光伏電源在照明路燈中的應(yīng)用畢業(yè)論文（含外文翻譯）

1、<p>　　光伏電源在照明路燈中的應(yīng)用 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的缺口增大，能源安全及能源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位越顯突出。能源問(wèn)題不僅表現(xiàn)在常規(guī)能源的匱乏不足，更重要的是化石能源的開(kāi)發(fā)利用帶來(lái)的一系列問(wèn)題，如環(huán)境污染，溫室效應(yīng)等，都與化石燃料的燃燒有關(guān)。因此，人類(lèi)

2、要解決上述能源問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模地開(kāi)發(fā)利用可再生潔凈能源。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是新能源和可再生能源的重要組成部分，太陽(yáng)能發(fā)電在路燈系統(tǒng)中的應(yīng)用也日趨完善[1]。</p><p>　　本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下，完成了一種以單片機(jī)為核心的光伏電源照明路燈控制系統(tǒng)，該控制器通過(guò)對(duì)蓄電池電壓、充電電流等參數(shù)的檢測(cè)判斷，控制開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)充放電控制和保護(hù)功能，最終實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的自動(dòng)開(kāi)關(guān)。文中介紹

3、了系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)，采用PWM技術(shù)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電管理，保證蓄電池的正常工作，實(shí)現(xiàn)LED路燈的打開(kāi)與關(guān)閉。與以往的控制器相比，此控制器成本低，可靠性高。</p><p>　　關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電 太陽(yáng)能電池板 蓄電池 控制器 LED</p><p>　　Photovoltaic Power for Lighting Street Lamps</p><p&g

4、t;<b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Energy is the important basis of the development of national economy, with the development of the national economy, the energy gap increases, energy security and ener

5、gy in the position in national economy is more prominent. The energy problem not only in conventional energy deficiency, is more important than fossil energy development and utilization has brought a series of problems,

6、such as environmental pollution, greenhouse effect and the burning of fossil fuels for. Therefore, human beings to</p><p>　　This design is in such a background, to complete a single chip microcomputer as the

7、 core of photovoltaic power lighting lamp control system, the controller through the battery voltage, the charging current and other parameters of the detection, control switch off, to realize charge and discharge contro

8、l and protection function, realize the automatic switch of lighting system. This paper introduces the hardware and software of the system, using PWM technology to charge the battery management, ens</p><p>&l

9、t;b>　　.</b></p><p>　　Key words： Photovoltaic power generation; Solar panels； Storage battery; Controller; LED</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前 言1<

10、/b></p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p>　　1.1太陽(yáng)能LED路燈照明背景介紹2</p><p>　　1.1.1太陽(yáng)能LED路燈的優(yōu)勢(shì)及成本估算4</p><p>　　1.2 太陽(yáng)能LED路燈產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展與分析5</p><p>　　1.2.1 太陽(yáng)

11、能LED路燈產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展5</p><p>　　1.2.2 經(jīng)濟(jì)效益分析6</p><p>　　1.3 太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能7</p><p>　　第2章 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用8</p><p>　　2.1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)8</p><p>　　2.1.1 太陽(yáng)能電池光伏發(fā)電原理8<

12、/p><p>　　2.1.2 太陽(yáng)能電池技術(shù)9</p><p>　　2.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)10</p><p>　　第3章 太陽(yáng)能路燈各組成部分及選擇12</p><p>　　3.1 太陽(yáng)能路燈各組成部分12</p><p>　　3.2 各部件的論證與選擇12</p><p>

13、;　　3.2.1 太陽(yáng)能電池板選擇12</p><p>　　3.2.2 蓄電池的比較和選擇12</p><p>　　3.2.3 照明燈具的選擇14</p><p>　　3.2.4 控制芯片的選擇16</p><p>　　第4章 系統(tǒng)各部件理論分析19</p><p>　　4.1 太陽(yáng)能照明系統(tǒng)電路總體分析

14、19</p><p>　　4.2 控制器設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)19</p><p>　　4.3 蓄電池的充放電原理20</p><p>　　4.4 LED燈驅(qū)動(dòng)原理20</p><p>　　第5章 太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)22</p><p>　　5.1 控制模塊的硬件設(shè)計(jì)22</p><p>

15、　　5.1.1充放電硬件電路設(shè)計(jì)22</p><p>　　5.1.2 外圍電路的硬件設(shè)計(jì)24</p><p>　　5.1.3 控制模塊系統(tǒng)總圖25</p><p>　　5.2 軟件設(shè)計(jì)26</p><p>　　5.2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖26</p><p>　　5.2.2 系統(tǒng)主要程序編寫(xiě)28</p&g

16、t;<p>　　5.3 LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)29</p><p>　　5.3.1 LED驅(qū)動(dòng)電路圖設(shè)計(jì)29</p><p>　　5.3.2 電路數(shù)值計(jì)算30</p><p>　　5.4 太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)總電路圖33</p><p><b>　　結(jié)語(yǔ)34</b></p><p

17、><b>　　謝辭34</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p><b>　　附錄37</b></p><p><b>　　外文資料翻譯43</b></p><p><b>　　前 言</b&g

18、t;</p><p>　　太陽(yáng)能是地球上最直接最普遍也是最清潔的能源，太陽(yáng)能作為一種巨量可再生能源 (可再生能源包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽艿确腔茉?，可以說(shuō)是取之不盡 、用之不竭。同時(shí)，也隨著太陽(yáng)能光伏技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，太陽(yáng)能發(fā)電在人們生活中得到迅猛發(fā)展。根據(jù)歐洲JRC 的預(yù)測(cè)，到2030年太陽(yáng)能發(fā)電將在世界電力的供應(yīng)中顯現(xiàn)其重要作用，達(dá)到10%以上，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中占到30％；

19、2050 年太陽(yáng)能發(fā)電將占總能耗的20%，可再生能源占到50％以上，到本世紀(jì)末太陽(yáng)能發(fā)電將在能源結(jié)構(gòu)中起到主導(dǎo)作用[2]。</p><p>　　太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)主要有太陽(yáng)能電池板、蓄電池、電源控制器、發(fā)光組件構(gòu)成。設(shè)計(jì)采用基于AT89C51單片機(jī)控制，結(jié)合鋰電池的充放電特點(diǎn)和太陽(yáng)能伏安特性，利用 PWM脈沖調(diào)制控制保護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)恒壓，恒流等充電階段的控制，對(duì)蓄電池進(jìn)行保護(hù)和實(shí)現(xiàn)LED路燈的正常供電。白天利用光伏

20、效應(yīng)對(duì)太陽(yáng)能電池板發(fā)電并充電到蓄電池中，晚上利用蓄電池中能量實(shí)現(xiàn)路燈的正常工作。選擇一種合適的蓄電池充放電管理模式，需要對(duì)電壓和工作電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)配合指令工作。并且選擇最少的太陽(yáng)能組件和蓄電池容量，選擇適宜的燈具，有利于優(yōu)化設(shè)計(jì)本身的效率和成本。 </p><p><b>　　第一章 緒論 </b></p><p>　　1.1太陽(yáng)能LED路燈照明背景介紹&l

21、t;/p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，全球能源危機(jī)和大氣污染問(wèn)題日益突出，太陽(yáng)能作為理想的可再生能源受到了許多國(guó)家的重視。目前太陽(yáng)能電池的種類(lèi)不斷增多、應(yīng)用范圍日益廣闊、市場(chǎng)規(guī)模逐步擴(kuò)大。世界光伏組件在過(guò)去15年平均增長(zhǎng)率約15%。20世紀(jì)90年代后期，發(fā)展更加迅速，1999年光伏組件生產(chǎn)達(dá)到200兆瓦。商品化電池效率從10%～13%提高到13%～15%，生產(chǎn)規(guī)模從1～5兆瓦/年發(fā)展到5～25兆瓦/年，并正在向5

