太阳能低压电源照明系统的研究毕业论文

河南理工大学毕业设计（论文）说明书绪论1.1研究背景随着社会生产的日益发展，人类对电的需求日益剧增，进而对能源的需求也迅速增长。现在人们常用的能源有煤炭，石油，原子能等。然而这些占人们能源消费的大部分的煤炭和石油都是有限的，是不可再生的。据有关资料显示：根据对石油储量的综合估算，可支配的化石能源的极限，大约为1180-1510亿吨，以1995年世界石油的年开采量33.2亿吨计算，石油储量大约在2050左右年宣告枯竭；天然气储备估计在131800-152900兆立方米，年开采量维持在2300兆立方米，将在57-65年内枯竭：煤的储量约为5600亿吨，1995年煤炭开采量为33亿吨，可以供应169年；铀的年开采量目前为每年6万吨，根据1993年世界能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期；核聚变到2050年还没有实现的希望。其实存在于世界中的能源还有许多，如太阳能、风能、核能等，这些新能源目前还没有得到很好的开发，可使用的时间难以估量。大力发展可再生能源用可再生能源和原料全面取代生化资源，进行一场新的工业革命，不仅是出于生存的原因，与之相连的是世界经济可获得持续的发展。不仅如此，由于大量使用化石能源，全世界每年产生约1亿吨温室效应气体，已经造成极为严重的大气污染，同时使得地球表面气温逐年升高；燃煤也会通过煤渣和烟尘放出大量有化学毒性的重金属和放射性物质，这都严重污染了人类的生存环境。面对严峻的现实，许多国家为此纷纷采取措施：积极提高能源效率、改善能源结构、探索新能源和可再生能源的利用，以期达到经济、社会的可持续发展的目的。这其中，开发新能源和可再生能源以替代日益枯竭的化石能源就成为了决定未来人类社会、经济发展的最具影响力的因素之一，而在所有的可再生能源中，太阳能作为一种绿色能源，以其独特的优势正在全世界范围内得到越来越广泛程度上的重视，成为世界各国争相发展的新能源对象。到达地球的太阳能，在大气圈外的太阳光强度为1.38kw/m2其中有30%向宇宙反射，剩余的70%可到达地球。太阳的寿命据推算达几十亿年，可以说太阳能取之不尽用之不竭。此外，太阳能不会产生二氧化碳等有害物质，不会引起全球气候变暖，是一种清洁能源。火力发电、水力发电、核能发电等常受到地域的限制，而太阳能不存在地域差别。与其他能源相比，太阳能具有以下特点：（1）储量巨大；（2）不会枯竭；（3）清洁能源；（4）不受地域限制；但太阳能光伏发电容易受到气象条件的影响，不具备蓄电功能。因此，对于大容量的太阳能发电装置，需要附加储能设备，例如蓄电池组，或把太阳能发电系统和交流电网联网进行能量互补。此外，太阳能发电本身虽然没有对环境造成污染，但太阳能电池和电力电子变换装置的制造过程仍会造成环境污染。随着国民经济的发展，人们逐步奔入小康生活，随处可以看到屋顶上放置着太阳能热水器。太阳能的热能已经得到了广泛的应用，而太阳能光伏发电却没有那么普及，主要是因为光伏发电成本较高。市场上太阳能电池的成本已经降到每瓦25元，一个普通家庭每日用电在3kW左右，光是太阳能电池的成本就在75000元左右，再加上控制器和逆变器的成本，对于一个普通家庭还是无法承受的。太阳能光伏发电是一种清洁的能源，其意义不仅可以替代石化燃料发电，而且可以减少二氧化碳和有害气体的产生。近年来，国家越来越重视太阳能光伏发电的前景。相信不久以后，太阳能光伏发电也会像太阳能热水器那样被人们广泛的应用[1-7]。1.2国外研究状况1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，其转换效率为4.5%，几个月后提高到6%，从此光伏技术的研究与应用进入了新的历史阶段。太阳能光伏发电产业自20世纪80年代以来持续高速发展，每年以30%～40%的速度递增。光伏发电技术的应用在当今世界，特别是在非洲、南美、澳洲及亚洲等各国，普遍受到重视。20世纪90年代以前，太阳能光伏发电主要应用在边远的农村无电地区以及远距离通讯、光伏水泵等产业领域。为了鼓励太阳能的开发和利用，各国政府分别积极制定各种优惠政策来推动太阳能光伏发电的发展。其中，以美日德等发达国家为主：（1）1996年，在美国能源部的支持下，美国政府开始了一项“光伏建筑物计划”，投资20亿美元，1997年美国政府在全世界率先宣布发起“百万太阳能屋顶计划”，2002年，美国的光伏电池生产总量达到112.9MW，计划到2010年要求发电成本降到7.7美分/千瓦时。（2）日本政府一早在1974年就公布了“阳光计划”，1993年又提出“新阳光计划”，旨在推动太阳能研究计划全面、长期地发展。日本相继颁布了一系列鼓励包括太阳能在内的可再生绿色能源研究与应用法规，极大地推动了日本光伏工业的发展与应用。2002年，日本的光伏电池生产总量已达到254.5MW，并且以世界最快的增长速度48.6%增长，到2010年一半以上的新居屋顶将安装光伏太阳能系统。（3）德国政府是世界上最早和最积极倡导鼓励光伏应用的国家之一。1990年，德国政府率先推出“1000太阳能屋顶计划”，1993年，德国首先开始实施由政府投资支持，被电力公司承认的1000屋顶计划，继而扩展为2000屋顶计划，1993年德国政府进一步提出了10万光伏屋顶计划，同时研究开发与建筑相结合的专用光伏组件等。1999年1月起开始实施“十万太阳能屋顶计划”。德国政府颁布的“可再生能源法”于2000年4月1日正式生效。此外，意大利、印度、瑞士、法国、荷兰、西班牙都有类似的计划，并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。从世界范围来讲，光伏发电己经完成了初期开发和规模应用发展，其应用范围几乎遍及所有的用电领域，并且光伏集中发电、光伏建筑等发展迅速，已逐渐成为市场主力[8-13]。1.3国内研究状况我国的光伏电池技术是从60年代发展空间用太阳能电池开发起步的，地面用光伏电池的生产是从1970年代初开始，主要的低成本技术以及生产能力则在80年代中期建立起来。80年代中期，我国光伏电池/组件总生产能力达到4.5MW，光伏产业初步形成。经过十年的努力，我国光伏发电技术有了很大的发展，光伏电池转换效率不断提高。至90年代初中期，我国光伏产业己处于稳定发展时期，生产量逐年稳步增加。“九五”期间，国家科委开始将太阳能屋顶系统列入国家科技攻关计划，企业界率先在深圳和北京分别建成了17KW和7KW的光伏发电屋顶系统。