【正文】 學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 1 1 緒論 1． 1 風光互補發(fā)電系統(tǒng)及其應(yīng)用在路燈上的特性及優(yōu)勢 太陽能和風能的介紹 太陽能和風能都是我們?nèi)粘？梢愿杏X到的，祖先早已學會利用風能帶動風車驅(qū)動帆船，利用和太陽能生火煮飯。在眾多新能源領(lǐng)域中，風力發(fā)電和太陽能發(fā)電的開發(fā)和利用被受當其沖優(yōu)先展，隨著傳統(tǒng)能源的逐漸枯竭，以及基于核能源安全性的考慮，太陽能和風能是線如今大力大戰(zhàn)的重點，它們的諸多優(yōu) 點可以說是百利而無一害的。 然而單獨地利用風能和太陽能由于各種客觀條件的制約，它都是不穩(wěn)定的。而將兩者結(jié)合起來的風光互補發(fā)電系統(tǒng)以及其應(yīng)用則是充分利用了兩者的優(yōu)點，取長補短，實現(xiàn)了真正的互補性。 隨著太陽能發(fā)電技術(shù)和風力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展并日漸趨于穩(wěn)定，且在各種產(chǎn)品上都得到了應(yīng)用。風光互補發(fā)電系統(tǒng)正在一步步被大眾所認識并接受。同時隨著科技的發(fā)展材料造價的較低，再加上國家政策的扶持，風光互補系統(tǒng)的成本將會得到大幅度的降低。相 信有一天全世界使用上風光互補這樣的綠色的能源也絕不是空想。且相關(guān)技術(shù)已經(jīng)越來越趨于成熟，生產(chǎn)已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)模化且相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，如風光互補大功率 LED 照明方面就是對風光互補發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)很好的應(yīng)用。同樣太陽能發(fā)電，只適用于日照豐富的地區(qū)，且受天氣的影響大，陰天下雨則不能正常發(fā)電。而將兩者整合起來的發(fā)電技術(shù)正是達到了兩者互補的目的，在各個方面都達到了最優(yōu)化的整合配置。將兩者結(jié)合功能與應(yīng)用于用電產(chǎn)品上，大大提高了其適用的范圍，將新工程學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 能源的應(yīng)用又向前推進了一步。在新能源領(lǐng)域的研究者和投資者看來，利用太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的光伏發(fā)電系統(tǒng)，雖然清潔，但造價相對高，且受日照時間影響；而風電系統(tǒng)雖然系統(tǒng)造價低，運行維護成本低，但質(zhì)量可靠性爺相對較差。但是，風光互補發(fā)電的技術(shù)并不是說硬性的將太陽能發(fā)電和風能放在一起發(fā)電就是風光互補了。其間還涉及一系列復雜的技術(shù)數(shù)據(jù)與工藝流程。尋找最佳匹配法案需做大量的研究工作，反復推算、演示，進行市場摸排，選配組件、組裝等，以構(gòu)成最佳匹配的方案，實現(xiàn)風能和太陽能的無縫對接，因此在有太陽光照的時候通過太陽能電池將光能轉(zhuǎn)換為電能，在風較大的時候利用風帶動風力發(fā)電機機發(fā)電，在即無光照也無風的時候 ，依然還可以通過蓄電池的儲備電源驅(qū)動負載正常工作。這兩種發(fā)電方式各有其優(yōu)點，但兩者都有其不可避免的局限性如他的不穩(wěn)定性，以及不連續(xù)性，用于無電網(wǎng)地區(qū)，必須裝配有大容量的儲電設(shè)施設(shè)備，或者采用多種能源相互補充的方案，以確保穩(wěn)定可靠的供電。 風光互補發(fā)電的應(yīng)用方向，不應(yīng)以聯(lián)網(wǎng)發(fā)電為主，它是針對通信基站、微波站、邊防哨所、邊遠牧區(qū)、無電用戶地區(qū)及海島?？梢詮V泛應(yīng)用于電網(wǎng)難以架設(shè)或者架設(shè)成本過高的偏遠地區(qū)或是山區(qū)、隧道、高速公路等地。風光互補 發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)有點我們在上一節(jié)已經(jīng)進行了詳盡的闡述，我們已經(jīng)了解很多。大功率 LED用于照明它的效率要高出傳統(tǒng)照明產(chǎn)品一個檔次，它只需要較低的直流電壓驅(qū)動，很多時候在 36V直流的安全電壓以下即可正常工作。且在節(jié)約能源方面也有很出色的表現(xiàn)，利用較少的電能即可發(fā)出較高強度的光亮，且體積少，便于路燈的設(shè)計和封裝，機動性更強。