【正文】 電流。圖59 電壓采集電路（2）電流采集電路 本文的電流采集電路使用串小電阻的方式，再用一級(jí)放大電路將信號(hào)處理為AD轉(zhuǎn)換芯片可接受的數(shù)值。之后檢測(cè)當(dāng)前是否為照明設(shè)定時(shí)間，如果是照明時(shí)間，程序轉(zhuǎn)到LED燈照明控制子程序，否則檢測(cè)太陽能電池的端口電壓是否大于啟動(dòng)電壓，若滿足充電條件，則系統(tǒng)對(duì)蓄電池充電，否則繼續(xù)對(duì)時(shí)鐘和太陽能電池輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)。參考文獻(xiàn)1 吳繼杭．太陽能—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．淺談太陽能發(fā)電技術(shù)及其在我國的應(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．淺談國內(nèi)外太陽能發(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 鐘君．智能型太陽能路燈光伏電源控制器的研究與開發(fā)．西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文8 程莉莉，趙建龍，熊勇等．用太陽能電池供電的鋰電池充電管理集成電路的設(shè)計(jì)．中國集成電路．2010，（6）：48～529 黃琴．淺談太陽能發(fā)電．才智．2010，（23）：3310 張智峰．太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)．2010，（21）：11711 Benjamin Kroposki，Robert Margolis，Dan Ton．An Overview of Solar Technologies．IEEE power amp。 總體軟件流程本系統(tǒng)包括三種工作狀態(tài)：太陽能對(duì)蓄電池的充電、蓄電池對(duì)LED的放電和系統(tǒng)等待狀態(tài)。（2）主要參數(shù)計(jì)算 根據(jù)文獻(xiàn)[27]中的分析方法，得出了計(jì)算Boost變換器的增益M的公式： (56)電路中電感L的計(jì)算公式為: (57)電容C計(jì)算公式為： (58)算得電容的值為280μF，取300μF。（2）主要參數(shù)計(jì)算 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 ——開關(guān)頻率，取50KHZ δ——電感電流的相對(duì)波動(dòng)度。 硬件設(shè)計(jì)方案本課題研究的太陽能路燈控制器以51單片機(jī)為主控芯片。并對(duì)所選用的跟蹤算法進(jìn)行了仿真。圖33 擾動(dòng)觀察法算法流程圖此方法結(jié)構(gòu)簡單可靠，容易實(shí)現(xiàn)，并且不需要知道太陽電池的特性曲線，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。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給蓄電池充電。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)鉛酸蓄電池電壓過高，使鉛酸蓄電池產(chǎn)生析氣。 本章小結(jié)本章介紹了獨(dú)立太陽能路燈系統(tǒng)的基本構(gòu)成，介紹了太陽能電池的工作原理、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發(fā)奠定了基礎(chǔ)。此時(shí)通過白光LED的電流是由參考電壓值和電流感測(cè)電阻值來決定，可以通過對(duì)檢測(cè)電阻Rs的改變來調(diào)整LED電流。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。 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。（4）一次充電時(shí)間短，長的時(shí)候也僅僅為白天的10小時(shí)左右，太陽能光伏系統(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)。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)。在實(shí)際使用過程中，對(duì)鉛酸蓄電池壽命影響最大的是頻繁深度放電、長時(shí)間處于虧電狀態(tài)和溫度變化等。被分解成： (211)生成的依附于正極板上。（3）太陽能光伏系統(tǒng)中蓄電池放電深度不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)過放電的情況，因此電池要求有較強(qiáng)的過放電后的容量恢復(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。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)。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)。