从市场份额上，光伏发电在2000年前的主要应用领域是：通讯行业占40%-50%，农村电气化行业（主要包括户用光伏系统和乡村级光伏发电）占40%左右，其它领域占10%左右。为了推动光伏技术及其产业发展，2003年10月，国家发展改革委员会、科技部制定出未来五年太阳能资源开发计划，发改委“光明工程”将筹资100亿用于推进太阳能光伏发电技术的应用，计划到2005年全国光伏发电系统总装机容量达到300MW。至2003年底，我国光伏产业总的生产能力达到38MW，太阳能电池/组件的实际生产量达到13MW。在市场方面，截至2003年底我国光伏系统累计装机容量达到45MW。2004年，我国在深圳建成了亚洲最大并网太阳能光伏电站，电站总容量达1兆瓦，年发电能力约为100万千瓦时；2008年北京奥运会，国家将太阳能光伏发电融入奥运建筑中，各奥运建筑大范围采用太阳能等绿色能源利用技术；2005年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过的《中华人民共和国可再生能源法》自2006年1月1日起正式施行，国家通过法律鼓励可再生能源利用。在我国，光伏发电产业的发展前景是辉煌的。一方面，我国现在还有很多人生活在无电、缺电的西部边远地区，解决这些地区的用电问题，很大程度上依赖于太阳能及其它新能源的大规模应用；另一方面，在东部沿海经济比较发达的地区，利用太阳能发电作为补充或替代能源又将会给我国光伏产业的发展提供一个新的发展空间[14-18]。1.4我国的太阳能资源及分类地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。资源丰度一般以全年总辐射量（单位为千卡/厘米2·年或千瓦/厘米2·年）和全年日照总时数表示。就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。我国属太阳能资源丰富的国家之一，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时。我国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高，属世界太阳能资源丰富地区之一；四川盆地、两湖地区、秦巴山地是太阳能资源低值区；我国东部、南部、及东北为资源中等区。在我国，西藏西部太阳能资源最丰富，最高达2333KWh/㎡(日辐射量6.4KWh/㎡），居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。根据各地接受太阳总辐射量的多少，可将全国划分为五类地区。一类地区：为我国太阳能资源最丰富的地区，年太阳辐射总量6680-8400MJ/㎡，相当于日辐射量5.1-6.4kwh/㎡。这些地区包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等地。尤以西藏西部最为丰富，最高达2333kwh/㎡（日辐射量6.4kwh/㎡），居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。二类地区：为我国太阳能资源较丰富地区，年太阳辐射总量为5850-6680MJ/m2，相当于日辐射量4.5-5.1kwh/㎡。这些地区包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。三类地区：为我国太阳能资源中等类型地区，年太阳辐射总量为5000-5850MJ/m2，相当于日辐射量3.8-4.5kwh/㎡。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、苏北、皖北、台湾西南部等地。四类地区：是我国太阳能资源较差地区，年太阳辐射总量4200-5000MJ/㎡，相当于日辐射量3.2-3.8KWh/㎡。这些地区包括湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏北部、安徽南部以及黑龙江、台湾东北部等地。五类地区：主要包括四川、贵州两省，是我国太阳能资源最少的地区，年太阳辐射总量3350-4200MJ/㎡，相当于日辐射量只有2.5-3.2kwh/㎡。表1-1各地区资源分类类型地区年照时间数年辐射总量千卡/cm·年1西藏西部、新疆东南部。青海西部、甘肃西部2800-3300160-2002西藏东南部、新疆南部、青海东部、宁夏南部、甘肃中部、内蒙古、山西北部、河北西北部3000-3200140-1603新疆北部、甘肃东南部。山西南部、山西北部、河北东南部、山东、河南、吉林、辽宁、云南、广东南部、福建南部、江苏北部、安徽北部2200-3000120-1404湖南、广西、江西、浙江、湖北、福建北部、广东北部、山西南部、江苏南部、安徽南部、黑龙江1000-1400100-1205四川、贵州1000-140080-100太阳能辐射数据可以从县级气象台站取得，也可以从国家气象局取得。从气象局取得的数据是水平面的辐射数据，包括：水平面总辐射，水平面直接辐射和水平面散射辐射。从全国来看，我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日辐射量在4kwh/㎡以上，西藏最高达7kwh/㎡。1.5国内光伏发电目前所存在的问题

目前，国内光伏发电还存在如下问题：

（1）由于各种原因的限制光伏发电的装机容量与火电机组和水电机组相比仍然较小，且分布较为分散，并网后协调性较差。随着薄膜电池的推广使用，光伏发电的成本可能会从原来每度光电薄膜电池的上网电价4元降至1元左右，在很大程度上降低了成本。但与目前的火电机组、水电机组甚至风电机组发电成本相比较上网电价依旧较高，还无法在电力市场中参与竞争。