22、0兆瓦甚至100兆瓦擴(kuò)大。光伏組件的生產(chǎn)成本降到3美元/瓦以下。近幾年，全世界太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)量平均每年增長(zhǎng)近40%。發(fā)展中國(guó)家印度處于領(lǐng)先地位，目前有50多家公司從事與光伏發(fā)電技術(shù)有關(guān)的制造業(yè)，其中有6個(gè)太陽(yáng)電池制造廠(chǎng)和12個(gè)組件生產(chǎn)廠(chǎng)，年生產(chǎn)組件11兆瓦，累計(jì)裝機(jī)容量約40兆瓦。本世紀(jì)以來(lái)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛制定了發(fā)展包括太陽(yáng)能電池在內(nèi)的可再生能源計(jì)劃。太陽(yáng)能電池的研究和生產(chǎn)在歐洲、美洲、亞洲大規(guī)模鋪開(kāi)。美國(guó)和日本為爭(zhēng)奪世界光伏市場(chǎng)的

23、霸主地位，爭(zhēng)相出臺(tái)太陽(yáng)能技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃。世界太陽(yáng)能電池材料發(fā)展的趨勢(shì)是非常迅猛的。 最近的光伏行業(yè)調(diào)查表明， 2010年，光伏產(chǎn)業(yè)的年發(fā)展速度將保持在</p><p>　　在可再生能源中，太陽(yáng)能取之不盡，清潔安全，是理想的可再生能源。我國(guó)的太陽(yáng)能資源比較豐富，且分布范圍較廣，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展?jié)摿薮?。此外，目前太?yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)已日趨成熟，是最具可持續(xù)發(fā)展的可再生能源技術(shù)之一。截止2004年，太陽(yáng)

24、能光伏發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域遍及我們生活的各個(gè)方面，如交通、通訊、公共設(shè)施（如照明）、家庭生活用電等。尤其是在邊遠(yuǎn)地區(qū)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電更加顯示它的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)目前尚有約30000個(gè)村莊，700萬(wàn)戶(hù)，3000萬(wàn)農(nóng)村人員還沒(méi)有用上電，60%的有電縣嚴(yán)重缺電，光伏市場(chǎng)潛力巨大。到2010年以前中國(guó)太陽(yáng)電池多數(shù)是用于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，從2011年到2020年，中國(guó)光伏發(fā)電的市場(chǎng)主流將會(huì)由獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，包括沙漠電站和城市屋頂發(fā)電系統(tǒng)。

25、 中國(guó)作為新的世界經(jīng)濟(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)，光伏業(yè)也呈現(xiàn)出前所未有的活力，大量系統(tǒng)集成公司伴隨者國(guó)家的“光明工程”、“奧運(yùn)工程”、“世博會(huì)工程”等項(xiàng)目的啟動(dòng)應(yīng)運(yùn)而生，世界一些大財(cái)團(tuán)也瞄準(zhǔn)了中國(guó)巨大的光伏市場(chǎng)潛力，開(kāi)始投資中國(guó)光伏行業(yè)。 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，從20世紀(jì)90年代，國(guó)內(nèi)光伏市場(chǎng)平穩(wěn)發(fā)展，年增長(zhǎng)速度在20%左右；進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)內(nèi)光伏市場(chǎng)</p><p>　　1.1.1太陽(yáng)能LED路燈的優(yōu)勢(shì)及成本估算</p>

26、<p>　　節(jié)能、潔凈：利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)給LED路燈供電，利用太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)光能量轉(zhuǎn)化為電能，又用LED作路燈照明，既節(jié)能又是清潔的能源系統(tǒng)。金鹵燈和鈉燈除燈泡耗電外，其內(nèi)置高壓電器尚須耗其20%電能。以150W鈉燈為例，實(shí)際耗電功率為180%左右，在等光效的情況下，換上高效的太陽(yáng)能LED路燈，只需35W，兩者相比為35:180，省電5倍，一旦使用將極大節(jié)約國(guó)家電能。從而真正實(shí)現(xiàn)無(wú)能耗、環(huán)保、高科技照明。</p

27、><p>　　安全：鈉燈，汞燈等的高壓放電，一旦產(chǎn)生漏電事故，可危害人的生命安全。而LED路燈，內(nèi)芯為半導(dǎo)體材料，低壓供電；即使按觸燈芯上的電源也毫無(wú)電感，根本無(wú)危險(xiǎn)隱患。另外鈉燈發(fā)光時(shí)表面溫度極高，有時(shí)會(huì)發(fā)生爆裂引發(fā)火災(zāi)，并且高壓高溫發(fā)光對(duì)人體又有輻射危害，其內(nèi)置鈉氣又是有毒氣體；而LED燈，表面發(fā)光時(shí)溫度不到40℃，其無(wú)輻射的冷光源，真正做到無(wú)毒無(wú)害的“綠色照明”。</p><p>　　壽

28、命長(zhǎng)：LED芯片設(shè)計(jì)使用時(shí)間為10萬(wàn)小時(shí)左右，制成路燈后一般也能用上2萬(wàn)小時(shí)以上，綜合光衰不到2％，以五年來(lái)計(jì)算光衰也不到10％。除低耗電外，其維護(hù)成本也要比鈉燈低數(shù)倍。</p><p>　　美觀、視感好：鈉燈四面發(fā)光很刺眼，尤其在小區(qū)、廣場(chǎng)等人聚集處，會(huì)照成明顯的光污染，在景觀照明方面種類(lèi)單一；LED具有幾乎自然光全系列顏色的光，可以制作成各種顏色照明的景觀和投射燈，對(duì)裝飾城市，小區(qū)，廣場(chǎng)等有很好的效果，另外其

29、燈面與地面間無(wú)明顯光影，不刺眼又視覺(jué)寬闊、清爽，燈面如顆顆亮麗的寶石，極具高檔視覺(jué)感[5]。</p><p>　　本設(shè)計(jì)方案指標(biāo)：LED燈具功率為30W，若連續(xù)工作4天，蓄電池容量需100AH，太陽(yáng)能電池板功率為100W。如投入批量生產(chǎn)，則成本計(jì)算大致如下：</p><p>　　太陽(yáng)能電池板：采用多晶硅電池板，批量買(mǎi)1W約30元，則100W需3000元；</p><p

30、>　　蓄電池：4節(jié)組成的鋰電池，100AH則需1200元；</p><p>　　LED燈：30W，批量購(gòu)買(mǎi)高效LED，1W約8元，則大概為250元；</p><p>　　控制器、驅(qū)動(dòng)和散熱片：加上制板，控制器和驅(qū)動(dòng)各約25元；散熱片約200元。</p><p>　　因此本方案設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能LED路燈總價(jià)格估算為4700元的成本費(fèi)，并且是用鋰電池進(jìn)行蓄電，整個(gè)產(chǎn)品

31、會(huì)輕巧許多，在充放電方面也會(huì)比鉛酸電池等常用的蓄電池好，因此，加上投入生產(chǎn)的工藝技術(shù)和材料等，估計(jì)與市場(chǎng)上同性?xún)r(jià)比的太陽(yáng)能LED路燈相比，價(jià)格也不會(huì)高多少，而性能卻有所提高，并且此太陽(yáng)能LED路燈在性能控制上比較穩(wěn)定，也真正做到了綠色照明要求的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　1.2 太陽(yáng)能LED路燈產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展與分析</p><p>　　1.2.1 太陽(yáng)能LED路燈產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展</p>

