【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )網(wǎng) : 24 圖 BUCK。由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)。從而一定的輸出阻抗對(duì)應(yīng)一個(gè)輸 出電壓值和輸出電流值。本文采用 BUCK 電路來(lái)實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，其電路組成如圖 。它被廣泛應(yīng)用于直流開關(guān)電源、逆變系統(tǒng)、通信領(lǐng)域、地鐵、無(wú)軌電車等直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備中。 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。圖中Vin+和 Vin連接在太陽(yáng)能電池陣列的輸出端， VB 和 GND 連接鉛酸蓄電池正負(fù)兩極。 充放電驅(qū)動(dòng)電路 本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能路燈微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的充電驅(qū)動(dòng)電路如圖 所示。本課題設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路如圖 所示。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。紅外接收電路如圖 所示。 紅外發(fā)射電路如圖 所示。紅外對(duì)射探頭要選擇合適的響應(yīng)時(shí)間：太短容易引起不必要的干擾，太長(zhǎng)會(huì)發(fā)生漏報(bào)。紅外線是一種不可見光，而且會(huì)擴(kuò)散，投射出去會(huì)形成圓錐體光束。其偵測(cè)原理乃是利用紅外線經(jīng) LED 紅外光發(fā)射二極管發(fā)射 ,由接收頭接受。 紅外檢測(cè)電路 自然界中存在的各種物體，如人體、木材、石頭、火焰 、冰等都會(huì)發(fā)出不同波長(zhǎng)的紅外線，利用紅外對(duì)射可對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。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。光敏二極管可以利用光照強(qiáng)弱來(lái)改變電路中的電流。 環(huán)境光檢測(cè)電路 光電傳感器是一種能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)換成電量的傳感器。常見的環(huán)境光采集器件光電傳感器有光敏二 極管和光敏三極管，這里選用光敏二極管。 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。如果路口足夠?qū)?，可以讓兩個(gè)人一起進(jìn)，那用紅外無(wú)法檢測(cè)具體人數(shù)除非一個(gè)一個(gè)進(jìn)，稱重相結(jié)合，或許可以解決這個(gè)問題：第一對(duì)紅外管檢測(cè)是否有人進(jìn)，但進(jìn)一個(gè)或兩個(gè)不知道；第二對(duì)紅外管檢測(cè)是否有人出，但出一個(gè)或兩個(gè)不知道；兩對(duì)管中間是稱重區(qū)域，即可以判斷是進(jìn)了一個(gè)還是兩個(gè)人，同時(shí)可以判斷是出了一個(gè)還是兩個(gè)人。將紅外探頭水平前后安裝于道路邊上，設(shè)為路口方向向內(nèi)分別為“ A”“ B”探頭，單片機(jī)分別檢測(cè)兩探頭狀態(tài)（可以中斷檢測(cè)），假設(shè)兩探頭感應(yīng)到人時(shí)輸出為“ 1”，判斷探頭“ A”先檢測(cè)到人，就是進(jìn)去，計(jì)數(shù)加一，“ B”先檢測(cè)到人，計(jì)數(shù)減一。它利用紅外光敏感器件將活動(dòng)生物體發(fā)出的微量紅外線轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，并進(jìn)行放大 ,處理，對(duì)被監(jiān)控的對(duì)象實(shí)施控制。 本課題選擇紅外對(duì)管檢測(cè)人數(shù)。熱電檢測(cè)器是將紅外的輻射熱能轉(zhuǎn)化為電能，從而檢測(cè)電信號(hào)來(lái)測(cè)量紅外線的強(qiáng)弱。熱流在物體內(nèi)部擴(kuò)散和傳遞的路徑中，將會(huì)由于材料或投射的熱物理性質(zhì)不同，或受阻堆積，或通暢無(wú)阻傳遞，最終會(huì)在物體表面形成相應(yīng)的“熱區(qū)”和“冷區(qū)”，這種由里及表出現(xiàn)的溫差現(xiàn)象，就是紅外檢測(cè)的基本原理。本課題主要采用定時(shí)控制 LED 路燈的點(diǎn)亮與熄滅和紅外對(duì)管檢測(cè)行人數(shù)目控制燈亮數(shù)目。 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。白天當(dāng)光線照射到光敏電阻上時(shí)，其通過感應(yīng)使電路封鎖聲音通道，使聲音脈沖不能通過，則 燈泡不受聲音控制，即聲控傳感器暫時(shí)失去作用，燈泡不亮。 