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能電池。 圖21 太陽能路燈系統(tǒng)的典犁結(jié)構(gòu)在典型的太陽能路燈系統(tǒng)中，太陽能電池是整個(gè)系統(tǒng)能源的來源，它把照射到其表面的太陽能轉(zhuǎn)化為電能；蓄電池的功能在于儲(chǔ)存太陽能電池陣列受光照時(shí)所發(fā)出的電能，并在無光照時(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。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﹪，其功率衰退問題也已解決。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，連人類生活的空間都將面臨極大威脅。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）太陽能供電LED路燈智能控制器研究***燕 山 大 學(xué)年 月 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）太陽能供電LED路燈智能控制器研究學(xué)院（系）：里仁學(xué)院電氣 工程系專 業(yè)： 應(yīng)用電子 學(xué)生 姓名： *** 學(xué) 號(hào)：*** 指導(dǎo) 教師： *** 答辯 日期： 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書學(xué)院：里仁學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位： 電氣工程系 學(xué)號(hào)***學(xué)生姓名***專 業(yè)班 級(jí)應(yīng)電08題目題目名稱太陽能供電LED路燈智能控制器研究題目性質(zhì)：工程設(shè)計(jì) （ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）；理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ 254。因此，開發(fā)利用可再生的綠色能源以逐步減少和替代化石能源，保護(hù)好人類賴以生存的地球環(huán)境與生態(tài)，已經(jīng)成為一個(gè)引起世界各國普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題，對(duì)各種可再生綠色能源發(fā)電技術(shù)的研究正在迅速發(fā)展。薄膜電池對(duì)弱光的轉(zhuǎn)化率十分高，即使在陰天照樣能夠發(fā)電。[7] 太陽能電池太陽能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光能通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件，它是光伏發(fā)電系統(tǒng)的最基本組成單元，是整個(gè)系統(tǒng)的能量源泉。純硅含有極少量的諸如硼和磷之類的元素。高效多結(jié)電池的這種結(jié)構(gòu)，可使光電轉(zhuǎn)換率達(dá)到40﹪。（2）遠(yuǎn)小于二極管正向?qū)娮?，所以假設(shè)。（4）充電放電循環(huán)次數(shù)多 充電放電循環(huán)次數(shù)多，實(shí)際上的表現(xiàn)為使用壽命長，這是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。同時(shí)，負(fù)極板上的和正極板在外加電場(chǎng)的作用下輸送來的電子結(jié)合而還原成Pb；電解質(zhì)溶液的H+與結(jié)合，生成。其具體原因分析如下[16]：（1）放電深度 放電深度即使用過程中放電到何種程度開始充電，在蓄電池循環(huán)使用時(shí)其壽命主要決定于放電深度。同時(shí)在過充電時(shí)正極活性物質(zhì)會(huì)遭氣體的沖擊，將使活性物質(zhì)脫落，此外正極板柵合金也會(huì)遭到嚴(yán)重的陽極氧化而腐蝕，因此電池過充電會(huì)使蓄電池壽命減小。（5）除了大型的太陽能電站有專門的放置蓄電池的房間，能做到比較好的維護(hù)，其他的小型太陽能光伏系統(tǒng)比如太陽能路燈、太陽能草坪燈等蓄電池工作環(huán)境比較惡劣，夏季高溫和冬季低溫工作也是如此。半導(dǎo)體PN 結(jié)發(fā)光實(shí)質(zhì)為固體發(fā)光，而各種固體發(fā)光都是固體內(nèi)不同能量狀態(tài)的電子躍遷的結(jié)果。（3）PWM 方式使用控制電路實(shí)現(xiàn)起來也比較容易 白光LED燈的驅(qū)動(dòng)方式白光LED的驅(qū)動(dòng)方式由它的工作特性決定，其工作特性為[21]：（1）LED是單向?qū)щ娖骷捎谶@個(gè)特點(diǎn)，要用直流電流或者單向脈沖電流給LED供電。圖28 電阻限流驅(qū)動(dòng)方式 圖29 恒流源驅(qū)動(dòng)方式比較兩種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，第二種方式更適合于太陽能半導(dǎo)體照明。