32、<p>　　道路照明與人們生產(chǎn)生活密切相關(guān)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，綠色、高效、長(zhǎng)壽命的 LED 路燈逐漸走入人們的視野。目前， LED 照明技術(shù)日趨成熟，大功率 LED 光源功效已經(jīng)達(dá)到 80lm/W ，城市路燈照明節(jié)能改造成為可能。美國(guó)加州大學(xué)著名科學(xué)家登巴斯表示，如果美國(guó)四分之一的燈泡換成每瓦150流明的發(fā)光二極管，則美國(guó)到2025年前將可以節(jié)省約合1150億美元的電耗。這相當(dāng)于新建133個(gè)熱電廠(chǎng)，與此同時(shí)，向大氣

33、排放的二氧化碳數(shù)量將減少258噸。韓國(guó)目前轉(zhuǎn)正計(jì)劃，利用5 年時(shí)間將國(guó)內(nèi)10%的路燈換成LED路燈。功率40WLED路燈實(shí)際光利用率可達(dá)鈉燈的200W，金鹵燈的250W。</p><p>　　中國(guó)是目前全球城市化進(jìn)程最快的國(guó)家之一，可以預(yù)料在未來(lái)的數(shù)十年內(nèi)，全國(guó)各地對(duì)于大功率、高亮度、節(jié)能的 LED 路燈產(chǎn)品的市場(chǎng)需求是極其龐大的。據(jù) 2006 年國(guó)家路燈行業(yè)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)城市道路照明共有 1500 萬(wàn)只以上的路燈，

34、近幾年的增長(zhǎng)率在 20% 以上。照此估算，全國(guó)每年照明路燈的市場(chǎng)規(guī)模不低于 50 億元，如使用 LED 路燈，每年可節(jié)電 20 億度以上，當(dāng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電與LED照明結(jié)合的技術(shù)成熟時(shí)，此節(jié)能工程將更是難以想象，這樣不僅為國(guó)家節(jié)省了能源，也為國(guó)家，甚至世界的環(huán)保作出巨大貢獻(xiàn)。</p><p>　　1.2.2 經(jīng)濟(jì)效益分析</p><p>　　如果將整個(gè)施工過(guò)程發(fā)生的費(fèi)用考慮進(jìn)去的話(huà)，安裝太

35、陽(yáng)能LED路燈的初始投資與普通高壓路燈相對(duì)高點(diǎn)（太陽(yáng)能燈具初始投資為：980000元；普通燈具初始投資為：679600元）；但是，普通燈具每年的電費(fèi)要用54750元，更換易損件和維護(hù)每年用18600元；當(dāng)普通高壓路燈用了4年，其電費(fèi)與成本加起來(lái)就與安裝太陽(yáng)能LED路燈的投資持平，4年以后每年可少支出60000元左右。</p><p>　　表1-2普通電力高壓路燈與太陽(yáng)能LED路燈對(duì)比</p><

36、;p>　　由表1-2中的案例對(duì)比可得出以下基本結(jié)論：</p><p>　?。?）本案例中，如果將整個(gè)施工過(guò)程發(fā)生的費(fèi)用考慮進(jìn)去的話(huà)，太陽(yáng)能LED路燈略比普通高壓路燈總體造價(jià)高；</p><p>　　（2）當(dāng)規(guī)模越大時(shí)，普通高壓路燈安裝的相關(guān)費(fèi)用越高，其初始投資將高于太陽(yáng)能LED路燈；</p><p>　　（3）運(yùn)行費(fèi)用上，普通高壓路燈明顯高于太陽(yáng)能LED路燈，

37、而且會(huì)越來(lái)越高（電費(fèi)、人工等）；</p><p>　?。?）使用穩(wěn)定性上，太陽(yáng)能LED路燈易受天氣和使用環(huán)境影響，這里處于劣勢(shì)，（可通過(guò)改變控制方式來(lái)增強(qiáng)穩(wěn)定性），隨著太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的改進(jìn)，太陽(yáng)能LED路燈將越來(lái)越趨于穩(wěn)定；</p><p>　?。?）太陽(yáng)能LED路燈的安全性非常高，不像電力供電的高壓路燈容易出現(xiàn)安全隱患[7]。</p><p>　　1.3 太

38、陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能</p><p>　?。?）根據(jù)鋰電池的充電特性，利用程序控制能夠很好地為鋰電池充電。利用一個(gè)液晶屏顯示電池的電壓和充電時(shí)的電流。</p><p>　?。?） 根據(jù)光的強(qiáng)度可以精確地判斷出是白天還是夜晚，從而控制路燈的開(kāi)和關(guān)。</p><p>　　（3）能夠根據(jù)電池的電壓來(lái)決定一個(gè)晚上打開(kāi)路燈的時(shí)間。</p><p>

39、　?。?）照明部分還設(shè)有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電路，能夠使LED正常工作保證LED的使用壽命。</p><p>　　第2章 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用</p><p>　　2.1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)</p><p>　　2.1.1 太陽(yáng)能電池光伏發(fā)電原理</p><p>　　早在1839年，法國(guó)科學(xué)家貝克雷爾(Becqurel)就發(fā)現(xiàn)，光照能使半導(dǎo)體材料

40、的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象后來(lái)被稱(chēng)為“光生伏打效應(yīng)”，簡(jiǎn)稱(chēng)“光伏效應(yīng)”。1954年，美國(guó)科學(xué)家恰賓和皮爾松在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室首次制成了實(shí)用的單晶硅太陽(yáng)電池，誕生了將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)。</p><p>　　圖1-1 太陽(yáng)能電池光伏發(fā)電原理</p><p>　　太陽(yáng)能電池光伏發(fā)電是指太陽(yáng)的輻射能光子通過(guò)半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程，通常叫做“光生伏打效應(yīng)”（簡(jiǎn)稱(chēng)光伏效應(yīng)

41、），太陽(yáng)能電池板是利用這種效應(yīng)制成的。</p><p>　　當(dāng)太陽(yáng)光照射到半導(dǎo)體上時(shí)，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半導(dǎo)體吸收或透過(guò)。被吸收的光，當(dāng)然有一些變成熱，另一些光子則同組成半導(dǎo)體的原子價(jià)電子碰撞，于是產(chǎn)生電子—空穴對(duì)。這樣，光能就以產(chǎn)生電子—空穴對(duì)的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｈ绻雽?dǎo)體內(nèi)存在P—N結(jié)，則在P型和N型交界面兩邊形成勢(shì)壘電場(chǎng)，能將電子驅(qū)向N區(qū)，空穴驅(qū)向P區(qū)，從而使得N區(qū)有過(guò)剩的電子，P區(qū)有過(guò)剩的空

42、穴，在P—N結(jié)附近形成與勢(shì)壘電場(chǎng)方向相反光的生電場(chǎng)。光生電場(chǎng)的一部分除抵銷(xiāo)勢(shì)壘電場(chǎng)外，還使P型層帶正電，N型層帶負(fù)電，在N區(qū)與P區(qū)之間的薄層產(chǎn)生所謂光生伏打電動(dòng)勢(shì)。若分別在P型層和N型層焊上金屬引線(xiàn)，接通負(fù)載，則外電路便有電流通過(guò)。如此形成的一個(gè)個(gè)電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來(lái)，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，從而輸出電功率。</p><p>　　2.1.2 太陽(yáng)能電池技術(shù)</p><p>　

43、　太陽(yáng)光電技術(shù)可提供穩(wěn)定可靠的本土能源，它不受石油產(chǎn)業(yè)的制約、維護(hù)成本低、模塊化且可擴(kuò)展性高。它是目前唯一可滿(mǎn)足全球長(zhǎng)期能源需求、而不排放溫室氣體的技術(shù)。事實(shí)上，一顆150x150km的太陽(yáng)能電池?cái)?shù)組在理論上已可滿(mǎn)足北美的所有能源需求。但太陽(yáng)光電技術(shù)目前仍比采用電力網(wǎng)格的電能昂貴，并缺少合適的負(fù)載均衡方案，同時(shí)也還需要相當(dāng)大的空間來(lái)產(chǎn)生電能。</p><p>　　一般的太陽(yáng)能電池共有4種類(lèi)型，其中的前三種都已完全

