【正文】 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。109WM，其中可利用的風能為2107WM，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?？衫寐蕪脑瓉淼?0%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(jīng)濟性。第三，全球有豐富的風能資源。%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(jù)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。（1981年）提出了太陽能和風能混合利用技術問題；（1981）研究太陽能——風能混合轉換系統(tǒng)的氣象問題；，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??；夏季風小，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(jīng)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(wǎng)沖擊等影響。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。太陽能電池 風力發(fā)電機微機控制系統(tǒng) 逆變器蓄電池圖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。 3 光伏發(fā)電介紹太陽能光伏電池(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(jīng)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　　　　　　　　　　　　　?。ǎ常￢——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　　　　　　　　　　?。ǎ叮┢渲蠽D=～，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=，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(jù)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?？刂芃OSFET管導通的方式是脈沖寬度調制(PWM)，根據(jù)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(jù)記錄下來，供工作人員查看。 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。另外，STC89C52具有低功耗設計，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。而且STC89C52的工作頻率很寬，可以在0~35MHz之間選擇，芯片具有超強抗干擾性，加密性強。本設計單片機最小系統(tǒng)擴展電路包括上電復位電路，時鐘電路，工作指示燈和蜂鳴器報警電路等。片內振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，~12MHz之間選取。電路中CC7是反饋電容，其值在5pF~30pF之間選取，本電路選用的電容為30pF。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。單片機的復位電路如圖43所示。按鈕復位是當按鈕按下后，電源通過電阻R14施加到復位端上，實現(xiàn)單片機復位。一個單片機系統(tǒng)能否正常運行，首先要檢查是否能復位成功。（3）工作狀態(tài)指示燈電路本設計可以時刻檢測蓄電池電壓，為了更好的進行監(jiān)控，要對整個電路的工作狀態(tài)進行指示，這是很有必要的。其中LED1為正常充電指示燈，LED2為過壓指示燈，LED3為欠壓指示燈。 圖 44工作狀態(tài)指示燈電路 圖 45 蜂鳴器報警電路（4）蜂鳴器報警電路報警電路采用蜂鳴器來發(fā)出報警聲音，由于STC89C52輸出引腳的驅動能力較弱，所以蜂鳴器要加三極管進行驅動。蜂鳴器報警電路圖如圖45所示。二極管D1是為了防止反充，當陰天或晚上蓄電池的電壓高于太陽能電池板的電壓時，D1就生效，可以防止蓄電池電流流向太陽能電池板。所使用的MOSFET是電壓控制單極性金屬氧化物半導體場效應晶體管，所需驅動功率較小。設計中采用IRL2703 N溝道MOSFET管，N溝道MOSFET的導通電壓Vth0。電容C4是太陽能電池板輸出電壓濾波，使得更穩(wěn)定地給蓄電池充電。圖中穩(wěn)壓管D2用來對蓄電池進行穩(wěn)壓作用。圖 46 充放電電路按程序設計當檢測到蓄電池的電壓低于12V，充電模式為均充，Q1為完全導通狀態(tài)，也就是導通的脈沖占空比最大；，充電模式為浮充，Q1導通與不導通的占空比例變小，；當檢測到蓄電池的電壓等于15V左右，Q1截止使充電停止，同時Q2也關閉來關斷負載。為了增加系統(tǒng)的可靠性，本設計用光電耦合器實現(xiàn)單片機控制電路和充放電電路的隔離。M0S管Q1控制著充電電路，當充電控制信號PWM為低電平時，光耦內部的發(fā)光二極管的電流近似為零，右側三極管不導通，輸出端兩管腳間的電阻很大，相當于開關“斷開”，輸出端K1被抬高，電阻R9右側被穩(wěn)壓管D2穩(wěn)壓到12V左右，MOSEFT的Vgs0，MOS管Q1開啟，太陽能極板開始對蓄電池充電；當充電控制