【正文】 程序的設計 ........................................................................................................ 35 程序設計原理 ........................................................................................................ 36 系統(tǒng)仿真 ................................................................................................................ 36 結論 .......................................................................................................................................... 39 致謝 .......................................................................................................................................... 40 參考文獻 .................................................................................................................................. 41 附錄 1 充放電控制源程序 ....................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 5 1 緒論 能源問題 能源是不僅僅是現(xiàn)代經濟社會發(fā)展的基礎，也是經濟社會發(fā)展的重要制約因素。隨著礦物燃料的日益枯竭和全球環(huán)境的日益惡化，很多國家都在認真探索能源多樣化的途徑，積極開展新能源和可再生能源的研究開發(fā)工作。太陽能和風能被看作是最具有代表性的新能源和可再生能源，作為這兩種能源的高級利用，太陽能發(fā)電和風力發(fā)電技術受到世界各國的高度重視。而光伏發(fā)電技術是太陽能利用技術中最具有發(fā)展前景的方式之一。它是今后可替代礦物燃料的戰(zhàn)略性能源，又是當前邊遠地區(qū)能源供應的一種有效的補充。 風是地球上的一種自然現(xiàn)象，它是由太陽輻射造成地球表面受熱不均引起的，引起大氣層壓力分布不均，以致空氣流動所形成的動能稱為風能。全球的風能約為 109WM，其中可利用的風能為 2 107WM，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大 10 倍。 風光發(fā)電的發(fā)展概況 光伏發(fā)電技術 1839 年，法國物理學家 EdmondBecquerel 意外 的發(fā)現(xiàn)，用兩片金屬浸入溶液結構的付打電池在 光照下會產生額外的電勢 ，他將這種現(xiàn)象稱為 “ 光生付打效應（ Photovoltaic Effect） ” 。 1880 年， Charles Ffitts 開發(fā)出以硒為基蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 6 礎的太陽能電池，以后人們即把能夠產生光生付打效應的器件稱為 “ 光伏器件 ” 。 1954 年，貝爾實驗室的科學家們第一次用晶體硅材料制成了 光伏電池，光電轉換效率高達 4%。今天，幾乎所有的人造衛(wèi)星都是靠光伏電池供電，包括通信衛(wèi)星、軍事衛(wèi)星和科學家實驗衛(wèi)星。全世界風力發(fā)電迅猛發(fā)展的原因主要有一下幾個：第一，風力發(fā)電技術比較成熟。可利用率從原來的 50%提高到 98%，風能利用系數(shù)超了 40%?，F(xiàn)代風力機技術是現(xiàn)代高科技的完善組合。第二，風力發(fā)電具有經濟性。第三，全球有豐富的風能資源。美國 %的陸地面積安裝了風力發(fā)電機，便可以滿足美國目前電力需求的 20%。美國政府為風力機行業(yè)提供 40%的信貸；德國政府也給風力機投資者提供資助，資助金額最高達單臺風力機投資的 60%；丹麥政府對風力機投資者提供資助， 20 世紀80 年代初期為 30%，以后逐年減少，到 1990 年資助完全取消。