44、量產(chǎn)。</p><p>　　采用III-V族材料的聚光型多接面太陽(yáng)能電池是一種直接能隙復(fù)合物，它具有最高轉(zhuǎn)換效率(與成本)。它們主要針對(duì)衛(wèi)星和軍事應(yīng)用，而且通常需要輕聚光型光學(xué)組件與復(fù)雜的追蹤系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)40％以上的轉(zhuǎn)換效率。</p><p>　　采用單晶硅(cSi)或多晶硅(mcSi)的塊狀硅(bulk-silicon)太陽(yáng)能電池，在某些場(chǎng)合下的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)22％以上。</p>

45、;<p>　　薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率大約介于采用非晶硅太陽(yáng)能電池時(shí)的(aSi)10％，以及采用II-VI族材料時(shí)的18％之間。這些II-VI族材料包括碲化鎘(CdTe)和銅銦鎵硒(CIGS)等物質(zhì)。由于采用這種薄膜方式可望為現(xiàn)有制程導(dǎo)入全新或改良的材料，長(zhǎng)期看來(lái)最有可能大幅降低成本。</p><p>　　最后一類(lèi)則囊括了各種新技術(shù)；例如業(yè)已表現(xiàn)出高轉(zhuǎn)換效率的染料敏化薄膜太陽(yáng)能電池，以及到目前為止轉(zhuǎn)

46、換效率仍低的有機(jī)太陽(yáng)能電池等。</p><p>　　太陽(yáng)光電轉(zhuǎn)換效率的最簡(jiǎn)單定義是：撞擊太陽(yáng)能電池?cái)?shù)組上可被轉(zhuǎn)換成可用電流的光子比例。事實(shí)上，效率的計(jì)算更復(fù)雜；只吸收光并產(chǎn)生自由載子是不夠的。為了產(chǎn)生可用的能量，電子和電洞載子必須要達(dá)到電池的電極。如果由入射光子形成的電子-電洞對(duì)在向電極運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中太快重組在一起，那么它們就無(wú)法為光電電流帶來(lái)任何幫助。</p><p>　　諸多問(wèn)題均可能降

47、低載子的遷移率(或者增加重組的可能性)。對(duì)于單接面電池來(lái)說(shuō)，塊狀晶硅太陽(yáng)能電池的問(wèn)題最少，效率卻很高。這是因?yàn)榱鲃?dòng)的載子從其產(chǎn)生的接面流至為其提供負(fù)載的電池電極過(guò)程較簡(jiǎn)單：電子-電洞對(duì)各自分開(kāi)，并通過(guò)相稱(chēng)的n型(n-type))或p型(p-type)材料。</p><p>　　多晶硅太陽(yáng)電池以同樣的方式運(yùn)作；但由于存在晶界問(wèn)題，導(dǎo)致電子-電洞對(duì)的重組現(xiàn)象增加，遷移率與轉(zhuǎn)換效率也降低至與采用CIGS的薄膜電池接近的

48、水平(約15到18％)。</p><p>　　雖然薄膜電池使用的硅較少(或根本不用)，未來(lái)還可能以降低成本而提供實(shí)現(xiàn)‘太陽(yáng)能發(fā)電成本與購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)有電力成本相同’(grid parity)的最佳途徑，但它所具有的轉(zhuǎn)換效率卻比塊狀硅電池更低。雖然采用CIGS的電池在轉(zhuǎn)換效率上接近于多晶硅電池，但采用CIGS的太陽(yáng)能電池制程比采用塊狀硅的制程具有更高的變異性。雖然原因目前尚不明朗，但一般均認(rèn)為對(duì)于CuIn3Se5的p型α相

49、位和富含銦的n型β相位進(jìn)行奈米級(jí)隔離控制，可說(shuō)是形成太陽(yáng)能電池一致能隙的關(guān)鍵[14]。</p><p>　　2.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)</p><p>　　塊狀硅太陽(yáng)能電池約占目前全球產(chǎn)能的94％，其中日本和德國(guó)擁有最大的占有率。中國(guó)正迅速成為全球太陽(yáng)能生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)，并可能在未來(lái)幾年內(nèi)超越目前占第一的日本。雖然大多數(shù)公司主要關(guān)注于增加電池和模塊生產(chǎn)產(chǎn)能，但許多新進(jìn)入該領(lǐng)域的公司則希望緊

50、抓住目前市場(chǎng)供需不平所帶來(lái)的機(jī)會(huì)。然而，由于缺乏經(jīng)驗(yàn)和引進(jìn)新技術(shù)所帶來(lái)的高度風(fēng)險(xiǎn)，因此并非所有新興公司都能如愿以?xún)敗?lt;/p><p>　　隨著許多國(guó)家導(dǎo)入了強(qiáng)制收購(gòu)價(jià)格(feed-in tariff)制度(政府承諾以事先約定的價(jià)格購(gòu)買(mǎi)由太陽(yáng)光電產(chǎn)生能源的一種補(bǔ)貼制度)，過(guò)去5年來(lái)，全球太陽(yáng)光電產(chǎn)能一直以每年超過(guò)50％的速度增長(zhǎng)，并預(yù)計(jì)將持續(xù)高速增長(zhǎng)。</p><p>　　太陽(yáng)光電產(chǎn)業(yè)營(yíng)收從

51、2006年的100億美元增長(zhǎng)到2007年已超過(guò)130億美元；同一時(shí)期在產(chǎn)能擴(kuò)充和研發(fā)方面的投入也將近160億美元。對(duì)于許多公司來(lái)說(shuō)，供應(yīng)鏈的重要性一直是最深刻的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)；電池和模塊的持續(xù)性和可靠性取決于原始材料的一致性與組成成分。從硅原料到晶圓，全球硅材料的短缺一直沖擊著極需硅材料的太陽(yáng)光電市場(chǎng)，并推動(dòng)其尋找解決方案的動(dòng)力，這一努力有時(shí)也會(huì)帶來(lái)意想不到的結(jié)果。</p><p>　　盡管中國(guó)太陽(yáng)光電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將使其

52、成為全球太陽(yáng)能電池和模塊供應(yīng)的主導(dǎo)國(guó)，但德國(guó)和日本也仍持續(xù)迅速地?cái)U(kuò)張其產(chǎn)能。雖然美國(guó)目前尚未成為太陽(yáng)能電池和模塊的供應(yīng)重鎮(zhèn)，但它已宣布計(jì)劃在2012年時(shí)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能發(fā)電成本與購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)有電力成本并駕齊驅(qū)的目標(biāo)。美國(guó)對(duì)于探索突破性技術(shù)以實(shí)現(xiàn)‘grid parity’的目標(biāo)顯現(xiàn)出強(qiáng)烈興趣。但值得注意的是，美國(guó)并未專(zhuān)注于塊狀硅技術(shù)(如Sunpower公司制造具有全球最高轉(zhuǎn)換效率的單晶硅電池，預(yù)計(jì)將在2008年將帶來(lái)約12億美元收入)。</p

53、><p>　　第3章 太陽(yáng)能路燈各組成部分及選擇</p><p>　　3.1 太陽(yáng)能路燈各組成部分 </p><p>　　一個(gè)完整的太陽(yáng)能路燈控制系統(tǒng)有以下部分組成：多晶硅太陽(yáng)能電池板，充放電鋰電池，LED照明系統(tǒng)，和以單片機(jī)C51為核心的控制模塊構(gòu)成。下面對(duì)各部件進(jìn)行功能的介紹和應(yīng)用的分析。</

