【文章內容簡介】 利用電路仿真軟件 proteus 進行仿真設計與調試。根據提出的系統(tǒng)設計內容和目標，本文給出整個系統(tǒng)的設計規(guī)劃，并且對于系統(tǒng)的各個模塊的實現進行元件選型。 系統(tǒng)各部分容量的選取配合，需要綜合考慮成本、效率和可靠性。與照明負載配合，考慮到連續(xù)陰天的情況，對系統(tǒng)容量留出一定裕度。太陽能電池是太陽能照明系統(tǒng)的輸入，為整個系統(tǒng)提供照明和控制所需電能。在白天光 照條件下，路燈熄滅，太陽能電池將所接收的光能轉換為電能，經充電電路對蓄電池充電；天黑后，太陽能電池不再供電，充電器停止工作，轉而進入蓄電池放電階段，點亮路燈。蓄電池作為太陽能照明系統(tǒng)的儲能環(huán)節(jié)，白天將太陽能電池輸出的電能轉換為化學能儲存起來，到夜間再轉換回電能輸出到照明負載。全天中控制器的電源一直由蓄電池供給?？刂葡到y(tǒng)以單片機為核心，來實現系統(tǒng)中太陽能電池工作狀態(tài)的 MPPT 即 最大功率點跟蹤（ Maximum Power Point Tracking） 、蓄電池容量檢測和蓄電池充電精確控制以及集中化的對區(qū)域內路燈 故障的準確診斷和調試。從而實現太陽能照明系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)定運行與準確切換的要求提高太陽能照明系統(tǒng)效率，延長蓄電池的壽命，并實現人性化的集中遠程管理。 圖 光伏發(fā)電系統(tǒng) block of PV Systems 系統(tǒng)組成 畢業(yè)設計 (論文 )網 : 7 本課題研究的主要內容是基于單片機的節(jié)能型太陽能 LED路燈的設計。太陽能路燈主要由太陽能電池板 (包括支架 )、 LED燈頭、控制器、蓄電池組、燈桿及燈具外殼幾個部分組成。 其中控制系統(tǒng)由單片機及邏輯電路實現。 各地應根據本地照明要求和氣候條件進行太陽能路燈設計 。 圖 系統(tǒng)結構圖 the Structure of System 太陽能電池板 太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分，也是太陽能路燈中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉化為電能，或送至蓄電池中存儲起來。較實用的有單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池等三種。本課題主要研究的也是硅太陽能電池。單晶硅太陽能電池性能參數比較穩(wěn)定，適合在陰雨天比較多、陽光相對不是很充足的南方地區(qū)使用；多晶硅太陽能電池生產工藝相對簡單，價格比單晶硅低，適合在太陽光充足、日照好的東西 部地區(qū)使用；非晶硅太陽能電池對太陽光照條件要求比較低，適合在室外陽光不足的地區(qū)使用。 太陽能電池的工作電壓約為蓄電池電壓的 倍，才能保證給蓄電池正常充電。太陽能電池的單位面積輸出功率約 127Wp/m2。太陽能電池一般由多個太陽能單元電池串聯組成，其容量取決于照明光源、線路傳輸部件所消耗的總功率以及當地太陽能輻射能量。太陽能電池組輸出功率宜為光源功率的 3~5 倍以上 :光照豐富、開燈時短地區(qū)為3~4 倍以上，反之為 4~5 倍以上。太陽能電池輸出功率 Wp 是標準太陽光照條件下，即 :歐洲委員會定義的 101 標準，輻射強度 1000W/m2，大氣質量 ，電池溫度 25℃條件下，太陽能電池的輸出功率。 不同的時間，不同的地點，同樣一塊太陽能電池的輸出功率是不同的。所謂標準條件，接近平時晴天中午前后的太陽光照條件。表 即為我國不同地區(qū)太陽光照條件對比，表 為 年總輻射量與日平均峰值日照時數對應表。 