【正文】 第八章 產(chǎn)品的綜合性能分析及問題的發(fā)現(xiàn)總結 .......................................................... 20 產(chǎn)品的實用性 ....................................................................................................... 20 本設計產(chǎn)品與當前市場同類產(chǎn)品的比較 ........................................................... 20 結 論 ................................................................................................................................ 21 致 謝 ................................................................................................................................ 22 參考文獻 ............................................................................................................................ 23 1 第 一 章 緒論 隨著化石能源的緊缺， 可再生能源成為人們研究的焦點 ，大力開發(fā)可再生能源是解決能源危機的主要途徑 。 廣義上來說 ，生物質能、風能、水能、海洋溫差能等都是太陽能；而狹義上的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學的直接轉換。 太陽能作為可再生能源的一種，指的是太陽能的直接轉化和利用，通過光生伏打效應把太陽輻射能轉換成電能，以供用電負載工作，或者通過蓄電池進行電能的儲存以備后用。 太陽能警示牌的光電控制與路燈功能一樣，都是為了完成晚上亮燈，早晨熄燈的作用，還有就是對蓄電池 的充電管理 。按接受太陽能輻射量的大小，全國大致上可分為五類地區(qū)。一類地區(qū)：為我國太陽能資源最豐富的地區(qū)，年太陽輻射總量 6680～ 8400MJ/㎡ ,相當于日輻射量 ～ ㎡。尤其西藏西部最為豐富，最高達 2333KMh/㎡ (日輻射量 ㎡ ),居世界第二位，僅次于撒哈拉大沙漠。這些地區(qū)包括河北西北部、山西北部、內蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部和新疆南部等地。 在武威市建立太陽能新能源基地具有很大的意義， 2022 年 6 月，中科院院士何祚庥就新能源知識做了重要講話，何祚庥院士認為，武威正在實施的太陽能開發(fā)利用項目意義重大，前景廣闊，必將為我國加快新能源開發(fā)利用做出積極貢獻。 目前已建成和正在建設的太陽能利用項目有新型太陽爐生成 1 萬噸多晶硅、 1000MW 光伏發(fā)電和 10MW 光熱發(fā)電項目，已建成了武威金太 陽新能源高新技術集聚區(qū)。另外武威市分別與常州天合光能公司、臺灣永盛能源公司簽訂了共計 4600MW 太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電項目建設協(xié)議。3 第 二 章 需求分析 設計要求 （ 1） 電池板功率的計算和選用 ； （ 2）蓄電池容量的選用 以及充放電控制和狀態(tài)顯示 ； （ 3）整體電路及器件的防水設計 ； （ 4）整體外形支架的抗風強度設計 ； （ 5）光電控制要求在光線暗時警示牌 自動接通 開始發(fā)亮工作，等光線強后實現(xiàn)自動關斷 。