【正文】 池的成本。 國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀 光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀 光伏電池是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中基本核心部件，它的大規(guī)模應(yīng)用需要解決兩大難題：一是提高光電轉(zhuǎn)換效率；二是降低生產(chǎn)成本。有資料顯示，每年用于照明的電力在3000億度以上，若采用LED照明，每年就可以節(jié)約1/3的照明用電，基本上相當(dāng)于總投資規(guī)模超過(guò)2000億元的三峽工程的全年發(fā)電量。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是一種不需燃料、無(wú)污染獲取電能的高新技術(shù)，具有許多優(yōu)點(diǎn)，如:安全可靠、無(wú)噪聲，能量隨處可得，不受地域限制，無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，故障率低，維護(hù)簡(jiǎn)便，可以無(wú)人值守，建站周期短，規(guī)模大小隨意，無(wú)需架設(shè)輸電線路，可以方便地與建筑物相結(jié)合等，因此，在太陽(yáng)能的有效利用中，光伏發(fā)電是近些年來(lái)太陽(yáng)能眾多利用方式中發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域[4]。目前太陽(yáng)能發(fā)電有兩種方法[3]：一種是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能，然后按常規(guī)方式發(fā)電，稱為太陽(yáng)能熱發(fā)電；另一種是通過(guò)光電器件利用光生伏打原理將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能，稱為太陽(yáng)能光伏發(fā)電。因此，開(kāi)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(lèi)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(guó)普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)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。氣候異常，臭氧層空洞擴(kuò)大，酸雨頻發(fā)，等惡果。根據(jù)目前已探明的儲(chǔ)量與年開(kāi)采量計(jì)算，它們尚可開(kāi)采的年限分別是：石油40年、天然氣50年、煤炭240年[1]。關(guān)鍵詞　充電；最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）；LED；控制器AbstractIn recent years, with intensify of energy shortage and environmental pollution,due to solar energy clean,security and resource adequacy and so on,it is increasingly being the public the LED solar illumination, is an important application domain for solar photovoltaic power generation.This paper studies photovoltaic power generation system management controller design basic work principles of solar cells、LED and lead—acid batteries have been introduced firstly,the issues of the most power point tracking(MPPT)of the solar cells and charging and discharging strategy optimizing of lead—acid batteries has been researched. Depending on how the work of photovoltaic power generation system, management and protection of the charge and discharge and led driver control has been designed.according to the theoretical model and mathematical model, the solar cell is modeled and simulated by MATLAB/SIMULINK tool, and have a simulation study on output characteristic.Keywords　 Charge；maximum power point tracking ( MPPT )；led；controller目錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 關(guān)于本課題的背景及研究意義 1 國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀 2 光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀 2 太陽(yáng)能路燈控制器技術(shù)現(xiàn)狀 3 論文主要研究?jī)?nèi)容 3第2章 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的基本構(gòu)成和特性 4 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu) 4 太陽(yáng)能電池 4 太陽(yáng)能電池基本工作原理 5 太陽(yáng)能電池的分類(lèi)及比較 5 太陽(yáng)能電池的數(shù)學(xué)模型 7 太陽(yáng)能電池的基本特性 9 蓄電池 10 光伏發(fā)電對(duì)蓄電池的基本要求 11 蓄電池種類(lèi) 12 鉛酸蓄電池工作原理 12 