第3章 蓄電池充電方式分析 常用充電方法比較 在獨(dú)立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，鉛酸蓄電池的充電控制方對(duì)系統(tǒng)性能有至關(guān)重要的影響。三階段充電就是恒壓充電致電流降至某一閾值后，再以恒微電流充電。當(dāng)蓄電池端電壓上升到轉(zhuǎn)換門限電壓Uc后, 充電電路轉(zhuǎn)為恒電壓充電，恒電壓充電期間，充電電流會(huì)繼續(xù)減小，直到小于某一閾值，就認(rèn)為充滿，然后采用浮充方式對(duì)蓄電池采取實(shí)時(shí)的補(bǔ)償[22]。但是系統(tǒng)必須引入擾動(dòng)，尋優(yōu)的最后結(jié)果是系統(tǒng)在最大功率點(diǎn)附近的很小范圍內(nèi)來回振蕩，造成能量損失，降低太陽電池效率。第4章 系統(tǒng)的參數(shù)及總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)計(jì)算 LED燈的參數(shù)計(jì)算根據(jù)路燈照明的要求，本文選用了3W的大功率LED燈7盞串聯(lián)，每盞燈的額定電流為700mA。由于太陽能電池的最大功率點(diǎn)電壓高于蓄電池的充電電壓，為達(dá)到提高太陽能電池的利用率的目的，充電電路采用了基于BuckBoost型的DCDC降升壓電路的MPPT控制技術(shù)，同時(shí)DCDC變換器的引入還可以對(duì)蓄電池的充電方式加以控制，實(shí)現(xiàn)恒壓充電以及浮充的充電方法，提高蓄電池的充電速度，并延長蓄電池的使用壽命。取1mH。充放電電路閉環(huán)都采用PI調(diào)節(jié)，參數(shù)由仿真試湊得到。系統(tǒng)等待狀態(tài)是指：太陽能既不滿足對(duì)蓄電池的充電條件，也沒有到照明設(shè)定時(shí)間，此時(shí)蓄電池只對(duì)控制系統(tǒng)供電。 energy magazine．2009，7(3)：22～33.12 于靜，車俊鐵，張吉月．太陽能發(fā)電技術(shù)綜述．世界科技研究與發(fā)展．2008，30（1）：56～5913 王長江．基于MATLAB的光伏電池通用數(shù)學(xué)模型．電力科學(xué)與工程．2009，25（4）：111414 孟昭淵．光伏發(fā)電對(duì)蓄電池的基本要求及理想儲(chǔ)能方法．陽光能源．2011，（3）：60～6415 普平貴．太陽能路燈系統(tǒng)中蓄電池的優(yōu)化設(shè)計(jì)與管理．太陽能．2011，（15）：44～4616 陳維，沈輝，鄧幼俊．太陽能光伏應(yīng)用中的儲(chǔ)能系統(tǒng)研究．蓄電池．2006，（1）：21～2717 朱虹，劉廷章，王建．基于太陽能發(fā)電的LED照明控制技術(shù)．工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置．2008，（1）：82～8418 李甫元． LED燈．電氣時(shí)代．2004，（10）：128～12919 劉宏，張曉晶．高亮度白光LED直流照明燈的研究．節(jié)能與環(huán)保．2005，（8）：5～720 陳維，沈輝，王東海等．太陽能半導(dǎo)體照明驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究．照明工程學(xué)報(bào)．2005，（3）：7～1021 王雅芳．大功率LED照明電路特性與驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)．電子與封裝．2009，9（4）：20～2422 楊曉光，寇臣銳，汪友華．太陽能LＥD照明路燈充電器的研制．太陽能學(xué)報(bào)．2010，31（1）：67～7123 胡寅．太陽能發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)方案設(shè)計(jì)．上海建設(shè)科技．2。系統(tǒng)上電后首先進(jìn)行初始化，包括各存儲(chǔ)單元初始化、外部時(shí)鐘初始化和溫度傳感器初始化等。具體電路如圖59所示。求得C的值為215F，取300μF。其工作原理圖如圖41所示：圖41 路燈控制器工作原理圖 本章小結(jié)本章介紹了系統(tǒng)各部分的參數(shù)計(jì)算及主要器件的選擇，闡述了控制器的主要功能及系統(tǒng)的工作原理。（2）日均光照 以秦皇島為例，日均光照在5小時(shí)每天（3）每日放電時(shí)間 平均每日放電時(shí)間為10小時(shí)（傍晚7時(shí)到第二天5時(shí)），通過PWM控制LED的工作方式每日放電時(shí)間縮短為7小時(shí)。 電導(dǎo)增量法光伏陣列的PV曲線是一個(gè)單峰曲線，在MPP點(diǎn)功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)為零。 最大功率點(diǎn)跟蹤原理光伏陣列的輸出特性具有非線性特征，并且其輸出受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度和負(fù)載情況等影響。它是以最低析氣率為前提，找出蓄電池能夠接受的最大充電電流和可以接受的充電電流曲線，如下圖所示。目前鉛酸蓄電池常用的充電控制包括恒流充電、恒壓允電、階