目前國內關于太陽能警示牌的設計生產(chǎn)都很少，而且都存在著許多缺陷，市場上大量存在的還是普通警示牌，出現(xiàn)的太陽能警示牌除了上述缺陷外，還就是價格偏高。 本設計是結合太陽能電池，蓄電池，控制器為一體的，從樣式設計，安全性能設計，所用材料的選擇，以及 經(jīng)濟和實用等方面進行綜合考慮，達到防水、抗風、多個連續(xù)陰雨天的正常工作和實用性強的目的 ，以最佳配置制作出理想的產(chǎn)品。 (2)電池和電路都封在箱體內，不宜更換。⑷防水等級低 ；（ 5）價格昂貴 。 32mm 的鋼管，材料質地堅硬，不易折斷。 （ 1）警示牌邊框（圖 ）由加厚不銹鋼， 制作質地堅韌，不易變形，防撞擊強，不易 生銹，除此之外還對警示牌起有保護作用。鋁塑板正 面貼膜使用普通警示牌所用貼膜，反光性能好， 抗曬，醒目顯眼。 圖 . 7 第 五 章 系統(tǒng)設 計 基本要求 本設計中所設參數(shù)有：負載輸出電壓 12V，平均每天工作時數(shù)為 12h，負載功率為 ，連續(xù)五個陰雨天數(shù)，兩個連續(xù)陰雨天數(shù)之間的最短時間為 30 天， 武威當?shù)胤逯等照諘r數(shù)為 ［ 1］ ，太陽能綜合損失系數(shù)為 ，蓄電池充電效率為 ， 蓄電池的放電深度為 ， 控制器效率為 ，當?shù)鼐暥葹?370. 太陽能電池容量和蓄電池容量的計算 計算過程如下 ： ［ 2］ ① 負載日耗電量 QF =（ ） 12h=（ A 根據(jù)上面計算知道，負載日耗電量為 A在蓄電池充滿電的情況下，可以連續(xù)工作 5 個陰雨天數(shù)。 h） 選用一個 12V/20 A 以上計算制作理論參考，所以在實際選用時，我們做了適當改變 。光生伏打效應簡稱為光伏效應，是指光照使不均勻半導體或半導體與金屬組合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。 N 型半導體由單晶硅通過特殊工藝摻入少量的五價元素組成，會在半導體內部形成帶負電的自由電子。當光照在太陽能電池的表面后，能量大于禁帶寬度的光子便激發(fā)出電子和空穴對，這些非平衡的少數(shù)載流子在內建電場 的作用下分離開，在太陽能電池的兩極積累形成電勢差，這樣電池便可以給外接負載提供電流，如圖 所示 。常見的普通型電池組件有環(huán)氧樹脂膠封板，透明 PET 層壓板和鋼化玻璃層壓組件。下面以 鋼化玻璃層壓組件進行介紹 鋼化玻璃層壓組件也叫平板式電池組件，外形如圖 所示 。鋼化玻璃層壓組件主要由面板玻璃、硅電池片、兩層 EVA 膠膜、 TPT 背板膜及鋁合金邊框和接線盒等組成，如圖 所示。兩層 EVA 膠膜夾在面板玻璃、電池片和 TPT背板之間，通過熔融和凝固的工藝過程，將玻璃與電池片及背板膜凝接成一體。鑲嵌在電池組件四周的鋁合金邊框既對組件起保護作用，又方便組件的安裝固定及電池組件方陣之間的組合連接。 圖 圖 10 本設計對太陽能電池的選用 經(jīng)綜合考慮，我們所選為單晶硅太陽能電池， 購買了光合太陽能電池，它的參數(shù)為： 型號： GHM20W 功率： 20W 工作電壓： 工作電流： 開路電壓： 短路電流： 蓄電池 蓄電池的種類 在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，常用的儲能電池及器件有鉛酸蓄電池、堿性蓄電池、鋰離子蓄電池和磷酸鐵鋰蓄電池、鎳氫蓄電池及超級電容器等，它們分別應用與太陽能光伏發(fā)電的不同場合或產(chǎn)品中。 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)對儲能蓄電池的基本要求：①自放電率低；②使用壽命長；③ 深度放電 能力強； ④ 充電效率高； ⑤ 少維護或免維護； ⑥ 工作溫度范圍寬； ⑦ 價格低廉。由于組成蓄電池正極的材料是氧化鉛，而電解液主要是稀硫酸，所以稱為鉛酸蓄電池。在太陽能 光伏發(fā)電系統(tǒng)中應用最多的是固定式閥控密封免維護鉛酸蓄電池和閥控密封膠體蓄電池。 