太陽能壁燈設計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　密級：</b></p><p><b>　　學號：</b></p><p>　　本科生畢業(yè)設計（論文）</p><p><b>　　太陽能壁燈設計</b></p><p>　　學 院： </p&g

2、t;<p>　　專 業(yè)： </p><p>　　班 級： </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導老師： </p><p>　　完

3、成日期： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著可持續(xù)發(fā)展的不斷深入，人們在積極開發(fā)各類可再生新能源的同時也在倡導節(jié)能減排的綠色環(huán)保技術。太陽能作為一種清潔的優(yōu)秀的可再生能源，已成為最有價值的新能源。而在照明領域，壽命長、節(jié)能、安全、綠色環(huán)保、色彩豐富、微型化的LED固態(tài)照明也已被公認為一種節(jié)能環(huán)保的重要

4、途徑。本文研究的壁燈同時整合了這兩者的優(yōu)勢，利用清潔能源以及高效率的LED實現(xiàn)綠色照明。</p><p>　　太陽能LED壁燈是一種結合太陽能光伏發(fā)電技術與LED技術的新型壁燈。系統(tǒng)通過蓄電池將太陽電池組件產生的電能儲存起來供負載在夜晚照明使用。太陽能壁燈有很多優(yōu)點：安全可靠，維護方便；不需要常規(guī)能源，不污染環(huán)境；安裝方便，自動控制。從而不僅節(jié)約了電能，而且避免了由于四季晝夜長短不一，需要調整電路系統(tǒng)的麻煩，使壁

5、燈更為人性化。</p><p>　　關鍵詞：光伏 太陽能 壁燈</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the deepening of the sustainable development, people are active in the development of all kinds

6、of renewable energy, while also advocating green environmental technology of energy saving and reducing emission. Solar energy as a kind of clean excellent renewable energy has become the most valuable new energy. While

7、in the lighting area, long life, energy saving, safety, green environmental protection, rich colors, miniaturization of light emitting diode (LED) solid-state lighting has been co</p><p>　　Solar LED lamp is

8、one new type of street lamp by uniting solar photo- voltaic (PV) power generation technology and LED technology. The system stores electrical energy via battery, generated by components of solar cells, to supply night il

9、lumination of street lamps. Solar street lamps based on MCU control have many advantages: safety, reliability, easy to maintain; energy saving, without pollution to environment; easy installation, automatic control. Cons

10、equently, not only save electrical energy </p><p>　　Key Words: Solar LED lamp LED</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p><b&g

11、t;　　1.1 概述1</b></p><p>　　1.2 太陽能壁燈的優(yōu)勢2</p><p>　　1.3 太陽能壁燈的應用現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4 本論文研究的主要內容5</p><p>　　第二章 壁燈設計方案論證及選擇6</p><p>　　2.1 方案比較與論證6</p&

12、gt;<p>　　2.1.1 太陽能電池板的選擇6</p><p>　　2.1.2 蓄電池的選擇6</p><p>　　2.1.3 照明燈具的選擇8</p><p>　　2.1.4 控制器芯片的選擇9</p><p>　　2.2 方案的配置與計算11</p><p>　　2.2.1 壁燈設計所需

13、的數據11</p><p>　　2.2.3 壁燈設計參數的確定12</p><p>　　第三章 太陽能壁燈設計的理論分析14</p><p>　　3.1 系統(tǒng)基本介紹14</p><p>　　3.2 太陽能壁燈系統(tǒng)設計總體分析15</p><p>　　3.3 太陽能光伏發(fā)電的理論15</p>

14、<p>　　3.4 控制器設計的理論基礎17</p><p>　　3.5 蓄電池的充放電原理18</p><p>　　3.6 蓄電池充電技術研究20</p><p>　　3.6.1 恒流充電20</p><p>　　3.6.2 恒壓充電21</p><p>　　3.6.3 恒壓限流充電22<

15、/p><p>　　3.6.4 兩階段、三階段充電22</p><p>　　3.6.5 快速充電23</p><p>　　3.6.6 智能充電24</p><p>　　3.7 LED的發(fā)光及驅動原理25</p><p>　　3.7.1 發(fā)光原理25</p><p>　　3.7.2 驅動原理

16、27</p><p>　　第四章 系統(tǒng)的硬件設計29</p><p>　　4.1 系統(tǒng)電路框圖29</p><p>　　4.2 硬件設計的原理流程圖30</p><p>　　4.3 電源電路設計31</p><p>　　4.4 LED指示電路31</p><p>　　4.5 光控電路

17、32</p><p>　　4.6 LED驅動電路設計33</p><p>　　4.7 涓流充電電路35</p><p>　　4.8 過充、過放控制電路35</p><p>　　4.9 單片機外圍電路設計37</p><p>　　4.9.1 復位模塊電路設計37</p><p>　　4.

18、9.2 晶振電路37</p><p>　　4.9.3 按鍵開關電路38</p><p>　　4.9.4 顯示模塊電路設計38</p><p>　　第五章 系統(tǒng)的軟件設計40</p><p>　　5.1 系統(tǒng)軟件框圖40</p><p>　　5.2 計時程序設計41</p><p>　

19、　5.3 中斷程序設計43</p><p>　　第六章 系統(tǒng)調試44</p><p>　　6.1軟件調試44</p><p>　　6.2硬件及總體電路調試44</p><p>　　6.3系統(tǒng)改進方案45</p><p>　　第七章 總結與展望46</p><p><b>　

20、　附錄 147</b></p><p><b>　　附錄 248</b></p><p><b>　　參考文獻I</b></p><p><b>　　致 謝I</b></p><p><b>　　前 言</b></p>&

21、lt;p>　　城市照明是一門科學、一種文化、一項藝術。城市照明體現(xiàn)了一個城市的形象，反映了一個城市的科學管理，是一項社會系統(tǒng)工程。太陽能LED燈具以其優(yōu)越的節(jié)能效果、人文的光源照明控制，倍受客戶青睞，其性價比與工頻交流電燈具基本持平，且具有不破壞環(huán)境、不消耗不可再生能源的特點，易于客戶接受，所以只要光源充足的地方就有太陽能LED燈具開發(fā)應用的市場。</p><p>　　太陽能LED照明是未來照明的方向，其最

