【正文】 ，同時(shí)又兼?zhèn)淞松鲜鰩追N變換器的優(yōu)點(diǎn)?？偠灾?，庫克變換器的最大特征就在于它使用最少的元器件達(dá)到了最佳的穩(wěn)態(tài)性能，因此，又被稱為最佳拓?fù)渥儞Q器[[] 張興.《電力電子技術(shù)》[J].北京：科學(xué)出版社，]。由單個(gè)單晶片形成的太陽能電池為單體，由若干太陽能電池單體組合而成的結(jié)構(gòu)為太陽能模塊，而由若干太陽能模塊組合的大型裝置被命名成太陽能電池陣列。太陽能電池是通過光電轉(zhuǎn)換原理把太陽輻射的光經(jīng)半導(dǎo)體器件轉(zhuǎn)換成電能的裝置，光電轉(zhuǎn)換過程通常被稱為“光生伏打效應(yīng)”，因此它又被稱為“光伏電池”。如果從內(nèi)部靜電場(chǎng)的兩端引出電極，然后帶動(dòng)恰當(dāng)?shù)呢?fù)載，便會(huì)產(chǎn)生電壓、電流。標(biāo)準(zhǔn)光照環(huán)境下，101V左右。光伏電池在不同時(shí)間、不同區(qū)域、不同安裝條件下的輸出功率有所差異，即使是同一塊光伏電池，輸出功率也是隨機(jī)的。太陽能電池的生產(chǎn)方法各不相同，通常以按材料分類最為常見，如圖31所示圖31太陽能電池按材料分類示意圖從光伏電池的發(fā)展歷程看，原始的光伏電池是以硅二極管為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的原理生產(chǎn)制造出來的。當(dāng)前，廣泛應(yīng)用的光伏電池仍以硅材料的光伏電池為主，主要包括單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池等。不僅如此，它的生產(chǎn)技術(shù)也最為先進(jìn)，然而由于生產(chǎn)單晶硅的成本消費(fèi)太高，生產(chǎn)工藝繁瑣，引起單晶硅生產(chǎn)成本價(jià)格始終很高，一直阻礙著單晶硅太陽能電池的發(fā)展，目前，正在逐步的被多晶硅薄膜光伏電池以及非晶硅薄膜光伏電池等替代。（2）多晶硅電池：多晶硅薄膜光伏電池生產(chǎn)時(shí)所消耗的硅相比單晶硅要少很多，沒有效率衰退等問題，不僅如此，其制造在廉價(jià)襯底材料上以成為可能。據(jù)權(quán)威人士預(yù)測(cè)，多晶硅薄膜電池必將成為光伏電池的發(fā)展方向。（3）非晶硅電池：非晶硅薄膜光伏電池制造方便，原材料及生產(chǎn)價(jià)格較低，適于擴(kuò)大規(guī)模生產(chǎn)，廣泛倍受人們的青睞并實(shí)現(xiàn)飛速發(fā)展，光電轉(zhuǎn)換率通常會(huì)超過百分之十四點(diǎn)五，不足之處在于其穩(wěn)定性不是很好?，F(xiàn)如今，非晶硅電池基本上廣泛應(yīng)用于低功率電力系統(tǒng)[[] 周志敏、紀(jì)愛華.《太陽能LED路燈設(shè)計(jì)與應(yīng)用》.北京：電子工業(yè)出版社，.]。圖32 非晶硅太陽能電池組件太陽能電池功率一般要是負(fù)載功率的4倍以上，系統(tǒng)才能正常工作。所以如何確定其連接方式非常重要。太陽能電池組件的串聯(lián)數(shù)必須適當(dāng)，太陽能電池方陣方才可以對(duì)蓄電池充電。即使串聯(lián)組件的電壓輸出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過浮充電壓，充電電流也無法再有顯著的升高。計(jì)算方法如下：參數(shù)介紹如下：UR代表方陣的最小輸出電壓；UDC代表方陣的最佳工作電壓；Uf代表儲(chǔ)能設(shè)備（蓄電池）浮充電壓；UD代表通過二極管的電壓降，通常選用7/10V；UC代表另外要素造成的電壓降[[] 周志敏、紀(jì)愛華.《大功率LED照明技術(shù)與應(yīng)用》[J].北京：中國電力出版社，2009.]。（2）確定太陽能方陣并聯(lián)數(shù)大的方法在確定太陽能方陣并聯(lián)數(shù)以前，需要計(jì)算出若干相關(guān)量為準(zhǔn)備工作。表31 我國部分地區(qū)的輻射參數(shù)表地區(qū)緯度Φ日輻射量Ht最佳傾角Φop斜面日輻射量修正系數(shù)Kop哈爾濱市Φ＋長春市Φ＋沈陽市Φ＋北京市Φ＋天津市Φ＋呼和浩特市Φ＋太原市Φ＋烏魯木齊市Φ＋西寧市Φ＋蘭州市Φ＋銀川市Φ＋西安市Φ＋上海市Φ＋南京市Φ＋合肥市Φ＋杭州市Φ＋南昌市Φ＋福州市Φ＋濟(jì)南市Φ＋鄭州市Φ＋武漢市Φ＋長沙市Φ＋廣州市Φ－?？谑笑担蠈幨笑担啥际笑担F陽市Φ＋昆明市Φ－拉薩市Φ－②太陽能電池方陣日發(fā)電量QP其中，IOC是太陽能電池方陣最佳工作電流；KOP代表斜面修正系數(shù)（參考表31）；CZ是修正系數(shù)，[13].