【正文】 BUCK 電路實(shí)現(xiàn) MPPT 技術(shù)時(shí)，光伏陣列的輸出電壓高于蓄電池的端電壓時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)較好的調(diào)節(jié)。 MPPT 技術(shù)的硬件電路支持 用 DCDC 變換器可以實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤。當(dāng)紅外探頭接收到信號(hào)時(shí)，由 OUT 輸出低電平，無(wú)信號(hào)不接收輸高電平。紅外線是一種不可見(jiàn)光，而且會(huì)擴(kuò)散，投射出去會(huì)形成圓錐體光束。當(dāng)受到光照時(shí)，飽和反向漏電流大大增加，形成光電流，它隨入射光強(qiáng)度的變化而變化。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )網(wǎng) : 20 4 硬件電路 本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能 LED 路燈的硬件電路由 51 單片機(jī)控制系統(tǒng)、光電隔離、開(kāi)關(guān)信號(hào) 輸入輸出電路、硬時(shí)鐘電路、紅外檢測(cè)電路、外圍電路等組成，如圖 所示。 本課題選擇紅外對(duì)管檢測(cè)人數(shù)。 由聲光兩種信號(hào)控制燈的亮與滅，起到節(jié)約用電的作用。（ 3)進(jìn)入夜晚：當(dāng)?shù)谝淮芜M(jìn)入放電控制，根據(jù)預(yù)測(cè)的蓄電池容量設(shè)置參數(shù) Case 大小。因此如果采用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)白光 LED，需要在每個(gè) LED 串聯(lián)一個(gè)鎮(zhèn)流電阻，避免電流出現(xiàn)差異，但是這些電阻浪費(fèi)了功率降低了效率，因此為了確保流過(guò)每個(gè)白光 LED 電流相同，需要采用串聯(lián)模式。 圖 蓄電池充電過(guò)程曲線 Figure pulse charge curves 蓄電池容量的計(jì)算 光伏系統(tǒng)用蓄電池的容量的計(jì)算，必須考慮太陽(yáng)能電池方陣功率、直流和交流負(fù)載容量等因素，一般計(jì)算公式為： Cˊ=(DFPo)/(LUKa)。每個(gè)階段以恒電流或恒電壓充電，依賴于電流、電壓的設(shè)定值 Ebl、 Ibl、 EbIb2。對(duì)于新的電池自放電率通常小于容量的 5％ ，但對(duì)于舊的、質(zhì)量不好的電池，自放電率可增至每月 10％ ~15％ 。 蓄電池容量的計(jì)算方法 確定蓄電池容量的主要因素 蓄電池容量主要由以下因素確定： (1)蓄電池單獨(dú)工作的天數(shù)。也就是說(shuō)，電池的工作溫度每升高 1℃ ，開(kāi)路電壓約下降 2mV，約是正常室溫時(shí)的 的 ％ 。但光伏電池輸出的負(fù)載電流隨溫度的升高是指數(shù)增加，因而開(kāi)路電壓隨溫度的升高急劇下降。本課題采用的是遍歷式的 MPPT 算法，每隔指定時(shí)間（系統(tǒng)默認(rèn)為 5 分鐘）， 單片機(jī)控制其PWM（ Pulse Width Modulation，即脈沖寬度調(diào)制） 輸出信號(hào)的占空比從 10%到 90%變化一遍，同時(shí)采樣不同占空比下的光伏電池輸出功率，取出最大值，讓系統(tǒng)在相應(yīng)的畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )網(wǎng) : 15 占空比下運(yùn)行指定時(shí)間，如此往復(fù)。 硅太陽(yáng)能電池特性和最大功率點(diǎn)跟蹤的原理 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )網(wǎng) : 13 根據(jù)光伏太陽(yáng)電池板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和輸出伏安特性得到光伏方陣的等效電路如圖 所示 ,它由一個(gè)受光強(qiáng)和溫度影響的電流源并聯(lián)上一個(gè)二極管、一個(gè)結(jié)電容，再串聯(lián)一個(gè)電阻組成。 （ 3）蓄電池容量的確定滿足連續(xù) 10 個(gè)陰雨天正常工作的電池容量 C： C=Q（ d+1）/=208/=235Ah ，取 240Ah。 3 設(shè)計(jì)工作及研究方案 太陽(yáng)能路燈設(shè)計(jì)思路與要點(diǎn) 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本原理相同，因而太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì)思路也可依據(jù)一般的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，先確定太陽(yáng)電池組件的功率，然后計(jì)算蓄電池的容量。