22、大的特點：環(huán)保、節(jié)能、發(fā)光效率高，因此使它將會逐步取代傳統(tǒng)光源。更值得一提的是，LED發(fā)光效率是以每十年提高十倍的速度來提高，成本也將逐年下降。</p><p><b>　　1.系統(tǒng)技術指標：</b></p><p>　　(1)太陽能板：18V，110Wp</p><p>　　(2)輸出電壓：12V</p><p>　　

23、(3)輸出電流：恒流</p><p>　　(4)燈具：6支1W大功率白光LED</p><p>　　(5)控制器：光控，時控，防止蓄電池過度充放電</p><p>　　(6)陰雨天連續(xù)工作時間：7天</p><p><b>　　2.系統(tǒng)用途：</b></p><p>　　(1)安裝在公園、小區(qū)等小

24、路兩旁當壁燈使用。</p><p>　　(2)安裝在交通路段、港口等作為指示燈，保證交通航海的安全有序。</p><p>　　(3)安裝在繁華鬧區(qū)或旅游景區(qū)作為裝飾照明，營造氣氛。</p><p>　　(4)應用于果園，種植園，草坪等場所，既可以照明又可以殺蟲。</p><p><b>　　第一章 緒論</b></

25、p><p><b>　　1.1 概述</b></p><p>　　跨入21世紀后，人類面臨著實現(xiàn)經濟和能源可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，如何能在能源有限和環(huán)境保護的雙重制約下發(fā)展經濟已成為全球的熱點問題。而能源問題更為突出，不僅表現(xiàn)在常規(guī)能源的匱乏，更嚴重的是化石能源的開發(fā)利用更加劇了環(huán)境的惡化。</p><p>　　主要表現(xiàn)為以下幾個方面：</p&

26、gt;<p>　　(1)能源短缺。常規(guī)能源的有限性和分布不均勻，造成了世界上大部分國家能源供應不足，不能滿足其經濟發(fā)展的需求。從長遠來看，全球已探明石油儲量只能用到2020年，天然氣也只能延續(xù)到2040年左右，即使儲量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。因此，人類遲早要面臨化石燃料枯竭的危機局面。</p><p>　　(2)環(huán)境污染。燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數十萬噸硫等有害物質排入天空，使大氣環(huán)

27、境遭到嚴重污染，直接影響居民的身體健康和生活質量，甚至在局部地區(qū)形成酸雨，嚴重污染水土資源。</p><p>　　(3)溫室效應?；茉吹睦貌粌H造成環(huán)境污染，同時會排放大量的溫室氣體，產生溫室效應，引起全球氣候變化。</p><p>　　太陽能作為可再生能源，很早就被人們開發(fā)和利用了。隨著科學和技術的迅速發(fā)展，世界能源危機的日益嚴重，利用常規(guī)能源已不能適應世界經濟快速增長的需要，開發(fā)和

28、利用新能源，尤其是太陽能越來越引起各國政府的重視。同時，以煤、石油等作為燃料油面臨嚴重的環(huán)境污染，再者人民生活水平的提高對能源的需求量越來越大，這就迫使政府和社會在大力發(fā)展常規(guī)能源的同時必須加大對新能源的開發(fā)和利用。為貫徹落實科學</p><p>　　發(fā)展觀，把節(jié)約資源作為基本國策，發(fā)展循環(huán)經濟，保護生態(tài)環(huán)境，加快建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，促進經濟與人口、資源、環(huán)境相互協(xié)調發(fā)展的要求。因而，可再生、無污染的

29、太陽能利用在世界各國崛起，世界光伏產業(yè)迅猛發(fā)展。根據可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和環(huán)境保護的需求，在可以預計的將來，光伏發(fā)電必將部分取代常規(guī)能源。</p><p>　　目前太陽能企業(yè)面臨新機遇，由于光伏發(fā)電技術的逐漸成熟，成本不斷下降，太陽能的利用無處不在。各種各樣的利用太陽能開發(fā)的太陽能電子產品發(fā)展非常迅速。</p><p>　　1.2 太陽能壁燈的優(yōu)勢</p><p>　　太

30、陽能壁燈以太陽光為能源，不需要鋪設復雜的管線，安全節(jié)能無污染?；趩纹瑱C的太陽能控制系統(tǒng)很好的把太陽能光伏發(fā)電技術與單片機智能控制技術結合了起來。而且具有電路結構簡單、工作穩(wěn)定可靠、實用性強等優(yōu)點。</p><p>　　綜上，太陽能壁燈較傳統(tǒng)壁燈的優(yōu)勢有如下幾點：</p><p>　　1.節(jié)能環(huán)保：據統(tǒng)計，所有壁燈改為太陽能壁燈可以節(jié)省一個三峽水電站的發(fā)電量。不僅如此，太陽能是一種清潔的可

31、再生能源，它不僅節(jié)約了電能，而且減少了二氧化碳的排放量。有關數據表明太陽能壁燈每年可以減少7740萬噸二氧化碳就相當于節(jié)省了310億美元的二氧化碳減量成本！</p><p>　　2.可靠耐用：太陽能壁燈在惡劣的環(huán)境和氣候條件下，光伏發(fā)電系統(tǒng)很少發(fā)生故障；目前絕大多數太陽能電池組件的生產技術都足以保證10年以上性能不下降，太陽能電池組件可以發(fā)電25年或更長的時間。 </p><p>　　3.

32、成本低廉：就產品本身價格和首次投入費用而言，太陽能壁燈比普通壁燈造價要高。若按使用壽命15年把運行費用和壁燈維護費用考慮進</p><p>　　去的話，太陽能壁燈在壽命周期內所發(fā)生的總費用要比普通壁燈的總費用要低。且規(guī)模越大，普通壁燈安裝的相關費用越高，如把電力增容費用、架設電力變壓器、光源的功率因數補償耗能、電力電纜、遠距離線路功率損耗及壁燈開啟控制系統(tǒng)和管理人員工資等相關費用考慮進去的話實際費用要遠大于預計費

33、用。 </p><p>　　4.安全穩(wěn)定：運行維護費用低，普通壁燈明顯高于太陽能壁燈，而且會隨著使用時間的增長而越來越高（電費、人工等）。太陽能壁燈免維護，絕對安全，不會發(fā)生觸電事故且可通過改變控制方式來增強其穩(wěn)定性。</p><p>　　5.自主供電：離網運行的太陽能壁燈具有供電的自主性、靈活性。</p><p>　　但是太陽能LED壁燈的優(yōu)勢遠遠不只這些。一般認

