畢業(yè)設(shè)計(jì)---太陽能電池控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、<p><b>　　第一章</b></p><p><b>　　1.1 簡介</b></p><p>　　傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，對(duì)環(huán)境造成的危害日益突出，同時(shí)全球還有20億人得不到正常的能源供應(yīng)。這個(gè)時(shí)候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能夠改變?nèi)祟惖哪茉唇Y(jié)構(gòu)，維持長遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展。這之中太陽能以其獨(dú)有的優(yōu)勢而成為

2、人們重視的焦點(diǎn)。豐富的太陽輻射能是重要的能源，是取之不盡、用之不竭的、無污染、廉價(jià)、人類能夠自由利用的能源。太陽能每秒鐘到達(dá)地面的能量高達(dá)80萬千瓦，假如把地球表面0.1%的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率5%，每年發(fā)電量可達(dá)5.6×1012千瓦小時(shí)，相當(dāng)于世界上能耗的40倍。</p><p><b>　　發(fā)展現(xiàn)狀</b></p><p>　　近幾年國際上光伏發(fā)電快速

3、發(fā)展，世界上已經(jīng)建成了10多座兆瓦級(jí)光伏發(fā)電系統(tǒng)，6個(gè)兆瓦級(jí)的聯(lián)網(wǎng)光伏電站。美國是最早制定光伏發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃的國家。1997年又提出“百萬屋頂”計(jì)劃。日本1992年啟動(dòng)了新陽光計(jì)劃，到2003年日本光伏組件生產(chǎn)占世界的50%，世界前10大廠商有4家在日本。而德國新可再生能源法規(guī)定了光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)，大大推動(dòng)了光伏市場和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使德國成為繼日本之后世界光伏發(fā)電發(fā)展最快的國家。瑞士、法國、意大利、西班牙、芬蘭等國，也紛紛制定光伏發(fā)展計(jì)劃，

4、并投巨資進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和加速工業(yè)化進(jìn)程。在我國 光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)于20世紀(jì)70年代起步，90年代中期進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展時(shí)期。太陽電池及組件產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。經(jīng)過30多年的努力，已迎來了快速發(fā)展的新階段。在“光明工程”先導(dǎo)項(xiàng)目和“送電到鄉(xiāng)”工程等國家項(xiàng)目及世界光伏市場的有力拉動(dòng)下，我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。 　　到2007年年底，全國光伏系統(tǒng)的累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到10萬千瓦（100MW），從事太陽能電池生產(chǎn)的企業(yè)達(dá)到50余家，太陽能電池生產(chǎn)能力達(dá)到290

5、萬千瓦（2900MW），太陽能電池年產(chǎn)量達(dá)到1188MW，超過日本和歐洲，并已初步建立起從原材料</p><p>　　根據(jù)《工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)規(guī)劃(2011-2015年）》、《信息產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》以及《電子信息制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》的要求，在全面調(diào)研、深入研究、廣泛座談的基礎(chǔ)上，編制太陽能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃，作為我國“十二五”光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)性文件。世界常規(guī)能源供應(yīng)短缺危機(jī)日益嚴(yán)重，化石能源的大量

6、開發(fā)利用已成為造成自然環(huán)境污染和人類生存環(huán)境惡化的主要原因之一，尋找新興能源已成為世界熱點(diǎn)問題。在各種新能源中，太陽能光伏發(fā)電具有無污染、可持續(xù)、總量大、分布廣、應(yīng)用形式多樣等優(yōu)點(diǎn)，受到世界各國的高度重視。我國光伏產(chǎn)業(yè)在制造水平、產(chǎn)業(yè)體系、技術(shù)研發(fā)等方面具有良好的發(fā)展基礎(chǔ)，國內(nèi)外市場前景總體看好，只要抓住發(fā)展機(jī)遇，加快轉(zhuǎn)型升級(jí)，后期必將迎來更加廣闊的發(fā)展空間。從全球來看，光伏發(fā)電在價(jià)格上具備市場競爭力尚需一段時(shí)間，太陽能電池需求的近期成

7、長動(dòng)力主要來自于各國政府對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的政策扶持和價(jià)格補(bǔ)貼；市場的持續(xù)增長也將推動(dòng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大和產(chǎn)品成本下降，進(jìn)而促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。目前國內(nèi)支持光伏應(yīng)用的政策體系和促進(jìn)光伏發(fā)電持續(xù)發(fā)展的長效互動(dòng)機(jī)制正在建立過程中，太陽能電池產(chǎn)品多數(shù)出口海外市場，產(chǎn)業(yè)發(fā)展受金融</p><p><b>　　1.2實(shí)驗(yàn)的意義</b></p><p>　　等等這些數(shù)據(jù)給我們的啟示是，在現(xiàn)

8、有化石燃料正逐漸減少并且污染在不斷增加的大環(huán)境下，更好的利用太陽能資源是最好的辦法，在剛剛發(fā)表的國民經(jīng)濟(jì)第十二個(gè)五年規(guī)劃中也重點(diǎn)涉及到太陽能方向，由此可見利用好太陽能源技術(shù)對(duì)國家未來的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有著重要的意義，但光電轉(zhuǎn)換率低，所以要想更好的利用太陽能這一技術(shù)，就必須在控制電路上下功夫，如何讓控制電路消耗功率最少把更多的能量留給負(fù)載是關(guān)鍵，這也是本實(shí)驗(yàn)的意義之所在！ 本實(shí)驗(yàn)是利用三極管的工作原理來控制系統(tǒng)的充放電，利用三極管一個(gè)主要原因

9、是可以盡可能低的降低控制電路消耗的功率。 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)的大致思想可以歸納為以上框圖所示，白天陽光充足時(shí)，太陽能電池接受太陽光從而發(fā)電，并給充電電池充電，到晚上或陽光不充足的時(shí)候，充電電池開始通過控制系統(tǒng)給負(fù)載放電，當(dāng)?shù)诙煸缟匣蜿柟庠俅纬渥愕臅r(shí)候，開陽能電池開始再次發(fā)電并給充電電池充電，依次循環(huán)。</p><p><b>　　第二章</b></p&