54、p><p>　　3.2 各部件的論證與選擇</p><p>　　3.2.1 太陽(yáng)能電池板選擇</p><p>　　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。其作用是將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)換為電能，或送至蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)。在眾多太陽(yáng)光電池中較普遍且較實(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。</p><p

55、>　　在太陽(yáng)光充足日照好的東西部地區(qū)，采用多晶硅太陽(yáng)能電池較好，因?yàn)槎嗑Ч杼?yáng)能電池生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格比單晶硅太陽(yáng)能電池低。在陰雨天較多、陽(yáng)光相對(duì)不是很充足的南方地區(qū)，采用單晶硅太陽(yáng)能電池較好，因?yàn)閱尉Ч杼?yáng)電池性能參數(shù)比較穩(wěn)定。非晶硅太陽(yáng)能電池在室外陽(yáng)光不是很充足的情況下比較好，因?yàn)榉蔷Ч杼?yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)光照條件比較低。另外第二代太陽(yáng)電池的研制，即將取得突破性進(jìn)展，其核心部件是一種可粘結(jié)的薄膜，即薄膜太陽(yáng)能電池材料。<

56、/p><p>　　綜上對(duì)比可知，因河南屬于陽(yáng)光相對(duì)較充足地區(qū)，故選擇多晶硅太陽(yáng)能電池。</p><p>　　3.2.2 蓄電池的比較和選擇 </p><p>　　太陽(yáng)能路燈各種各樣，市場(chǎng)上和實(shí)驗(yàn)階段的產(chǎn)品，大多數(shù)是利用鉛酸電池等來(lái)做蓄電池，很少用鋰電池來(lái)做蓄電池的，當(dāng)然這里的主要因素是鉛酸電池的技術(shù)比較成熟，并且對(duì)充放電流要求沒(méi)鋰電池那么嚴(yán)格等。但是，由于技術(shù)的發(fā)

57、展和市場(chǎng)的需要，鋰電池越來(lái)越廣泛地應(yīng)用起來(lái)了，并且技術(shù)、設(shè)計(jì)等各方面都趨于成熟，而鋰電池比鉛酸電池等常用的蓄電池相比，具有容量大，壽命長(zhǎng)，體積小，充電時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)，并且在照明供電上不需要啟動(dòng)大電流等不穩(wěn)定因素，因此本模型嘗試用鋰電池來(lái)做蓄電池供電，有一定的價(jià)值和優(yōu)勢(shì)的。</p><p>　　現(xiàn)在市場(chǎng)上的太陽(yáng)能路燈使用的一般是鉛酸電池，而近年來(lái)，鋰電池的發(fā)展越來(lái)越快，應(yīng)用越來(lái)越廣，與鉛酸電池相比，同大小的重量小3～

58、6倍，同容量的體積小2～3倍，同容量的充電時(shí)間短2～4倍；并且具有的自放電率小，電壓高，工作溫度范圍寬，能量高等特點(diǎn)都比較優(yōu)于鉛酸電池，另外基本沒(méi)有污染，而鉛酸電池則有鉛等重金屬的致命污染，以下表1是兩者具體的性能指標(biāo)比較：</p><p>　　表3-1 鉛酸電池和鋰電池的性?xún)r(jià)比</p><p>　　鋰電池相對(duì)鉛酸電池來(lái)說(shuō)，具有諸多優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然它有兩點(diǎn)常見(jiàn)的不足也可以分析下。一是充放電技術(shù)高

59、，安全性能沒(méi)那么穩(wěn)定；二是價(jià)格高。</p><p>　　但由于太陽(yáng)能路燈不像電動(dòng)車(chē)那樣需要大電流啟動(dòng)，因此在技術(shù)上的要求，在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)上是有能力解決的，因此成本方面也不會(huì)太懸殊。由此看來(lái)，利用鋰電池做太陽(yáng)能路燈的供電能源，只要懸接好與太陽(yáng)能電池板和LED燈具之間的充放電控制，那么在技術(shù)上看用鋰電池蓄電的太陽(yáng)能路燈是可行的，前景也是可見(jiàn)的。</p><p>　　3.2.3 照明燈具的選擇&l

60、t;/p><p>　　目前，照明約占世界總能耗的20%，若能以高效率的L E D 取代目前低效率、高耗電的傳統(tǒng)照明，無(wú)疑對(duì)緩解當(dāng)前越來(lái)越緊迫的能源和環(huán)境問(wèn)題起到舉足輕重的作用。雖然L E D 的應(yīng)用現(xiàn)在仍處于初期階段，但與現(xiàn)行照明設(shè)備比較，太陽(yáng)能路燈與普通路燈不同, 它采用太陽(yáng)電池作為唯一的供電源, 因?yàn)槟壳疤?yáng)電池組件的成本還比較高, 所以為了降低系統(tǒng)成本, 必須使用高效的光源。LED 是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光

61、的半導(dǎo)體發(fā)光器件, 近年來(lái)LED 技術(shù)已經(jīng)有了關(guān)鍵的突破, 其性能價(jià)格比也有較大的提高, 如表3-2所示, 與傳統(tǒng)的路燈光源相比LED 光源具有光效率高, 接近白熾燈的兩倍, 壽命長(zhǎng), 可達(dá)到10萬(wàn)小時(shí)以上；傳統(tǒng)的光源功耗比較大, 而且大多在高壓下工作, 使用升壓逆變環(huán)節(jié)又降低了能源利用率，而LED 采用低壓直流供電，安全而且光源控制成本低，使調(diào)節(jié)明暗，頻繁開(kāi)關(guān)成為可能。LED與節(jié)能燈相比，前者壽命較長(zhǎng)、光效較低；后者壽命較短、光效較高

62、。在不同情況下，要經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，從中選擇合適的光源。隨著LED發(fā)光二極管光效的提高，太陽(yáng)能照明的配套光源將越來(lái)越多地使用LED發(fā)光二極管。LED發(fā)光芯片受溫度</p><p>　　表3-2常用照明光源技術(shù)性能</p><p>　　3.2.4 控制芯片的選擇 </p><p>　　如圖3-2控制器的結(jié)構(gòu)圖，利用單片機(jī)(STC89C52)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC0

63、809)，光控電路和LCD顯示等主要模塊組成，對(duì)太陽(yáng)能——蓄電池——LED燈具的工作過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)，自動(dòng)地控制和管理。太陽(yáng)能LED路燈當(dāng)中的控制部分有：充電電路控制，放電電路控制，照明控制三部分。而太陽(yáng)能LED路燈的控制器則包含了這三部分，此控制器的功能主要是太陽(yáng)能電池對(duì)蓄電池的儲(chǔ)電控制，蓄電池供電給LED燈具的控制，還有就是照明在時(shí)間、功率等方面的控制[11]。</p><p>　　圖3-2 控制器結(jié)構(gòu)圖<

64、/p><p>　　控制器能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測(cè)電壓，電流，這些信息顯示在LCD上。通過(guò)改變脈沖的占空比，充電過(guò)程能夠符合鋰電池的充電特性。利用光敏電阻能夠準(zhǔn)確地判斷白天還是夜晚。根據(jù)電池的電壓來(lái)決定晚上開(kāi)燈的時(shí)間，同時(shí)具有過(guò)放保護(hù)。</p><p>　　該控制器優(yōu)勢(shì)在于利用程序和電路來(lái)控制充放電，控制核心是單片機(jī)模塊形式，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性較高。用液晶屏顯示電池的電壓和充電時(shí)的電流，可根據(jù)電池電壓來(lái)

65、控制照明時(shí)間，可自動(dòng)設(shè)定開(kāi)燈的時(shí)間。功能比較齊全，制作成本低。</p><p>　　本方案使用51系列單片機(jī)作為控制處理核心。對(duì)51系列單片機(jī)編程，首先要了解它的工作原理、特性和各個(gè)管腳的功能等。下面對(duì)51系列單片機(jī)作簡(jiǎn)要的介紹：</p><p>　　（1）管腳說(shuō)明：VCC：供電電壓；GND：接地； P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一