（2）太阳能电池发电系统造价依旧较高，从而导致市场规模相对较小，达不到理想的规模经济程度，制约光伏发电的大规模应用。作为本国可持续发展的一个环节，太阳能光伏发电要想进一步发展不仅需要政府的鼓励政策以及优惠补贴，更需要政府加大推动力度，建立起协调推进机构，组织项目的具体实施，研究制定可行性强的支持政策，解决与之相关的资金、技术、法律和安全等问题[19]。1.6课题研究意义及内容1.6.1课题研究意义我国人口众多、住宅数多，照明用电量十分可观。然而白炽灯（能耗高但光效低）使用比率依然很高，特别是在某些城镇150W以上的大功率白炽灯泡使用率达23.4%以上，电力浪费十分严重。另一方面，我国仍有许多地区存在无电和缺电的现象，比如部队的边防哨所、邮电通讯中继站、公路及铁路的信号站、地质勘探和野外考察工作站、农牧区、海岛驻军、内陆湖泊渔民、地处野外高山的微波站、航标灯、电视差转台站、气象站、森林中的燎望烽火台、石油天然气输油管道、近海滩涂养殖业及沿海岛屿等。据统计，目前我国仍有大约4000万人生活在无电地区。在贵州，这种情况更加严重。由于常年的经济落后和交通不便利，很多贵州的偏远山区生活条件艰苦、信息滞后、通信设施落后、连最基本的家庭照明用电都很难以得到保证。因此解决他们的用电问题对稳固地方经济建设、增进国家稳定等具有重要的意义。目前对于偏远山区，有采用电网送电和当地柴油或汽油机组发电。然而由于地理位置原因，架线送电路程遥远、线路成本高，而且山区电网的线路维护费用也很高、难以承受。如果靠当地柴油或汽油机组发电的话，由于燃料费用本身就高，再加上地处偏远，燃料运输费用高，而且难以保障持续供电。因此，柴油或汽油机组发电只能作为紧急的电源使用。要切实解决这些地区的用电问题，必须利用当地的可再生能源。而太阳能是资源量最大、分布最普遍的可再生清洁能源，太阳能光伏发电可直接将太阳光转换成电能，具有良好的经济优越性。1.6.2课题研究内容本文的主要内容是太阳能发电的基本常识及太阳能电池的分类、太阳能电池的特点、太阳能电池的安装；根据太阳能发电的特点，用控制器为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。本文重点介绍该系统的蓄电池的功能、特性、自放电、使用寿命、主要参数；太阳能充电控制器的设计。2系统整体概述2.1太阳能发电技术分类

目前,应用的主要太阳能发电技术分类如图2-1所示。其中，非聚光类太阳能热发电技术有太阳池热发电、太阳能热气流发电等；聚光类太阳能热发电技术有塔式太阳能热发电、槽式太阳能热发电。较为成熟的太阳能发电技术是太阳能光伏发电和太阳能热发电。太阳能热发电技术通过聚光产生高温进而发电。效率较高，更具应用前景。尽管世界各国研究太阳能热发电技术已有多年。但目前只有槽式太阳能热发电站实现了商业化示范运行。而塔式、碟式发电系统仍处于示范阶段。本论文主要研究的是太阳能的光伏发电。图2-1主要太阳能发电技术2.2太阳能光伏发电的应用“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。如果两者之间连通，就会形成电流的回路。当前，太阳能作为新型能源被人们广泛的应用，太阳能发电也成为了热门的行业。主要体现在以下几个方面：（1）由于太阳能不受地域限制、无所不在的特点，可以将太阳能发电用于供电困难的偏远地区、远离大陆的海岛灯塔、远离城市的山区小屋、山顶的无线电转播台等最能发挥太阳能发电优势的地区。（2）太阳能发电采用分散型发电，一般只需满足本区域的用电，无需远距离送电，故可以减少输电损耗。（3）电源多样化，可以安全可靠供电。常规能源有火力、水力、核电等；新能源则有风力、太阳能等。多种能源发、供电，对于一个国家的安全、可靠供电有利，将不会依赖特定的燃料供给。特别是在发生自然灾害之际，学校、医院、公园都需事先设置紧急的太阳能发电备用电源。（4）对城市供电高峰时的平峰贡献。发电设备建设周期很长，运行以后无法在短时间内增加尖峰负荷所需电力，而且城市供电的负荷十分不均衡。例如，白天比夜晚的用电量大，夏季由于用空调用电量比冬季用电量多。其对应的方法，如核电就用抽水蓄能电站来平峰，黑夜负荷低时，就用多余的电力抽水；白天负荷高时，用蓄能水力发电以削平电力峰值。太阳能发电就可以在城市电力高峰时，与交流电网并网以补充峰值负荷的不足，起到平峰作用。一般在午时，太阳能发电能力达到顶峰，这样刚好与城市用电的需求相吻合[21]。2.3太阳能照明系统组成太阳能照明系统利用太阳能电池的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换成电能，再用照明。基本的太阳能照明系统一般是由太阳能电池、控制器、蓄电池和灯具构成，如图2-2所示。如果交流负载，系统还必须配备逆变器。图2-2太阳能照明系统框图（1）太阳能电池板太阳能电池板是太阳能光伏发电系统中的能量来源部分，其作用是将太阳能直接转换成电能，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。（2）控制器控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。（3）逆变器逆变器的作用就是将太阳能电池阵列和蓄电池提供的低压直流电逆变成220伏交流电，供给交流负载使用。（4）蓄电池蓄电池的作用是将太阳能阵列发出的直流电直接储存起来，供负载使用。在光伏发电系统中，蓄电池处于浮充放电状态，当日照量大时，除了供给负载用电外，系统还对蓄电池充电；当日照量小时，这部分储存的能量将逐步放出。（5）灯具作为太阳能照明系统的负载，理想的灯具既要高效照明，又要尽可能的降低功率损耗。2.4太阳能电池2.4.1太阳能电池工作原理太阳能电池主要由半导体硅制成。半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，在半导体上照射光后，由于其吸收光能会激发出电子和空穴（正电荷），从而半导体中有电流流过。下面就硅晶体做成的半导体加以说明。众所周知，掺有磷杂质的硅含有多余电子，称为N型半导体；掺有硼杂质的硅含有多余正电荷，称为P型半导体。若将两者结合，称为PN结，这就是半导体器件的最基本结构。太阳能电池同样是利用了PN结的光伏效应。如图2-3。在PN结中，P型半导体的电子受到拉力，N型半导体的正电荷受到拉力，在结合处形成正负抵消的区域，形成阻挡层。此时，如有光照射，则激发电子自由运动流向N型半导体；正电荷则集结于P型半导体，从而产生了电位势。如果外接灯泡（负荷），就有电流流动。图2-3太阳能电池工作原理图2.4.2太阳能电池的分类与特性太阳能电池的制造方法各异，但按材料来分类最为重要，其分类为硅材料和化合物材料。用硅材料制成的太阳能电池最为常见，硅材料又分晶体和非晶体，晶体又包括单晶和多晶和薄膜式多晶。太阳能光伏发电系统的第一个入口点是太阳能电池。