10、gt;<p>　　2.1三極管特性介紹</p><p>　　半導(dǎo)體三極管又稱晶體管，雙極性三極管，它們是組成各種電子電路的核心器件。三極管有3個(gè)電極，基機(jī)，集電極，發(fā)射極。若將兩個(gè)PN結(jié)“背靠背”地（同極區(qū)相對(duì)）連接起來（用工藝的辦法制成），則組成三極管。按PN結(jié)的組合方式，三極管有PNP和NPN兩種類型，其結(jié)構(gòu)示意圖如下</p><p>　　圖1（2.1）PNP三極管<

11、;/p><p>　　圖2（2.1）NPN三極管</p><p>　　無論是NPN型或是PNP型三極管，它們均含有3個(gè)區(qū)：發(fā)射區(qū)，基區(qū)，集電區(qū)，并相應(yīng)的引出三個(gè)電極：基機(jī)（b)，集電極(c)，發(fā)射極(e)。同時(shí)，在3個(gè)區(qū)的兩兩交界處，形成兩個(gè)PN結(jié)，分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。常用的半導(dǎo)體材料有硅和鍺。三極管從盡管從結(jié)構(gòu)上看，相當(dāng)于兩個(gè)二極管背靠背地串聯(lián)在一起，但是，當(dāng)我們用單獨(dú)的兩個(gè)二極管按上述關(guān)

12、系串聯(lián)起來時(shí)將會(huì)發(fā)現(xiàn)，他們并不具有放大作用。其原因是，為了使三極管實(shí)現(xiàn)放大，必須由三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部條件來保證。</p><p>　　從三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，應(yīng)具備以下3點(diǎn)：</p><p>　　第一，發(fā)射區(qū)進(jìn)行重參雜，因而多數(shù)載流子電子濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)多數(shù)載流子空穴濃度。</p><p>　　第二，基區(qū)做的很薄，通常只有幾微米到幾十微米，而且是低參雜。</

13、p><p>　　第三，集電極面積大，以保證盡可能收集到發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子。</p><p>　　從外部條件來看，外加電源的極性應(yīng)保證發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，集電極應(yīng)處于反向偏執(zhí)狀態(tài)。在滿足上述條件下，我們可以來做放大分析。</p><p><b>　　2.2二極管</b></p><p>　　半導(dǎo)體二極管是由PN結(jié)加上引線和管

14、殼構(gòu)成的，二極管的類型很多，按知道二極管的材料來分，（1）點(diǎn)觸型二極管，它的特點(diǎn)是結(jié)的面積小，因而結(jié)電容小，適用于高頻工作下，最高工作頻率可達(dá)幾百兆赫，但不能通過很大的電流，主要應(yīng)用于小電流的整流和檢波，混頻等。（2）它的特點(diǎn)是結(jié)的面積大，因而能通過較大的電流，但其結(jié)電容也大，只能工作在較低的頻率下，可用于整流電路，（3）硅平面型二極管，它的特點(diǎn)是結(jié)面積大，可通過較大的電流，適用于大功率整流，結(jié)面積小，結(jié)電容小，適用于脈沖數(shù)字電路中作開

15、關(guān)管。</p><p>　　發(fā)光二極管（LED)簡介：它是一種將電能轉(zhuǎn)換為光能的半導(dǎo)體器件，主要有三五族化合物半導(dǎo)體如砷化鎵(GaAs)，磷化鎵(Gap)制成，它由一個(gè)PN結(jié)組成，當(dāng)加正向電壓時(shí)，P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子擴(kuò)散至對(duì)方與少數(shù)載流子復(fù)合，復(fù)合過程中，有一部分以光子的形式放出，使二極管發(fā)光，發(fā)出的光波可以是紅外光或可見光，砷化鎵是發(fā)射紅外光，如果在砷化鎵中慘入一些磷即可紅色可見光，而磷化鎵可發(fā)出綠光。<

16、;/p><p>　　發(fā)光二極管常用作顯示器件，如指示燈，七段數(shù)碼管，矩陣顯示器等，工作時(shí)加正向電壓，并接入限流電阻，工作電流一般為幾至幾十毫安。電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng)，但是會(huì)出現(xiàn)亮度衰退的老化現(xiàn)象，使用壽命將縮短。發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)的管壓降為1.8至2.2V?！?】</p><p><b>　　2.3鎳氫電池</b></p><p>　　鎳氫電池是有

17、氫離子和金屬鎳合成，電量儲(chǔ)備比鎳鎘電池多30%，比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長，并且對(duì)環(huán)境無污染。鎳氫電池的缺點(diǎn)是價(jià)格比鎳鎘電池要貴好多，性能比鋰電池要差。鎳氫電池中的“金屬”部分實(shí)際上是金屬氫化物，</p><p>　　圖1（2.3）鎳氫電池</p><p>　　當(dāng)快速充電時(shí)，可以透過充電器內(nèi)的微電腦去避免電池過充的情況產(chǎn)生。現(xiàn)今的鎳氫 </p><p><

18、b>　　圖2（2.3）</b></p><p>　　電池含有一種催化劑，可以及時(shí)的解除因?yàn)檫^充所造成的危險(xiǎn)。2H2 + O2 --催化劑--> 2H2O 　但是這個(gè)反應(yīng)只有從過充開始的時(shí)間算起的 C ÷ 10 小時(shí)內(nèi)有效（C = 電池標(biāo)示的容量）。當(dāng)充電程序開始后，電池的溫度會(huì)上升的很明顯，有些急速充電器（低于1小時(shí)）內(nèi)含風(fēng)扇來避免電池過熱。 有的廠商認(rèn)為：使用一些簡單的恒流（且

