【正文】 “瓶頸”而處于“花香”卻難“滿園綻放”的尷尬境地的情況，這個(gè)課題具有很大的研究?jī)r(jià)值，而從上面一系列的分析中也不難看出這個(gè)課題本身所具有的潛在價(jià)值更是無法估量的。國(guó)內(nèi)各大研究單位都對(duì)太陽(yáng)能路燈作了詳盡的研究，特別是近幾年來，在“產(chǎn)業(yè)上規(guī)模、技術(shù)上水平、產(chǎn)品上檔次和市場(chǎng)上規(guī)范”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路引導(dǎo)下，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，如太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能光伏電池技術(shù)日趨成熟，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。在能源日趨緊張、電力供應(yīng)持續(xù)緊張的今天，低效、高耗的傳統(tǒng)城市照明已成為節(jié)能降耗的重要領(lǐng)域。隨著太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽(yáng)能路燈以環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)勢(shì)成為城市道路照明行業(yè)的新寵，市場(chǎng)潛力巨大。在我國(guó)西部，非主干道太陽(yáng)能路燈、太陽(yáng)能庭院燈漸成規(guī)模，太陽(yáng)能資源相對(duì)豐富的青海省自2006年以來已在西寧等地安裝太陽(yáng)能路燈超過200套；在北京奧運(yùn)會(huì)主要場(chǎng)館及其相關(guān)場(chǎng)所，太陽(yáng)能路燈得到普遍應(yīng)用。它對(duì)環(huán)境的影響最小、可替代部分常規(guī)能源、增加能源供應(yīng)的安全性和可靠性。在歐洲大部分地區(qū)，環(huán)保的思路推動(dòng)著替代能源技術(shù)的開發(fā)，太陽(yáng)能被公認(rèn)為是一種極好的替代能源。盡管受到常規(guī)能源吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文的低價(jià)影響，在歐洲很多國(guó)家中，太陽(yáng)能路燈市場(chǎng)仍然持續(xù)增長(zhǎng)。第二章 系統(tǒng)方案論證及選擇 第二章 系統(tǒng)方案論證及選擇 方案比較與論證 太陽(yáng)能電池板的選擇太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能路燈中的核心部分，也是太陽(yáng)能路燈中價(jià)值最高的部分。在眾多太陽(yáng)光電池中比較普遍且較實(shí)用的有單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池及非晶硅太陽(yáng)能電池等三種。，才能保證給蓄電池正常充電。 蓄電池的選擇由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定，所以一般需要配置蓄電池系統(tǒng)才能工作。鉛酸蓄電池有多種充電形式，主要為：恒流充電、恒壓充電和3階段最優(yōu)形式充電。其過充電時(shí)間與充電速率有關(guān)，實(shí)際工作中可以根據(jù)電解液比重的變化來判斷鉛酸蓄電池的充電程度。小型密封鎳鎘電池的結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，耐沖擊，震動(dòng)，成品電池自放電小，在使用上適合大電流放電，使用溫度范圍廣，零下40度到零上60度。其主要的改變，在于以儲(chǔ)氫合金取代負(fù)極原來使用的鎘，因此鎳氫電池可以說是材料革新的典型代表。蓄電池是太陽(yáng)能燈具的核心部件，它儲(chǔ)存、并釋放電能，功能等同于電能倉(cāng)庫(kù)。蓄電池容量過小不能夠滿足夜晚照明的需要，容量過大，一方面蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，同時(shí)造成浪費(fèi)?？捎靡环N簡(jiǎn)單方法確定它們之間的關(guān)系。太陽(yáng)能電池的電壓要超過蓄電池的工作電壓20~30%，才能保證給蓄電池正常供電。