34、為，節(jié)能燈可節(jié)能4/5是偉大的創(chuàng)舉，但LED比節(jié)能燈還節(jié)能1/4，這是固體光源偉大的革新。除此之外，LED還具有光線質量高，基本上無輻射，可靠耐用，維護費用極為低廉等優(yōu)勢，屬于典型的綠色照明光源。超高亮LED的研制成功，大大地降低了太陽能燈具使用成本，使之達到或接近工頻交流電照明系統(tǒng)初裝的成本報價，并且具有保護環(huán)境、安裝簡便、操作安全、經濟節(jié)能等優(yōu)點。由于LED具有發(fā)光效率高，發(fā)熱量低等優(yōu)勢，已經越來越多地應用在照明領域，并呈現(xiàn)出取代傳

35、統(tǒng)照明光源的趨勢。</p><p>　　太陽能與LED相結合的技術運用在壁燈領域完全符合“綠色，節(jié)能，低成本”的現(xiàn)代化設計理念。而且針對現(xiàn)階段太陽能LED壁燈研究遭遇技術“瓶頸”而處于“花香”卻難“滿園綻放”的尷尬境地的情況，這個課題具有很大的研究價值，而從上面一系列的分析中也不難看出這個課題本身所具有的潛在價值更是無法估量的。</p><p>　　1.3 太陽能壁燈的應用現(xiàn)狀</p

36、><p>　　在國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推動下，太陽能產業(yè)從無到有、從小到大發(fā)</p><p>　　展起來。國內各大研究單位都對太陽能壁燈作了詳盡的研究，特別是近幾年來，在“產業(yè)上規(guī)模、技術上水平、產品上檔次和市場上規(guī)范”的產業(yè)發(fā)展思路引導下，太陽能產業(yè)得到了快速發(fā)展，如太陽能熱水器、太陽能光伏電池技術日趨成熟，產品質量不斷提高。</p><p>　　近年來，隨著我國城市建

37、設規(guī)模的不斷擴大和建設水平的不斷提高，我國城市的壁燈總數以每年約20%的平均速度遞增，全國數千萬盞壁燈的節(jié)電問題已引起政府部門的關注。在能源日趨緊張、電力供應持續(xù)緊張的今天，低效、高耗的傳統(tǒng)城市照明已成為節(jié)能降耗的重要領域。為此，建設部和發(fā)改委明確提出城市道路照明要向“高效、節(jié)能、環(huán)保、健康”的“綠色照明”方向發(fā)展。隨著太陽能發(fā)電技術的不斷發(fā)展，太陽能壁燈以環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)勢成為城市道路照明行業(yè)的新寵，市場潛力巨大。我國太陽能壁燈首先在沿

38、海發(fā)達地區(qū)使用，上海市于2005年在崇明島建成風光互補道路照明工程。在我國西部，非主干道太陽能壁燈、太陽能庭院燈漸成規(guī)模，太陽能資源相對豐富的青海省自2006年以來已在西寧等地安裝太陽能壁燈超過200套；在北京奧運會主要場館及其相關場所，太陽能壁燈得到普遍應用。</p><p>　　歐洲各國都在開辟通向持久能源的通道，影響他們決策的主要因素是環(huán)境保護、創(chuàng)造就業(yè)機會和能源供應的安全可靠，可再生能源技術在這些方面有著

39、較大優(yōu)勢。它對環(huán)境的影響最小、可替代部分常規(guī)能源、增加能源供應的安全性和可靠性。它要求較大的設備投資、創(chuàng)造了更多的就業(yè)機會、有助于經濟增長。</p><p>　　在歐洲大部分地區(qū)，環(huán)保的思路推動著替代能源技術的開發(fā)，太陽能被公認為是一種極好的替代能源。它的利用有助于降低CO2的排放，因而達到保護環(huán)境，很多國家，如丹麥、芬蘭、德國和瑞士，都認為氣候變暖是推動太陽能研究開發(fā)、發(fā)展和銷售活動的主要因素。盡管受到常規(guī)能源

40、</p><p>　　的低價影響，在歐洲很多國家中，太陽能壁燈市場仍然持續(xù)增長。</p><p>　　1.4 本論文研究的主要內容</p><p>　　1.分析太陽能光伏發(fā)電技術和LED技術</p><p>　　2.根據太陽能電池板輸出特性和蓄電池的特性，設計蓄電池的充放電控制方法。</p><p>　　4.根據LED

41、驅動原理設計LED驅動電路</p><p>　　3.設計電源控制電路。</p><p>　　5.根據系統(tǒng)方案設計控制器外圍電路。</p><p>　　6.編寫單片機執(zhí)行程序。</p><p>　　7.調試、實驗硬件電路，保證可以實現(xiàn)既定功能。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)方案論證及選擇</p><

42、;p>　　2.1 方案比較與論證</p><p>　　2.1.1 太陽能電池板的選擇</p><p>　　太陽能電池板是太陽能壁燈中的核心部分，也是太陽能壁燈中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能轉換為電能，或送至蓄電池中存儲起來。在眾多太陽光電池中比較普遍且較實用的有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池及非晶硅太陽能電池等三種。</p><p>　　(1)單

43、晶硅太陽能電池性能參數比較穩(wěn)定，適合在陰雨天比較多、陽光相對不是很充足的南方地區(qū)使用；</p><p>　　(2)多晶硅太陽能電池生產工藝相對簡單，價格比單晶硅低，適合在太陽光充足、日照好的東西部地區(qū)使用；</p><p>　　(3)非晶硅太陽能電池對太陽光照條件要求比較低，適合在室外陽光不足的地區(qū)使用。</p><p>　　太陽能電池的工作電壓約為蓄電池電壓的1.