19、電流要小）充電器，不管有沒有計(jì)時(shí)器，都可以安全地為鎳氫電池充電，允許的長時(shí)間充電電流為 C/10h （電池的標(biāo)稱電量除以10小時(shí)）。實(shí)際上，一些造價(jià)低廉的無線電話基地臺(tái)和最便宜的電池充電器正是這樣工作的。盡管這可能是安全的，但對(duì)電池的壽命可能會(huì)有不良影響。根據(jù)松下公司（Panasonic）的《鎳氫電池充電指南》（鏈接在頁面底部），長期使用涓流方式（以很小的電流長時(shí)間充電）充電有可能導(dǎo)致電池?fù)p壞；為了防止損傷電池，涓流充電的電流應(yīng)限制在

20、0.033×C每小時(shí) 到 0.05×C每小時(shí) 之間，最長充電時(shí)間為20小時(shí)。 對(duì)于鎳氫電池的長期保養(yǎng)來說，使用低頻脈沖-大電流的的充電方式要比使用涓流充電方式更能保持好電池狀態(tài)。新買回來的，或者是長時(shí)間未使用的鎳氫電池，需要一段“</p><p>　　在電池的使用過程中，也必須小心。對(duì)于串聯(lián)在一起的幾顆電池（比如數(shù)碼相機(jī)中4顆AA電池的通常排列方式），要避免電池完全耗盡電能，進(jìn)而發(fā)生“反向充電

21、”（Reverse charging）。這會(huì)對(duì)電池產(chǎn)生不 </p><p>　　圖3（2.3）充電器</p><p>　　可挽回的損害。不過，通常這些設(shè)備（比如之前提到的數(shù)碼相機(jī)）能夠檢測串聯(lián)電池的放電電壓，當(dāng)它下降到一定程度時(shí)，便自動(dòng)關(guān)閉，以保護(hù)電池。單顆電池并不會(huì)有以上的危險(xiǎn)，只會(huì)一直放電，直到電壓為0。這不會(huì)對(duì)電池造成損害，實(shí)際上，周期性地將電放完然后再充滿有利于保持電池的容量與質(zhì)量

22、。 鎳氫電池具有較高的自放電效應(yīng)，約為每個(gè)月30%或更多。這要比鎳鎘電池每月20%的自放電速率高。電池充得越滿，自放電速率就越高；當(dāng)電量下降到一定程度時(shí)，自放電速率又會(huì)稍微下降。電池存放處的溫度對(duì)自放電速率有十分大的影響。正因如此，長時(shí)間不用的鎳氫電池最好是充到40%的“半滿”狀態(tài)。低自放電效應(yīng)的鎳氫電池在2005年推出市面，生產(chǎn)商宣稱在20℃室溫存放一年后仍可保存70至85%電量，而且可以以一般的鎳氫電池充電機(jī)進(jìn)行充電。某些低自放電效

23、應(yīng)的鎳氫電池在低溫下有比堿性電池及鋰離子電池更佳的放電特性。</p><p>　　不同型號(hào)(特別是不同體積)的電池,他的容量越高,提供使用的時(shí)間越長.拋開體積和重量 </p><p>　　圖4（2.3）鎳氫電池</p><p>　　的因素,當(dāng)然容量越高越好. 但是同樣的電池型號(hào),標(biāo)稱容量(比如600mAh)也相同,實(shí)際測的初始容量不同:比如一個(gè)為660mAh,另一個(gè)

24、是605mAh,那么660mAh的就比605mAh的好嗎. 　　實(shí)際情況可能是容量高的是因?yàn)殡姌O材料中多了增加初始容量的材料,而減少了電極穩(wěn)定用的材料,其結(jié)果就是循環(huán)使用幾十次以后,容量高的電池迅速容量衰竭,而容量低的電池卻依然堅(jiān)挺.許多國內(nèi)的電芯廠家往往以這個(gè)方式來獲得高容量的電池.而用戶使用半年以后待機(jī)時(shí)間卻是差得一塌糊涂. 　　民用的那些AA鎳氫電池(就是五號(hào)電池),一般是1400mAh,卻也有標(biāo)超高容量的(1600mAh),道理

25、也是一樣. 　　提高容量的代價(jià)就是犧牲循環(huán)壽命,廠家不在電池材料的改性上下文章,是不可能真正"提高"電池容量的. 電池材料比表面積研究是非常重要的，電池材料比表面積檢測數(shù)據(jù)只有采用BET方法檢測出來的結(jié)果才是真實(shí)可靠的，國內(nèi)目前有很多儀器只能做直接對(duì)比法的檢測，現(xiàn)在國內(nèi)也被淘汰了。目前國內(nèi)外比表面積測試統(tǒng)一采用多點(diǎn)BET法，國內(nèi)外制定出來的比表面積測定標(biāo)準(zhǔn)都是以BET測試方法為基礎(chǔ)的，請(qǐng)參看中國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 1

26、95</p><p><b>　　2.4太陽能電池板</b></p><p>　　太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的濕式太陽能電池則還處于萌芽階段。</p><p>　　太陽光照在半導(dǎo)體PN結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)電場的作用下，光生空穴由n

27、區(qū)流向p區(qū)，光生電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。</p><p>　　太陽能電池的分類簡介</p><p>　　太陽能電池按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶系薄膜式和非結(jié)晶系薄膜式（以下表示為a-）兩大類，而前者又分為單結(jié)晶形和多結(jié)晶形。按材料可分為硅薄膜形、化合物半導(dǎo)體薄膜形和有機(jī)

28、膜形，而化合物半導(dǎo)體薄膜形又分為非結(jié)晶形（a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等）、ⅢV族（GaAs,InP等）、ⅡⅥ族（Cds系）和磷化鋅 (Zn 3 p 2 ）等。 　　太陽能電池根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池還可分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機(jī)太陽能電池、塑料太陽能電池，其中硅太陽能電池是目前發(fā)展最成熟的，在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。 </p><p&