蓄電池結(jié)構(gòu)分為：板柵（正極板柵、負(fù)極板柵）、隔板、電解質(zhì)及其它部件（外殼、電氣蓋等）。鉛酸蓄電池因其維護(hù)復(fù)雜（酸液因?yàn)槲鰵涞膿p耗，需要補(bǔ)充酸液），使用壽命短（3年左右），自恢復(fù)能力差等因素，正逐漸被膠體蓄電池所第二章 系統(tǒng)方案論證及選擇替代。綜上對(duì)比，以及客觀條件的要求可得，太陽(yáng)能燈具優(yōu)先采用膠體蓄電池。：功率小，光效較高，但使用壽命在2000小時(shí)左右，電壓低，燈管發(fā)黑，一般適合太陽(yáng)能草坪燈、庭院燈。：功率小，光效較高。：LED燈光源，壽命長(zhǎng)，可達(dá)100000小時(shí)，工作電壓低，不需要逆變器，光效較高，國(guó)產(chǎn)50Lm/w，進(jìn)口80Lm/w。筆者認(rèn)為L(zhǎng)ED作為太陽(yáng)能路燈的光源將是一種趨勢(shì)。 控制器芯片的選擇智能化控制芯片中，單片機(jī)憑其體積小、封裝形式簡(jiǎn)單、易于焊接、功能齊全、功耗較小等優(yōu)點(diǎn)不失為最佳選擇。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，充電器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，能快速、平穩(wěn)高效的為蓄電池充電，同時(shí)保護(hù)蓄電池，避免過充現(xiàn)象的發(fā)生，并在充電過程中減少損耗，盡量延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。首先是簡(jiǎn)易并聯(lián)調(diào)節(jié)的控制器，其近似可以看作是恒流源對(duì)蓄電池充電。如果將浮充電電壓點(diǎn)值設(shè)定得太高，欲使蓄電池盡量充滿，這樣又會(huì)導(dǎo)致蓄電池的過早損壞。其次是PIC1F6716，眾所周知的PIC系列單片機(jī)具有的特點(diǎn)有，哈佛第二章 系統(tǒng)方案論證及選擇總線結(jié)構(gòu)，精簡(jiǎn)指令集技術(shù)，尋址方式簡(jiǎn)單、尋址空間獨(dú)立，代碼壓縮率高、程序保密性強(qiáng)，功耗低，驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)，擁有兩種串行總線端口，外接電路簡(jiǎn)潔，開發(fā)方便，運(yùn)用C語言編程，程序存儲(chǔ)器版本齊全等。最后，對(duì)于芯片AT89C51的單片機(jī)。功能強(qiáng)大的AT89C51單片機(jī)可為用戶提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。與MCS51兼容壽命：1000寫/擦循環(huán)全靜態(tài)工作：0Hz24Hz1288位內(nèi)部RAM 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可編程串行通道片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路鑒于對(duì)AT89C51比較熟悉，而且對(duì)于應(yīng)用大型功率無人看守的光伏發(fā)吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文電系統(tǒng)，直接關(guān)系到運(yùn)行、維修的成本及系統(tǒng)的可靠性因此選擇此款芯片。 路燈設(shè)計(jì)所需的數(shù)據(jù)。(H)。(d)。(D)。 路燈設(shè)計(jì)參數(shù)的確定以某市為例，安裝一批太陽(yáng)能路燈，光源功率8W，要求路燈每天工作11小時(shí)，保證連續(xù)7個(gè)陰雨天能正常工作。根據(jù)以上資料，計(jì)算出光伏組件傾斜角26度，標(biāo)準(zhǔn)峰值時(shí)數(shù)約4小時(shí)。蓄電池采用地埋式，蓄電池箱采用防腐材料加工而成，可有防盜、防水、易于維修等作用。圖31 系統(tǒng)組成吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體分析太陽(yáng)能路燈以控制、工作方式的不同，可分為兩種系統(tǒng)：光控開－光控關(guān)原理：白天，太陽(yáng)光照射到太陽(yáng)電池組件表面時(shí)，光伏效應(yīng)產(chǎn)生電能，并通過控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電；隨著光線逐漸減弱，太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的電壓不斷下降，當(dāng)電壓值低于控制器設(shè)置的啟動(dòng)電壓值時(shí)，控制器啟動(dòng)負(fù)載工作。