44、5倍，才能保證給蓄電池正常充電。如6V蓄電池充電需要用8~9V太陽能電池，給12V蓄電池充電需要用15~18V太陽能電池。</p><p>　　2.1.2 蓄電池的選擇</p><p>　　由于太陽能光伏發(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。一般有鉛酸蓄電池、Ni-Cd蓄電池、Ni-H蓄電池。</p><p>　　鉛酸蓄電池有多種充電形式，

45、主要為：恒流充電、恒壓充電和3階段最優(yōu)形式充電。一般來講，這種蓄電池充電時，應外接直流電源（充電極或整流器），使正、負極板在放電后生成的物質恢復成原來的活性物質，</p><p>　　并把外界的電能轉變?yōu)榛瘜W能儲存起來。其過充電時間與充電速率有關，實際工作中可以根據電解液比重的變化來判斷鉛酸蓄電池的充電程度。</p><p>　　鎳鎘（Ni-Cd）蓄電池的正極為氧化鎳，其負極為海綿狀金屬鎘

46、，電解液多為氫氧化鉀，氫氧化鈉堿性水溶液。小型密封鎳鎘電池的結構緊湊，堅固，耐沖擊，震動，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。</p><p>　　鎳氫（Ni-H）蓄電池鎳氫電池的設計源于鎳鎘電池，但在改善鎳鎘電池的記憶效應上，有極大的發(fā)展。其主要的改變，在于以儲氫合金取代負極原來使用的鎘，因此鎳氫電池可以說是材料革新的典型代表。鎳氫電池所造成的污染，會比含有鎘的鎳鎘

47、電池小很多。</p><p>　　蓄電池是太陽能燈具的核心部件，它儲存、并釋放電能，功能等同于電能倉庫。蓄電池容量的選擇一般遵循以下原則：首先在能滿足夜晚照明的前提下，把白天太陽能電池組件吸收的能量盡量存儲下來，同時還要能夠存儲滿足連續(xù)陰雨天夜晚照明需要的電能。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，同時造成浪費。蓄電池應與太陽能電池、用電負荷（壁燈）相匹配

48、?？捎靡环N簡單方法確定它們之間的關系。太陽能電池功率必須比負載功率高出4倍以上，系統(tǒng)才能正常工作。太陽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。蓄電池容量必須比負載日耗量高6倍以上為宜。</p><p>　　蓄電池結構分為：板柵（正極板柵、負極板柵）、隔板、電解質及其它部件（外殼、電氣蓋等）。目前市場上蓄電池因酸液不同分為鉛酸蓄電池和膠體蓄電池（固體蓄電池）。</p>

49、<p>　　鉛酸蓄電池因其維護復雜（酸液因為析氫的損耗，需要補充酸液），使用壽命短（3年左右），自恢復能力差等因素，正逐漸被膠體蓄電池所</p><p><b>　　替代。</b></p><p><b>　　膠體蓄電池的特點：</b></p><p>　　1.深度放電后回充電性能強，甚至在放電后未及時補充電的

50、情況下容量也能100％得到回充；</p><p>　　2.循環(huán)使用壽命長達8～10年，適合每天使用；</p><p>　　3.適合用于較長時間的放電使用；</p><p>　　4.工作環(huán)境溫度更高；</p><p>　　5.優(yōu)越的耐低溫性能；</p><p>　　6.適合在電力干線不穩(wěn)定的環(huán)境下使用；</p>

51、;<p>　　7.無流動的膠體電解液使電解液在電池內部不產生分層現(xiàn)象；</p><p>　　8.自放電小，很小均衡充電；</p><p>　　9.內阻低，充電接受能力強；</p><p>　　10.與普通鉛酸蓄電池相比較，電池內部水分損耗小。</p><p>　　綜上對比，以及客觀條件的要求可得，太陽能燈具優(yōu)先采用膠體蓄電池。&

52、lt;/p><p>　　2.1.3 照明燈具的選擇</p><p>　　太陽能壁燈采用何種光源，是判斷太陽能燈具能否正常使用的重要指標，一般太陽能燈具采用低壓節(jié)能燈、低壓鈉燈、無極燈、LED光源。</p><p>　　1.低壓節(jié)能燈：功率小，光效較高，但使用壽命在2000小時左右，電壓低，燈管發(fā)黑，一般適合太陽能草坪燈、庭院燈。</p><p>

53、　　2.低壓鈉燈：低壓鈉燈光效高（可達200Lm/w），但需逆變器，低壓鈉燈價格貴，整個系統(tǒng)造價高，采用較少。</p><p>　　3.無極燈：功率小，光效較高。該燈在220V（純正弦波，頻率50赫茲）普通市電條件下使用，壽命可以達到5萬小時，但在太陽能燈具上使</p><p>　　用壽命大大減少，與普通節(jié)能燈差不多（因為太陽能燈具都是方波逆變器，太陽能電源220V輸出頻率、相位、電壓都是

54、不能和普通市電相比的）。</p><p>　　4.LED：LED燈光源，壽命長，可達100000小時，工作電壓低，不需要逆變器，光效較高，國產50Lm/w，進口80Lm/w。隨著技術進步，LED的性能將進一步提高。筆者認為LED作為太陽能壁燈的光源將是一種趨勢。</p><p>　　因此，為達到最佳性能要求，選擇LED燈具作為光源。</p><p>　　2.1.4

55、控制器芯片的選擇</p><p>　　智能化控制芯片中，單片機憑其體積小、封裝形式簡單、易于焊接、功能齊全、功耗較小等優(yōu)點不失為最佳選擇。利用單片機完全可以實現(xiàn)壁燈亮度的自動調節(jié)并能達到節(jié)省能源的目的，并且一旦開機就可以智能地持續(xù)工作，減少了工作人員的維護量。</p><p>　　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，同時保護

56、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，盡量延長蓄電池的使用壽命。選擇控制器的關鍵取決于芯片的不同和電路的不同，以下從三個方面進行對比論證。</p><p>　　首先是簡易并聯(lián)調節(jié)的控制器，其近似可以看作是恒流源對蓄電池充電。因此，當在蓄電池達到浮充電壓點時，蓄電池并沒有充滿，切斷電源后，蓄電池電壓會有很大的降落。如果將浮充電電壓點值設定得太高，欲使蓄電池盡量充滿，這樣又會導致蓄電池的過早損壞。其充放

57、電曲線不是很好，因此只適用于小功率的用戶和要求不高的場合，特別適用于12V和24V輸入的220W以下的用戶系統(tǒng)。</p><p>　　其次是PIC1F6716，眾所周知的PIC系列單片機具有的特點有，哈佛</p><p>　　總線結構，精簡指令集技術，尋址方式簡單、尋址空間獨立，代碼壓縮率高、程序保密性強，功耗低，驅動力強，擁有兩種串行總線端口，外接電路簡潔，開發(fā)方便，運用C語言編程，程序

58、存儲器版本齊全等。具有性能完善，功能強大，學習容易，開發(fā)應用方便等優(yōu)點。</p><p>　　最后，對于芯片AT89C51的單片機。AT89C51單片機是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含4K bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128bytes的隨機數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)。功能強大的A