方案二：聲光控 LED 路 燈延時(shí)設(shè)計(jì)。（ 5）凌晨 2 點(diǎn)以前：考慮行人及車輛活動(dòng)的減少，此時(shí)兼顧蓄電池的存儲(chǔ)能量，使得 LED 減小到額定功率的 (60— case)％ 。（ 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。（ 1)白天：系統(tǒng)處于充電狀態(tài)， LED 燈熄滅。通過對(duì) LED 燈的調(diào)明控制不僅可以節(jié)省功率消耗從而減小設(shè)備一次性投入。 路燈的點(diǎn)亮與熄滅 方案一：分時(shí)段控制節(jié)能 LED 燈。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，因此為了確保流過每個(gè)白光 LED 電流相同，需要采用串聯(lián)模式。h V—— 光伏系統(tǒng)的電壓等級(jí) (12V 或 24V) LED 的特性和亮滅控制 LED 的特性 高亮度 LED 一般的導(dǎo)通電壓在 ～ ，其電流 電壓關(guān)系為： ? ?1/ ?? KTVSF FeII 式中， IS 為飽和導(dǎo)通電流； VF 為正向電壓； IF 為正向電流。由于蓄電池容量一般以安時(shí)數(shù)表示，故蓄電池容量應(yīng)該為： C = 1000（ Cˊ/V） 。h； D—— 最長(zhǎng)無(wú)日照期間用電時(shí)數(shù)， h； F—— 蓄電池放電效率的修正系數(shù)， (通常為 ) Po—— 平均負(fù)荷容量， kW； L—— 蓄電池的維修保養(yǎng)率， (通常取 )I 卜蓄電池的放電深度 (通常取 ) 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )網(wǎng) : 18 Ka—— 包括逆變器等交流回路的損耗率 (通常為 ~) 上式可簡(jiǎn)化為： Cˊ= DPo。 圖 蓄電池充電過程曲線 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)。脈沖快速充電法的理論依據(jù)就是通過在充電電流中疊加一定頻率、寬度、高度的負(fù)脈沖或短 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )網(wǎng) : 17 圖 蓄電池充電過程曲線 Figure battery charging curve 時(shí)間的停充電，使參加反應(yīng)的 Pb+離子來(lái)得及生成并提 高其濃度，又使生成的 H+和 S04 離子來(lái)得及從電極表面附近移開，其綜合效果是降低了濃差極化，允許加大充電電流縮短充電時(shí)間。第四階段以 Eb2 恒壓充電，這時(shí)充電電流進(jìn)一步減小，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的安時(shí)數(shù)時(shí)則停止充電。第二階段以恒電壓充電，隨著蓄電池端電壓的升高，電流會(huì)逐漸減小，當(dāng)充電電流達(dá)到 Ib2 時(shí)，轉(zhuǎn)入第三階段。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。因?yàn)榉蛛A段充電過程符合閥控式密封鉛酸蓄電池的特性，能很好地保護(hù)蓄電池，延長(zhǎng)其使用壽命 。蓄電池是影響太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)壽命的關(guān)鍵因素，對(duì)閥控式密封鉛酸蓄電池充放電的控制直接影響蓄電池的壽命，不合理的充放電將直接導(dǎo)致蓄電池的崩潰。由遙測(cè)設(shè)備在連續(xù)陰雨天中所消耗 能量的安時(shí)數(shù)加上 20％的因數(shù)，再加上 10％ 電池自放電安時(shí)數(shù)，便可計(jì)算出蓄電池所需額定容量。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％ 。 (4)蓄電池的自放電。 (3)蓄電池要有足夠的容量來(lái)保證不會(huì)由于過充電所造成的失水。 (2)蓄電池每天的放電容量。 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)。光伏電池的輸出電壓和輸出電流都和負(fù)載電阻大小有關(guān)。而在同一光照強(qiáng)度下，改變負(fù)載大小，也可使輸出改成恒流形式或恒壓形式。實(shí)驗(yàn)測(cè)得，開路電壓隨光照強(qiáng)度的升高呈對(duì)數(shù)比例增加，短路電流和輸出功率均與光照強(qiáng)度成正比。也就是說，電池的工作溫度每升高 1℃ ，開路電壓約下降 2mV，約是正常室溫時(shí)的 的 ％ 。溫度變化對(duì)于開路電壓的影響之所以大，是因?yàn)殚_路電壓直接同制造電池的半導(dǎo)體材料的禁帶寬度有關(guān)，而禁帶寬度會(huì)隨溫度的變化而發(fā)生變化。所以日照強(qiáng)度的強(qiáng)弱是影響光伏電池板輸出功率大小的重要因素。當(dāng)光照強(qiáng)度改變時(shí)，對(duì)光伏電池板的開路電壓并不會(huì)有太大的影響，但對(duì)其所能提供的電流值有著相當(dāng)大的變化。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，因而開路電壓隨溫度的升高急劇下降。 