當(dāng)負(fù)載工作時(shí)間達(dá)到控制器預(yù)先設(shè)定時(shí)間時(shí)，控制器切斷負(fù)載，負(fù)載停止工作。本系統(tǒng)的程序采用第二種方案。光伏效應(yīng)的核心原理就是PN結(jié)的“空穴導(dǎo)電”。實(shí)驗(yàn)證明，光生電流的大小，受光電池板安裝角度偏差的影響也是非第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論分析 常大的而且變化迅速，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，光伏電壓對(duì)安裝角度的偏差變化則反應(yīng)遲鈍，受其影響很小。那什么是電流呢？電流就是電子的定向移動(dòng)。對(duì)太陽(yáng)能電池來說，光生電流的方向就是“空穴”移動(dòng)的方向，也就是電子流的反方向。角度偏差一點(diǎn)，光生電流都會(huì)下降很多。那么“空穴移動(dòng)”和電子“填充空穴”又是怎么回事呢？先看看太陽(yáng)能電池的制作材料單晶硅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。硅原子靠這四價(jià)電子相互間形成強(qiáng)勁有力的離子鍵從而即相互吸引、又相互排斥，所有的硅原子都形成有規(guī)則的排列，豎看成列，縱看成行，美麗而神奇。P型半導(dǎo)體就是在美麗的四價(jià)單晶硅中摻雜了三價(jià)的硼原子，結(jié)果，某一個(gè)硼原子取代了硅原子，混在晶格中，但因?yàn)榕鹪又車挥腥齻€(gè)電子，必定有一對(duì)離子鍵因失配而呈現(xiàn)“空缺”（缺少單價(jià)電子相配），這就存在了一種不穩(wěn)定或者說不平衡的趨勢(shì)，“空穴”的形象化比喻由此而來，“空穴”時(shí)時(shí)表現(xiàn)出使晶格趨于穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)。再說N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體就形成了?，F(xiàn)在要做一件好事，就是把P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體貼合在一起。PN結(jié)是半導(dǎo)體器件技術(shù)和電子科學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)。這意味著超大規(guī)模集成電路的開發(fā)應(yīng)用會(huì)來一次歷史性的飛躍，帶給我們的好處是最高檔的PC機(jī)可以制作得很輕、很薄、很小巧。在太陽(yáng)光子的激發(fā)下，N區(qū)的自由電子異?；钴S，終于沖破PN結(jié)的阻擋，逐次開始填充P區(qū)中的空穴。這就是“空穴的移動(dòng)”，這個(gè)移動(dòng)是虛擬移動(dòng)，晶格中的每個(gè)原子都在各自的位置上紋絲不動(dòng)，動(dòng)的只是與正電荷相配對(duì)的電子而已。但是，空穴的虛擬移動(dòng)和電子的實(shí)際定向移動(dòng)還都只是帶有電荷的載流子向電池上下兩面的聚集，只能形成電動(dòng)勢(shì)，還不能形成電流。 控制器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)太陽(yáng)能路燈控制器是太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中最為重要的部件，也是各種路燈系統(tǒng)最大的區(qū)別所在。其設(shè)計(jì)的好壞，決定了一個(gè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行情況的優(yōu)劣。第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論分析 太陽(yáng)能燈具中,一個(gè)性能良好的充電放電控制器是必不可少的。