【文章內(nèi)容簡介】 太陽能既是 一次能源 ，又是 可再生能源 。它 資源 豐富，既可 免費 使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染。為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社 會及人類進(jìn)入一個節(jié)約能源減少污染的時代。 中國 蘊藏著豐富的太陽能資源，太陽能利用前景廣闊。目 前，中國太陽能產(chǎn)業(yè)規(guī)模已位居世界第一，是全球太陽能熱水器生產(chǎn)量和使用量最大的國家和重要的 太陽能光伏 電池生產(chǎn)國。中國比較成熟太陽能產(chǎn)品有兩項： 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 和太陽能熱水系統(tǒng)。 太陽能發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。太陽能發(fā)電四川理工學(xué)院畢業(yè)論文 7 系統(tǒng)分為離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)： 離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負(fù)載供電，還需要配置交流逆變器 。 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)就是太陽能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電這后直接接入公共電網(wǎng)。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)有集中式大型并網(wǎng)電站一般都是國家級電站，主要特點是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。但這種電站投資大、建設(shè)周期長、占地面積大，還沒有太大發(fā)展。而分散式小型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，特別是光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，由于投資小、建設(shè)快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點，是目 前并網(wǎng)發(fā)電的主流。 太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，太陽能電池板的作用是將太陽的光能轉(zhuǎn)化為電能后，輸出 直流電存入蓄電池中。太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中最重要的部件之一，其轉(zhuǎn)換率和使用壽命是決定太陽電池是否具有使用價值的重要因素。 組件設(shè)計：按國際電工委員會 IEC： 1215： 1993 標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計，采用 36 片或 72 片多晶硅太陽能電池進(jìn)行串聯(lián)以形成 12V 和 24V 各種類型的組件。該組件可用于各種戶用光伏系統(tǒng)、獨立光伏電站和并網(wǎng)光伏電站等。 太陽能電池板選型 利用太陽能發(fā)電的方式有多種。已實用的主要有以下兩種。 光 — 熱 — 電轉(zhuǎn)換。即利用太陽輻射所產(chǎn)生的熱能發(fā)電。一般是用 太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換為工質(zhì)的 蒸汽 ，然后由蒸汽驅(qū)動氣輪機(jī)帶動 發(fā)電機(jī) 發(fā)電。前一過程為光 — 熱轉(zhuǎn)換，后一過程為熱 — 電轉(zhuǎn)換。這種方式簡單易行，成本低廉回報大，適合在中國大面積推廣。 光 — 電轉(zhuǎn)換該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。太陽能電池是一種由于 光生伏特效應(yīng) 而將太陽光 能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時， 光電二極管 就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生 電流 。當(dāng)許多個電池 串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的 太陽能電池方陣 了。 太陽能電池 ： 材料要求 ： 耐紫外光線的 輻射 ，透光率不下降。鋼化玻璃作成的組件可 以承受直徑 25 毫米的冰球以 23 米 /秒的速度撞擊。 裝用的 EVA 膠膜固化后的性能要求 ： 透光率 大于 90%；交聯(lián)度大于 6585%；剝離強(qiáng)度（ N/cm），玻璃 /膠膜大于 30； TPT/膠膜大于 15；耐溫性：高溫 85℃ 、低溫基于太陽能的滴灌控制系統(tǒng)總體硬件設(shè)計 8 － 40℃ ；太陽電池的背面，耐老化、耐腐蝕、耐紫外線輻射、不透氣等。 用途 ： 太陽能發(fā)電廣泛用于太陽能路燈、太陽能殺蟲燈、太陽能便攜式 系統(tǒng) ，太陽能 移動電源 ，太陽能應(yīng)用產(chǎn)品，通訊電源，太陽能燈具，太陽能建筑等領(lǐng)域。 太陽能在 2050 年前可能將成為電力的主要來源，受助于發(fā)電設(shè)備成本大跌。 IEA報告表示， 2050 年前太陽能光伏 (PV)系統(tǒng)將最多為全球貢獻(xiàn) 16%的電力，來自太陽能發(fā)電廠的太陽能熱力發(fā)電 (STE)將提供 11%的電力。 光伏 板組件是一種暴露在 陽光 下便會產(chǎn)生 直流電 的發(fā)電裝置，由幾乎全部以 半導(dǎo)體物料（例如 硅 ）制成的固體 光伏電池 組成。簡單的光伏電池 可為手表以及 計算機(jī) 提供能源，較復(fù)雜的 光伏系統(tǒng) 可為房屋提供 照明 以及交通信號燈和監(jiān)控系統(tǒng)，并入 電網(wǎng) 供電。