59、T89C51單片機可為用戶提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。AT89C51的芯片管腳圖如圖2-1.</p><p><b>　　其主要特性為：</b></p><p>　　·與MCS-51兼容</p><p>　　·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器</p><p>　　·壽命：1

60、000寫/擦循環(huán)</p><p>　　·數據保留時間：10年</p><p>　　·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz</p><p>　　·三級程序存儲器鎖定</p><p>　　·128×8位內部RAM </p><p>　　·32可編程I/O線 &l

61、t;/p><p>　　·兩個16位定時器/計數器</p><p>　　·5個中斷源 </p><p><b>　　·可編程串行通道</b></p><p>　　·低功耗的閑置和掉電模式</p>

62、<p>　　·片內振蕩器和時鐘電路</p><p>　　鑒于對AT89C51比較熟悉，而且對于應用大型功率無人看守的光伏發(fā)</p><p>　　電系統(tǒng)，直接關系到運行、維修的成本及系統(tǒng)的可靠性因此選擇此款芯片。</p><p>　　圖2-1 AT89C51芯片管腳</p><p>　　2.2 方案的配置與計算</

63、p><p>　　在眾多太陽能壁燈實際應用中，很多地方的太陽能壁燈不能滿足正常照明需要，尤其在陰雨天的情況下更為突出，除使用了質量較差的相關組件外，另一個主要的原因就是一味的降低組件成本，不按需求設計配置，減小電池板和蓄電池的使用標準，所以導致在陰雨天壁燈無法提供照明。</p><p>　　2.2.1 壁燈設計所需的數據</p><p>　　1.太陽能壁燈使用地的經度與緯

64、度。通過地理位置可以了解并掌握設備使用地的氣象資源，比如月（年）的平均太陽能輻照情況、平均氣溫、</p><p>　　大氣質量等，根據這些條件可以確定當地的太陽能標準峰值時數(h)和太陽能電池組件的傾斜腳與方位角。</p><p>　　2.壁燈所選用光源的功率。光源功率大小直接影響整個系統(tǒng)的參數。</p><p>　　3.太陽能壁燈每天晚上工作時間(H)。這是決定系

65、統(tǒng)組件大小的核心參數，通過確定工作時間，可以初步計算負載每天的功耗和與之對應的太陽能電池組件的充電電流。</p><p>　　4.太陽能壁燈需要保持的連續(xù)陰雨天數(d)。此參數決定了蓄電池容量大小及陰雨天過后恢復電池容量所需要的太陽能電池組件功率。</p><p>　　5.確定兩個連續(xù)陰雨天之間的間隔天數(D)。這是決定系統(tǒng)在一個連續(xù)陰雨天過后充滿蓄電池所需要的電池組件功率。</p&

66、gt;<p>　　2.2.3 壁燈設計參數的確定</p><p>　　以某市為例，安裝一批太陽能壁燈，光源功率8W，要求壁燈每天工作11小時，保證連續(xù)7個陰雨天能正常工作。當地東經114度，北緯23度，年平均日太陽輻射為3.82KW.h/m2，年平均月氣溫為20.5度，兩個連續(xù)的陰雨天間隔時長25天。根據以上資料，計算出光伏組件傾斜角26度，標準峰值時數約4小時。</p><p&

67、gt;<b>　　負載日耗電量：</b></p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　式中U為系統(tǒng)蓄電池標稱電壓</p><p>　　(2)滿足負載日用電的光伏組件的充電電流：</p><p><b>　　(2-2)</b></p><

68、;p>　　式中系數分別為太陽能充電綜合損失系數，蓄電池充電效率和控制器效率</p><p><b>　　(3)蓄電池容量：</b></p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　式中0.75為蓄電池放電深度，1.2為蓄電池安全系數</p><p>　　(4)連續(xù)陰雨天過后

69、需要恢復蓄電池容量的太陽能電池組件充電電流： (2-4)</p><p>　　式中0.75為蓄電池放電深度</p><p>　　(5)太陽能電池組件的功率為：</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　式中18為太陽能電池工作電壓</p><p&g

70、t;　　第三章 系統(tǒng)設計的理論分析</p><p>　　3.1 系統(tǒng)基本介紹</p><p>　　系統(tǒng)由太陽能電池組件部分(包括支架)、LED光源、控制箱(內有控制器)等幾部分構成,太陽能電池板的設計對系統(tǒng)的抗風設計非常有利。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。如圖3-1所示。</p><p>　　太陽能電池：吸收太陽能，

71、將光能轉換成直流電能。</p><p>　　控制器：控制蓄電池的充放電的深度，延長蓄電池壽命，控制負載運行時間及狀態(tài)。</p><p>　　蓄電池：儲存太陽能電池板產生的電能，在夜晚為負載提供電力。</p><p><b>　　圖3-1 系統(tǒng)組成</b></p><p>　　3.2 太陽能壁燈系統(tǒng)設計總體分析</p

72、><p>　　太陽能壁燈以控制、工作方式的不同，可分為兩種系統(tǒng)：</p><p><b>　　1、光控開－光控關</b></p><p>　　原理：白天，太陽光照射到太陽電池組件表面時，光伏效應產生電能，并通過控制器對蓄電池進行充電；隨著光線逐漸減弱，太陽電池組件產生的電壓不斷下降，當電壓值低于控制器設置的啟動電壓值時，控制器啟動負載工作。光線逐漸

73、增強，電池組件產生的電壓增大并達到控制器設定關斷電壓值時，控制器切斷負載。</p><p><b>　　2、光控開－時控關</b></p><p>　　原理：白天，太陽光照射到太陽電池組件表面時，光伏效應產生電能，并通過控制器對蓄電池進行充電；隨著光線逐漸減弱，太陽電池組件產生的電壓不斷下降，當電壓值低于控制器設置的啟動電壓值時，控制器啟動負載工作。當負載工作時間達到

74、控制器預先設定時間時，控制器切斷負載，負載停止工作。</p><p>　　由于單片機程序設計十分靈活，所以可由軟件設計選擇控制方式。本系統(tǒng)的程序采用第二種方案。</p><p>　　3.3 太陽能光伏發(fā)電的理論</p><p>　　為什么半導體PN結經由太陽光一照就有電呢?</p><p>　　科學家們將這種光照生電的現(xiàn)象叫做“光生伏打效應”