③最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)本設(shè)計(jì)的特殊之處就在于此，是因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)將此段時(shí)間內(nèi)損耗的蓄電池量補(bǔ)充考慮進(jìn)來，蓄電池容量補(bǔ)充計(jì)算方法如下太陽能電池組件并在一起的選擇可按下式計(jì)算：根據(jù)太陽能電池方陣的串并聯(lián)數(shù)，便能夠計(jì)算出所選取的組件的功率[13] 其中，P0代表光伏電池方陣的額定功率。蓄電池作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能設(shè)備，光伏電池將轉(zhuǎn)換成的電能先通過化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在其中，當(dāng)帶負(fù)載為其供電時(shí)，它會(huì)把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能為負(fù)載供電。蓄電池的特征直接影響太陽能發(fā)電系統(tǒng)的工作效率、可靠性和成本。因此，必須將太陽能電池轉(zhuǎn)換的電能儲(chǔ)存起來才能在夜晚為負(fù)載供電。和太陽能電池方陣組合的蓄電池一般工作在浮充下，蓄電池的端電壓隨著光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率以及負(fù)載用電量的變化而變化。不同環(huán)境下的蓄電池提供的電能各不相同。此外，太陽能蓄電池應(yīng)該適用于不同的環(huán)境要求，如高溫，高海拔，低溫等不同環(huán)境下都能正常使用。由于鉛酸免維護(hù)蓄電池可以不用維護(hù)并且基本上不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染的特點(diǎn)，越來越多的性能可靠的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，尤其是無人管理的工作站采用它。然而由于普通鉛酸蓄電池需要很好的管理，而且容易對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，因此，其在要求維護(hù)能力低和一般環(huán)境下才會(huì)得到使用。綜合以上各蓄電池的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，本設(shè)計(jì)選用鉛酸免維護(hù)蓄電池作為系統(tǒng)的儲(chǔ)能元件。在不同的時(shí)間內(nèi)，光伏方陣發(fā)電量有很大差別，方陣的發(fā)電量不能滿足用電需要的時(shí)候，蓄電池釋放電能以便及時(shí)補(bǔ)足；在用電量的時(shí)候不足時(shí)，需用蓄電池把多余的電能儲(chǔ)存起來以備使用，所以要確定蓄電池容量需要參考方陣的發(fā)電量不足和過剩值。因此，確定蓄電池容量時(shí)還要考慮到此時(shí)的蓄電池耗電量。一般的，燈具的實(shí)際效率可以用光源光效（lm/W）與電源效率（%）與、光照效率（%）、燈具效率（%）的乘積表示。因此，用15W的LED燈具完全可以代替現(xiàn)有的36W的T8電感式鎮(zhèn)流器的普通日光燈管。第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖41 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖由于單片機(jī)AT89S5AD轉(zhuǎn)換器ADC0809需要+5電壓供電，本設(shè)計(jì)電源電路采用LM7805集成穩(wěn)壓器作為穩(wěn)壓器件，220V電源整流濾波后送入LM7805穩(wěn)壓，便可以獲得5V電壓，而且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。]。時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)：?jiǎn)纹瑱C(jī)為一種時(shí)序電路，只有在配置時(shí)鐘信號(hào)后，方可以正常起到控制作用。尤其要注意的是，使用外部時(shí)鐘時(shí)，19腳（X1）與大地相連，18腳（XTAL2）引到外部時(shí)鐘信號(hào)上。51系列的單片機(jī)若需要復(fù)位，必須由外部電路完成，單片機(jī)的9管腳Reset為復(fù)位信號(hào)輸入端，信號(hào)從Reset引腳輸入，高電平有效，只要保持Reset引腳處于高電平的時(shí)間是2個(gè)機(jī)器周期，其就可以正常復(fù)位[[] 劉文濤.《單片機(jī)語言C51典型應(yīng)用設(shè)計(jì)》[M]，人民郵電出版社，第1102頁]。