第五，風力發(fā)電是實現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的需要。據專家預測，煤炭還可以開采221 年，石油還可以開采 39 年，天然氣只能用 60 年。綠色能源 —— 風力發(fā)電將為人類最終解決能源問題帶來新的希望。丹麥的 和 Kllenbach（ 1981 年）提出了太陽能和風能混合利用技術問題；美國的 （ 1981）研究太陽能 —— 風能混合轉換系統(tǒng)的氣象問題；前蘇聯(lián)的 等根據概率原理，統(tǒng)計出近似的太陽能風能潛力的估計值；余華楊等（ 1987）也提出了太陽能、風能發(fā)電機的能量轉換裝置。獨立的風力發(fā)電裝置在無風天氣下無法提供電能的連續(xù)供應，而太陽能發(fā)電裝置在夜晚以及陰雨天等氣候條件下無法保證電能的連續(xù)供應。我國屬季風氣候區(qū)，一般冬季風大，太陽輻射強度 ?。幌募撅L小，太陽輻射強度大。風和光在時間上的互補性使得風光互補發(fā)電技術在保障供電連續(xù)性上有重大意義，風光互補發(fā)電系統(tǒng)具有電力輸出穩(wěn)定、經濟性高、對環(huán)境影響小等優(yōu)點，也解決了太陽能發(fā)展中對電網沖擊等影響。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 8 2 風光互補發(fā)電 系統(tǒng)整體結構 系統(tǒng)結構圖如圖 1 所示。 圖 1 系統(tǒng)框圖 從圖 1 中我們可以看出，它的主要組成設備有： 風力發(fā)電機：風機采用具有特別適合大多內陸地區(qū)低風速、時發(fā)電特性好、發(fā)電量大的特點。采用 12V/150W 風力發(fā)電機，當風力 ≥3m/s 工作， 10m/s 風速時達到額定 150W 功率 。具有抗風、防潮、工作穩(wěn)定、無需維護等特點。其次，還有些特殊要求如低溫時能大電流放電、維護簡單或無需維護、自放電（析氫）特別慢等。它是整個系統(tǒng)安全運行的基本保證。所以無論從硬件系統(tǒng)還是軟件系統(tǒng)都要對系統(tǒng)有保護作用。同時還具有自動穩(wěn)壓功能，可改善風光互補發(fā)電系統(tǒng)的供電質量；在逆變器的電路結構形式上，主要是工頻變壓器和高頻變壓器兩種形式。 太陽能電池 風力發(fā)電機 微機控制系統(tǒng) 逆變器 蓄電池 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 9 3 光伏發(fā)電介紹 太陽能光伏電池的原理 太陽能光伏電池 (簡稱光伏電池 )用于把太陽的光能直接轉化為電能。在能量轉換效率和使用壽命等綜 合性能方面，單晶硅和多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池。另外，還有其它類型的太陽電池。首先對 PN結二極管做一簡單說明。S） c：光速（ 3108m/s） λ：光子波長 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 10 圖 31 PN結二極管 IV特性圖 但并非所有光子都能順利地通過太陽能電池將光能轉換為電能，因為在不同的光譜中光子所攜帶的能量不一樣。 當入射太陽光的能量大于硅半導體的禁帶能量時，太 陽光子照射入半導體內，把電子從價電帶激發(fā)到導電帶，從而在半導體內部產生了許多 “ 電子 空穴 ” 對，在內建電場的作用下，電子向 N 型區(qū)移動，空穴向 P 型區(qū)移動，這樣， N 區(qū) 有很多電子， P 區(qū)有很多空穴，在 PN 結附近就形成了與內建電場方向相反的光生電場，它的一部分抵消了內建電場，其余部分則使 P 區(qū)帶正電， N 區(qū)帶負電，于是在 N 區(qū)與 P 區(qū)之間產生了光生伏打電動勢，這就是所謂的 “光生伏打效應 ”。 如果把太陽電池短路，即回路負載電阻為零，則所有 PN 結附近的電子與空穴，由結的一邊，流經外電路到達結的另一邊，產生了最大可能的電流，即短路電流記作 ISC。 圖 32 太陽能電池的理想狀態(tài)等效電路 太陽能電池 板 的 計算 硅太 陽能發(fā)電板容量是指平板式太陽能板發(fā)電功率 WP。 由負載額定電源，選取蓄電池公稱電壓，由蓄電池公稱電壓來確定蓄電池串聯(lián)個數(shù)及蓄電池浮充電壓 VF (V)，再考慮到太陽能電池因溫度升高而引起的溫升電壓 VT(v)及反充二極管 PN 結的壓降 VD(V)所造成的影響，則可計算出太陽能電池陣列的工作電壓 VP(V)，由太陽電池陣列工作電源 IP(A)與工作電壓 VP(V)，便可決定平板式太陽能板 發(fā)電功率 WP，從而設計出太陽能板容量，由設計出的容量 WP 與太陽能電池陣列工作電壓 VP，確定硅電池平板的串聯(lián)塊數(shù)與并聯(lián)組數(shù)。 