（ 4）提高系統(tǒng)環(huán)保由于價(jià)格和技術(shù)等因素，目前太陽(yáng)能路燈普遙采用免維護(hù)鉛酸蓄電池。蓄電池放電 小時(shí)后，充放電控制器動(dòng)作，蓄電 池放電結(jié)束。（ 2）低壓鈉燈：低壓鈉燈光效高（可達(dá) 200Lm/w），但需逆變器，低壓鈉燈價(jià)格貴，整個(gè)系統(tǒng)造高，采用較少。因此，太陽(yáng)能路燈照明系 統(tǒng)一般無(wú)需另加 DC/AC 逆變器，減少了電路損耗。 (6)蓄電池組內(nèi)各單體電池的一致性。 JB／ T96531999《儲(chǔ)能用鉛酸蓄電池》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 30 小時(shí)率容量， 主要是針對(duì)干荷電鉛酸蓄電池而言。蓄電池容量過(guò)小，不能 滿足夜晚照明的需要；容量過(guò)大，蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，也造成浪費(fèi)。蓄電池在有光照時(shí)將太陽(yáng)能電池板所發(fā)出的 電能儲(chǔ)存起來(lái)，到夜晚需要照明的時(shí)候再釋放出來(lái)。而MPPT 控制器是自動(dòng)擋的。同時(shí)太陽(yáng)能控制器應(yīng)兼有路燈控制功能，具有光控、時(shí)空、溫控等功能選擇，具有調(diào)光功能，并應(yīng)具有夜間自動(dòng)切控負(fù)載功能，便于陰雨天延長(zhǎng)路燈工作時(shí)間。即在實(shí)際運(yùn)行中，按照所需要的功率等級(jí)和電壓等級(jí)可以將若干單個(gè)光伏電池串并聯(lián)組成光伏陣列。太陽(yáng)能電池的單位面積輸出功率約 127Wp/m2。 其中控制系統(tǒng)由單片機(jī)及邏輯電路實(shí)現(xiàn)。太陽(yáng)能電池是太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的輸入，為整個(gè)系統(tǒng)提供照明和控制所需電能。在太陽(yáng)能電源電路模塊實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能到電能的轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ)。 2 研究的主要內(nèi)容 本課題研究目標(biāo)和總體設(shè)計(jì) 就整個(gè)市場(chǎng)的調(diào)查來(lái)看，路燈管理部門(mén)的要求主要為 :能夠自動(dòng)控制路燈的開(kāi)關(guān)，能評(píng)估系統(tǒng)內(nèi)的路燈工作情況，給出系統(tǒng)維護(hù)的信息，包括亮燈率，電壓，電流，開(kāi)關(guān)狀態(tài) 等。 隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，傳統(tǒng)照明設(shè)備的高耗電性和廢棄物污染等問(wèn)題，已引起各國(guó)政府的重視，紛紛投入大量的人力、物力研發(fā)新的環(huán)保光源。中國(guó)《可再生能源法》的頒布和實(shí)施，為太陽(yáng)能利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供 了政策保障；京都議定書(shū)的簽定，環(huán)保政策的出臺(tái)和對(duì)國(guó)際的承諾，給太陽(yáng)能利用產(chǎn)業(yè)帶來(lái)機(jī)遇；西部大開(kāi)發(fā)，為太陽(yáng)能利用產(chǎn)業(yè)提供巨大的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)；原油價(jià)格的上漲，中國(guó)能源戰(zhàn)略的調(diào)整，使得政府加大對(duì)可再生能源發(fā)展的支持力度，所有這些都為中國(guó)太陽(yáng)能利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)極大的機(jī)會(huì)。 20xx 年德國(guó)光伏市場(chǎng)的增幅仍可達(dá)到 35％ 。單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò) PC 機(jī)和其他計(jì)算機(jī)總和，甚至多過(guò)人類的數(shù)量。單片機(jī)誕生于 20 世紀(jì) 70 年代末，經(jīng)歷了 SCM、 MCU、 SoC 三大階段。太陽(yáng)能路燈即可用于城鎮(zhèn)公園、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度較小，交通不便經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)、缺乏常規(guī)燃料，難以用常規(guī)能源發(fā)電，但太陽(yáng)能資源豐富的地區(qū)，以解決這些地區(qū)人們的家用照明問(wèn)題。所以 太陽(yáng)能以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)而成為人們重視的焦點(diǎn)。 