由一片单晶硅片构成的太阳能电池称为单体；多个太阳能电池单体组成的构件称为太阳能模块；多个太阳能电池模块即模块群构成的大型装置称为太阳能电池阵列。阵列有公共的输出端，可直接接向负荷。太阳能电池的特性：短路电流（）：当太阳能电池的两端是短路状态时进行测定的电流。如图2-4所示，该电流随光强度按比例增加。开路电压（)：当太阳能电池电路将负荷断开测出的两端电压。如图2-5所示，该电压随光强度按指数函数规律增加，其特点是低光强度值时，仍保持一定的开路电压。图2-4短路电流与与光强度E的关系图2-5开路电压与光强度E的关系在某一光照强度下，太阳能电池的伏安特性如图2-6所示，太阳能电池的输出功率可通过伏安特性进行分析。实际上，太阳能电池的工作电流和电压是由负荷电阻值决定的。如图2-6上的不同负荷电阻R1、R2、R3与特性曲线的交点确定了不同的工作电流和电压。电流和电压的乘积就是功率，如图2-6所示的矩形面积就表示功率大小，我们在使用太阳能电池时，总是要求输出功率最大，即要保证图中矩形面积最大。这样，我们就事先推算出某光强度E下电压与输出功率P的特性，如图2-7所示。当光强度改变时，电压随之变化，即可找到该时的最大功率Pmax。在某光强度下，对应最大功率Pmax的电流和电压分别为最佳工作电流Ipmax和最佳工作电压Upmax。图2-6太阳能电池伏安特性与负荷电阻的交点图2-7在一定光照度E下电压与输出功率的特性2.5充放电控制器太阳能充放电控制器是整个系统的核心部分，它主要实现充放电和最大功率跟踪的功能。太阳能电池白天受到光照产生电能，给蓄电池充电；黑夜时，蓄电池给负载供电。若无控制器的智能控制，蓄电池会出现过充和过放的现象，这将大大降低蓄电池的使用寿命。太阳能电池在充电过程中，周围环境的不断变化导致了光强或温度变化。因此，太阳能电池板的输出特性也就随之变化。对其进行最大功率点跟踪（MPPT）控制，快速、准确地跟踪最大功率点，可以使系统从外界最大限度地吸收能量。太阳能电池最大功率跟踪控制方法有很多种，比较简单的控制方法，如功率比较法、扰动观察法等，已经发展到具有智能化得控制方法，如模糊控制、神经网络控制等[22]。2.6蓄电池蓄电池是独立型太阳能照明系统不可缺少的储能部件。太阳能发电系统对蓄电池的选择是从电气性能、价格、尺寸、重量、寿命、维护方便、安全可靠、充放电性能等诸方面加以综合评估。2.6.1蓄电池的电气特性（1）蓄电池的端电压铅酸蓄电池的端电压是随着充电和放电过程的变化而变化，可表示为充电时：（3-1）放电时： （3-2）式中，U为蓄电池端电压；为正极板的超电势；为负极板的超电压；I为充、放电流；R为蓄电池内阻。（2）蓄电池容量蓄电池的容量就是蓄电池的蓄电能力，通常以充足电后的蓄电池放电至其端电压到终止电压时，电池所放出的总电量来表示。当蓄电池以恒定电流放电时，它的容量（Ah）等于放电电流（A）与其持续时间（h）的乘积，即 QUOTE （3-3）如果放电电流不是常数，那么蓄电池的输出容量为不同的放电电流与其持续时间的乘积之和，即（3-4）式中，t1～tn分别为放电持续时间；I1～In分别为时间t1～tn的放电电流。（3）蓄电池的荷电状态蓄电池的荷电状态用来反映蓄电池的剩余容量。其数值上定义为蓄电池剩余容量占其总容量的百分比，即

（3-5）式中，QUOTE为电池在当前条件下还能输出的容量（剩余容量）；QUOTE为电池在当前条件下所能放出的最大容量。如果将电池充满电状态为SOC=1，且有：QUOTE （3-6）式中，Q为电池已放出的容量。则式2-6可表示为 （3-7）（4）放电速率放电速率简称为放电率，常用时率和倍率表示。时率是以放电时间表示的放电速率，即某电流放电至规定终止电压所经历的时间。倍率是电池放电电流的数值为额定容量数值的倍数。一般用符号C及其下标表示放电时率。如放电电流为，对于一个的电池，即以0.160=6A的电流放电；则指180A的电流放电。（5）自放电现象当电池处于非工作状态时，虽没有电流流过蓄电池，但是电池内的活性物质与电解液之间自发的反应却一直在进行，造成电池内的化学能量损耗，使电池的容量下降，这种现象称为电池的自放电。自放电现象和环境温度有关。当温度较高时，自放电现象比较明显。但自放电一般不会损伤电池本身，只要蓄电池重新充满，仍可以照常使用。相对镍镉电池来说，铅酸蓄电池自放电现象比较严重。考虑到这一点，在设计蓄电池充电时，当其充满后，采用涓流对电池进行补充充电。2.6.2蓄电池的寿命及其影响因素（1）过充电程度的影响当蓄电池过充时，蓄电池的板极吧、分离栅等不见必须承受由于电解的氧化而造成的损坏，特别在浮充或涓流充电时。过充量是决定蓄电池寿命的一个至关重要的因素。（2）温度的影响温度的升高虽然会使蓄电池的输出容量增大，但它加速了蓄电池电极的腐蚀，提高了蓄电池的出气量，使电解液损失。特别在充电期间，酸浓度大，电极的腐蚀造成活性物质的脱落，使需电池的寿命降低。在低温充电时引起气体析出造成内部压力增大和电解液减少，使蓄电池的寿命降低。2.7本章小结本章主要介绍的是太阳能光伏发电系统的太阳电池及蓄电池部分，太阳电池部分主要介绍了太阳电池的种类、原理、光伏组件的类型、特性。蓄电池部分主要介绍蓄电池的原理、特性、充放电控制策略等问题。3电源硬件设计3.1系统总体设计 系统总体框图如图3-1所示，重点在于充放电控制器的设计，包括图中的DC/DC、A/D转换电路、驱动电路、稳压电路和STC89C52RC单片机接口电路。图3-1低压照明硬件系统框图3.2控制器硬件的设计3.2.1控制芯片STC89C52RC简介STC89C52RC是由STC公司生产的RC系列单片机，它是MCS-51系列中的52子系列的一员，属于加强型8051单片机。与普通的8051单片机52子系列相比，STC89C52RC具有以下特点：（1）内有看门狗，缺省时为关闭（冷启动），启动后无法关闭，可省去外部看门狗。（2）出厂时就完全加密，无法解密。（3）有DIP-40、PLCC-44、PQFP-44三种封装，其中后两种封装有P4口，P4口的地址为E8H，并附加两个外部中断源P4.2/INT3和P4.3/INT2。（4）扩展了256字节RAM，共512字节RAM。（5）超低功耗，正常工作模式下电流为4～7mA，空闲模式电流为2mA，掉电模式电流仅有0.5μA。（6）I/O口、电源、时钟、看门狗、复位电路都经过特殊处理，具有超强抗干扰能力。（7）具有在系统可编程（ISP）特性，无需通用编程器，单片机在用户系统就可以下载烧录程序。