溫度特性和光照特性 溫度的變化會(huì)顯著改變太陽(yáng)能電池的輸出性能。而絕對(duì)光譜響應(yīng)指的是，當(dāng)各種波長(zhǎng)的單位輻射光能或?qū)?yīng)的光子入射到光伏電池上，將產(chǎn)生不同的短路電流。 太陽(yáng)能電池的外特性 光伏電池工作環(huán)境的多種外部因素，如光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、粒子輻射等都會(huì)對(duì)電池的性能指標(biāo)帶來(lái)影響，而且溫度的影響和光照強(qiáng)度的影響還同時(shí)存在。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)。 圖 不同光照下太陽(yáng)電池的輸出電壓電流曲線 Figure the IoutUoutcurve of the solar cell under different sunlight 因此 ,為了提高本系統(tǒng)的工作效率，必須盡可能地使太陽(yáng)電池在 MPPT 處工作，這樣就可以用功率盡可能小的太陽(yáng)電池獲得最大的功率輸出，這就是進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤的意義所在。 圖 中兩圖分別是太陽(yáng)能光伏陣列在溫度為 25℃ 時(shí)，不同日照 (S)下表現(xiàn)出的電 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )網(wǎng) : 14 圖 太陽(yáng)電池的輸出電壓電流曲線 Figure the IoutUoutcurve of the solar cell 電流 電壓 (IV)和功率 電壓 (PV)特性。對(duì)圖中電壓、電流方向，得出光伏陣列的特性方程為 : I = ? ?? ?? ? ? ? shSSOSLG RIRVIRVA K TqII /1/e x p ????? 式中： ? ? ? ?? ?? ?TTBKqETTII tototOS /1/1/e x p/ 3 ?? ? ?? ? 1 0 0/251 ???? TKII S C RLG 其中： E∞硅的帶寬 Rs串聯(lián)等效電阻 q電子電荷電量 Rsh并聯(lián)等效電阻 K波耳茲曼常數(shù) T電池單元的溫度（℃ ) λ日照強(qiáng)度 (W/m2) IOS 電池單元的反向飽和電流 ILG光照產(chǎn)生的電流 IoτTτ下的電池單元飽和電流 B=A= 理想系數(shù) I、 V電池單元的輸出電流、電壓 Tτ= K1＝ ℃ ， ISCR 下的短路電流溫度系數(shù) ISCR 25℃ 和 1000 W/m2 條件下的短路電流 從圖 可以看出，太陽(yáng)電池陣列既非恒壓源也非恒流源 ,而是一種非線性直流電源，電池輸出電流在大部分工作電壓范圍內(nèi)相當(dāng)恒定 ,最終在一個(gè)足夠高的電壓之后電流迅速下降至零。 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。式中 18 為太陽(yáng)電池組件工作電壓。I2=C。選取 2 節(jié) 12V120Ah 的電池組成電池組。 （ 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。 （ 1）負(fù)載日耗電量： Q=WH/U=308/12=20Ah 式中 U 為系統(tǒng)蓄電池標(biāo)稱電壓。當(dāng)?shù)貣|經(jīng) 114 度，北緯 23 度，年平均水平日太陽(yáng)輻射為 ,年平均月氣溫為 度，兩個(gè)連續(xù)的陰雨天間間隔時(shí)長(zhǎng) 25天。 下面舉例說明太陽(yáng)能路燈設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 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。（ 8）防盜。（ 7）制定太陽(yáng)能路燈設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。（ 5）規(guī)范產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和提高產(chǎn)品質(zhì)量 制定太陽(yáng)能產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢側(cè)系統(tǒng)，形成產(chǎn)品系列，提高產(chǎn)品質(zhì)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。（ 3）提商蓄電池壽命太陽(yáng)能電池的使用壽命 25 年以上，普通蓄電池 的使用壽命在 2~3 年，蓄電池是太陽(yáng)能電力 系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)。太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換率低，限制了路燈功率，使太陽(yáng)能路燈不宜用在主干道照明。 太陽(yáng)能路燈需要解決的問題 太陽(yáng)能路燈還有以下問題善待提高： (1)提高太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換率。蓄電池放電 小時(shí)后，充放電控制器動(dòng)作，蓄電 池放電