當(dāng)煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問(wèn)題日益成為制約國(guó)際社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。目前，傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，尤其是煤炭、石油、天然氣三大化石燃料更是有限。利用按鍵實(shí)現(xiàn)功能的開(kāi)啟、關(guān)閉及切換。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體在文中均作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)光線的自動(dòng)檢測(cè)，在天黑或光線昏暗的情況下自動(dòng)開(kāi)啟路燈系統(tǒng)，天亮自動(dòng)熄滅很大程度的達(dá)到節(jié)能目的。傳統(tǒng)能源與原料鏈條的中斷，必將導(dǎo)致世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)和沖突的加劇，最終將葬送現(xiàn)代市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)。其中，水能、風(fēng)能、潮汐能、生物能、地?zé)崮艿榷家驗(yàn)橐欢ǖ臈l件限制而只適于作補(bǔ)充能源，相對(duì)于人類對(duì)能源的巨大需求來(lái)說(shuō)，只能解決局部的一些問(wèn)題。中國(guó)目前作為世界能源消耗第二大國(guó)也不例外。現(xiàn)代電子系統(tǒng)的基本核心是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng) (簡(jiǎn)稱嵌入式系統(tǒng) )，而單片機(jī)是最典型、最廣泛、最普及的嵌入式系統(tǒng)。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)。作為太陽(yáng)能利用的光伏電池起初是用在人造地球衛(wèi)星上，現(xiàn)在已 開(kāi)始轉(zhuǎn)向地面應(yīng)用。但是中國(guó)蘊(yùn)藏著豐富的太陽(yáng)能資源，太 陽(yáng)能利用前景廣闊。目前中國(guó)太陽(yáng)能光伏電池生產(chǎn)成本已大幅下降，太陽(yáng)能電池的價(jià)格逐漸從 20xx 年的 40 元 /瓦降到 20xx 年的 33 元 /瓦，再到 20xx 年大約只要 15 元 /瓦，但是太陽(yáng)能電池大規(guī)模使用仍然受到經(jīng)濟(jì)上的限制。日本于 1998 年在世界率先實(shí)施“ 2l世紀(jì)照”計(jì)劃，旨在通過(guò)使用長(zhǎng)壽命、更薄更輕的 GaN 高效藍(lán)光和紫外 LED技術(shù)使得照明的能 量效率提高為傳統(tǒng)熒光燈的兩倍，減少二氧化碳的產(chǎn)生，并在 20xx年完成了用白光發(fā)光二極管照明替代 50％ 的傳統(tǒng)照明。高可靠性，符合 21 世紀(jì)環(huán)保節(jié)能的要求等等。用 Protel Dxp 軟件進(jìn)行繪制電路圖。全天中控制器的電源一直由蓄電池供給。其作用是將太陽(yáng)的輻射能力轉(zhuǎn)化為電能，或送至蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)。太陽(yáng)能電池輸出功率 Wp 是標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光照條件下，即 :歐洲委員會(huì)定義的 101 標(biāo)準(zhǔn)，輻射強(qiáng)度 1000W/m2，大氣質(zhì)量 ，電池溫度 25℃條件下，太陽(yáng)能電池的輸出功率。 ) (h) 哈爾濱 Φ +3 杭州 Φ +3 長(zhǎng) 春 Φ +1 南昌 Φ +2 沈陽(yáng) Φ +1 福州 Φ +4 北京 Φ +4 5 濟(jì)南 Φ +6 天津 Φ +5 鄭州 Φ +7 呼和 Φ +3 武漢 Φ +7 太原 Φ +5 長(zhǎng)沙 Φ +6 烏魯 Φ +12 廣州 Φ 7 木齊 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )網(wǎng) : 9 續(xù)表 1 城 市 緯度 最佳傾角 年平均日照時(shí)間 城市 緯度 最佳傾角 年平均日照時(shí)間 Φ (176。C 時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的。電壓越高，通過(guò)最大功率點(diǎn)跟蹤，就可以輸出更多的電量，從而提高充電效率 。注意防止鉛酸污染，應(yīng)逐步淘汰） NiH 蓄電池（放電倍率高、低溫性能好，循環(huán)壽命長(zhǎng)，小型系統(tǒng)采用。并聯(lián)連接時(shí)，要考慮各單體電池間的不平衡影響。 (3)充電效率和深放電后的恢復(fù)性能。