光伏板組件可以制成不同形狀，而組件又可連接，以產(chǎn)生更多 電能 。 天臺 及建筑物表面均可使用光伏板組件，甚至被用作 窗戶 、 天窗 或遮蔽裝置的一部分，這些光伏設(shè)施通常被稱為附設(shè)于建筑物的光伏系統(tǒng) 電池片原材料特點：采用高效率（ %以上）的單晶硅太陽能片封裝，保證太陽能電池板發(fā)電功率充足。 玻璃： 采用低鐵鋼化絨面玻璃 (又稱為白玻璃 )， 厚度 ,在太陽電池光譜響應(yīng)的波長范圍內(nèi) (3201100nm)透光率達(dá) 91%以上，對于大于 1200 nm的紅外光有較高的反射率。此玻璃同時能耐太陽紫外光線的輻 射，透光率不下降。 EVA：采用加有抗紫外劑、抗氧化劑和固化劑的厚度為 的優(yōu)質(zhì) EVA 膜層作為太陽電池的密封劑和與玻璃、 TPT 之間的連接劑。具有較高的透光率和抗老化能力。 TPT：太陽電池的背面覆蓋物 — 氟塑料膜為白色，對陽光起反射作用，因此對組件的效率略有提高，并因其具有較高的紅外發(fā)射率，還可降低組件的工作溫度，也有利于提高組件的效率。當(dāng)然，此氟塑料膜首先具有太陽電池封裝材料所要求的耐老化、耐腐蝕、不透氣等基本要求。邊框：所采用的鋁合金邊框具有高強(qiáng)度，抗機(jī)械沖擊能力強(qiáng)。也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分 。組成如圖 22. 圖 22 太陽能電池板組成結(jié)構(gòu) 四川理工學(xué)院畢業(yè)論文 9 經(jīng)過分析考慮，該系統(tǒng)環(huán)境要求較低，選用平板型單晶硅太陽能電池板。具體需要可根據(jù)實際情況將電池板進(jìn)行并聯(lián)和串聯(lián)，便可達(dá)到要求。 太陽能控制器選型 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。太陽能控制器采用高速 CPU 微處理器和高精度 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是一個微機(jī)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測控制系統(tǒng)。既可快速實時采集光伏系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)，隨時獲得 PV站的工作信息，又可詳細(xì)積累 PV 站的歷史數(shù)據(jù)，為評估 PV 系統(tǒng)設(shè)計的合理性及檢驗系統(tǒng)部件質(zhì)量的可靠性提供了準(zhǔn)確而充分的依據(jù)。此外，太陽能控制器還具有串行通信數(shù)據(jù)傳輸功能，可將多個光伏系統(tǒng)子站進(jìn)行集中 管理和遠(yuǎn)距離控制。太陽能控制器通常有 6 個標(biāo)稱電壓等級： 12V、 24V、 48V、 110V、 220V、 600V ，如圖 23。 圖 23 太陽能控制器 太陽能控制器是由專用處理器 CPU、電子元器件、顯示器、開關(guān)功率管等組成。其主要特點： 使用了單片機(jī)和專用軟件，實現(xiàn)了智能控制； 利用蓄電池放電率特性修正的準(zhǔn)確放電控制。放電終了電壓是由放電率曲線修正的控制點，消除了單純的電壓控制過放的不準(zhǔn)確性，符合蓄電池固有的特性，即不同的放電率具有不同的終了電壓。 具有過充、過放、電子短路、過載保護(hù)、獨特的防反接保護(hù)等全自動控制；以上保護(hù)均不損壞任何部件，不燒保險； 采用了串聯(lián)式 PWM 充電主電路，使充電回路的電壓損失較使用二極管的充電電路降低近一半，充電效 率較非 PWM 高 3%6%，增加了用電時間；過放恢復(fù)的提升充電，正常的直充，浮充自動控制方式使系統(tǒng)由更長的使用壽命；同時具有高精度溫度補(bǔ)償； 直觀的 LED 發(fā)光管指示當(dāng)前蓄電池狀態(tài)，讓用戶了解使用狀況； 所有控制全部采用工業(yè)級芯片（僅對帶 I 工業(yè)級控制器），能在寒冷、高溫、基于太陽能的滴灌控制系統(tǒng)總體硬件設(shè)計 10 潮濕環(huán)境運行自如。同時使用了晶振定時控制，定時控制精確。 取消了電位器調(diào)整控制設(shè)定點，而利用了 E 方存儲器記錄各工作控制點，使設(shè)置數(shù)字化，消除了因電位器震動偏位、溫漂等使控制點出現(xiàn)誤差降低準(zhǔn)確性、可靠性的因素； 使用了數(shù)字 LED 顯 示及設(shè)置，一鍵式操作即可完成所有設(shè)置，使用極其方便直觀的作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關(guān)、時控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項。 根據(jù)工作情況要求，該設(shè)計選用 12VDC 的太陽能控制器滿足系統(tǒng)運行條件。 單片機(jī)選型 在現(xiàn)今市場上 ， 單片機(jī)的生產(chǎn)廠商很多 、 單片機(jī)的類型也很多 。 作為通用智能終端的控制器 ， 在這眾多的單片機(jī)類型中選擇一款合適的型號至關(guān)重要 。 對于本終端 ， 進(jìn)行單片機(jī)選型應(yīng)該遵循的原則或要求 主要是 : (1)選擇的單片機(jī)必須有較好的穩(wěn)定性 ， 這是因為在溫室或其它環(huán)境中存在有很多的干擾 ， 為了使單片機(jī)能夠正常的工作 ， 單片機(jī)內(nèi)部必須有較好的內(nèi)部復(fù)位和內(nèi)部延時等功能 ， 如在單片機(jī)內(nèi)部的程序運行時 ， 若程序 /跑飛 0(指程序不按照指定的順序運行 )，可進(jìn)行復(fù)位操作 。 (2)選擇的單片機(jī)必須具有豐富的片上外圍設(shè)備 ， 因為這樣可以簡化電路的設(shè)計 ， 也可以讓電路的調(diào)試更加容易 。 (3)選擇的單片機(jī)要有方便的調(diào)試功能 ， 單片機(jī)生產(chǎn)廠商要提供免費的調(diào)試軟件 ， 使單片機(jī)程序大部分能夠在 PC 機(jī)上仿真出來而且無誤 。