66、次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高； P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口

67、作為第八位地址接收； P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，</p>

68、<p>　　（2）振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>　?。?）芯片擦除：整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)

69、組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。</p><

70、p>　　第4章 系統(tǒng)各部件理論分析</p><p>　　4.1 太陽(yáng)能照明系統(tǒng)電路總體分析</p><p>　　太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能電池的光伏效應(yīng)將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能，在用于照明的系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)基于PWM調(diào)制原理，該控制器結(jié)合鋰電池的充放電特性和太陽(yáng)能伏安特性對(duì)電路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，控制。利用單片機(jī)(STC89C52)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC0809)，光控電路和LCD顯示等主要模塊組成，

71、對(duì)太陽(yáng)能——蓄電池——LED燈具的工作過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)，自動(dòng)地控制和管理。太陽(yáng)能LED路燈當(dāng)中的控制部分有：充電電路控制，放電電路控制，照明控制三部分。</p><p>　　4.2 控制器設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)</p><p>　　單片機(jī)通過(guò)對(duì)電池的電壓和充電電流兩個(gè)參數(shù)的檢測(cè)進(jìn)行判斷，控制兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)通和關(guān)斷，達(dá)到各種控制和保護(hù)功能。充電放電控制采用的都是PWM脈沖調(diào)制控制保護(hù)技術(shù)，能夠進(jìn)行恒壓，

72、恒流等充電階段的控制，其中PWM脈沖調(diào)制就是控制脈沖的占空比，不同占空比的波形是由單片機(jī)的定時(shí)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。調(diào)整脈沖的占空比，可以控制流過(guò)燈的電流，也可以控制燈的開(kāi)和關(guān)，高電平燈就關(guān)，低電平燈就開(kāi)。另外，根據(jù)監(jiān)測(cè)出的電池電壓，單片機(jī)的定時(shí)功能可以控制照明燈亮燈的時(shí)間[15]。</p><p>　　電壓的檢測(cè)：利用一個(gè)電位器把電池的電壓降低，輸進(jìn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC0809)的第一個(gè)通道中，然后通過(guò)單片機(jī)(STC89

73、C52)把電壓反推出來(lái)再進(jìn)行顯示。</p><p>　　充電電流的檢測(cè)：本系統(tǒng)用一個(gè)小電阻R（0.05歐姆）來(lái)檢測(cè)電流，通過(guò)把小電阻的兩端的電壓放大幾十倍，把電壓輸進(jìn)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的通道，進(jìn)行轉(zhuǎn)換成恒定的電流。</p><p>　　4.3 蓄電池的充放電原理</p><p>　　充放電控制采用PWM脈沖調(diào)制控制保護(hù)技術(shù),不僅能有效地保護(hù)蓄電池,防止過(guò)充電現(xiàn)象的發(fā)生,還能

74、快速、平穩(wěn)地為蓄電池充電。PWM控制是控制輸出波形的占空比，周期并不改變，通過(guò)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與閉合來(lái)控制充放電[9]。鋰電池的充電曲線(xiàn)圖如圖4-1。蓄電池的電壓低于13V時(shí)，單片機(jī)輸出一個(gè)相應(yīng)占空比的脈沖，控制三極管通和斷的時(shí)間，從而控制場(chǎng)效應(yīng)管IRFZ44的通和斷，使到充電的電流為0.24A左右，此時(shí)處于預(yù)充狀態(tài)。蓄電池的電壓高于13V時(shí)。單片機(jī)輸出一個(gè)高電壓（相當(dāng)于PWM占空比為0），三極管導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)管IRFZ44處于截?cái)酄顟B(tài)，此時(shí)

75、太陽(yáng)能電池板以最大的電流為蓄電池充電--恒流充電[10]。當(dāng)蓄電池實(shí)際電壓接近或等于16.8V時(shí)，通過(guò)控制占空比，也使場(chǎng)效應(yīng)管IRFZ44實(shí)現(xiàn)通斷控制，使充電狀態(tài)處于恒壓浮充狀態(tài)。當(dāng)電流小于一個(gè)值（0.24A）時(shí)，單片機(jī)就輸出一個(gè)低電平，使場(chǎng)效應(yīng)管IRFZ44完全導(dǎo)通，停止給蓄電池充電。</p><p>　　圖4-1 鋰電池的充電曲線(xiàn)</p><p>　　4.4 LED燈驅(qū)動(dòng)原理<

76、;/p><p>　　高亮度LED 一般的導(dǎo)通電壓在3.0～4.3V，其電流－電壓關(guān)系為</p><p>　　式中，IS為飽和導(dǎo)通電流；VF為正向電壓；IF 為正向電流。L E D 的電氣特性因制造工藝的不同有較大差距，就是同一批產(chǎn)品差距也很大。同一正向電壓下L E D 的導(dǎo)通電流有很大的偏差。同時(shí)，LED 的使用壽命受工作溫度的影響，LED 額定亮度隨著工作時(shí)間下降，并且工作溫度越高，使用壽命

77、越短。研究表明，LED 亮度下降后，達(dá)到同一驅(qū)動(dòng)電流的驅(qū)動(dòng)電壓會(huì)下降，LED 光效隨著電流的增大而減小，LED 的驅(qū)動(dòng)電流和亮度成飽和曲線(xiàn)關(guān)系。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到額定電流的70%～80% 后，很大部分電能轉(zhuǎn)化成了熱能，使L E D 溫度迅速上升。為了提高L E D 的最大電流利用空間和可靠性，LED 推薦工作在額定電流的70%～80%，并且使用恒流驅(qū)動(dòng)。在LED 驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)中，必須考慮下面幾個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo):</p><p&

78、gt;　?。?）提高轉(zhuǎn)換效率，減少功耗，特別是在電池供電場(chǎng)合，這樣不但可以延長(zhǎng)一次充電的使用時(shí)間，而且可以減少系統(tǒng)發(fā)熱量，降低工作溫度。靜態(tài)電流必須要小，并且有關(guān)閉功率，在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)一般耗電小于1 μA 。</p><p>　?。?）提高電路的可靠性，電路必須有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流等保護(hù)電路，不能因?yàn)殡娐饭收隙斐蒐ED的損壞。</p><p>　　第5章 太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p&

79、gt;<p>　　5.1 控制模塊的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)主要是太陽(yáng)能電池模塊，蓄電池，LED驅(qū)動(dòng)電路，LED燈具，單片機(jī)控制模塊這五個(gè)部分組成。首先，太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中的能量來(lái)源部分，其作用是將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)換為電能，供負(fù)載使用或存儲(chǔ)于蓄電池內(nèi)備用。其次，控制器作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和充電電壓，實(shí)現(xiàn)快捷平穩(wěn)高效充電，并在充電過(guò)程中減少損耗、盡量

80、延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，同時(shí)防止蓄電池過(guò)充電、過(guò)放電。再者，蓄電池將太陽(yáng)能發(fā)出的直流電直接儲(chǔ)存起來(lái)，供負(fù)載使用。LED驅(qū)動(dòng)為L(zhǎng)ED燈具提供穩(wěn)定的供電條件，使得LED路燈能夠直接達(dá)到太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的的照明要求，理想的燈具要求要高效照明。</p><p>　　5.1.1充放電硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本方案采用PWM脈沖調(diào)制控制保護(hù)技術(shù),不僅能有效地保護(hù)蓄電池,防止過(guò)充電現(xiàn)象的發(fā)生,還能快