29、gt;<b>　　（1）硅太陽能電池</b></p><p>　　硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅和非晶硅薄膜太陽能電池三種。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為24.7%，規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率為15%（截止2011，為18%）。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于單晶硅成本價(jià)格高，大幅度降低其成本很困難，為了節(jié)省硅材料，發(fā)展了多晶硅薄膜和非

30、晶硅薄膜做為單晶硅太陽能電池的替代產(chǎn)品。多晶硅薄膜太陽能電池與單晶硅比較，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率為18%，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為10%（截止2011，為17%）。因此，多晶硅薄膜電池不久將會(huì) </p><p>　　圖1（2.4）國際空間站太陽能電池板</p><p>　　在太陽能電地市場上占據(jù)主導(dǎo)地位。 非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕，轉(zhuǎn)換效率較高，便

31、于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。但受制于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換率問題，那么，非晶硅太陽能電池?zé)o疑是太陽能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。 </p><p>　　（2）多晶體薄膜電池</p><p>　　多晶體薄膜電池硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由

32、于鎘有劇毒，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此，并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代產(chǎn)品。 　　砷化鎵（GaAs）III-V化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強(qiáng)，對(duì)熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是GaAs材料的價(jià)格不菲，因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。 　　銅銦硒薄膜電池（簡稱CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退問題，轉(zhuǎn)換效率和多晶硅一樣。具有價(jià)格低廉、性能良

33、好和工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，將成為今后發(fā)展太陽能電池的一個(gè)重要方向。唯一的問題是材料的來源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發(fā)展又必然受到限制。 </p><p>　?。?）有機(jī)聚合物太陽能電池</p><p>　　以有機(jī)聚合物代替無機(jī)材料是剛剛開始的一個(gè)太陽能電池制造的研究方向。由于有機(jī)材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本底等優(yōu)勢，從而對(duì)大規(guī)模利用太陽能，提供廉價(jià)電能具有重要意

34、義。但以有機(jī)材料制備太陽能電池的研究僅僅剛開始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無機(jī)材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展成為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品，還有待于進(jìn)一步研究探索。 </p><p>　　（4）納米晶太陽能電池</p><p>　　納米TiO2晶體化學(xué)能太陽能電池是新近發(fā)展的，優(yōu)點(diǎn)在于它廉價(jià)的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在10%以上，制作成本僅為硅太陽電池的1/5～1/1

35、0．壽命能達(dá)到20年以上。 　　此類電池的研究和開發(fā)剛剛起步，不久的將來會(huì)逐步走上市場。 </p><p>　?。?）有機(jī)薄膜太陽能電池</p><p>　　有機(jī)薄膜太陽能電池，就是由有機(jī)材料構(gòu)成核心部分的太陽能電池。大家對(duì)有機(jī)太陽能電池不熟悉，這是情理中的事。如今量產(chǎn)的太陽能電池里，95%以上是硅基的，而剩下的不到5%也是由其它無機(jī)材料制成的。 </p><p>

36、　　（6）染料敏化太陽能電池</p><p>　　染料敏化太陽能電池，是將一種色素附著在TiO2粒子上，然后浸泡在一種電解液中。色素受到光的照射，生成自由電子和空穴。自由電子被TiO2吸收，從電極流出進(jìn)入外電路，再經(jīng)過用電器，流入電解液，最后回到色素。染料敏化太陽能電池的制造成本很低，這使它具有很強(qiáng)的競爭力。它的能量轉(zhuǎn)換效率為12%左右。 </p><p>　?。?）塑料太陽能電池<

37、/p><p>　　塑料太陽能電池以可循環(huán)使用的塑料薄膜為原料，能通過“卷對(duì)卷印刷”技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)，其成本低廉、環(huán)保。但目前塑料太陽能電池尚不成熟，預(yù)計(jì)在未來5年到10年，基于塑料等有機(jī)材料的太陽能電池制造技術(shù)將走向成熟并大規(guī)模投入使用。</p><p>　　目前市場上大量產(chǎn)的單晶與多晶硅的太陽電池平均效率約在15%上下，也就是說，這樣的太陽電池只能將入射太陽光能轉(zhuǎn)換成15%可用電能，其余的85

38、%都浪費(fèi)成無用的熱能。所以嚴(yán)格地說，現(xiàn)今太陽電池，也是某種型式的“浪費(fèi)能源”。當(dāng)然理論上，只要能有效的抑制太陽電池內(nèi)載子和聲子的能量交換，換言之，有效的抑制載子能帶內(nèi)或能帶間的能量釋放，就能有效的避免太陽電池內(nèi)無用的熱能的產(chǎn)生，大幅地提高太陽電池的效率，甚至達(dá)到超高效率的運(yùn)作。而這樣簡易的理論構(gòu)想，在實(shí)際的技術(shù)上，卻可以用不同的方法來執(zhí)行這樣的原則。超高效率的太陽電池（第三代太陽電池）的技術(shù)發(fā)展，除了運(yùn)用新穎的元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，來嘗試突破其

39、物理限制外，也有可能因?yàn)樾虏牧系囊M(jìn)，而達(dá)成大幅增加轉(zhuǎn)換效率的目的?！”∧ぬ栯姵?包括非晶硅太陽能電池，CdTe 和 CIGS（copper indium gallium selenide）電池。雖然目前多數(shù)量產(chǎn)薄膜太陽電池轉(zhuǎn)換效率仍無法與晶硅太陽電池抗衡，但是其低制造成本仍然使其在市場有一席之地，且未來市場占有率仍會(huì)持續(xù)成長。 </p><p><b>　　2.5LED簡介</b><