而且 ， 單片機(jī)程序語言要多 樣化 ，要既可以用單片機(jī)匯編語言也可以用 C 語言編寫程序 。 (4)選擇的單片機(jī)功耗要低 ， 由于設(shè)計的通用智能終端長期在環(huán)境現(xiàn)場工作 ， 為了節(jié)能 ， 應(yīng)選擇功耗低的單片機(jī) 。 本設(shè)計采用宏晶科技公司出產(chǎn)的 STC89C516RD+單片機(jī)。 STC89C516RD+單片機(jī)介紹 STC89C516RD+單片機(jī)是 STC 推出的新一代高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)。指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)， 12 時鐘 /機(jī)器周期和 6 時鐘 /機(jī)器周期可以在任意選擇，內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路。該單片機(jī)的主要特性如下： 增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)， 12 時鐘 /機(jī)器周期和 6 時鐘 /機(jī)器周期可以在任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051； 四川理工學(xué)院畢業(yè)論文 11 工作電壓： ； 工作頻率范圍： 040MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 080MHz，世紀(jì)工作頻率可達(dá)48MHz； 用戶應(yīng)用程序空間 64K； 片上集成 1280 字節(jié) RAM； 通用 I/O 接口 39 個，復(fù)位后為 P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱向上拉（普通 8051傳統(tǒng) I/O 口）， P0 口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻； ISP（在系統(tǒng)可 編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編輯器，無需專用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成； 具有 EEPROM 功能； 內(nèi)部自帶看門狗程序； 內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路，外部晶體 20M 以下時，可省略外部復(fù)位電路； 1共 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器，其中定時器 0 還可以當(dāng)成 2 個 8 位定時器使用； 1外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒； 1通用異步串行口（ UART），還可用 定時器軟件實現(xiàn)多個 UART； 1工作溫度范圍： 075 攝氏度。 STC89C516RD+單片機(jī)結(jié)構(gòu) 該款單片機(jī)中包括中央處理器（ CPU）、程序存儲器（ Flash）、數(shù)據(jù)存儲器（ SRAM）、定時 /計數(shù)器、 UART 串口、 I/O 接口、 EEPROM、看門狗等模塊，幾乎包括了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個片上系統(tǒng)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 24，管腳分布如圖 25。 基于太陽能的滴灌控制系統(tǒng)總體硬件設(shè)計 12 圖 24 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 25 單片機(jī)管腳圖 溫度傳感器選型 溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是工農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)過程中一個很重要而普遍的測量四川理工學(xué)院畢業(yè)論文 13 參數(shù)。溫度的測量及控制對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位，約占 50%。 溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而改變某種特性來間接測量的。不少材料、元件的特性都隨溫度的變化而變化，所以能作溫度傳感器的材料相當(dāng)多。溫度傳感器隨溫度而引起物理參數(shù)變化的有：膨脹、電阻、電容、而電動勢、磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等等。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，新型溫度傳感器還會不斷涌現(xiàn)。 溫度傳感器與被 測介質(zhì)的接觸方式分為兩大類：接觸式和非接觸式。接觸式溫度傳感器需要與被測介質(zhì)保持熱接觸，使兩者進(jìn)行充分的熱交換而達(dá)到同一溫度。這一類傳感器主要有電阻式、熱電偶、 PN 結(jié)溫度傳感器等。非接觸式溫度傳感器無需與被測介質(zhì)接觸，而是通過被測介質(zhì)的熱輻射或?qū)α鱾鞯綔囟葌鞲衅?，以達(dá)到測溫的目的。這一類傳感器主要有紅外測溫傳感器。 本次設(shè)計采用 DS18B20 常用溫度傳感器，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的特點。 DS18B20 的主要特性 ： 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由 數(shù)據(jù)線供電； 獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊； DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實