在太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中鉛酸蓄電池壽命影響因素分析 13 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中的蓄電池應(yīng)用特點(diǎn) 16 白光LED燈 16 LED燈的簡(jiǎn)介 16 白光LED燈發(fā)光原理 17 白光LED燈的控制方式 18 白光LED燈的驅(qū)動(dòng)方式 19 太陽(yáng)能路燈控制器 21 本章小結(jié) 22第3章 蓄電池充電方式分析 23 常用充電方法比較 23 恒電流充電法 23 恒電壓充電法 23 階段充電法 24 智能充電法 24 PWM充電法 24 最大功率點(diǎn)跟蹤原理 25 最大功率點(diǎn)跟蹤方法比較 26 恒電壓法 26 擾動(dòng)觀察法 27 電導(dǎo)增量法 28 其他跟蹤方法 28 最大功率點(diǎn)跟蹤算法仿真 29 本章小結(jié) 30第4章 系統(tǒng)的參數(shù)及總體設(shè)計(jì) 31 系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)計(jì)算 31 LED燈的參數(shù)計(jì)算 31 蓄電池的參數(shù)計(jì)算 31 光伏電池的參數(shù)計(jì)算 31 系統(tǒng)總體要求 32 硬件設(shè)計(jì)方案 32 本章小結(jié) 33第5章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 34 充電電路 34 放電電路 36 信號(hào)采集電路 38 保護(hù)電路 38 本章小結(jié) 39第6章 控制器的軟件開(kāi)發(fā) 40 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述 40 總體設(shè)計(jì) 40 總體軟件流程 40 系統(tǒng)軟件具體設(shè)計(jì) 40 充電控制程序 40 放電控制程序 41結(jié)論 44參考文獻(xiàn) 45致謝 47附錄1 48附錄2 53附錄3 57附錄4 64第1章 緒論 關(guān)于本課題的背景及研究意義能源是當(dāng)今世界存在和保持發(fā)展的核心動(dòng)力，隨著社會(huì)生產(chǎn)的擴(kuò)大、科技的發(fā)展、人口的增長(zhǎng)等，對(duì)能源的需求也在不斷增長(zhǎng)，當(dāng)今世界已經(jīng)面臨著能源需求量成倍增長(zhǎng)的挑戰(zhàn)，全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)也日益突出。根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作方式，設(shè)計(jì)了包括充放電管理與保護(hù)和LED 的驅(qū)動(dòng)控制。而LED太陽(yáng)能光伏照明，是太陽(yáng)能光伏發(fā)電一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域。 ） （ ）題目來(lái)源科研課題（ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ ）自選題目（ 254。（ ）；（ ）；（ ）。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）太陽(yáng)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(yáng)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(shū)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(yáng)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。 ）。題目類(lèi)型（ 254。 ） 主要內(nèi)容 學(xué)習(xí)掌握 太陽(yáng)能發(fā)電、LED控制器工作原理 設(shè)計(jì)太陽(yáng)能供電LED路燈智能控制系統(tǒng) 認(rèn)真進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)工作 研究撰寫(xiě)畢業(yè)論文，繪制相關(guān)工程圖紙基本要求 每周定期匯報(bào)工作進(jìn)展 定期進(jìn)行學(xué)術(shù)探討和交流 認(rèn)真查閱資料和參考書(shū)籍 按照畢業(yè)論文規(guī)范認(rèn)真撰寫(xiě)畢業(yè)論文參考資料IEEE期刊、中文學(xué)術(shù)期刊電力電子技術(shù)太陽(yáng)能發(fā)電LED照明周 次1—4周5—8周9—12周13—16周17—18周應(yīng)完成的內(nèi)容查閱資料了解行情針對(duì)設(shè)計(jì)確定方案分析原理明確特征仿真試驗(yàn)系統(tǒng)總結(jié)形成論文準(zhǔn)備答辯指導(dǎo)教師：***職稱：副教授 2012年1月8日系級(jí)教學(xué)單位審批： 年 月 日摘要近年來(lái)，隨著能源短缺、環(huán)境污染影響的加劇，太陽(yáng)能作為可再生能源具有清潔性、安全性、資源充足性等優(yōu)點(diǎn)，日益受到廣泛關(guān)注。本文主要研究光伏發(fā)電路燈系統(tǒng)管理控制器的設(shè)計(jì)問(wèn)題，首先介紹了太陽(yáng)能電池、鉛酸蓄電池和LED燈的基本工作原理及特性，研究了太陽(yáng)能電池的最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）問(wèn)題和蓄電池優(yōu)化充放電策略問(wèn)題。還根據(jù)太陽(yáng)能電池的理論模型和數(shù)學(xué)模型應(yīng)用MATLAB/SIMULINK 工具對(duì)太陽(yáng)能電池進(jìn)行建模和仿真，并對(duì)輸出特性進(jìn)行了仿真研究 ?，F(xiàn)在的能源結(jié)構(gòu)中，人類(lèi)所利用的煤、石油和天然氣等化石能源，由于近百年來(lái)基本趨于穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)的消耗，總有一天將達(dá)到極限而面臨枯竭。不僅如此，化石能源的大量使用還造成了全球的環(huán)境惡化。