40、;/p><p>　　LED英文單詞的縮寫，主要含義：LED = Light Emitting Diode，發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光?！ED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，主要由支架、銀膠、晶片、金線、環(huán)氧樹脂五種物料所組成。LED(Light-Emitting-Diode中文意思為發(fā)光二極管)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體，它改

41、變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場發(fā)光。據(jù)分析，LED的特點(diǎn)非常明 </p><p>　　圖1（2.5）LED燈泡以及燈具圖片</p><p>　　顯，壽命長、光效高、低輻射與低功耗。白光LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段，其發(fā)光效率可超過150lm/W（2010年）。將LED與普通白熾燈、螺旋節(jié)能燈及T5三基色熒光燈進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示：普通白熾燈的光效為12lm/

42、W，壽命小于2000小時(shí)，螺旋節(jié)能燈的光效為60lm/W，壽命小于8000小時(shí)，T5熒光燈則為96lm/W，壽命大約為10000小時(shí)，而直徑為5毫米的白光LED光效理論上可以超過150lm/W，壽命可大于100000小時(shí)。有人還預(yù)測，未來的LED壽命上限將無窮大。然而，LED燈的工作原理使得在大功率LED照明行業(yè)里散熱問題變得非常突出，許多LED照明方案不夠重視散熱，或者是技術(shù)水平有限，所以目前量產(chǎn)的大功率LED燈普遍存在實(shí)際使用壽命遠(yuǎn)

43、遠(yuǎn)不如理論值，性價(jià)比低于傳統(tǒng)燈具的尷尬情況。為了提高LED燈具的使用壽命，真正做到適合商業(yè)化的量產(chǎn)，LED照明行業(yè)正在獨(dú)立或者和專業(yè)的導(dǎo)熱材料供應(yīng)商合作加緊研制新型導(dǎo)熱材料，比如導(dǎo)熱塑料等等。大功率LED，一般指大于0.65W，這一點(diǎn)不同公司內(nèi)部也會(huì)有不同的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槟壳霸诖蠊β蔐ED領(lǐng)域還沒有形成大家一致認(rèn)可的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。光強(qiáng)與流明比小</p><p>　　圖2（2.5）LED燈株</p><

44、p>　　在一個(gè)支架上，是負(fù)極，另一端連接電源的正極，整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“P-N結(jié)”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長決定光的顏色，是由形成P-N結(jié)材料決定的。

45、 </p><p>　　圖3（2.5）貼片LED</p><p>　　LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多

46、數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光。一般最常見的LED工作功率都是設(shè)定于30至60毫瓦電能以下。在1999年開始引入了可以在1瓦電力輸入下連續(xù)使用的商業(yè)品級(jí)LED。這些LED都以特大的半導(dǎo)體芯片來處理高電能輸入的問題，而那半導(dǎo)體芯片都是固定在金屬鐵片上，以助散熱。在2002年，在市場上開始有5瓦的LED的出現(xiàn)，而其效率大約是每瓦18至22流明?！?】</p><p><b>　　第三章</b><

47、;/p><p>　　3.1實(shí)驗(yàn)的基本思想</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)的大致思想如圖</p><p><b>　　圖1（3.1）</b></p><p><b>　　3.2工作原理</b></p><p>　　圖1（3.2）它是由太陽能電池GE、充電電池GB以及控制電路和紅色的

48、LED閃光二極管組成。太陽能電池GE白天將太陽的光能轉(zhuǎn)換為電能，通過二極管VD1對(duì)鎳氫充電電池充電。該燈的控 制電路是由兩種不同性質(zhì)的三極管VT1(PNP型)和VT2(NPN型)組成一組互補(bǔ)型的開關(guān)電路，以及開關(guān)二極管VD2、VD3和電阻R組成的光控觸發(fā)電路。由于白天時(shí)太陽能電池的兩極有電壓，由開關(guān)二極管VD2、VD3和電阻R組成的觸發(fā)電路，將電壓施加在三極管VT1的基極上，使其處于截止?fàn)顟B(tài)，因而開關(guān)管VT2也不導(dǎo)通，LED發(fā)光管不工作

49、。當(dāng)夜晚來臨或光線較弱時(shí)，由于太陽能電池兩端的電壓大幅度下降或消失，VT1的基極失去觸發(fā)電壓便開使導(dǎo)通，轉(zhuǎn)而促使VT2也同時(shí)導(dǎo)通，于是紅色LED發(fā)光二極管VD4被點(diǎn)亮。當(dāng)?shù)诙焯炝習(xí)r，由于太陽能電池的兩極輸出電壓，于是三極管VT1又轉(zhuǎn)為截止，使開關(guān)管VT2不導(dǎo)通，LED發(fā)光管由此關(guān)閉?！?】將VD1 1N5817換成一個(gè)發(fā)光二極管LED，一，可以通過觀察LED的亮暗與否來判斷太陽能電池板是否對(duì)充電電池進(jìn)行充電，二，LED本身也是個(gè)二極管

50、，當(dāng)開關(guān)閉合充電電池開始放電時(shí)，它可以阻止電流流</p><p><b>　　3.3所用材料簡介</b></p><p>　　1 太陽能電池板GE：GE是由12片面積分別為7mm×105mm單晶硅片串聯(lián)所組成的電池組，貼附在一塊115mm×115mm的環(huán)氧基板上(圖2)，并在表面封涂上一層多酚樹脂加以保護(hù)，在板的背面 引出電池的電極。太陽能電池的功

51、率參數(shù)為：開路電壓6.8V、短路電流180mA、最大功率1.2W，其光電轉(zhuǎn)換效率約13％、最大輸出功率為0.85W。</p><p>　　2 充電電池GB :電路電源所用的充電電池選用電壓為1.2V、容量為1.3Ah的鎳氫電池共三節(jié)</p><p>　　3 三極管9012和9013（VT1和VT2)：VT1 9012是非常見的晶體三極管，在收音機(jī)以及各種放大電路中經(jīng)?？吹剿瑧?yīng)用范圍很廣,