75、，簡稱“光伏效應”。光伏效應的核心原理就是PN結的“空穴導電”?？昭ù碇姾桑姾傻囊苿泳托纬闪穗娏?，這個電流就叫“光生電流”，它與光電池板的面積、光照度、光電池板表面溫度等因素有關。</p><p>　　實驗證明，光生電流的大小，受光電池板安裝角度偏差的影響也是非</p><p>　　常大的而且變化迅速，在相同實驗條件下，光伏電壓對安裝角度的偏差變化則反應遲鈍，受其影響很小。電池的

76、驅動能力的大小也即電動勢的大小與電流是直接相關的，雖然電動勢是以“伏特”為單位來表示的，但其“實力”是由內部電流的強弱決定的，實踐中我們經常能遇到這樣的情況，一節(jié)（塊）電池的電壓還很高，但是電流特別小，電壓再高也是虛的。那什么是電流呢？電流就是電子的定向移動?；芈分须娏鞯姆较蛴肋h與電子流動的方向相反。對太陽能電池來說，光生電流的方向就是“空穴”移動的方向，也就是電子流的反方向。</p><p>　　光生電流決定了

77、太陽能電池的發(fā)電效率，因此光電產品和光伏發(fā)電工程特別要注意光電池組件板的安裝角度。角度偏差一點，光生電流都會下降很多。</p><p>　　光生電流的產生，表面上看是“空穴導電”形成的，但實質上還是電子的“定向填充空穴”形成的。那么“空穴移動”和電子“填充空穴”又是怎么回事呢？先看看太陽能電池的制作材料單晶硅的內部結構。</p><p>　　單晶硅內部的分子結構是四價電子結晶形態(tài)。硅原子靠

78、這四價電子相互間形成強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。原子間的空格也叫晶格，是自由電子活動的空間。</p><p>　　P型半導體就是在美麗的四價單晶硅中摻雜了三價的硼原子，結果，某一個硼原子取代了硅原子，混在晶格中，但因為硼原子周圍只有三個電子，必定有一對離子鍵因失配而呈現(xiàn)“空缺”（缺少單價電子相配），這就存在了一種不穩(wěn)定或者說不平衡的趨

79、勢，“空穴”的形象化比喻由此而來，“空穴”時時表現(xiàn)出使晶格趨于穩(wěn)定的態(tài)勢。這就是P型半導體的特性。再說N型半導體。與P型半導體相類似，單晶硅在高溫高壓下形成結晶態(tài)之前，在純硅當中摻雜了五價的磷原子，結晶形成后，某一個磷原子</p><p>　　占據了硅原子的位置混在晶格中，結果必定有一價電子找不到配對、無家可歸因而成為不安定因素。N型半導體就形成了。</p><p>　　現(xiàn)在要做一件好事，

80、就是把P型半導體與N型半導體貼合在一起。結果在接觸面上就形成了很薄的半導體膜層，這個膜層被科學家稱為PN結，PN結是一個內建電場，具有單向導電性，即加上正向電場就導通，加上反向電場就截止。PN結是半導體器件技術和電子科學發(fā)展的關鍵基礎。目前實驗室內的PN結可以細微到納米級。這意味著超大規(guī)模集成電路的開發(fā)應用會來一次歷史性的飛躍，帶給我們的好處是最高檔的PC機可以制作得很輕、很薄、很小巧。</p><p>　　太陽

81、能電池的外表面——向陽的一面是富空穴的P型半導體，緊貼下面的就是富電子的N型半導體。在太陽光子的激發(fā)下，N區(qū)的自由電子異常活躍，終于沖破PN結的阻擋，逐次開始填充P區(qū)中的空穴。有意思的是，這些空穴由下向上依次被電子填充，就好像空穴由上而下在悄悄移動。這就是“空穴的移動”，這個移動是虛擬移動，晶格中的每個原子都在各自的位置上紋絲不動，動的只是與正電荷相配對的電子而已。太陽能電池的電動勢由此而生。但是，空穴的虛擬移動和電子的實際定向移動還都

82、只是帶有電荷的載流子向電池上下兩面的聚集，只能形成電動勢，還不能形成電流。要形成電流還得怎么樣？還要在電池的兩端加上導線使其構成回路才行。</p><p>　　3.4 控制器設計的理論基礎</p><p>　　太陽能壁燈控制器是太陽能壁燈系統(tǒng)中最為重要的部件，也是各種壁燈系統(tǒng)最大的區(qū)別所在?？梢哉f，光伏壁燈系統(tǒng)的不同，其實質就是控制器的不同。其設計的好壞，決定了一個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)運行情

83、況的優(yōu)劣。所以設計功能完備，結構簡單的智能光伏壁燈控制器是非常重要的。</p><p>　　太陽能燈具中,一個性能良好的充電放電控制器是必不可少的。為了延長蓄電池的使用壽命,必須對它的充電放電條件加以限制,防止蓄電池過充電及深度充電。在溫差較大的地方,合格的控制器還應具備溫度補償功能。同時太陽能控制器應兼有壁燈控制功能,具有光控、時控的功能,并應具備夜間自動切斷負載功能,便于陰雨天延長壁燈工作時間。</p&

84、gt;<p>　　控制模塊的基本思想是檢測太陽能電池板電壓，若白天到，封鎖控制電路，LED燈關閉；夜晚，太陽能電池板電壓較低，開啟控制電路，LED燈點亮。同時檢測蓄電池端電壓，判斷其充電方式、以及對負載LED的供電方式?？刂破鹘Y構電路主要由充電電路、放電電路、單片機外圍電路和LED驅動電路等幾部分組成。</p><p><b>　　太陽能控制器功能：</b></p>

85、<p>　　1.電池組件防反充保護；</p><p>　　2.蓄電池過充保護；</p><p>　　3.蓄電池的過放保護。</p><p>　　4.電池組件、蓄電池的反接保護；</p><p><b>　　5.負載過壓保護；</b></p><p>　　6.智能充電：增加浮充功能，即

86、恒壓控制。</p><p>　　3.5 蓄電池的充放電原理</p><p>　　以鉛酸電池為例。所謂蓄電池即是貯存化學能量，于必要時放出電能的一種電氣化學設備。 </p><p>　　鉛酸蓄電池充電后，正極板二氧化鉛（），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩(wěn)定物質—氫氧化鉛（），氫氧根離子在溶液中，鉛離子（）留在正極板上，故正極板上缺少電子。