3.2.2单片机的通信接口8051单片机主要依靠串行口与PC机进行通信，串行数据传送格式串行通信时将数据一位一位地传送，它只需要一根数据线，硬件成本低，而且可使用现有的通信通道。电子工业协会（EIA）公布的RS-232C是用得最多的一种串行通信标准。（1）RS-232C与TTL电平转换RS-232C以位串行方式传送数据的格式，数据从最低有效位开始连续传送，以奇偶校验位的传送方式。在电气性能方面，RS-232C标准采用负逻辑，逻辑“1”电平在-5V～-15V范围内，逻辑0电平则在+5V～+15V范围内。RS-232C的逻辑电平与TTL电平不兼容，为了与TTL电平的80C51单片机器件连接，必须进行电平转换。美国MAXIM公司生产地MAX232系列RS-232C收发器是目前较为普遍的串行口电平转换器件。芯片内部包含2个收发器，采用“电荷泵”技术，利用4个外接电容C1～C4,一般为0.1μF，就可以再单+5V电源供电的条件下，将输入的+5V电压转化为RS-232C输出所需要的12V电压，在实际应用中，由于器件对电源噪声很敏感，因此必须在电源VCC与地之间加一个去耦电容C5。（2）单片机与MAX232的接口单片机有RXD和TXD两根串行线，分别为接收数据线和发送数据线，特别注意接收数据线与发送数据线的连接。3.2.3键盘驱动电路在单片机控制系统中，键盘输入是实现人机对话的必不可少的功能配置，它可以实现数据、命令的传送功能，键盘也是控制单片机系统的最直接的手段，应用键盘可以大大提高工作效率。（1）键盘的分类与消抖键盘可分为两大类：编码键盘和非编码键盘。编码键盘是由硬件电路完成按键识别工作的，每按一次键，键盘会自动产生相应的代码并产生一个选通脉冲通知单片机。这种键盘易于实现，但按键多时硬件会比较复杂。非编码键盘提供的按键只有两种状态，即开和断，该种键盘只简单地提供键盘的行列与矩阵，按键的识别和读数等需要靠软件来完成，故硬件较为简单，但占用CPU较复杂。常用的此类按键有：独立式按键和矩阵式按键键盘。在单片机系统中，键盘所采用的按键为机械式弹性按键，它采用类似金属接触式开关的原理使触点导通或断开，提供开合关两种状态。由于键盘按键为机械弹性开关，因而存在机械触点的弹性作用，这样一个按键开关在闭合和断开的瞬间均有一连串的抖动，开关闭合时低电平，开关断开时为高电平，闭合和断开瞬间会产生电平信号的抖动。抖动的时间的长短有按键的机械特性决定，一般为5～10ms。在抖动过程由于引起电平信号的波动，会使CPU误解为多次按键操作，引起误处理。因此，为了确保CPU对一次按键动作只确认一次按键，必须消除抖动的影响。按键抖动通常采用硬件和软件两种消除方法。软件消抖对于一般的项目就可以满足，软件消抖只需用软件延时就可以实现，无需另加硬件来消抖，这样可以减少成本。（2）键盘的基本组成形式在不同的控制系统中，键盘的组成形式有比较大的差别，主要分为：独立式键盘和矩阵键盘。独立式键盘的各个按键之间彼此是独立的，每个按键通过一根输入线与单片机的I/O口相连。独立式键盘电路简单，软件设计业比较简单，但由于每一个按键均需要一根输入线，当键盘按键数量比较多时，需要的I/O口线也较多，因此独立式键盘只适合于按键较少的应用场合。独立键盘可以工作在多种方式下，主要包括查询方式和中断方式。由于本设计使用的按键较少，采用独立键盘方式具有一定的优势，为了不浪费CPU的资源，采用中断方式驱动键盘。3.2.4温度传感器在工业控制和电子测量中，温度传感器是实现温度测量和控制的关键部件，他起着至关重要的作用。同样在本设计中需要用到温度传感器，可以用它实现温度补偿。温度传感器是一种被测物体温度变化这种非电量物理信号按一定的规律转换为电量变化的装置，它是利用一些金属、合金或半导体材料与温度有关的特性制成的。设计采用的是DS18B20数字温度传感器，它只需一个接口引脚即可通信，可用数据线供电，并具备多点测温能力。（1）DS18B20测温原理DS18B20数字传感器采用单线总线结构，这种结构式美国DALLAS公司的一项专有技术，它用一根线实现信号的双向传输，具有接口简单、容易扩展等优点，并且可以同时挂接多个从机。DS18B20是DALLAS生产地单线数字温度传感芯片，它可以直接将被测温度转换为串行数字信号，供单片机进行处理，具有低功耗、高性能、抗干扰能力强等优点。（2）DS18B20的特点与结构DS18B20的特点如下：=1\*GB3①采用单总线专用技术，微处理器仅需一条端口线便可实现与DS18B20的双向通信。=2\*GB3②可实现简单的多点分布式温度检测。=3\*GB3③不需要外部器件。=4\*GB3④内含寄生电源，电压范围：3.0V～5.5V。=5\*GB3⑤测温范围：-55～125℃.=6\*GB3⑥可编程的温度转换分辨率，可根据应用需要在9～12bit之间选取。=7\*GB3⑦12位数字测温分辨率可达0.0625℃，最多在750ms内把温度值转换为数字值。=8\*GB3⑧用户可自行设定非易失性的报警上下限值。=9\*GB3⑨DS18B20采用节能设计，在等待状态下功耗近似为零。=10\*GB3⑩电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。3.2.5A/D转换及采样电路（1）A/D转换器ADC（AnalogDigitalConverter）的功能是将输入模拟量转换为与其成比例的数字量。按其工作原理，有比较式ADC、积分式ADC以及电荷平衡（电压——频率转换）式ADC等。本设计使用的ADC为ADC0809，它是一种较为常用的8路模拟量输入，8位数字量输出的逐次比较式ADC芯片。芯片的主要部分是一个8位的逐次比较式A/D转换器。为了能实现8路模拟信号的分时采集，在芯片内部设置了多路模拟开关及通道地址锁存和译码电路，因此能对多路模拟信号进行分时采集和转换。ADC0809的最大不可调误差为1LSB，典型时钟频率为640kHz，时钟信号由外部提供。每个通道的转换时间约为。各引脚的功能如下：IN-0～IN-7:8路模拟量输入端。2-1～2-8：数字量输出端。START：启动脉冲输入端。脉冲上升沿复位0809，下降沿启动A/D转换。ALE：地址锁存信号。高电平有效时把3个地址信号送入地址锁存器，并经地址译码得到地址输出，用以选择相应的模拟输入通道。EOC：转换结束信号。转换开始时变低，转换结束时变高，变高时降转结果打入三态输出锁存器。如果将EOC和START相连，加上一个启动脉冲则连续进行转换。