52、它是PNP型小功率三極管。集電極-基電壓 -40V，射極-基極電壓 -5V，集電極電流 0.5A，耗散功率 0.625W，結(jié)溫150℃，特怔頻率最小150MHZ 。VT2 9013是非常見的晶體三極管 結(jié)構(gòu)：NPN，集電極-發(fā)射極電壓 25V，集電極-基電壓 45V，射極-基極電壓 5V，集電極電流0.5A，耗散功率 0.625W，結(jié)溫150℃，特怔頻率 最小 150MHZ。</p><p>　　4 VD2和V

53、D3（1N4148）：IN4148是一種小型的高速開關(guān)二極管，開關(guān)比較迅速，廣泛用于信號(hào)頻率較高的電路進(jìn)行單向?qū)ǜ綦x,通訊、電腦板、電視機(jī)電路及工業(yè)控制電路中常用它。</p><p>　　5 VD4發(fā)光二級(jí)管（LED）：發(fā)光管使用的是一支內(nèi)部固化有閃光電路的超高亮度的紅色LED閃光二極管，其工作電壓2V、工作電流20～30mA、閃光頻率為1Hz左右。</p><p>　　3.4multi

54、sim仿真簡介</p><p>　　Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力，工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)

55、行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程，NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。憑借NI Multisim，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級(jí)SPICE

56、分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計(jì)流程中提早對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)證，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強(qiáng)大技術(shù)的設(shè)計(jì)流程，從而能夠</p><p>　　3.5multisim仿真電路</p><p>　　圖1（3.5）開關(guān)閉合時(shí)仿真電路圖。</p><p>　　圖2（3.5）開關(guān)打開時(shí)仿真電路</p>

57、<p>　　當(dāng)陽光照射太陽能電池板時(shí)（開關(guān)斷開），板子兩端產(chǎn)生電壓，所以LED1回路導(dǎo)通，LED1亮，太陽能電池板給充電電池充電，當(dāng)充電結(jié)束后（開關(guān)閉合），LED1滅與此同時(shí)LED2回路導(dǎo)通，LED2亮，表明充電電池正在給LED2回路放電</p><p><b>　　第四章</b></p><p><b>　　4.1對(duì)比試驗(yàn)</b>&l

58、t;/p><p><b>　　太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)</b></p><p>　　傳感器結(jié)構(gòu)：該跟蹤器的傳感器結(jié)構(gòu)見圖1。設(shè)置一個(gè)圓筒形外殼，在圓筒外部東、南、西、北四個(gè)方向上分別布置4 只光敏電阻;其中P1、P3 東西對(duì)稱安裝在圓筒的兩側(cè)，用來粗略的檢測太陽由東往西運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角度即方位角;P2、P4 南北對(duì)稱安裝在圓筒的兩側(cè)，用來粗略檢測太陽的視高度即高度角;在圓筒內(nèi)部，東

59、、南、西、北四個(gè)方向上也分別布置4 只光敏電阻，用來精確檢測太陽由東往西運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角度和太陽的視高度。圖1（4.1） 傳感器結(jié)構(gòu)示意圖</p><p><b>　　立柱轉(zhuǎn)動(dòng)式跟蹤器</b></p><p>　　跟蹤器的結(jié)構(gòu)見圖2。步進(jìn)電機(jī)1固定在底座上，主軸及其支撐軸承安裝在底座上面(主軸相對(duì)于底座可以轉(zhuǎn)動(dòng))，轉(zhuǎn)動(dòng)架以及支架固定安裝在主軸上，光伏電池、步進(jìn)電機(jī)2

60、安裝在支架上面(光伏電池相對(duì)于支架可以轉(zhuǎn)動(dòng))，步進(jìn)電機(jī)2 的輸出軸連接在光伏電池上。圖2(4.1) 立柱轉(zhuǎn)動(dòng)式跟蹤器示意圖</p><p>　　當(dāng)光線發(fā)生偏移，控制部分發(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 1 帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)架以及固定在轉(zhuǎn)動(dòng)架上的主軸、支架以及光伏電池轉(zhuǎn)動(dòng);同時(shí)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)2 帶動(dòng)光伏電池相對(duì)與支架轉(zhuǎn)動(dòng)，通過步進(jìn)電機(jī)1、步進(jìn)電機(jī)2 的共同工作實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽方位角和高度角的跟蹤[2]。</p>

61、<p><b>　　MPPT控制器</b></p><p>　　光伏電池的輸出功率與它的工作電壓有關(guān)(U-P曲線一般呈先上升后下降的光滑曲線，中間的某個(gè)電壓值取得最大功率)，只有工作在最合適的電壓下，它的輸出功率才會(huì)有個(gè)唯一的最大值。如：在日照強(qiáng)度為1000W/m2 下，U=24V，I=1A;U=30V，I=0.9A;U=36V，I=0.7A;可見30V的電壓下輸出功率更大。MPP

62、T(最大功率點(diǎn)跟蹤)控制器主要功能是:檢測主回路直流電壓及輸出電流，計(jì)算出太陽電池陣列的輸出功率，并實(shí)現(xiàn)對(duì)最大功率點(diǎn)的追蹤 [3]。圖 3為實(shí)際應(yīng)用擾動(dòng)與觀察法來實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)追蹤的示意圖。圖3 (4.1)MPPT控制實(shí)現(xiàn)示意圖</p><p>　　擾動(dòng)電阻 R 和MOSFET 串連在一起，在輸出電壓基本穩(wěn)定的條件下，通過改變MOSFET的占空比，來改變通過電阻的平均電流，因此產(chǎn)生了電流的擾動(dòng)。同時(shí)，光伏電池