兩種模式的設(shè)定和控制是通過路燈控制器的撥碼來實現(xiàn)的，并且利用中央控制器對風力發(fā)電以及太陽能發(fā)電和蓄電池提供過載過充欠壓等多種智能化保護，現(xiàn)今技術(shù)已經(jīng)完全可以實現(xiàn)，它的實現(xiàn)使風光互補大功率 LED 路燈可以更可靠的更穩(wěn)定的工作。小功率風力發(fā)電機組的風力機體積少、質(zhì)量小而且發(fā)電效率高。根據(jù)風能計算公式，風中可以利用的能量是風速的 3次方之多。一般風力發(fā)電機組的效率通常是線性的，因此無法利用風力的 3次方效益。通常改進風力機組的效率曲線，使其符合風中可用能量的分布，使它沿整個曲線都有效率。風光互補 LED 路燈 系統(tǒng)在下列條件下應(yīng)該可以連續(xù)，穩(wěn)定地工作：室外溫度為： 25~45℃；空氣的相對濕度小于等于 90％（ 25177。風光互補 LED 路燈系統(tǒng)在以下環(huán)境運行的時候，用該由生產(chǎn)的廠家和用戶一起商定技術(shù)要求和使用的條件：室外的溫度超出 25~45℃溫度范圍的區(qū)域；海拔超過 1000m的地區(qū)；鹽霧或沙塵嚴重的地區(qū)。風光互補路燈由風力發(fā)動機、天陽能電池板（含支架）、控制器、蓄電池、驅(qū)動電路、光源和燈桿組成。本設(shè)計的光源是采用低直流電壓 ~ 的 1W 的大功率 LED。 工程學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 4 圖 11 風光互補大功率 LED路燈的結(jié)構(gòu)圖 1． 2 大功率 LED驅(qū)動電路相關(guān)情況介紹 1． 2． 1 白光 LED 的技術(shù)概況 白光 LED 的發(fā)展 發(fā)光二極管 LED 出現(xiàn)以來，人類一直在努力追尋實現(xiàn)固體光源的實現(xiàn)，隨著 LED制造工藝的進步和新型材料的應(yīng)用和開發(fā)，白光 LED 的性能不斷提高和優(yōu)化并且進入應(yīng)用的階段。多種顏色混合起來的光合成所 謂的白光，根據(jù)人類肉眼能看見的形式需要兩種以上的光進行混合，比如二波長光（藍色光 +黃色光）或者是三波長光（藍色光 +綠色光 +紅色光），現(xiàn)在已實現(xiàn)的作品有二波長藍色單芯片加上 YAG 黃色熒光粉，在以后三波長光是被看好的，它是以 R、 G、 B三種顏色熒光粉加上無機的紫外光芯片，除此之外有機單側(cè)的三波長也有較低造價的白光LED、制造相對簡單容易的特點。所選用的材料是 GaAsP。經(jīng)過 30年的發(fā)展歷程， LED 現(xiàn)已經(jīng)能發(fā)出紅、 橙、黃、綠、藍等多種多樣的光了?，F(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用的圓頭柱狀白光 LED 產(chǎn)生的白光多數(shù)都是利用色的互補關(guān)系產(chǎn)生的仿真型白光，它是將藍光與黃色光只講的色差結(jié)合起來，但這樣的光容易使人有一種不協(xié)調(diào)的感覺，并且無法達到高顯色性，且在要求大功率和大電流通過的情況下容易產(chǎn)生色差的問題，這些是白光 LED 今后需要解決的問題和需要努力的方向。與傳統(tǒng)的照明產(chǎn)品相比 ，白光 LED具有諸多優(yōu)點。其與傳統(tǒng)的照明設(shè)備的比較表如下。 照明用白光 LED 1）照明用白光 LED 相關(guān)技術(shù)指標 照明所用的白光 LED 不同于一般的 LED 產(chǎn)品，在技術(shù)指標上有一定的要求 。 LED 的功率達到 和 的也是能達到較低的照明需求的。所以一個 15W 的白熾燈的光通量僅僅與5W、 25lm/W 的白光效率 LED 相同。目前 15lm/W 提高到 25lm/W 的實現(xiàn)已經(jīng)提高到產(chǎn)業(yè)化的程度，最高已經(jīng)能到到 。在 2500K 到 6000K 之間，最好是 2500K 到 3000K 之間。 aR 最好可以達到 100 。 。 2）白光 LED在不同色溫下的光譜特性 如今照明所用的白光 LED 與普通的 LED 的概念已經(jīng)有著質(zhì)的差異了，它并不是越白越好。照明光源有嚴格的色溫標準： 5400K、 5000K、 4000K、 3450K、 2900K、 2700K 以及其相對應(yīng)的色域，照明光源的色品質(zhì)是相互關(guān)聯(lián)的。 大功率白光照明 LED 的電學、光學特性以及熱學特性 在 中介紹了照明白光大功率 LED 需要滿足的技術(shù)指標，如白光照明 LED 的亮度、光強、光通量、發(fā)光效率、色溫，響應(yīng)時間。 大功率 LED 的電學特性 1． IV特性 PN結(jié)伏安特性，表征 LED 芯片 PN 備性能主要參數(shù)。 