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(lèi)生活的空間都將面臨極大威脅。在目前所研究的替代能源中，太陽(yáng)能以其取之不盡、用之不竭且無(wú)任何污染的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成為國(guó)際上公認(rèn)的理想替代能源[2]。太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)成為目前各國(guó)都在研究的重大課題。在光伏太陽(yáng)能應(yīng)用領(lǐng)域，太陽(yáng)能照明占有重要的地位和份額，而LED太陽(yáng)能路燈是一個(gè)具體而有價(jià)值的應(yīng)用。由于太陽(yáng)能電池板輸出的是直流電能，而LED也是直流驅(qū)動(dòng)光源，兩者的結(jié)合更能提高整個(gè)系統(tǒng)的效率，降低市政成本，所以LED太陽(yáng)能路燈越來(lái)越受到人們的重視[5]。以硅片為基礎(chǔ)的第一代光伏電池，其技術(shù)雖已經(jīng)發(fā)展成熟，但成本一直高居不下。國(guó)際上已經(jīng)開(kāi)發(fā)出電池效率在15﹪以上、組件效率10﹪以上和系統(tǒng)效率8﹪以上、使用壽命超過(guò)15年的薄膜電池工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。目前許多研究人員把目光投向了以先進(jìn)薄膜制造技術(shù)為基礎(chǔ)的，理論極限光電轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)93﹪的第三代太陽(yáng)能電池，主要有量子點(diǎn)、多層多結(jié)、染料敏化太陽(yáng)能電池、有機(jī)聚合物電池、納米結(jié)構(gòu)電池等，這些新型太陽(yáng)能電池目前正圍繞提高光電轉(zhuǎn)換光電效率和降低生產(chǎn)成本兩大目標(biāo)展開(kāi)研發(fā)。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(wèn)題也已解決。其技術(shù)正在成為太陽(yáng)能電池主流技術(shù)，與晶體硅太陽(yáng)能電池技術(shù)并駕齊驅(qū)。目前日本、德國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于獨(dú)立光伏系統(tǒng)電源控制器的研究主要側(cè)重在以下三個(gè)方面：提高太陽(yáng)能電池的輸出功率、完善蓄電池充電策略和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。即實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。獨(dú)立光伏系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境一般比較惡劣，如何提高系統(tǒng)穩(wěn)定性也是當(dāng)前所有光伏電源控制器研究者最急需解決的問(wèn)題之一。并具有對(duì)蓄電池等組件的保護(hù)功能，像具有涓流充電模式的控制器就可以很好的保護(hù)蓄電池，增加蓄電池的壽命。本文在太陽(yáng)能電池對(duì)蓄電池的充電方式、控制器的功能要求方面做了分析，完成了算法研究和軟件編制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池的科學(xué)管理。太陽(yáng)能路燈以太陽(yáng)光為能源，且無(wú)需鋪設(shè)復(fù)雜、昂貴的管線，安全節(jié)能無(wú)污染，工作全程采用自動(dòng)控制，無(wú)需人工操作，工作穩(wěn)定可靠，節(jié)省能源，免維護(hù)，太陽(yáng)能路燈的實(shí)用性已充分得到人們的認(rèn)可。 圖21 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的典犁結(jié)構(gòu)在典型的太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中，太陽(yáng)能電池是整個(gè)系統(tǒng)能源的來(lái)源，它把照射到其表面的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能；蓄電池的功能在于儲(chǔ)存太陽(yáng)能電池陣列受光照時(shí)所發(fā)出的電能，并在無(wú)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。太陽(yáng)能電池作為有潛力的可再生能源，多年來(lái)其產(chǎn)量一直以每年10﹪到25﹪的增長(zhǎng)率在增加，目前主要應(yīng)用領(lǐng)域包括航空航天、軍事以及民用消費(fèi)品等[8]。早在1839年，法國(guó)科學(xué)家貝克勒爾就發(fā)現(xiàn)光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。然而，第一個(gè)實(shí)用單晶硅光伏電池(Solar Cell) 直到1954年才在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功，從此誕生了太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)[4]。從物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)講，物質(zhì)的導(dǎo)電性是由電子運(yùn)動(dòng)引起的。其具體過(guò)程為[10]：平衡態(tài)時(shí)PN結(jié)處存在著由N區(qū)指向P區(qū)的勢(shì)壘電場(chǎng)。N區(qū)積累了過(guò)剩的電子，P區(qū)積累了過(guò)剩的空穴，于是就產(chǎn)生了一個(gè)與勢(shì)壘電場(chǎng)方向相反的光生電動(dòng)勢(shì)，這就是“光生伏打效應(yīng)”。 太陽(yáng)能電池的分類(lèi)及比較太陽(yáng)能電池技術(shù)是太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的主要組成部分。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(yáng)能電池。這些元素分別形成空穴型半導(dǎo)體和電子型半導(dǎo)體，而這兩種半導(dǎo)體一旦接觸將會(huì)