87、鉛酸蓄電池充電后，負極板是鉛（），與電解液中的硫酸（）發(fā)生反應，變成鉛離子（），鉛離子轉移到電解液</p><p>　　中，負極板上留下多余的兩個電子（2e）。可見，在未接通外電路時（電池開路），由于化學作用，正極板上缺少電子，負極板上多余電子，如圖3-2所示，兩極板間就產生了一定的電位差，這就是電池的電動勢。</p><p>　　圖3-2 鉛酸蓄電池電動勢產生原理</p>

88、<p>　　其原理可通過下面的反應方程式來表示：</p><p>　　負極： (3-1)</p><p>　　正極： (3-2)</p><p>　　總反應： (3-3)</p><p>　　1. 放電中的化學變化 </p><p>　　蓄電池連接外部電

89、路放電時，稀硫酸即會與陰、陽極板上的活性物質產生反應,生成新化合物“硫酸鉛”。經由放電，硫酸成分從電解液中釋出，放電愈久，硫酸濃度愈稀薄。所消耗之成份與放電量成比例，只要測得電解液中的硫酸濃度，亦即測其比重，即可得知放電量或殘余電量。 </p><p>　　2. 充電中的化學變化 </p><p>　　由于放電時在陽極板，陰極板上所產生的硫酸鉛會在充電時被分解還</p>&l

90、t;p>　　原成硫酸,鉛及過氧化鉛,因此電池內電解液的濃度逐漸增加, 亦即電解液之比重上升，并逐漸回復到放電前的濃度，這種變化顯示出蓄電池中的活性物質已還原到可以再度供電的狀態(tài)，當兩極的硫酸鉛被還原成原來的活性物質時，即等于充電結束，而陰極板就產生氫，陽極板則產生氧，充電到最后階段時，電流幾乎都用在水的電解，因而電解液會減少，此時應以純水補充。</p><p>　　太陽能綜合供電系統(tǒng)中的蓄電池主要以浮充方式

91、運行。一般來說，當有日照時，蓄電池與光伏陣列發(fā)電裝置并聯(lián)運行，此時蓄電池自放電或瞬間放電所損失的容量由浮充電流補足；在無日照時，則由蓄電池單獨向負載供電。當蓄電池組電量未飽和時，系統(tǒng)通過輸入變換單元對蓄電池組進行補充充電。隨著充電過程的進行，蓄電池組端電壓將逐漸上升，控制單元適時檢測蓄電池組的荷電狀態(tài)，當蓄電池組端電壓達到充電保護電壓時，充電過程終止。在浮充方式運行下的蓄電池，其充放電循環(huán)次數較少，自放電和瞬間放電后的電量能夠很快恢復，

92、因此蓄電池的使用壽命可以得到延長。</p><p>　　3.6 蓄電池充電技術研究</p><p>　　蓄電池的充電方法有很多種，如恒流充電、恒壓充電、恒壓限流充電、兩階段充電、三階段充電、快速充電、智能充電、均衡充電等方法</p><p>　　3.6.1 恒流充電</p><p>　　恒流充電就是以一定的電流進行充電，在充電過程中隨著蓄電池

93、電壓的變化要進行電流調整使之恒定不變。這種方法特別適合于有多個蓄電池串聯(lián)的蓄電池組進行充電，能使落后的蓄電池的容量易于得到恢復，最好用于小電流長時間的充電模式。</p><p>　　這種充電方式的不足之處是，蓄電池開始充電電流偏小，在充電后期充電電流又偏大，充電電壓偏高，整個充電過程時間長，特別在充電后期，析出氣體多，對極板沖擊大，能耗高，其充電效率不足65%。為避免充電后期電流過大的缺點，一種改進型的恒流方法得

94、到應用，它就是分段恒流充電，這種方法在充電后期把電流減小。具體充電電流的大小、充電時間以及何時轉換為小電流，必須參照蓄電池維護使用說明書中的有關規(guī)定，否則容易損壞蓄電池。充電過程中電壓、電流變化關系如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 恒流充電曲線 圖3-4 恒壓充電曲線</p><p>　　3.6.2 恒壓充電</p>&l

95、t;p>　　恒壓充電就是指以一恒定電壓對蓄電池進行充電。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。在充電末期只有很小的電流通過，這樣在充電過程中就不必調整電流。</p><p>　　相對恒流充電來說，此法的充電電流自動減小，所以充電過程中析氣量小，充電時間短，能耗低，充電效率可達80%，如充電電壓選擇適當，可在8小時內完成充電。此法的充電特性曲線如圖3-4所示

96、，此法也有其不足之處：</p><p>　?、?在充電初期，如果蓄電池放電深度過深，充電電流會很大，不僅危及充電控制器的安全，而且蓄電池可能因過流而受到損傷。</p><p>　?、?如果蓄電池電壓過低，后期充電電流又過小，充電時間過長，不適合串聯(lián)數量多的電池組充電。</p><p>　?、?蓄電池端電壓的變化很難補償，充電過程中對落后電池的完全充電也很難完成。&l

97、t;/p><p>　　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能陣列，其功率不足以使蓄電池產生很大的電流，所以在這樣的系統(tǒng)中蓄電池組串聯(lián)不多。</p><p>　　3.6.3 恒壓限流充電</p><p>　　恒壓限流充電方式是為克服恒壓充電時初始電流過大而進行改進的一種方式。它是在充電電源與蓄電池之間串聯(lián)一限流電阻，當電流大時，其上的電壓降就大，從而

98、減小了充電電壓；當電流小時，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，這樣就自動調整了充電電流，使之在某個限定范圍內，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恒壓方式。</p><p>　　這種采用串電阻限流的方式對于光伏系統(tǒng)來說，肯定是不實用的，因為串聯(lián)電阻將消耗掉有限的電能。但如果采用其它非能耗限流方式，還是有其優(yōu)越性。</

99、p><p>　　3.6.4 兩階段、三階段充電</p><p>　　這種方式是以克服恒流與恒壓充電的缺點而結合的一種充電策略。它要求首先對蓄電池采用恒流充電方式充電，蓄電池充電到達一定容量后，</p><p>　　然后采用恒壓方式進行充電。這樣蓄電池在初期充電不會出現(xiàn)很大的電流，在后期也不會出現(xiàn)高電壓，使蓄電池產生析氣。其充電特性如圖3-5所示。</p>