63、的輸出電流和輸出電壓亦將隨之變化，通過測量擾動(dòng)前后光伏電池輸出功率和電壓的變化，以決定下一周期的擾動(dòng)方向，當(dāng)擾動(dòng)方向正確時(shí)太陽能光電板輸出功率增加，下一周期繼續(xù)朝同一方向擾動(dòng)，反之，當(dāng)太陽能光電板輸出功率減少時(shí)，表示擾動(dòng)方向錯(cuò)誤，下一周期朝反向擾動(dòng)，如此反復(fù)進(jìn)行著擾動(dòng)與觀察來使太陽能光電板輸出達(dá)最大功率點(diǎn)。</p><p><b>　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p&

64、gt;　　系統(tǒng)的主控制電路在整個(gè)設(shè)計(jì)中占有重要地位，它主要對(duì)主回路進(jìn)行控制，保證 MPPT 算法有效實(shí)現(xiàn)，使 DC/DC 變換保持恒壓輸出，且與 LCD 的人機(jī)接口通信。它還在對(duì)蓄電池充放電的控制電路起著重要的作用。首先它對(duì)光伏電池功率的有效跟蹤，使得蓄電池的充電可以得到最大功率的恒壓電流。從而避免了光伏電池能量的浪費(fèi)。其次，主控制器控制的恒壓電流也使設(shè)計(jì)恒壓充電的充放電電路變的容易。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。圖4(4.1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框

65、圖</p><p><b>　　驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　光敏電阻采用的型號(hào)為GM5516,亮電阻：5-10 K Ω，暗電阻：200K Ω以上。系統(tǒng)通過對(duì)4對(duì)8路(R1對(duì)應(yīng)圖1中的P1,R2對(duì)應(yīng)圖1中的P3，R3-R8同理)光敏電阻即時(shí)進(jìn)行A/D采集，將所采集的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，判斷方位角和俯仰角的變化，并通過I/O(OUT1-OUT8)給步進(jìn)電機(jī)1個(gè)正

66、轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向正確的方向，然后繼續(xù)進(jìn)行A/D采集和控制，直到信號(hào)差在一定范圍之內(nèi)，此時(shí)光伏電池正對(duì)太陽。電路示于圖5和圖6。圖5 (4.1)光敏電阻采集電路圖6(4.1)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)57BYG007，GSP-24RW-046，皆為四相八拍。OUT1、OUT2、OUT3、OUT4依次取高電平，ULN2803(步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，集電極輸出)的1腳到4腳依次為高

67、電平，這樣就給步進(jìn)電機(jī)1(57BYG007)正轉(zhuǎn)一步的脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)1.8度;反之，OUT4、OUT3、OUT2、OUT1依次取高電平，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)1.8度，GSP-24RW-046驅(qū)動(dòng)原理與之相同。</p><p>　　DC/DC、MPPT電路</p><p>　　系統(tǒng)所采用光伏電池正常工作電壓10-14V，工作電流1A左右，所采用的蓄電池為12V-7AH，由于 12V的蓄電池一

68、般需要13-15V的電壓為之充電，而光伏電池如果不經(jīng)過DC/DC處理，無法保證為蓄電池穩(wěn)壓充電。因此通過BOOST升壓電路將光伏電池電壓升高20V(大功率步進(jìn)電機(jī)需要較大電壓，此處可以為將來系統(tǒng)升級(jí)做準(zhǔn)備)，然后降壓到14V為蓄電池穩(wěn)壓充電[5]，電路圖如圖7所示。圖7 (4.1)DC/DC及MPPT電路</p><p>　　圖7電路左端為光伏電池，右端輸出電壓為Uo(圖7的Uo為圖8的Uin)，我們需要得到

69、右端Uo=20V。</p><p>　　首先通過并聯(lián)50K、10K電阻組成的電路，并對(duì)10K電阻兩端A/D采集，采集電壓Uad1，間接得到蓄電池兩端電壓Uin=6Uad1;</p><p>　　Uo要求為20V, 通過Uo = Uin/(1-D)可計(jì)算出需要的D(Q1的占空比),輸出控制PWM1波形，由于所采用的大功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓要求15V,所以PWM1需要經(jīng)過上拉電壓15V和光耦

70、開關(guān)組合后對(duì)Q1控制，不是簡單的控制Q1。</p><p>　　通過R5、R6組成的電路采集R6兩端電壓Uad2，間接得到Uo=6 Uad2，將Uo與20V比較，即時(shí)調(diào)整實(shí)際的D，使得D=D-△D或D=D+△D(△D取PMW脈沖周期的5%)，然后延時(shí)、采集、判斷，直到得到精確的占空比D，能夠準(zhǔn)確輸出電壓Uo=20V。</p><p>　　在輸出電壓基本穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，設(shè)置Q4的PWM2，改變

71、R7擾動(dòng)電阻的占空比，來改變輸出電流，通過對(duì)R8兩端電壓的A/D采集，采集電壓Uad3，得到電路總電流I=Uad3/R8,因此得到太陽能電池輸出總功率P=Uin×I(因?yàn)殡娐肥请娏鬟B續(xù)工作，電感上的紋波電流可以小到接近平滑的直流電流，C1電流可忽略，甚至電容C1可除去，且光伏電池左端的采集電阻相當(dāng)大，電流極小，亦可忽略)，改變光伏電池即時(shí)輸出實(shí)際功率，來實(shí)現(xiàn)MPPT。</p><p>　　蓄電池充放電控

72、制電路</p><p>　　白天，光伏電池需要為蓄電池充電，以便蓄電池能夠晚間對(duì)負(fù)載(路燈)供電，并且步進(jìn)電機(jī)的工作電能也需要由光伏電池提供(若光伏電池的功率不足以帶動(dòng)電機(jī)，說明日照極差，無需轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī))，ARM板必須連續(xù)供電，白天由光伏電池供電，夜間由蓄電池供電，這一套充放電控制電路需要用到2個(gè)繼電器，一個(gè)是控制蓄電池充電和放電，另一個(gè)控制ARM板的工作電壓由光伏電池提供還是蓄電池提供，電路如圖8所示。圖8(