在溫差較大的地方,合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償功能?？刂颇K的基本思想是檢測(cè)太陽(yáng)能電池板電壓，若白天到，封鎖控制電路，LED燈關(guān)閉；夜晚，太陽(yáng)能電池板電壓較低，開啟控制電路，LED燈點(diǎn)亮。控制器結(jié)構(gòu)電路主要由充電電路、放電電路、單片機(jī)外圍電路和LED驅(qū)動(dòng)電路等幾部分組成。、蓄電池的反接保護(hù)；；：增加浮充功能，即恒壓控制。所謂蓄電池即是貯存化學(xué)能量，于必要時(shí)放出電能的一種電氣化學(xué)設(shè)備。鉛酸蓄電池充電后，負(fù)極板是鉛（），與電解液中的硫酸（）發(fā)生反應(yīng)，變成鉛離子（），鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文中，負(fù)極板上留下多余的兩個(gè)電子（2e）。圖32 鉛酸蓄電池電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生原理其原理可通過下面的反應(yīng)方程式來表示：負(fù)極： (31)正極： (32)總反應(yīng)： (33) 1. 放電中的化學(xué)變化 蓄電池連接外部電路放電時(shí)，稀硫酸即會(huì)與陰、陽(yáng)極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng),生成新化合物“硫酸鉛”。所消耗之成份與放電量成比例，只要測(cè)得電解液中的硫酸濃度，亦即測(cè)其比重，即可得知放電量或殘余電量。太陽(yáng)能綜合供電系統(tǒng)中的蓄電池主要以浮充方式運(yùn)行。當(dāng)蓄電池組電量未飽和時(shí)，系統(tǒng)通過輸入變換單元對(duì)蓄電池組進(jìn)行補(bǔ)充充電。在浮充方式運(yùn)行下的蓄電池，其充放電循環(huán)次數(shù)較少，自放電和瞬間放電后的電量能夠很快恢復(fù)，因此蓄電池的使用壽命可以得到延長(zhǎng)。這種方法特別適合于有多個(gè)蓄電池串聯(lián)的蓄電池組進(jìn)行充電，能使落后的蓄電池的容量易于得到恢復(fù)，最好用于小電流長(zhǎng)時(shí)間的充電模式。為避免充電后期電流過大的缺點(diǎn)，一種改進(jìn)型的恒流方法得到應(yīng)用，它就是分段恒流充電，這種方法在充電后期把電流減小。充電過程中電壓、電流變化關(guān)系如圖33所示。因此在充電初期由于蓄電池電壓較低，充電電流很大，但隨著蓄電池電壓的漸漸升高，電流逐漸減小。相對(duì)恒流充電來說，此法的充電電流自動(dòng)減小，所以充電過程中析氣量小，充電時(shí)間短，能耗低，充電效率可達(dá)80%，如充電電壓選擇適當(dāng)，可在8小時(shí)內(nèi)完成充電。② 如果蓄電池電壓過低，后期充電電流又過小，充電時(shí)間過長(zhǎng)，不適合串聯(lián)數(shù)量多的電池組充電。這種充電方式，在光伏小系統(tǒng)中常采用，由于其充電電源來自太陽(yáng)能陣列，其功率不足以使蓄電池產(chǎn)生很大的電流，所以在這樣的系統(tǒng)中蓄電池組串聯(lián)不多。它是在充電電源與蓄電池之間串聯(lián)一限流電阻，當(dāng)電流大時(shí)，其上的電壓降就大，從而減小了充電電壓；當(dāng)電流小時(shí)，限流電阻上的電壓降也小，從而加到蓄電池上的電壓也增大，這樣就自動(dòng)調(diào)整了充電電流，使之在某個(gè)限定范圍內(nèi)，這樣在充電初期的電流就得到限制，雖然充電控制器輸出是恒壓，但加在蓄電池上的電壓不為恒壓，因此也稱這種方式為準(zhǔn)恒壓方式。但如果采用其它非能耗限流方式，還是有其優(yōu)越性。它要求首先對(duì)蓄電池采用恒流充電方式充電，蓄電池充電到達(dá)一定容量后，吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文然后采用恒壓方式進(jìn)行充電。其充電特性如圖35所示。這就是在兩階段基礎(chǔ)上的第三階段，但在這一階段的充電電壓要比恒壓階段的要低。圖35 兩階段、三階段充電曲線 快速充電正常充電方式蓄電池從0%到100%容量比，一般需要820小時(shí)，充電時(shí)間長(zhǎng)?？焖俪潆娋褪遣捎么箅娏骱透唠妷簩?duì)蓄電池充電，在12小時(shí)內(nèi)把蓄電池充好，而且在這個(gè)過程中不會(huì)使蓄電池產(chǎn)生大量析氣和使蓄電池電解液溫度過高(一般在45℃以下)。