P=H/V （３） V——負載額定電源 選定每天日照時數(shù) T(H)。 IP=P(1+Q)/T （４） Q——按陰雨期富余系數(shù)， Q=～ 確定蓄電池浮充電壓 VF。 太陽能電池溫度補償電壓 VT。 VP=VF+VD+VT （６） 其中 VD=～ ，約等于 VF 太陽電池陣列輸出功率ＷＰ平板式太陽能電板。 太陽電池陣列的伏安特性如圖 5。太陽電池陣列的額定功率是在以下條件下定義的 ：當日射 S=l000W／㎡；太陽電池溫度T=25；大氣質量 AM= 時，太陽電池陣列輸出的最大功率便定義為它的額定功率。當日射 S1000W／㎡時。計算出每天消耗的瓦時數(shù) (包括逆變器的損耗 )： 逆變器的轉換效率為 90％，則當輸出功率為 100W 時，則實際需要輸出功率應為 100W/90％ =111W；若按每天使用 8 小時，則耗電量為 111W*8 小時 =888Wh。其中 70％是充電過程中，太陽能電池板的實際使用功率。 硬件電路主要由以下幾部分組成：單片機最小系統(tǒng)、充放電電路、光耦驅動電路、A/D 轉換電路、 LCD 顯示電路、 E2PROM 數(shù)據存儲電路、串口通信電路等。 系統(tǒng)層次原理圖 系統(tǒng)層次原理圖 如圖 41 所示，電路設計以 STC89C52 單片機 作為主控芯片構成控制電路模塊對整個電路控制?？刂?MOSFET管導通的方式是脈沖寬度調制 (PWM)，根據 載荷 變化來調制 MOSFET 管柵的偏置，達到實現(xiàn)開關功能。串口通信模塊采用 MAX232 芯片進行TTL 電平和 RS232 電平之間的轉換，加入串口的目的主要是使控制器具有遠程通信或遠程監(jiān)控功能，同時方便將每天的異常狀態(tài)數(shù)據記錄下來，供工作人員查看。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 14 單片機最小系統(tǒng) STC89C52 的簡介 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器 。 在芯片 內部 ，擁有 很高頻率 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案 。 STC89C52 具有以下標準功能 ： 8k字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據指針，三個 16 位定時 器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。 單片機的 最小系統(tǒng)及擴展電路 單片機是系統(tǒng)的主控芯片，為了使整個電路得到很好的控制，首先必須構建最小系統(tǒng)是單片機可以工作起來。 （ 1）時鐘電路 單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入 端 和輸出端分別是引腳 XTAL1 和 XTAL2，在 XTAL1 和 XTAL2 上外接時鐘源即可構成時鐘電路，CPU 的所有操作均在時鐘脈沖同步下進行。 時鐘電路如 圖 42 所示。 12C633PFC733PFXTAL1XTAL2C810uFR1510KVCCRESTR141KS1SWPB 圖 42 時鐘電路 圖 43 復位電路 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 15 （ 2）復位電路 復位是單片機的初始化操作。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復位鍵重新啟動。本系統(tǒng)采用的是上電 +電平按鈕復位，上電復位是 通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。 復位電路雖然簡單，但其作用非常重要。初步檢查可用示波器探頭監(jiān)視 RST 引腳，按下復位鍵，觀察是否有足夠幅度的波形輸出 (瞬時的 )，還可以通過改變復位電路 電阻和電 容值進行實驗。工作狀態(tài)指示燈電路如圖 44 所示。串聯(lián)的電阻的目的是為了限制通過發(fā)光二極管的電流太大而將其燒毀。 在對蓄電池電壓 實時監(jiān)測的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)檢測 電壓 值連續(xù)超出閾值范圍，便啟動自身報警電路，即當 電壓 超過 程序 設定的最高 值 或最低 值 時， 單片機的 引腳 (beep端 )輸出低電平， 三極管 隨之 導通， 驅動 蜂鳴器發(fā)出報警信號。 充放電電路 充放電 電路