73、4.1) 蓄電池充放電控制電路</p><p>　　電路右端Uin=20V作為輸入電壓，通過BUCK降壓電路將電壓降到14V為蓄電池充電，Uo=Uin×D,要得到14V電壓，設(shè)置Q2的占空比為70%。白天：2個(gè)繼電器皆為常開狀態(tài)A,光伏電池為步進(jìn)電機(jī)和ARM供電(采用7805穩(wěn)壓管降壓到5V)，并為蓄電池充電，蓄電池正極接反相截至二極管，保證充電同時(shí)不放電。夜間(或日照極差，由光敏電阻判斷)：繼電器1、

74、2被吸合到B,步進(jìn)電機(jī)停止工作，蓄電池為ARM供電，并帶動(dòng)負(fù)載(路燈)工作。</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本系統(tǒng)主要的控制作用都是由主控制軟件實(shí)現(xiàn)的，主要包括：A/D模塊，DC/DC 模塊，MPPT 及蓄電池充放電控制等。系統(tǒng)重點(diǎn)在硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)相對(duì)較簡單，主程序流程圖如圖 9所示。圖9 (4.1)主程序及主控后臺(tái)程序

75、流程圖【7】</p><p>　　此實(shí)驗(yàn)為《基于ARM的太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》，與本實(shí)驗(yàn)相比，它用到了MPPT（最大功率點(diǎn)跟蹤），步進(jìn)電機(jī)，DC/DC等等，這些東西都是現(xiàn)在較為先進(jìn)的，但這些元件在控制電路中消耗的功率也比較大。而在本實(shí)驗(yàn)中，所用元件都是一些低功耗的元件，控制電路中消耗的功率很低，可以把更多太陽能電池板發(fā)出的能量更多的留給負(fù)載。</p><p><b>　

76、　第五章 </b></p><p><b>　　5.1總結(jié)</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)是主要是利用二極管和三極管的組合來實(shí)現(xiàn)太陽能電池的控制電路，此實(shí)驗(yàn)雖然簡單，但闡明了一個(gè)思想，就是在現(xiàn)在太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率不高的今天通過小功率的元件來實(shí)現(xiàn)控制電路，將更多由太陽能產(chǎn)生的能量留給負(fù)載，本實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)就在于運(yùn)用低能耗的器件來實(shí)現(xiàn)電路。本實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)在于

77、智能化較差，需要手動(dòng)開關(guān)來控制，也不能有效的保護(hù)蓄電池由于過度充電產(chǎn)生的壽命降低。</p><p><b>　　5.2展望</b></p><p>　　此電路控制系統(tǒng)在一下三個(gè)方面可以進(jìn)行提高，第一太陽能電池板，現(xiàn)有的太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換率總體不高，有很大的提升空間，十二五規(guī)劃中也重點(diǎn)提及此方向的研究，在不就的未來相信我們會(huì)造出高性能的太陽能電池板。這是在材料方向所

78、應(yīng)研究的方向，第二控制電路，在現(xiàn)有的產(chǎn)品中有涉及到例如用到MPPT（最大功率跟蹤），它是由太陽能電池板發(fā)電首先傳輸?shù)組PPT驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，保證太陽能電池板光的接收面積始終保持最大。還有用到LT3652芯片，此芯片具有低功耗等優(yōu)點(diǎn),它和MPPT的工作原理差不多，其輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路電路提供幾乎與最大峰值功率跟蹤（MPPT)充電方法，同樣的充電效率。但不用驅(qū)動(dòng)電機(jī)。第三蓄電池，現(xiàn)有的蓄電池雖說容量在不斷增大，但其壽命短的缺陷依然存在，如果能造

79、出容量更大且壽命更長的蓄電池，將對(duì)更好的利用太陽能有著至關(guān)重要的作用。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　一起走過的四年，我學(xué)業(yè)上的成績和生活中的快樂是很多人在經(jīng)意與不經(jīng)意間所賜予的。這種賜予尤其集中的突顯于撰寫畢業(yè)論文的這段時(shí)間。</p><p>　　當(dāng)答辯終于順利通過的時(shí)候，我最想感謝的就是我的導(dǎo)師李德昌教授。從

80、選題到論文的結(jié)構(gòu)再到表述的規(guī)范，他都一一給予非常悉心的指導(dǎo)。李老師是一個(gè)非常智慧但又不是親切的人，我很感激他對(duì)我要求上的嚴(yán)格與認(rèn)真以及能力上的肯定與信任。從李老師身上，我所領(lǐng)受的不僅僅是他治學(xué)上的嚴(yán)謹(jǐn)，更重要的是他對(duì)學(xué)生赤誠的愛與關(guān)心。她所做的一切總是能在讓我感動(dòng)的同時(shí)，拾得非常有益的人生智慧。</p><p>　　感謝08521班的所有同學(xué)所給予的關(guān)心和幫助！</p><p>　　最后，

81、特別感謝我的父母給予我的支持和幫助！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】百度知道 2012年3月</p><p>　　【2】任健著，《麻省理工科技創(chuàng)業(yè)》（中國牌太陽能制造機(jī)）雜志2012年出版</p><p>　　【3】國民經(jīng)濟(jì)第十二個(gè)五年規(guī)劃之光電發(fā)電2012年出版</p&g

82、t;<p>　　【4】江小安著，《模擬電子技術(shù)》西北大學(xué)出版社，2006年10月出版</p><p>　　【5】百度百科（鎳氫電池，太陽能電池和LED）2012年5月</p><p>　　【6】電子產(chǎn)品世界網(wǎng)（太陽能警示燈控制電路）2012年1月發(fā)表</p><p>　　【7】與非網(wǎng)（基ARM的太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)）2011年5月發(fā)表<