100、<p>　　在兩階段充電完畢，即蓄電池容量到達其額定容量(當時環(huán)境條件下)時，許多充電控制器允許對蓄電池繼續(xù)以小電流進行充電，以彌補蓄電池的自放電，這種以小電流充電的方式也稱為浮充。這就是在兩階段基礎上的第三階段，但在這一階段的充電電壓要比恒壓階段的要低。如圖3-5的虛線段。</p><p>　　圖3-5 兩階段、三階段充電曲線</p><p>　　3.6.5 快速充電</

101、p><p>　　正常充電方式蓄電池從0%到100%容量比，一般需要8-20小時，充電時間長。在某些場合需要縮短充電時間，但采用電流過大時蓄電池的溫度會升高過快，對蓄電池有損害，且電流利用率也下降。快速充電就是采用大電流和高電壓對蓄電池充電，在1-2小時內把蓄電池充好，而且在這個過程中不會使蓄電池產生大量析氣和使蓄電池電解液溫度過高(一般在45℃以下)。這種方式解決不產生大量析氣和不使溫度升高過大的方法是采</p

102、><p>　　用不斷地脈沖充電和反向電流短時間放電相結合方法。短時反向放電的目的是消除蓄電池大電流充電過程中產生的極化。這樣就可以大大地提高充電速度，縮短充電時間。當然脈沖充電電流、持續(xù)時間和放電電流以及持續(xù)時間必須根據蓄電池的要求進行。</p><p>　　3.6.6 智能充電</p><p>　　智能充電是以美國人J.A.MAS（馬斯）研究提出的蓄電池快速充電的一些

103、基本規(guī)律為基礎。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。1967 年美國學者麥斯(J. A. Mas)經過大量試驗提出了電池充電可接受電流定律，如式3-4 所示</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p><b>　　上式中：</b></p><p>　　——電

104、池可接受的充電電流；</p><p>　　——開始充電(t=0)時電池可接受的最大充電電流；</p><p>　　a——充電可接受電流衰減常數(接收率)，與電池的結構和狀態(tài)有關，a=I /C，其中I 為任意充電狀態(tài)下蓄電池可接受的充電電流，C 表示蓄電池的容量。由此可見，a 的數值越大則表示蓄電池的充電接受能力越強，其充電時間也就越短。</p><p>　　電池在充

105、電過程中其充電可接受電流按圖3-6所示，具有指數規(guī)律下降的可接受電流特性。當充電電流大于充電可接受電流時，即處在1 區(qū)域時則會導致部分電流消耗于電離電解液中的水，使電池電解液產生析氣反應；當充電電流在可接受電流曲線以下時，即處在2 區(qū)域時，不產生析氣，此時充入的電量幾乎都轉變?yōu)殡姵氐幕瘜W能量。在1 區(qū)域時，充電電流越大，電解水反應就越劇烈，并使電池內部的壓力增大、溫升加速，使得電池的充電效率下降，且很容易損害電池影響電池的使用壽命。&l

106、t;/p><p>　　圖3-6充電可接受電流曲線圖</p><p>　　雖說按照圖3-6所示的特性曲線進行充電，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，且對蓄電池影響較小。但是在光伏系統(tǒng)中因為充電電源本身并不是真正意義上的“無限電源”，而是來自太陽能光伏陣列這個“有限電源”，對蓄電池充電的同時還必須考慮電源電流的“來源”是否足夠。</p>&

107、lt;p>　　3.7 LED的發(fā)光及驅動原理</p><p>　　3.7.1 發(fā)光原理</p><p>　　發(fā)光二極體是一種將電流順向通到半導體P-N結處而發(fā)光的器件，通常采用雙異質結和量子阱結構。LED發(fā)光的原理如下：</p><p>　　1.P-N結電子注入發(fā)光</p><p>　　如圖3-7所示。P-N結結電壓構成一定的勢壘；當加

108、正向偏置時勢壘下降，p區(qū)和n區(qū)的多數載流子向對方擴散。由于電子遷移率μ比空穴遷移率大得多，出現(xiàn)大量電子向P區(qū)擴散，構成對P區(qū)少數載流子的注入。這些電子與價帶上的空穴復合，復合時得到的能量以光能的形式釋放。</p><p>　　圖3-7P-N結發(fā)光的原理圖</p><p>　　2.異質結注入發(fā)光白光</p><p>　　為了提高載流子注入效率，可以采用異質結（兩種不

109、同材料的半導體相接觸所形成的界面區(qū)域）。圖3-8左圖表示未加偏置時的異質結能級圖，對電子和空穴具有不同高度的勢壘。右圖表示加正向偏置后，這兩個勢壘均減小。但空穴的勢壘小得多，而且空穴不斷從P區(qū)向n區(qū)擴散，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。這樣n區(qū)的電子就越遷到價帶與注入的空穴復合，而發(fā)射出由n型半導體能隙所決定的輻射。由于p取得的能隙大，光輻射無法把點自己發(fā)到導帶，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

110、了光能的損失。發(fā)光二極管與半導體二極管同樣加正向電壓，但效果不同。發(fā)光二極管把注入的載流子轉變成光子，輻射出光。一般半導體二極管注入的載流子構成正向電流。應嚴格加以區(qū)別。</p><p>　　圖3-8 異質結發(fā)光原理圖</p><p>　　LED有三種激勵方式：</p><p>　　(1)用藍色LED激勵發(fā)黃光的熒光體。這種白光構就是將藍光LED與YAG熒光物質放在

111、一起，用藍光激發(fā)熒光物質，這樣它發(fā)出的光譜就是白光。在這方面日亞化學公司擁有世界性的專利。</p><p>　　(2)用紫外LED激勵RGB熒光體。激勵熒光體的白色LED照明光源因熒光體組拿來不同可發(fā)射白光以外的各種顏色的光，因而可廣泛應用于照明。用R.G.B三基色LED開發(fā)了白色LED，現(xiàn)實驗室水準的發(fā)光效率已超過50 lm/W，近幾年內可望超過100 lm/W，而紅光部份最佳的發(fā)光效率已超過100 lm/W。

112、</p><p>　　(3)利用紅、綠、藍3種發(fā)光二極體調整其個別亮度來達到白光，一般來說，紅、綠、藍的亮度比應為3：6 ：1  ，或者只用紅、綠或藍、黃兩顆LED調整其個別亮度來發(fā)出白光，這樣的白光結構最大的缺點就是造價較高，不利于商品化發(fā)展。</p><p>　　3.7.2 驅動原理</p><p>　　LED是一種半導體產品，需用低壓直流來驅動。驅動