ENABLE：输出允许信号输入端。CLOCK：时钟输入信号，最高允许值为640kHz。ref(+):正基准电压输入端。ref(-):负基准电压输入端，通常将ref(+)接+5V，ref(-)接地。VCC：电源电压，可从+5～+15V。GND：电源地。ADD-A～ADD-C: 通道选择端。ADC0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性，电压范围为0～5V，若信号过小还需要放大。另外，模拟量输入在A/D转换过程中其值不应变化太快，因此对变化速度快的模拟量，在输入前增加采样保持电路。（2）采样电路控制器设计中，充电时需要对光伏电池、蓄电池进行电压和电流采样，放电时需要对蓄电池、负载进行电压采样。该采样设计可以对最高为17V的电压进行采样，可以满足12V充电系统的需要。其中每模拟通道都有两个二极管，起过载保护作用，当输入电压高于Uref+0.7V左右时，D10和D12导通，输入电压被钳位在Uref左右的水平上；当输入电压低于-0.7V时，D11和D13导通，输入电压被钳位在-0.7V的水平上。这种过载往往是尖峰干扰，持续时间很短。3.2.6光源跟踪光源跟踪可以提高太阳能发电效率的20%左右，所以光源跟踪的设计也是很有必要的。光源跟踪电路设计比较简单，可以使用光敏电阻感测太阳光的强度。（1）光敏电阻的工作原理有些半导体在黑暗的环境下它的电阻是很高的，但当它受到光线照射时，若光子能量hγ大于本征半导体材料的禁带宽度,同禁带中的电子吸收一个光子后就足以跃迁到到导带，激发出点子—空穴对，从而加强了导电性能，使阻值降低，且照射的光线愈强阻值也愈低。光照停止，自由电子与空穴逐渐复合，电阻又恢复原值。基于这种原理制成的有光导管，也叫光敏电阻。光敏电阻的种类繁多，一般有金属的硫化物、硒化物、锡化物等组成。由于所用材料、工艺过程的不同，它们的光电性能相差很大。（2）光源跟踪的实现光敏电阻驱动连接如图3-2所示，图3-2光敏电阻驱动连接图当太阳光直射电池板时，要保证两个光敏晶体管的分压是相同的。要使太阳能电池板跟踪光源，就必须给使光敏电阻产生遮光，使两个光敏电阻的分压不同，然后将其电压转换成数字信号，由单片机处理信号，同时驱动步进电机或者是普通电机旋转直到光敏电阻的分压相同。整个过程就可以实现光源跟踪的效果。3.2.7蓄电池充放电电路给蓄电池充电有恒流充电、恒压充电、浮充方式，采用PWM技术可实现最大功率充电，在整个系统中，充放电电路的设计最为复杂。（1）开关管的选择目前中大功率DC/DC变换器功率开关管一般选择MOSFET管和IGBT模块；对于大功率变换，由于MOSFET管功率及电压等级的限制，一般利用IGBT模块作为开关器件；中小功率场合，MOSFET管仍然居主导地位。本设计选用MOSFET。正确选择MOSFET管的电压、电流额定值是保证器件安全可靠工作地先决条件。通常，MOSFET管的额定值和实际值之间应留有一定的余量，使器件安全可靠地运行。本系统中，输入电压在12～17V之间，MOSFET管额定电压应该在2.1×17=35.7V以上，所以选择IRF3205作为开关管。（2）充电电路的设计IRF3205是一种N沟道MOSFET，且S极到D极具有二极管特性，有关详细的IRF3205的参数可以查阅相关的数据手册。充电系统要考虑到太阳能电池电压的大小和蓄电池的大小。若前者高于后者，则让IRF3205导通，这就是充电的条件。若后者高于前者，则需将MOSFET关断，否则蓄电池给太阳能电池“充电”，这是我们不想看到的结果。要判断MOSFET管是要导通还是关断，就必须比较太阳能电池的电压和蓄电池的电压，这项工作由采样电路来完成。需要注意的是，IRF3205的S极到D极具有二极管特性，所以用一个管是不能满足太阳能电池与蓄电池的电气连接导通和关断的需要。3.2.8电源模块电源的设计也是一个关键环节，电源的质量关系到CPU可靠地运行，对本系统需要给单片机和外围芯片提供5V直流电源[14]。（1）稳压器7805三端集成线性稳压器7805的5V电源原理如图3-3所示。图3-3三端集成线性稳压器7805的5V电源原理图本系统式是以12V电源经7805后为后续电路供电的，电路实现比较简单。其原理为：开关S1闭合，电路经过滤波电容C1和C2两次滤波后，再经过7805的稳压之后，7805的输出管脚稳定的线性5V电源，电容C3和C4的设置也是起到滤波的作用，R1作为限流电阻，D1是LED作显示电路部分，其指示作用。从VCC处可以引出稳定的5V电压，但是其提前是7805的输入管脚的电压要在5V以上，即只要当7805的输入管脚的电压大于输出管脚的电压时，它才能起到稳压的作用。（2）电源模块抗干扰措施单片机电源模块的抗干扰技术是系统可靠性的重要指标。一个设计良好的电源模块，应在设计过程中充分考虑到抗干扰性能的要求。因为一个系统的正确与否，不仅取决于系统的设计思想和方法，同时还取决于系统的抗干扰措施，尤其是电源模块的抗干扰措施，否则势必会出现原理正确而系统稳定性差，甚至不能使用的问题。采用的措施如下：=1\*GB3①采用避雷措施，避免雷电引起瞬变电磁场产生强烈的干扰和损坏；=2\*GB3②采取瞬间电压抑制措施；=3\*GB3③使用浪涌抑制器。（3）消除电源干扰措施电源也是一种干扰源，将电源产生的干扰消除，尽量小地影响单片机，可以采用以下措施：=1\*GB3①采用滤波电路，在电源模块的直流输出端，采用电容滤波电路，滤波电源产生的谐波；=2\*GB3②注意晶振布线，晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定，从而使电源模块中的干扰尽量少影响到晶振；=3\*GB3③电路板合理分区，尽可能使电源与敏感器件远离；=4\*GB3④电源地线与数字信号地线与数字信号地线要相互隔离，防止地线之间的耦合。3.2.9控制器的保护电路（1）短路保护线路短路会导致电流过大，容易烧坏系统中电子线路，所以在控制器的保护电路要考虑到短路保护的设计。在选择过流保护装置时同样要考虑余量，一般取额定电流的1.5倍，本系统的额定电流为10A。（2）反接保护及报警电路有时由于人为地操作不当，发生蓄电池或太阳能电池反接的情况，若不对其进行反接保护，则会烧坏某些电子元件，比如极性电容，甚至使整个系统发生崩溃。反接保护的设计其实很简单，只需在12V电源端嵌入一个二极管。