體。 當晶片受光后， PN 結(jié)中， N型半導體的空穴往 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。 （ 2） .太陽能電池板的輸出能量極不穩(wěn)定，配備蓄電池后，太陽能燈等負荷才能正常工作。產(chǎn)品性能發(fā)生了巨大變化，以此滿足不同用途的需要。電動玩具當中?？蒲?。氫鎳蓄電池。但同時由于鉛酸 蓄電池比能量偏低，生產(chǎn)過程有毒。壓成式和拉漿式。耐用。至今目前，我國從事蓄電池生產(chǎn)的企業(yè)已達千家之多。電解液中酸的濃度逐漸增加，電池兩端的電壓上升。正是這種可逆轉(zhuǎn)的電化學反應，使蓄電池實現(xiàn)了儲存電能和釋放電能的功能。電壓采集與電池管理太陽能電池板電壓采集 ,用于太陽光線強弱的判斷 ,因而可以作為白天、黃昏的識別信號。利用微控制器 PWM 功能對蓄電池進行充電管理。第一級采用了 R7( )以及運放LM35比較器 LM393 等器件組成的過流、短路檢測電路配合單片機的 A/D 轉(zhuǎn)換及外部中斷響應來實現(xiàn) ,這里使用了硬件 +軟件的方式 ,LM358 的輸出送 (A/D 轉(zhuǎn)換 )口 ,用作過流信號識別 ,當電流超過額定電流 20%并維持 30s 以上時 ,確認為過流 。 （ 4）過流、短路保護電路選用的電流取樣電阻要綜合考慮電流、功率及熱穩(wěn)定性三個因素。 （ 3） 環(huán)境光線（閃電、禮花燃放）對太陽能電池板的采樣電壓有明顯的影像，在白天、黃昏、的識別時，要進行軟件延遲，一般控制在 2~3min。單片機的軟件編程上 ,以 KeilC 編譯器的 Windows 集成開發(fā)環(huán)境μ vision2 作為軟件開發(fā)平臺 ,采用C51 高級語言編寫。 置負載短路標志 } } 21 這個太陽能路燈控制器可適用 12V 或 24V 工作光伏系統(tǒng)，可以直接驅(qū)動只留節(jié)能燈或通過逆變器驅(qū)動無極燈等作為照明光源，也可以驅(qū)動一些直流低壓負載用于城市亮化。該燈在 220V（純正弦波，頻率 50赫茲）普通市電條件下使用，壽命可以達到 5萬小時，在太陽能燈具上使用壽命大大減少和普通節(jié)能燈差不多（因為太陽能燈具都是方波逆變器，太陽能電源 220V 輸出頻率、項位、電壓都是不能和普通市電相比的）。 （ 4） 安全性高 LED 光源使用低電壓驅(qū)動 , 發(fā)光穩(wěn)定，無污染，沒有 50HZ 頻閃，沒有紫外線 B波段，白色色溫 5000K，最接近太陽色溫 5500K。 各數(shù)據(jù)計算 太陽能電池組件計算 設(shè)計要求：廣州地區(qū)，負載輸入電壓 24V功耗 ，每天工作時數(shù) ，保證連續(xù)陰雨天數(shù) 7 天。關(guān)于太陽能電池組件最佳傾角問題的探討，近年來在一些學術(shù)刊物上出現(xiàn)得不少。所以，設(shè)計中關(guān)鍵要考慮的是電池組件支架與燈桿的連接 。 上式中， r 是圓環(huán)內(nèi)徑， δ 是圓環(huán)寬度。對于照明領(lǐng)域來說，這是一次不小的革命。 為了保證路燈的照度，這批太陽能路燈還安裝了一個特殊的控制轉(zhuǎn)換器，當太陽能發(fā)電不能滿足路燈照明需要時就會自動切換到普通電源。 27 結(jié) 論 整體設(shè)計基本上考慮到了各個環(huán)節(jié)；光伏組件的峰瓦數(shù)選型設(shè)計與蓄電池容量選型設(shè)計采用了目前最通用的設(shè)計方法，設(shè)計思想比較科學；抗風設(shè)計從電池組件支架與燈桿兩塊做了分析，分析比較全面；路燈整體結(jié)構(gòu)簡約而美觀；經(jīng)過實際運行證明各環(huán)節(jié)之間匹配性較好 。但是，太陽能電池光效在逐漸提高，而價格會逐漸降低，同樣地市場上 LED 光效在快速地提高，而價格卻在降低。據(jù)該負責人介紹，星港街沿線共要安裝 1500 套太陽能路燈，部分景觀帶上的照明燈也將使用 太陽能燈 。 圖 太陽能 路燈的總電路圖 26 如圖 所示，下面是本次設(shè)計的實際應用例子。 所以，設(shè)計選取的焊縫寬度滿足要求，只要焊接質(zhì)量能保證，燈桿的抗風是沒有問題的。燈桿破壞面抵抗矩 W 的計算點 P 到燈桿受到的電池板作用荷載 F 作用線的距離為 PQ = [5000+（ 168+6） /tan16o] Sin16o = 1545mm =。 在太陽能路燈系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上一個需要非常重視的問題就是抗風設(shè)計。（ ） = 在這里，兩個連續(xù)陰雨天數(shù)之間的設(shè)計最短天數(shù)為 20 天， 為太陽能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù)， 為蓄電池充電效率。采用專用電源給 LED 光源供電時，達到最大照度的時間小于 10ms。 LED 燈的特點 LED 作為半導體光源 ，其發(fā)展勢頭強勁，是太陽能路燈最為理想的光源， LED 路燈光源是一款多功能、環(huán)保節(jié)能型路燈光源，適合在各種場合的照明使用 。著重解 決了如何對蓄電池及負載進行有效管理問題，提高了太陽能電池板的使用效率，延長了蓄電池的使用壽命，防止因線路問題而造成的意外事件的發(fā)生。開始讀鍵號F1 鍵F2 鍵在自檢狀態(tài)？ 在自檢狀態(tài)？在設(shè)置狀態(tài)？在設(shè)置狀態(tài)？延時 2sF1 鍵仍按下置設(shè)置狀態(tài)標志調(diào)用設(shè)置子程序 當前值 +1延時 2s ，如該鍵仍按下進行自檢狀態(tài)執(zhí)行自檢程序返回Y YYY YNNNNN 圖 按鍵程序流程圖 20 開始返回YYNN白天？取電池電壓15V 11V取電池電壓低于 11V ？打開負載開關(guān)負載開關(guān)關(guān)閉關(guān)閉充電開關(guān)調(diào)用浮充程序調(diào)用均充程序調(diào)用預充程序 圖 電壓檢測子程序流程圖 1. ADS 子程序 INT8U ADC(INT8U number)using 2 {number=numberamp。確定負載過流、短路后，切斷負載輸出。 （ 5） 器件的布局和 PCB 圖 的布線采用模塊化 ,大電流信號與小電流信號要分離 ,對放大