81、速、平穩(wěn)地為蓄電池充電。所謂PWM控制就是控制輸出波形的占空比，周期并不改變，通過(guò)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與閉合來(lái)控制充放電。具體的控制電路如圖5-1。</p><p>　　蓄電池的電壓低于13V時(shí)，單片機(jī)輸出一個(gè)相應(yīng)占空比的脈沖，控制三極管（Q1）通和斷的時(shí)間，從而控制場(chǎng)效應(yīng)管IRFZ44（Q3）的通和斷，使到充電的電流為0.24A左右，此時(shí)處于預(yù)充狀態(tài)。蓄電池的電壓高于13V時(shí)。單片機(jī)輸出一個(gè)高電壓（相當(dāng)于PWM占空比為

82、0，三極管（Q1）導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)管IRFZ44（Q3）處于截?cái)酄顟B(tài)，此時(shí)太陽(yáng)能電池板以最大的電流為蓄電池充電--恒流充電。</p><p>　　圖5-1 充放電控制電路</p><p>　　當(dāng)蓄電池電壓接近或等于16.8V時(shí)，通過(guò)控制占空比，也使場(chǎng)效應(yīng)管IRFZ44（Q3）實(shí)現(xiàn)通斷控制，使充電狀態(tài)處于恒壓浮充狀態(tài)。當(dāng)電流小于一個(gè)值（0.24A）時(shí)，單片機(jī)就輸出一個(gè)低電平，使場(chǎng)效應(yīng)管IRFZ

83、44（Q3）完全導(dǎo)通，停止給蓄電池充電[8]。</p><p>　　5.1.2 外圍電路的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)外圍電路主要有復(fù)位電路、晶振電路、光控電路組成。</p><p>　　照明燈的亮和滅的控制原理如圖5-2，當(dāng)單片機(jī)控制照明燈的控制腳輸出高電平（5V）的時(shí)候，三極管Q2就會(huì)導(dǎo)通，三極管Q2集電極E的電壓變低（約為0V），此時(shí)加到場(chǎng)效應(yīng)管（Q4

84、）柵極的電壓就會(huì)變低，場(chǎng)效應(yīng)管就截止，流過(guò)照明燈的電流減少到0。相反，當(dāng)單片機(jī)控制照明燈的控制腳輸出低電平（0V）的時(shí)候，三極管Q2就會(huì)截止，三極管Q2集電極E的電壓高，此時(shí)加到場(chǎng)效應(yīng)管（Q4）柵極的電壓也就高，場(chǎng)效應(yīng)管就導(dǎo)通，流過(guò)照明燈的電流大，照明燈打開(kāi)。</p><p>　　圖5-2 光控開(kāi)關(guān)電路</p><p>　　另外，照明控制還有光控電路來(lái)輔助控制，其功能是根據(jù)光的亮暗程度來(lái)控

85、制照明。采用了兩個(gè)光敏電阻，此目的是達(dá)到輔助作用，使控制更準(zhǔn)確穩(wěn)定。如圖5-2所示，加在三極管Q5,Q6基極的電壓是由光敏電阻L11和L21分壓而得來(lái)的。沒(méi)有光照射到光敏電阻時(shí)，光敏電阻的阻值會(huì)變得很大，接近1M歐姆。此時(shí)，光敏電阻上的壓降會(huì)很大，加到三極管上的電壓也大，三極管就導(dǎo)通，輸進(jìn)單片機(jī)的是低電平。相反，有光照射到光敏電阻時(shí)，光敏電阻的阻值會(huì)變小，約為15K歐姆。此時(shí)，光敏電阻上的壓降會(huì)變小，三極管就截止，輸進(jìn)單片機(jī)的是高電平。

86、</p><p>　　5.1.3 控制模塊系統(tǒng)總圖</p><p>　　圖5-3 硬件總電路圖 </p><p><b>　　5.2 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理</p><p><b>　　1. 主程

87、序流程：</b></p><p>　　圖5-4 主程序流程圖</p><p>　　2. 充電控制子程序流程：</p><p>　　圖5-5充電控制子程序流程圖</p><p>　　3.放電控制子程序流程：</p><p>　　圖5-6 放電控制子程序圖</p><p><b&g

88、t;　　程序設(shè)計(jì)見(jiàn)附錄。</b></p><p>　　5.2.2 系統(tǒng)主要程序編寫(xiě)</p><p>　　程序可以用匯編語(yǔ)言，也可以用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)。匯編語(yǔ)言是一種用文字助記符來(lái)表示機(jī)器指令的符號(hào)語(yǔ)言,是最接近機(jī)器碼的一種語(yǔ)言。其主要優(yōu)點(diǎn)是占用資源少、程序執(zhí)行效率高。但是不同的CPU,其匯編語(yǔ)言可能有所差異,所以不易移植，寫(xiě)出來(lái)的程序不容易理解，程序比較大時(shí)維護(hù)困難。C語(yǔ)言是一種結(jié)

89、構(gòu)化的高級(jí)語(yǔ)言。其優(yōu)點(diǎn)是可讀性好,移植容易,是普遍使用的一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。缺點(diǎn)是占用資源較多,執(zhí)行效率沒(méi)有匯編高。由于本方案涉及到的東西比較多：包括ADC0809，LCD驅(qū)動(dòng)等，程序?qū)懫饋?lái)是比較長(zhǎng)，加上本方案實(shí)時(shí)性要求不是很高。在綜合考慮下，決定用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序。</p><p>　　5.3 LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　5.3.1 LED驅(qū)動(dòng)電路圖設(shè)計(jì)</p>

90、<p>　　照明LED燈的功率要求為30W。采用30個(gè)1W的LED燈組成。要設(shè)計(jì)合理的驅(qū)動(dòng)電路，選擇合理的驅(qū)動(dòng)芯片。能提供大功率LED 恒流驅(qū)動(dòng)的芯片很多,臺(tái)灣MACROBLOCK公司生產(chǎn)的LED 驅(qū)動(dòng)芯片MB I1802驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng),效率高,并提供過(guò)溫保護(hù)的功能。 因此,選擇此芯片作為本方案中LED的驅(qū)動(dòng)芯片,驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖5-7所示。一個(gè)芯片能夠驅(qū)動(dòng)8個(gè)1W的LED。所以30個(gè)LED需要4個(gè)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)。</p&g

91、t;<p>　　圖5-7 LED驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　LED的電壓和它的相對(duì)光通量也近似成指數(shù)關(guān)系。 如果采用恒壓驅(qū)動(dòng)方式,驅(qū)動(dòng)電壓輕微的擾動(dòng)都會(huì)造成相對(duì)光通量大幅度的改變；而采用恒流方式驅(qū)動(dòng)的LED受驅(qū)動(dòng)電流的擾動(dòng)的影響要小得多。因此,本方案選擇恒流的驅(qū)動(dòng)方式。</p><p>　　5.3.2 電路數(shù)值計(jì)算</p><p>　　1. 針對(duì)LE

92、D的順向電壓作選擇</p><p>　　過(guò)大的會(huì)對(duì)IC產(chǎn)生過(guò)熱的情形，因此對(duì)LED的順向電壓作篩選使LED順向電壓誤差的范圍在0.2V，例如：, 。</p><p><b>　　2. 選定合適的</b></p><p>　　MBI1802芯片可用一外加電阻，來(lái)調(diào)整LED電流（），當(dāng)決定LED電流后，可利用公式算出適合的電阻值。</p>

93、;<p>　　…………………………………(1)</p><p><b>　　3. 決定電壓</b></p><p>　　當(dāng)決定適當(dāng)?shù)暮螅艿玫揭环€(wěn)定電流，則IC的輸出端電壓需維持在轉(zhuǎn)折電壓以上，如圖12，表示MBI1802在不同下其LED電流與輸出電壓的關(guān)系，則可在圖中找出不同電流下所需的電壓值。</p><p><b&g