二极管具有单向导通性，电源一接反，二极管截止，这样起到了反接保护的作用。二极管只能起到反接保护作用，但整个系统还是不能正常工作，所以还需要有反接报警电路“告知”人们接线错误。（3）防雷保护低压照明系统广泛的应用在路灯照明，所以需要加上防雷保护，以免遭受雷击时控制器的电子线路被烧坏。比较常用的措施是在控制器中加入一个压敏电阻。压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值“UN”时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过“UN”时，流过它的电流剧增，相当于阀门打开。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。3.3本章小结本章主要是对电源硬件的系统设计，并对光伏系统中控制器功能的研究。主要内容有系统的总体设计、控制器工作原理、充放电控制、对太阳方位和高度的跟踪、对太阳电池最大功率点的跟踪等。4软件设计4.1系统总体软件结构（1）充电设计流程图本系统采用模块化结构设计，根据完成的功能的不同，将整程序分为以下几个功能模块：A/D转换模块、最大功率跟踪模块、恒流充电模块、恒压充电模块、浮充模块和维护充电模块。根据采样所得的太阳能电池阵列的电压来设定充电方式，软件流程图如图4-1所示。图4-1系统软件流程图（2）充电控制程序设计蓄电池充电控制采用阶段式充电控制方式，当蓄电池端电压Ub＞13.6V时无需考虑MPPT跟踪，采用常规的充电方式对蓄电池进行充电。这一过程：首先对蓄电池进行恒流充电，到充电后期即当Ub＞13.6V时，进行恒压充电，等到充电将满时即Ub＞14V时进行浮充，当蓄电池达到14.4V时充电结束。4.2C51语言编程4.2.1C51语言与汇编语言的比较在国内，汇编语言在单片机开发过程中是比较流行的开发工具。长期以来对编译效率的偏见，以及不少程序员对使用汇编语言开发硬件环境的习惯性，使C语言在很多地方遭到冷落。优秀的程序员写出的汇编语言程序的确有执行效率高的有点，但汇编语言其可移植性和可读性差的特点，使其开发出来的产品在维护和功能升级时的确有极大地困难，从而导致整个系统的可靠性和可维护性差。而使用C语言进行嵌入式系统的开发，有着汇编语言不可比拟的优势。应用C51语言编写程序具有以下特点:（1）不要求了解处理器的指令集，也不必了解存储器的结构。（2）寄存器分配和寻址方式由编译器管理，编程时不必考虑存储器的寻址等。（3）可使用与人的思维更接近的关键字和操作函数。（4）可使用C51语言中库文件的许多标准函数。（5）通过C语言的模块化编程技术，可以将已编好的程序加入新的程序中，大大缩短了产品开发的周期。（6）编程调试灵活方便，当前所有的嵌入式系统都有相应的C语言级别的仿真调试系统，调试十分方便。（7）生成的代码效率高，当前较好的C编译器编译出来的代码效率只比汇编语言低20%，如果使用优化编译选项甚至可以降低。（8）可移植性好，在C51下编写的程序通过改写头文件及少量的程序行，就可以方便的移植到196或PIC系列上，也就是说，基于C语言环境下的嵌入式系统能基本达到平台的无关性。4.2.2C51语言与标准C语言的比较标准C语言，或称为ANSIC语言。单片机的C语言和标准C语言之间有许多相同的地方，但也有其自身的一些特点。不同的嵌入式C语言编译系统之所以与ANSIC语言有不同的地方，主要是由于他们所针对的硬件系统不同，对于MCS-51系列单片机，我们称为C51语言。其不同点主要体现在以下几方面。（1）C51语言中定义的库函数和标准C语言定义的库函数不同。标准C语言定义的库函数是按照通用微型计算机来定义的，而C51语言总的库函数是按MCS-51单片机的应用情况来定义的。（2）C51变量的存储模式与标准C语言的数据类型也有一定得区别。在C51语言中增加了几种针对MCS-51单片机特有的数据类型。例如，MCS-51系列器件包含位操作和丰富的伪操作指令，因此C51语言与ANSIC语言相比要多一种位类型，使得它能同汇编语言一样，灵活地进行位指令操作，大大提高了编写程序的效率。（3）C51变量的存储模式与标准C语言中变量的存储模式不一样。C51语言中的变量的存储模式与MCS-51单片机的存储器紧密相关。从数据存储类型上，8051系列有片内、片外程序存储器，片内、片外数据存储器。在片内程序存储器还分为直接寻址区和间接寻址区，分别对应code、data、xdata、idata，以及根据51系列特点而设定的pdata类型，使用不同存储器将会影响程序执行的效率，不同的模式对应不同的硬件系统和不同的编译结果。（4）C51语言与标准C语言的输入/输出处理不一样。C51语言中的输入/输出时通过MCS-51串行口来完成的，输入/输出指令执行前必须对串口进行初始化。（5）C51语言与标准C语言在函数使用方面有一定的区别，例如C51语言中有专门的中断函数。4.2.3KeilC51数据存储类型（1）C51数据存储类型分类C51最具有特色的地方就在其数据存储类型的使用，众所周知，8051单片机存储区可分为内部数据存储区、外部数据存储区及程序存储区。8051单片机的内部数据存储区是可读写的，8051派生系列最多可以有256字节的内部数据存储区，其中低128字节可直接寻址，高128字节（0x80到0xFF）只能间接寻址，从20H开始的16字节可位寻址，内部数据区可分为3个不同的存储类型：data、idata和bdata。外部数据区也是可读写的，访问外部数据区比访问内部数据区慢，因为外部数据区是通过数据指针加载地址来间接访问的。C51语言提供两种不同的存储类型xdata和pdata访问外部数据。程序存储区只能读不能写，可能在8051单片机内部或者外部，或者外部和内外都有，由8051单片机的硬件决定。C51语言提供了code存储类型来访问程序存储区。每个变量可以明确地分配到指定的存储空间，对内部数据存储器的访问比对外部数据存储器的访问要快的多，因此应当将频繁使用的变量放在内部存储器中，而把较少使用的变量放在外部存储器中。（2）DATA区DATA区寻址是最快的，所以应该把经常使用的变量放在DATA区，但是DATA区的空间是有限的，DATA区除了包含程序变量外，还包含了堆栈和寄存器组。DATA区声明中的存储标识符为data，通常指片内RAM的低128字节的内部数据存储的变量，可直接寻址。