電路設(shè)計(jì)主要是功率開關(guān)管u和輸出濾波電感L的選擇。圖44 BUCK電路①功率開關(guān)管的選擇目前，對(duì)于功率不是很大的DCDC變換器在選擇開關(guān)管時(shí)，通常首選的是MOSFET管與IGBT模塊；而大功率變換器在選擇開關(guān)管時(shí)，考慮到MOSFET的功率、電壓等級(jí)等方面的不足的情況下，通常采用IGBT模塊；但是對(duì)于功率不是很大的DCDC變換器，首選的還是MOSFET。器件是否能夠安全可靠的起到作用，選擇MOSFET的電壓、電流額定值是至關(guān)重要的。本設(shè)計(jì)的輸入電壓在5690V之間，90=182V以上的MOSFET。所以，必須選擇一個(gè)合適的電感。△。由于本系統(tǒng)的功率是300W，為小功率范疇，經(jīng)過BUCK電路后輸出的功率變?yōu)檎伎毡葹橛谑强傻门R界電感值若要滿足連續(xù)工作的要求，條件為所以應(yīng)該讓該狀態(tài)下的電感值高于臨界狀態(tài)下的值，即。該系統(tǒng)使用了N溝道的MOS管。由單片機(jī)控制PWM的輸出情況，通過該電路的放大功能，使NMOS正常工作。為了確保供電的連續(xù)性，因此就需要設(shè)計(jì)備用電路，通過單片機(jī)的控制，控制切換電路自動(dòng)實(shí)現(xiàn)供電電源的轉(zhuǎn)換[[] 遲榮強(qiáng).《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》[M]，高等教育出版社，第156頁。本設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換電路原理圖如圖47圖47 切換電路由于AD轉(zhuǎn)換器測(cè)量最大設(shè)定范圍為5 V，因此要把蓄電池電壓成比例的縮小在5V內(nèi)，才能利用AD轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后再接入單片機(jī)，該系統(tǒng)電壓采樣電路由50K、10K的精密電阻構(gòu)成，電路圖如圖48所示[[] 姚金生、劉小利:《元器件》[M]，北京電子工業(yè)出版社，第172頁。圖48 采樣電路 A/D轉(zhuǎn)換電路AT89S51單片機(jī)不能直接接收模擬信號(hào)，內(nèi)部也沒有AD轉(zhuǎn)換模塊，因此，采集獲取的電壓需要通過A/D轉(zhuǎn)換方可送入單片機(jī)。將采樣得到的信號(hào)從26管腳IN0(管腳A、B、C均置為低電平)輸入，從而單片機(jī)可以判斷電壓的具體情況。（2）初始化時(shí)，將ST和OE端口信號(hào)設(shè)置為低電平。（4）在ST 端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。（6）當(dāng)EOC轉(zhuǎn)換成高電平時(shí)，這時(shí)將OE設(shè)置成相同電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就會(huì)給單片機(jī)。AD0809 的工作頻率范圍為10KHZ1280KHZ，AT89S51的輸出頻率大小為2MHZ，無法滿足為AD0809 的提供工作時(shí)鐘的要求。在頻率為500KHZ 的時(shí)候。這就需要查詢程序等EOC變?yōu)榈碗娖胶笤匍_始查詢，轉(zhuǎn)換成功后，EOC 輸出高電平，等到OE為高電平便將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。圖410 ADC0809轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)的IO口輸出電流很小4到20mA，所以要用三極管放大來驅(qū)動(dòng)繼電器。圖411 繼電器驅(qū)動(dòng)電路第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)圖51 系統(tǒng)總體流程圖圖52 干擾法MPPT測(cè)試流程圖圖53 線路切換流程圖圖54 恒壓充電流程圖 圖55恒流充電流程圖 AD轉(zhuǎn)換流程圖圖56 AD轉(zhuǎn)換流程圖致 謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)論文完成之際，我謹(jǐn)向指導(dǎo)老師王貝貝表示誠摯的敬意和衷心的感謝。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，王老師在論文的選題、查找資料、相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作以及論文的撰寫等諸多方面都給予了很大的關(guān)心和悉心