94、t;　　4. 決定</b></p><p>　　以上條件決定后，則利用公式算電壓最少需要：</p><p>　　……………………………(2)</p><p>　　其中代表LED順向電壓的最大值，而是LED串聯(lián)的顆數(shù)。</p><p>　　如果使用的電壓有限制時(shí)，則多出來(lái)的電壓就必須由與LED串聯(lián)的電阻來(lái)消耗。計(jì)算如下：</p

95、><p>　　………………………(3)</p><p>　　…………………………………(4)</p><p><b>　　5. 決定，</b></p><p>　　當(dāng)決定后，嵇納二極管D2的擊穿電壓有公式算得：</p><p>　　………………………………(5)</p><p>

96、;　　其中為嵇納二極管的擊穿電壓，為場(chǎng)效應(yīng)管（集成在MBI1802芯片中）的導(dǎo)通電壓，的建議值為1K。</p><p><b>　　6. 熱耗散</b></p><p>　　IC的溫度主要由IC所消耗的熱耗散造成的，熱耗散越高，溫度就越高；因此經(jīng)過(guò)計(jì)算來(lái)控制其溫度的升高。</p><p><b>　　熱耗散：</b><

97、;/p><p><b>　　………………(6)</b></p><p><b>　　IC溫度：</b></p><p>　　……………………………(7)</p><p>　　其中是IC上的溫度，為環(huán)境溫度，為IC封裝的熱阻。</p><p>　　下面以本次設(shè)計(jì)的32個(gè)1W白光LE

98、D的驅(qū)動(dòng)電路為例，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和分析，一個(gè)MBI1802芯片控制4串2并共8顆LED的連接方式，現(xiàn)定一個(gè)LED順向電壓范圍為3.2V—3.4V，順向電流為350mA</p><p><b>　?。?）選定</b></p><p>　　由（1）式得知，則選擇的電阻，此時(shí)LED電流為。</p><p><b>　?。?）決定</b&

99、gt;</p><p>　　由圖6可知，電流在360mA時(shí)轉(zhuǎn)折點(diǎn)電壓約為0.6V，則LED電流為346mA時(shí)，近似選擇轉(zhuǎn)折點(diǎn)電壓。</p><p><b>　?。?）決定</b></p><p>　　由（2）式可得：，故選定的至少在14.2V以上。</p><p><b>　?。?）值計(jì)算</b>&

100、lt;/p><p>　　由于蓄電池的供電電源工作電壓范圍為15V16.8V，但經(jīng)過(guò)控制器后，會(huì)有一定的壓降，經(jīng)過(guò)測(cè)量從控制器出來(lái)的電壓在15V左右，因此現(xiàn)設(shè)定電源實(shí)際供給LED燈具的電壓為15V，則外加兩個(gè)電阻以消耗多余的壓降。其電阻值相同，由（3），（4）式算出：</p><p><b>　　電阻電壓：</b></p><p><b>

101、　　電阻值：</b></p><p><b>　　故選擇的貼片電阻;</b></p><p><b>　　電阻功率：</b></p><p><b>　　故選擇的電阻。</b></p><p><b>　?。?）選定</b></p>

102、<p>　　由MBI1802芯片的數(shù)據(jù)得知當(dāng)時(shí)，則。當(dāng)時(shí)，其近似取，則有：</p><p><b>　?。?）IC溫度</b></p><p>　　由（6）式得：IC熱耗散：</p><p>　　由（7）式得IC溫度：</p><p>　　其中是在IC的PCB面積為IC尺寸的4倍大時(shí)所量得的熱阻[9]。&l

103、t;/p><p>　　5.4 太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)總電路圖</p><p>　　圖5-8 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)構(gòu)成圖</p><p><b>　　結(jié)語(yǔ)</b></p><p>　　太陽(yáng)能是一種清潔的、取之不盡的能源，符合可持續(xù)發(fā)展的應(yīng)用。鋰電池也是一種無(wú)毒污染的蓄電材料，性?xún)r(jià)比也相對(duì)比較高。LED被稱(chēng)為未來(lái)最亮的光源，節(jié)能又環(huán)保，性

104、價(jià)比也很高。太陽(yáng)能LED路燈正是太陽(yáng)能、鋰電池和LED相結(jié)合的產(chǎn)品，充分體現(xiàn)出優(yōu)越的功能和前景。目前，太陽(yáng)能LED照明的初步投資問(wèn)題仍然是困擾我們的一個(gè)主要問(wèn)題。但是，太陽(yáng)能電池光效在逐步提高，而價(jià)格會(huì)逐步降低，同樣的市場(chǎng)上LED光效在快速地提高，而價(jià)格卻在降低。與太陽(yáng)能的可再生、清潔無(wú)污染以及LED的環(huán)保節(jié)能相比，常規(guī)化石能源的日趨緊張，并且使用后會(huì)對(duì)環(huán)境造成日益嚴(yán)重的污染。所以，光伏電源LED照明展現(xiàn)給我們的將是無(wú)窮的生命力和廣闊的

105、前景。</p><p>　　縱觀全球科技的進(jìn)步，光伏發(fā)電應(yīng)用進(jìn)程也在穩(wěn)步提升，本設(shè)計(jì)依照光伏發(fā)電的工作特點(diǎn)和運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行，準(zhǔn)確對(duì)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)進(jìn)行充放電控制，從而能有效維持蓄電池的壽命，并且蓄電池在經(jīng)過(guò)四五天連續(xù)陰雨天后，仍可以正常工作，對(duì)能源的開(kāi)發(fā)利用有積極意義。</p><p>　　對(duì)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，仍存在一些不太合理的地方，例如鋰電池的選擇，由于多次充放電的進(jìn)行，將降低電池的壽命；其次

106、，鋰電池的本身結(jié)構(gòu)特性，影響了充電的電流，限制了充電時(shí)間；最后，由于控制器本身元器件受溫度影響，將不同程度影響到控制器的工作效率。但是隨著材料的改進(jìn)和技術(shù)的提高，如：太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率的不斷提高，充放電控制技術(shù)的完善，LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)的穩(wěn)定，符合實(shí)際的照明光源設(shè)計(jì)等等，將會(huì)不斷完善太陽(yáng)能LED路燈的適用和實(shí)用性。通過(guò)這次設(shè)計(jì)深深體會(huì)到一件產(chǎn)品的誕生需要經(jīng)過(guò)不斷的考證，不僅僅是理論上的實(shí)現(xiàn)可能性，每一個(gè)部件都需要經(jīng)過(guò)對(duì)比，選擇最合適的方案

107、，最重要的是要考察設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用是否是有價(jià)值的，一件有實(shí)現(xiàn)可能但是成本較高或沒(méi)有利用意義的設(shè)計(jì)品，不會(huì)有什么市場(chǎng)。</p><p><b>　　謝辭</b></p><p>　　本課題的題目來(lái)源和設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題是在導(dǎo)師xx的指導(dǎo)下完成的，其中自己遇到過(guò)一起設(shè)計(jì)中的困惑，在老師的督促和指導(dǎo)下自己完成了相關(guān)的論文查找和整理工作。尤其是課題中遇到的一些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，在老師和同

108、學(xué)的幫助下完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作。在這里向xx老師和同學(xué)表示真摯的感謝。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成中體會(huì)到整個(gè)大學(xué)四年知識(shí)的重要性，完成一件工作聯(lián)系了四年中很多相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的內(nèi)容，更是對(duì)知識(shí)的融會(huì)貫通的運(yùn)用。因此感謝大學(xué)四年中培養(yǎng)過(guò)自己的老師們，在他們的教導(dǎo)下學(xué)到了很多專(zhuān)業(yè)知識(shí)和做事情的方法，還有大學(xué)四年中同學(xué)和朋友，四年中有了他們的幫助我經(jīng)歷了很多，體會(huì)到了很多。</p><p>