11 圖 鉛酸蓄電池的結構示意圖 3 鉛酸蓄電池的工作原理 鉛酸蓄電池的工作過程就是電化學反應將電能轉化為化學能，再將化學能轉化為電能的過程，其電化學反應過程如下： 正極 電解液 負極 正極 水 負極 放電過程： PbO2 + 2H2SO4 + Pb → PbSO4 + 2H2O + PbSO4 充電過程 ： PbO2 + 2H2SO4 + Pb ← PbSO4 + 2H2O + PbSO4 鉛酸蓄電池在充電和 放電過程中的可逆反應理論比較復雜，目前公認的是 “ 雙硫酸化理論 ” 。 事實上，鉛酸蓄電池在充電時會有氣體析出，因為在其完成正常充電、放電過程的同時，伴隨著許許多多其它的化學反應，在電解液中含有 Pb+、 H+、 HO、 SO42等帶電荷離子，特別在充電末期 ，鉛酸蓄電池正負極分別還原為 PbO2和 Pb 時，部分 H+與 HO會在充電狀態(tài)下產(chǎn)生 H2與 O2兩種氣體，其方程式為 ： 2H+ +2HO =2H2↑ + O2↑ 膠體型鉛酸蓄電池 1．膠體型鉛酸蓄電池的工作原理 膠體型鉛酸蓄電池 （如圖 ） 是對液體電解質鉛酸蓄電池的改進，實際上是將鉛酸蓄電池中的硫酸電解液換成膠體電解液，其工作原理仍與鉛酸蓄電池相似。膠體電解液進入蓄電池內部或充電若干小時后，會逐漸發(fā)生膠凝，使液態(tài)的電解質轉變?yōu)槟z狀物，膠體中添加有多12 種表面活性劑 ，有助于灌裝蓄電池前抗膠凝，而且還有助于防止極 板硫酸鹽化，減小對隔板的腐蝕，提高極板活性物質的反應利用率通常膠體型鉛酸蓄電池采用富液設計，比普通鉛酸蓄電池多加了 20%的酸液。 h)。 （ 2）自放電極小，平均自放電在 25℃條件下 ，每 3 個月不高于 %。 （ 3）使用壽命長，由于凝膠電解液有效地防止了電解液的分層，極板活化反應均勻，延長了極板的活化反應循環(huán)次數(shù)，提高了電池的使用壽命，其正常使用壽命可達 10～ 15 年。 （ 5）優(yōu)良的抗高低溫性能，適用環(huán)境范圍廣，可在 45℃～ 70℃的高低溫環(huán)境下使用。 與鉛酸蓄電池的性能比較，如表 。在小型光伏發(fā)電系統(tǒng)中，控制器主要用來保護蓄電池。 控制器可以單獨使用，也可以和逆變器等合為一體。 下面就以我們所選控制器來做分析介紹 。 圖 智能太陽能控制器 SYC10LA 智能太陽能控制器采用最先進的數(shù)字技術設計，全自動運行。擁有許多獨特的功能，使用方便： 1) 12/24V 自動識別 ； 2) 高效的串聯(lián)式 PWM 充電方式，充電效率較非 PWM 高 3%～ 6%，延長了蓄電池的壽命，增加了用電時間，提高了系統(tǒng)性能； 3) 使用功率 MOSFET 作為電子開關，沒有任何機械開關； 4) 具有廣泛的適用性，自動識別白天 /黑夜，并且光控靈敏度可調； 5) 直觀的 LED 發(fā)光管指示當前電池狀態(tài)； 6) 定時時段 1～ 15 小時可調； 7) 密封、膠體、開口式三種類型蓄電池充電程序可選； 8) 采用外置傳感器溫度補償，精確度高，自動調整充放電參數(shù)，提高蓄電池壽命； 15 9) 采用工業(yè)級芯片，能在寒冷、高溫、潮濕環(huán)境運行。 2 產(chǎn)品特征 圖 控制器的外形特征 如圖 所示為太陽能控制器的外形特征 。 ①充電狀態(tài)指示燈 ，顯示充電狀態(tài)和光伏輸入故障情況； ② 蓄電池狀態(tài)指示燈，顯示蓄電池電壓狀態(tài)； ③ 負載狀態(tài)指示燈，顯示負載通斷狀態(tài)和輸出故障情況； ④ 溫度傳感器，采集溫度信息，進行充放電溫度 補償； ⑤ 顯示數(shù)碼管，控制器的工作模式和蓄電池選擇； ⑥ 太陽能電池接線端子； ⑦ 蓄電池接線端子； ⑧ 負載接線端子； ⑨功能按鍵，設置控制器的工作模式及蓄電池類型選擇。接線順序為：蓄電池 →太陽能電池→負載。 4 控制器各指示燈的含義 ① 充電狀態(tài)指示，見表 表 顏