短時(shí)反向放電的目的是消除蓄電池大電流充電過程中產(chǎn)生的極化。當(dāng)然脈沖充電電流、持續(xù)時(shí)間和放電電流以及持續(xù)時(shí)間必須根據(jù)蓄電池的要求進(jìn)行。它是以最低析氣率為前提，找出蓄電池能夠接受的最大充電電流和可以接受的充電電流曲線。由此可見，a 的數(shù)值越大則表示蓄電池的充電接受能力越強(qiáng)，其充電時(shí)間也就越短。當(dāng)充電電流大于充電可接受電流時(shí)，即處在1 區(qū)域時(shí)則會(huì)導(dǎo)致部分電流消耗于電離電解液中的水，使電池電解液產(chǎn)生析氣反應(yīng)；當(dāng)充電電流在可接受電流曲線以下時(shí)，即處在2 區(qū)域時(shí)，不產(chǎn)生析氣，此時(shí)充入的電量幾乎都轉(zhuǎn)變?yōu)殡姵氐幕瘜W(xué)能量。吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文圖36充電可接受電流曲線圖雖說按照?qǐng)D36所示的特性曲線進(jìn)行充電，可以使蓄電池的充電電流始終保持在可接受電流的附近，從而使蓄電池能得到快速充電，且對(duì)蓄電池影響較小。 LED的發(fā)光及驅(qū)動(dòng)原理 發(fā)光原理發(fā)光二極體是一種將電流順向通到半導(dǎo)體PN結(jié)處而發(fā)光的器件，通常采用雙異質(zhì)結(jié)和量子阱結(jié)構(gòu)。PN結(jié)結(jié)電壓構(gòu)成一定的勢(shì)壘；當(dāng)加正向偏置時(shí)勢(shì)壘下降，p區(qū)和n區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U(kuò)散。這些電子與價(jià)帶上的空穴復(fù)合，復(fù)合時(shí)得到的能量以光能的形式釋放。圖38左圖表示未加偏置時(shí)的異質(zhì)結(jié)能級(jí)圖，對(duì)電子和空穴具有不同高度的勢(shì)壘。但空穴的勢(shì)壘小得多，而且空穴不斷從P區(qū)向n區(qū)擴(kuò)散，得到較高的注入效率，N區(qū)的電子注入P區(qū)的速率卻較小。由于p取得的能隙大，光輻射無法把點(diǎn)自己發(fā)到導(dǎo)帶，因此不發(fā)生光的吸收，從而可直接透射處發(fā)光二極管外，減少了光能的損失。發(fā)光二極管把注入的載流子轉(zhuǎn)變成光子，輻射出光。應(yīng)嚴(yán)格加以區(qū)別。這種白光構(gòu)就是將藍(lán)光LED與YAG熒光物質(zhì)放在一起，用藍(lán)光激發(fā)熒光物質(zhì)，這樣它發(fā)出的光譜就是白光。(2)用紫外LED激勵(lì)RGB熒光體?，F(xiàn)實(shí)驗(yàn)室水準(zhǔn)的發(fā)光效率已超過50 lm/W，近幾年內(nèi)可望超過100 lm/W，而紅光部份最佳的發(fā)光效率已超過100 lm/W。 ，或者只用紅、綠或藍(lán)、黃兩顆LED調(diào)整其個(gè)別亮度來發(fā)出白光，這樣的白光結(jié)構(gòu)最大的缺點(diǎn)就是造價(jià)較高，不利于商品化發(fā)展。驅(qū)動(dòng)一般采用兩種方式：恒壓驅(qū)動(dòng)方式或恒流驅(qū)動(dòng)方式。驅(qū)動(dòng)LED的最佳方法是使其工作在恒流模式下。（2）驅(qū)動(dòng)器應(yīng)有高的功率轉(zhuǎn)換效率，以提高電池的使用壽命或兩次充電之間的時(shí)間間隔。（4）低功耗，靜態(tài)電流小，并且有關(guān)閉控制功能，在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)一般耗電應(yīng)小于1mA。（6）有完善的保護(hù)電路，如低壓鎖存、過壓保護(hù)、過熱保護(hù)、輸出開路或短路保護(hù)。（8）對(duì)其他電路干擾影響小。吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文第四章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)電路框圖太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)主要是由太陽(yáng)能模塊，蓄電池，LED驅(qū)動(dòng)電路，LED燈具和控制器這五部分組成。其次，控制器的基本作用是為蓄電