這就要求從鑄板工序開(kāi)始到各項(xiàng)檢測(cè)都必須控制在較小公差范圍內(nèi)。如與太陽(yáng)能系統(tǒng)連接，需在蓄電池與 HID 燈電子鎮(zhèn)流器間增加 DC/AC 小功率逆變器。（ 4） LED： LED 燈光源，壽命長(zhǎng)，可達(dá) 1 000 000 小時(shí)，工作電壓低，不需 要逆變器，光效較高，國(guó)產(chǎn) 50Lm/w，進(jìn)口 80Lm/w。單晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換率只有 17%左右 (多晶硅約 13%，非晶硅 10%以下 )，而控制器、蓄電池、逆變器等的效率均遠(yuǎn)高于此。（ 6）光伏照明設(shè)計(jì)和產(chǎn)品系列化要使各地區(qū)太陽(yáng)能路燈、草坪燈等設(shè)計(jì)和產(chǎn)品規(guī)格化，系列化，省去復(fù)雜的計(jì)算和選型。 例如：需要在某市安裝一批太陽(yáng)能路燈，光源功率為 30W，要求路燈每天工作 8小時(shí) ，保證連續(xù) 7 個(gè)陰雨天能正常工作。 （ 4）連續(xù)陰雨天過(guò)后需要恢復(fù)蓄電池容量的太陽(yáng)能電池組件充電電流 I2。觀察虛線電池輸出功率曲線，可見(jiàn)在電流迅速下降的拐點(diǎn)處，存在 P 的最大值，太陽(yáng)能電池的工作點(diǎn)是否落在最大功率點(diǎn)上直接影響了對(duì)太陽(yáng)能電池的利用率。 光譜響應(yīng) 分析光伏電池的光譜響應(yīng)，通常是討論它的相對(duì)光譜響應(yīng)，其定義是，當(dāng)各種波長(zhǎng)以一定等量的輻射光子束入射到光伏電池上，所產(chǎn)生的短路電流與其中最大短路電流相比較，按波長(zhǎng)的分布求其比值變化曲線即為相對(duì)光譜響應(yīng)。日照強(qiáng)度增加時(shí)短路電流增加，最大功率點(diǎn)有所升高。 負(fù)載特性 對(duì)于同一負(fù)載，在不同的入射光照下，輸 出可以是恒流的，也可以是恒壓的。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容量的 80％ 。 蓄電池的充、放電方法 目前，在大多數(shù)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中采用的都是閥控式密封鉛酸蓄電池。第三階段以恒流充電，這時(shí)蓄電池電壓進(jìn)一步提高，當(dāng)電壓達(dá)到 Eb2 時(shí)則轉(zhuǎn)入第四階段。 這就是根據(jù)平均負(fù)荷容量和最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)日照時(shí)的用電時(shí)數(shù)算出的蓄電池容量的簡(jiǎn)便公式。慮到照明的需求以及蓄電池存儲(chǔ)的能量多少，采取分段控制。（ 6）凌晨 2 點(diǎn)以后：由于此時(shí)車(chē)輛和行人基本很少，此時(shí)可以進(jìn)一步減小 LED 的發(fā)光亮度，使 LED 減小到額定功率的 (50— case)％ 。 紅外檢測(cè) 當(dāng)一個(gè)物體本身具有不同于周?chē)h(huán)境的溫度時(shí)，不論物體的溫度高于環(huán)境溫度，還是低于環(huán)境溫度；也不論物體 的高溫來(lái)自外部熱量的注入，還是由于在其內(nèi)部產(chǎn)生的熱量造成，都會(huì)在該物體內(nèi)部產(chǎn)生熱量的流動(dòng)。計(jì)量進(jìn)與出的人數(shù)，設(shè)既進(jìn)人加 1，出人 － 1。在人體檢測(cè)方面，采用紅外對(duì)管檢測(cè)。 環(huán)境光檢測(cè)電路如圖 所示。有人進(jìn)入 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )網(wǎng) : 21 圖 環(huán)境光檢測(cè)電路 Figure environment light detection circuit 時(shí)， 遮斷不可見(jiàn)的紅外線光束而引 起系統(tǒng)反應(yīng)，點(diǎn)亮路燈。 圖 時(shí)鐘電路 Figure the clock circuit 太陽(yáng)能 LED 路燈控制系統(tǒng)的微控制器一方面通過(guò)環(huán)境光采集模塊自動(dòng)提供天黑、天亮的時(shí)間點(diǎn)，而采用時(shí)鐘電路能為系統(tǒng)提供更重要的開(kāi)／關(guān)燈的依據(jù)，可以根據(jù)時(shí)鐘電路確定現(xiàn)在的準(zhǔn)確時(shí)間，確定春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)，使控制器能根據(jù)季節(jié)的變化來(lái)確定每天開(kāi)、關(guān)燈的時(shí)間，調(diào)整路燈的工作時(shí)間。為了提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，使光伏電池始 終保持最大功率輸出，就要進(jìn)行最大功率跟蹤 (M 光伏