表 我國不同地區(qū)太陽光照條件 畢業(yè)設計 (論文 )網 : 8 Table Solar illumination conditions in different regions of China 區(qū)域劃分 豐富地區(qū) 比較豐富地區(qū) 可以利用地區(qū) 貧乏地區(qū) 年總輻射量 ≥ 580 500～ 580 420～ 500 ≤ 420 千焦 /厘米 不宜用太陽能 地域 內蒙西部、甘 新疆北部、東北、 東北北端、內蒙呼 重慶、四川、 肅西部、新疆、 內蒙東部、華北、 盟、長江下游、福 貴州、廣西、 南部、青藏高 陜北、寧夏、甘 建、廣州、廣西、 江西部分地 原 肅部分、青藏高 貴州部分、云南、 區(qū) 原東側、海南、 河南、陜西 臺灣 連續(xù)陰雨天 2 3 7 5 表 年總輻射量與日平均峰值日照時數對應表 Table The total radiation and daily average peak sunshine hours of the corresponding table 年總輻射量 (千焦 /厘米 ) 420 460 500 540 580 620 660 700 740 平 均峰值日照時數（ h） 路燈桿一般在 5m以上，重心較高，大部分太陽電池板都是懸掛式，為增強整套設備的抗風力，一般選擇多塊太陽電池板組成所需要的組件功率。即在實際運行中，按照所需要的功率等級和電壓等級可以將若干單個光伏電池串并聯組成光伏陣列。 表 我國主要城市年平均日照時間及最佳安裝轉角 State average sunshine time of major cities and the best installation angle 城 市 緯度 最佳傾角 年平均日照時間 城市 緯度 最佳傾角 年平均日照時間 Φ (176。 ) (h) Φ (176。 ) (h) 哈爾濱 Φ +3 杭州 Φ +3 長 春 Φ +1 南昌 Φ +2 沈陽 Φ +1 福州 Φ +4 北京 Φ +4 5 濟南 Φ +6 天津 Φ +5 鄭州 Φ +7 呼和 Φ +3 武漢 Φ +7 太原 Φ +5 長沙 Φ +6 烏魯 Φ +12 廣州 Φ 7 木齊 畢業(yè)設計 (論文 )網 : 9 續(xù)表 1 城 市 緯度 最佳傾角 年平均日照時間 城市 緯度 最佳傾角 年平均日照時間 Φ (176。 ) (h) Φ (176。 ) (h) 西寧 Φ +1 ?？? Φ +12 蘭州 Φ +8 南寧 Φ +5 銀川 Φ +2 成都 Φ +2 西安 Φ +14 貴陽 Φ +8 上海 Φ +3 昆明 Φ 8 南京 Φ +5 拉薩 Φ 8 合肥 Φ +9 太陽能控制器 無論太陽能燈具大小，一個性能良好的充電放電控制器是必不可少的。為了延長蓄電池的使用壽命，必須對它的充電放電條件加以限制，防止蓄電池過充電及深度充電。在溫差較大的地方，合格 的控制器還應具備溫度補償功能。同時太陽能控制器應兼有路燈控制功能，具有光控、時空、溫控等功能選擇，具有調光功能，并應具有夜間自動切控負載功能，便于陰雨天延長路燈工作時間。 要給蓄電池充電，太陽板的輸出電壓必須高于電池的當前電壓，否則輸出電流就會接近 0。所以，為了安全起見，太陽能板在制造出廠時，太陽能板的峰值電壓（ Vpp）大約在 17V 左右，這是以環(huán)境溫度為 25176。C 時的標準設定的。這樣設定的原因，在于當天氣非常熱的時候，太陽能板的峰值電壓 Vpp 會降到 15V 左右，但是在寒冷的天氣里，太陽能的峰值電壓 Vpp 可以達到 18V。傳統(tǒng)的太陽能充放電控制器就有點象手動檔的變速箱，當發(fā)動機的轉速增高的時候，如果變速箱的檔位不相應提高的話，勢必會影響車速。但是對于傳統(tǒng)控制器來說，充電參數都是在出廠之前就設定好的，這就像車的檔位被固定設置在 1 檔。那么不管你怎樣用力的踩油門，車的速度也是有限的。而MPPT 控制器是自動擋的。