圖 12 LED的伏安特性曲線 IF正向直流電流（正向測試電流），在規(guī)定的正向電壓 VF下，通過極間的電流 ，不同 LED 因材料不同有不同的 IF。 IFM正向峰值電流（正向最大電流）。注：一般 IF= VR 稱為反向擊穿電壓； VR 電壓對應(yīng) IR 為反向漏電流不同 LED 因材料不同，有不同的 VR。通俗的來講，就是 LED 點亮時到 LED 熄滅的時間延遲。因此它們可用在 10~100MHZ 高頻系統(tǒng)。 ③光通量 表征 LED 總光 輸出的輻射能量，它標志器件的性能優(yōu)劣。 圖 14光通量與時間關(guān)系 圖 13光通量與電流關(guān)系 工程學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 ④光效 是指 LED 所發(fā)出的光通量φ與其所消耗的電功率 P 之比 ,單位為流明 /瓦（ lm/w） ,是評價電光源用電效率最主要的技術(shù)參數(shù) ,它與工作電流的關(guān)系如下。就如人們對暖色和冷色的區(qū)分標準。一般， LED 封裝廠都會按色品坐標不同 用不同的 Bin 來區(qū)分白光的顏色。大功率 LED 供應(yīng)商 一般會要求四個 Bin 同時購買，如數(shù)量較少時可以考慮與供應(yīng)商溝通買單個 Bin。均壽命一批 led同時點亮 ,當經(jīng)過一段時間后 ,led不亮達到 50%時所用的時間 . 經(jīng)濟壽命 在同時考慮 led 損壞以及光輸出衰減的狀況下 ,其綜合輸出減至一特定比例時的小時數(shù) .此比例用于室外光源為 70%,用于室內(nèi)光源為 80%。 LED 的許多特性參數(shù)與結(jié)溫有很大的關(guān)系 ，具體如下： ① LED 的主波 長隨溫度關(guān)系 由上式可知，每當結(jié)溫升高 10℃，則波長向長波漂移 1nm，且發(fā)光的均勻性、一致性變差。 圖 17 LED結(jié)溫與電流的關(guān)系圖 ④ LED 結(jié)溫與色品坐標的關(guān)系 如下圖 工程學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 圖 18 LED結(jié)溫與色品坐標的關(guān)系圖 ⑤ LED 結(jié)溫與正向電壓和光通量的關(guān)系 圖 19 LED結(jié)溫與正向電壓和光通量的關(guān)系圖 課題主要研究的大功率 LED 驅(qū)動的基本情況以及注意事項 原始電源有各種形式，但無論哪種電源，一般都不能直接給 LED 供電。大功率 LED 實際上是一個電流驅(qū)動的低電壓單向?qū)щ娖骷?。同時特別注意的應(yīng)有以下事項： 工程學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 12 ① LED是單向?qū)щ娖骷哉f只有用直流電流或是單向脈沖電流驅(qū)動 LED 工作。大功率 LED 的門限電壓一般在 3V 以上，本設(shè)計選用的 1W 大功率 LED的門限電壓為 3~。因這就造成了 LED 的電流和 LED兩端的電壓不成正比，所以提供穩(wěn)定可靠的電流也就成了挑戰(zhàn)。所以大功率 LED 不能直接用簡單的直流電壓源供電工作，因此采取限流措施是必要的，否則大功率 LED會隨著其溫度的升高流過的電流過大而損壞。 8%。 2%， 功率因數(shù) : 一般在 75%~85%；高功率因數(shù)在≥ 85%；節(jié)能之星要求家用 ≥ 70%，商用≥ 90%。 壽命，節(jié)能之星要求家用≥ 70%，商用≥ 90%。 [1] [1]周志敏，周紀海，紀愛華 LED 照明技術(shù)與應(yīng)用電路 [D] 工程學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 2 DCDC 轉(zhuǎn)換電路的原理和控制策略分析 2． 1 DCDC 轉(zhuǎn)換電路兩種電路結(jié)構(gòu)的分析 要解決大功率 LED 的驅(qū)動問題，就首先要解決好 DC/DC 的結(jié)構(gòu)原理，目前 DC/DC 轉(zhuǎn)換電路主要有基本的兩種拓撲結(jié)構(gòu)，即降壓型 (Buck)、升壓型 (Boost)、。在最基本的 DC/DC 轉(zhuǎn)換電路中，如果有輸入電壓和負載的變動，但其輸出的直流電壓可以通過電路控制為所需求的電壓。如果變換器輸入端是給定的直流電壓，此時我們就可以通過控制一個或者多個開關(guān)管的開關(guān)時間來輸出期望的直流電壓。 圖 21 開關(guān)型 DCDC轉(zhuǎn)換器的基本電路及波形圖 下面將分別簡單的介紹兩者 DC/DC 變換器的工作原理。連續(xù)導電模式是指在一個周期內(nèi)電感電流是連續(xù)的（兩種開關(guān)模態(tài) a和 b)；而不連續(xù)導電模式是指電感電流在一個周期內(nèi)是斷續(xù)的也就