标准变量和用户声明变量都可以存储在DATA区中，只要不超过DATA区的范围即可，因为C51语言使用默认的寄存器组来传递参数，这样DATA区至少失去了8字节的空间。（3）BDATA区BDATA实际是DATA中的位寻址区，在这个区中声明变量就可以进行位寻址。位变量的声明对状态寄存器来说是十分有用的，因为它可能仅仅需要某一位，而不是整个字节。BDATA区声明中的存储类型标识符为bdata，指内部可位寻址的16字节存储区（20H到2FH），数据类型是可位寻址变量的数据类型。（4）IDATA区IDATA区也可以存放使用比较频繁的变量，使用寄存器作为指针进行寻址，即在寄存器中设置8位地址进行间接寻址。与外部存储器寻址相比，它的指令执行周期和代码长度都比较短。IDATA区声明中的存储类型标识符为idata，指内部的256字节的存储区，但是只能间接寻址，速度比直接寻址慢。4.3本章小结本章主要是对系统的总体软件进行介绍。本系统采用模块化结构设计，根据完成的功能的不同，将整程序分为六个功能模块。而蓄电池充电控制则采用阶段式充电控制方式。所使用的编程工具是C51语言，并将它与C语言进行比较。5光源跟踪器5.1光源跟踪器的硬件设计5.1.1CPU选型本系统仍然选用MCS-51单片机，型号为STC89C52RC。5.1.2A/D转换器本系统采用的是ADC0804，为8位逐次逼近A/D转换器。其连接图如图5-1所示。图5-1ADC0804连接图其中管脚1连接单片机I/O，管脚6连接采样电路，其他管脚的连接如图6-2所示。5.1.3电源电路众所周知，USB所提供的电压为5V左右，方便连接，所以系统采用的是USB供电，其连接图如图5-2所示。图5-2USB供电连接图5.1.4LED显示电路LED连接简单，所以系统采用带有小数点的7段共阴极数码管。其管脚排列图如图5-3所示。图5-37段共阴极数码管管脚排列图其中A为共阴极端，其他管脚与单片机的P0口连接。P0口的驱动电流不足以使LED发光，所以一般在P0口加入一个1K的排阻以提高驱动电流。5.1.5直流电机驱动电路本系统采用H桥来驱动直流电机，其原理图连接如图5-4所示。图5-4H桥电机驱动电路控制电机转动的方法是系统设计的关键，在软件设计时应采用PWM技术来控制电机的转速。电机应按照PV光伏板的重量来选定，若电机的电流较大时可以选用继电器代替三极管重新配置H桥。5.2光源跟踪器的软件设计5.2.1软件设计流程图光源跟踪器软件流程图如图5-5所示。A/D驱动程序见附录。图5-5光源跟踪器的软件流程图5.3本章小结本章详细介绍了最大功率跟踪技术的设计原理及原理图，并对几种传统的最大功率点跟踪(MPPT)控制算法进行了分析。对光源跟踪器的硬件设计中的原件进行了逐一介绍，如：CPU的选型、A/D转换器、LED显示电路、直流电机驱动电路等。6结论与展望6.1结论在我国能源供需平衡中，可再生能源已经具有重要地位。而太阳能光伏发电的应用是光伏系统的发展趋势。当然，要使太阳能发电真正达到民用水平，主要有两个问题需要解决，一是提高太阳能光电变换效率，降低成本，二是实现太阳能发电与电网的连接，大功率光伏并网发电系统以及光伏发电与建筑相结合的屋顶并网光伏发电系统都必将成为光伏应用最重要的领域，有着十分广阔的前景。低压照明系统电源系统广泛应用在路灯系统，它是个独立系统，无需外加电源，也无需并网，体现出了系统的优点。可是光伏发电实时受到环境的影响，如温度、光照强度等，同时还受到MPPT算法的约束。为解决某些存在的问题，本论文着重强调理论结合实际，在硬件设计方面花费了大量的精力和时间，希望能对学者带来感性的认识。6.2展望在各国的政策扶持下，光伏产业蓬勃发展并且开始向一些发展中国家扩展，这对于能源和环境来说都是利好消息。在目前全球经济危机影响下，短期内光伏发电市场并不稳定，但是未来迅猛发展的趋势是不会改变的。EPIA

采用情景分析的方法，就政策驱动情景和正常发展情景对未来5年全球的光伏市场、太阳能电池供给与需求、多晶硅技术与薄膜生产能力等进行了预测。国际能源组织(IEA)对太阳能光伏发电的未来发展长期预测认为：2020年世界光伏发电量占总发电量的1%，2040年占总发电量的20%。欧洲光伏工业协会(EPIA)对光伏发电的预测为：2020年世界太阳能光伏组件年产量将达到40GW，总装机容量为195GW

，发电量为274TWh，占全球发电量的1%

；2040年光伏发电量达7368TWh，占全球发电量的21%。

我国太阳能资源丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤，太阳能资源开发利用的潜力非常大。从长远看，光伏发电在未来将会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且最终会成为世界能源供应的主体。在我国发展大型光伏并网发电，是改变和优化电力结构的理想选择，也是可持续电力供应的理想模式。最具发展前景的光伏发电应用市场是大规模的荒漠电站。我国108万平方公里的荒漠面积为建设大型的太阳能电站提供了广阔的土地资源，其年总辐射在1600KWh/W以上，如果利用其1／10安装并网光伏发电系统，每年的发电量可以达到10万多亿千瓦时．相当于全国用电量的6倍。从资源的合理开发利用来说，开发沙漠太阳能资源具有得天独厚的优势，可以使广大的沙漠、戈壁滩变废为宝．对实现能源的可持续发展具有重要的现实意义。沙漠所处的地理位置恰好是太阳能资源丰富区，尽管不同的地区均可获取太阳能，但在沙漠地区建设太阳能电站，不仅具备较好的太阳能光照资源，而且不占用宝贵的耕地。在建造太阳能电站的同时也对沙漠的环境进行了改造，可以说一举两得。中国无论太阳能资源还是沙漠资源，都具有足够的优势，足以支持太阳能电站的建设，缓解未来的能源危机。同时对改善沙漠生态环境、促进沙漠植被恢复也有积极作用。智能电网的建设和发展，将有效地促进分布式可再生能源发电的发展，为太阳能光伏发电并网带来美好前景。参考文献[1]冯垛生,宋金莲,赵慧.太阳能发电原理与应用.北京:人民邮电出版社,2008.[2]赵争鸣,刘建政,孙晓瑛.太阳能光伏发电及其应用.科学出版社2006.[3]汤延令.太阳能热发电技术及发展.福建电力与电工.第28卷第4期.[4]黄汉云.太阳能光伏发电应用原理.北京:电子工业出版社,2009.

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