它會根據發(fā)動機的轉速自動調節(jié)檔位，始終讓汽車在最合理的效率水平運行。即 MPPT 控制器會實時跟蹤太陽能板中的最大的功率點，來發(fā)揮出太陽能板的最大功效。電壓越高，通過最大功率點跟蹤，就可以輸出更多的電量，從而提高充電效率 。所謂最大功率點跟蹤，即是指控制器能夠實時偵測太陽能板的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流值 (VI)，使系統(tǒng)以最高的效率對蓄電池充電。理論上講，使用 MPPT 控制器的太陽能發(fā)電系統(tǒng)會比傳統(tǒng)的效率提高 50%，但是跟據我們的實際畢業(yè)設計 (論文 )網 : 10 測試，由于周圍環(huán)境影響與各種能量損失，最終的效率也可以提高 20%~30%。從這個意義上講， MPPT 太陽能充放電控制器，勢必會最終取代傳統(tǒng)太陽能控制器。 蓄電池的選擇 由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定，所以一般需要配置蓄電池系統(tǒng)才能工作。蓄電池在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的 電能儲存起來，到夜晚需要照明的時候再釋放出來。（ 1）類型選擇。其類型一般有鉛酸蓄電池（適于低溫高倍率放電，比能量偏低，目前大部分太陽能路燈采用，密封免維護，價格低。注意防止鉛酸污染，應逐步淘汰） NiH 蓄電池（放電倍率高、低溫性能好，循環(huán)壽命長，小型系統(tǒng)采用。注意防止福污染） NiCd 蓄電池（高倍率放電，低溫性能好，價格便宜，無污染，為綠色環(huán)保電池。小型系統(tǒng)采用，要大力提倡）目前廣泛采用的有鉛酸免維護蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳銘蓄電池三種。在此次設計中采用鉛酸蓄電池。 (2）容量選擇。蓄電池容量過小，不能 滿足夜晚照明的需要；容量過大，蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，也造成浪費。蓄電池容量 (Ah)與負載容量 (Ah)之比宜在 3~6 倍以上：連續(xù)陰雨天數較少地區(qū)約為 3~4 倍以上，連續(xù)陰雨天數較多地區(qū)約為 5~6 倍以上。（ 3）蓄電池聯結。并聯連接時，要考慮各單體電池間的不平衡影響。并聯組數不宜超過 4組。注意蓄電池防盜。 太陽能用蓄電池的幾點特殊要求 (1)額定容量。現有固定型 VRLA 電池，機械、郵電、電力等行業(yè)的標準為 10 小時率容量。 JB／ T96531999《儲能用鉛酸蓄電池》標準規(guī)定的 30 小時率容量， 主要是針對干荷電鉛酸蓄電池而言。對于固定型 VRLA 電池，最好采用 20 小時率或 24 小時率，以滿足每天使用 5H、能承受 3 天無太陽或無風時的日常供電。 (2)低溫放電和充電的性能。 (3)充電效率和深放電后的恢復性能。由于VRLA 蓄電池在運行中處于不完全充電狀態(tài)，有時還存在深放電后的靜置，所以蓄電池的充電效率和深放電后的恢復性能是很重要的指標。 (4)使用壽命。 12V 系列在 5 年左右， 2V 系列在 8 年左右。 (5)可在海拔 5000m以上的地方使用。 (6)蓄電池組內各單體電池的一致性。單體電池的一致性不僅包括電池的開路電壓、初 期容量，而且還包括電池的內阻、自放電以及 Ah 充電效率等方面。這就要求從鑄板工序開始到各項檢測都必須控制在較小公差范圍內。采用機械鑄板、涂板、極板定量稱重和定量灌酸灌膠等工序是電池均一性的基本保障。 光源和應用 太陽能路燈采用何種光源是太陽能燈具是否能正常使用的重要指標，一般太陽能燈具采用低壓節(jié)能燈、低壓鈉燈、無極燈、 LED 光源。