浅析绿色能源LED光伏照明系统

1.1国内外光伏发电历史及现状年提出朝日七年计划，计划到2000年推广16.2万套太阳能光伏屋顶，已完成。1997年又宣布7万光伏屋顶计划，到2010年将安装7600MW太阳电池。2000屋顶计划，现在实际建成的屋顶光伏并网系统已经超过10万太阳能屋顶(每户约3kW一5kW)计划。并且1999中国的太阳能光伏发电应用始于70年代，但直到1982年以后方真正发展起来，在1983年至能力从1984年以前的年产200千瓦跃到1988年的4.5兆瓦。在应用方面，目前太阳电池主要用于通信系统和边远无电地区，在1995年年销售才约1.1兆瓦。在1995年西藏的无水力无电县中，已建成2个功率分别为10千瓦和20千瓦的光伏电站。地完全统计，在这些地区已建成10～100kW光伏电站40多座，推广家用光伏电源15万台，总功率2004年9月，中国首座屋顶太阳能发电站在北京竣工投产。这套太阳能发电系统分别安装在容量140千瓦，年发电量约15万千瓦时，能让4万盏100瓦的路灯亮上一年。2005年初，甘肃《敦煌8兆瓦并网光伏发电系统建设预可行性报告》也通过有关部门组织的5兆瓦光伏发电系统。据有关方面人士介绍，资额为3.2247亿元，其中申请国家补助1.6亿元，建设投运后年均发电量可达1280万千瓦时。甘在上海，根据上海有关部门制订的《2005-2007年上海开发利用太阳能行动计划》,到2007目前，四川也已向国家发改委申报项目，准备在攀西地区建一个目前国内最大的太阳能发电站，装机容量为2000千瓦。根据国家《可再生能源中长期发展规划》,要大力推广应用小功率光伏系统，建立分散型和集中型兆瓦级联网光伏示范性电站。到2010年，我国光伏发电总装机容量将达500MVP。其中，300~350MVP装机用于解决西部无电区通电问题，其次为工业应用，包括通讯、铁路设备等，最后是提供照明部分。也就是说，从今年到2010年这五六年时间，光伏发电总装机容量将是2004年底的7倍多，我国国内光伏市场十分巨大。向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光热能转:电子:空穴图1太阳电池的发电原理少要比普通火电站贵5～10倍.一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW2.2太阳能电池的分类太阳能电池板(图2)单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24%,这是所有种类的太阳能电硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使达25年。率则要降低不少，其光电转换效率约12%左右(2004年7月1日日本夏普上市效率为14.8%的世界18%,而且，此类薄膜太阳能电池到目前为止，未发现有光辐射引致性能衰退效应(SWE),其光电转化效率比商用的薄膜太阳能电池板提高约50~75%,在薄膜太阳能电池中属于世界的最高水平2.3组件构成及各部分功能其作用为保护发电主体(如电池片),透光其选用是有要求的，1.透光率必须高(一般91%以上);2.超白钢化处理用来粘结固定钢化玻璃和发电主体(如电池片),透明EVA材质的优劣直接影响到组件的寿高，在室外阳光下发电比较适宜薄膜太阳能电池，相对设备成作用，密封、绝缘、防水(一般都用TPT、TPE等材质必须耐老化，大部分组件厂家都质保2.3.6铝合金身处过域士泪理泡太阳能电池板(图3)2.4太阳能电池的安装太阳电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角(向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度)。一般情况下，方阵朝向正南(量是最大的。在偏离正南(北半球)30°度时，方阵的发电量将减少约10%～15%;在偏离正南(北半球)60°时，方阵的发电量将减少约20%～30%。但是，在晴朗的夏天，太阳辐射能量的最大时网发电的场合，希望综合考虑以上各方面的情况来选定方位角。方位角=(一天中负荷的峰值时刻(24小时制)-12)×15+(经度-116)10月9日北京的太阳电池方阵处于不同方位角时，日它因素。对于正南(方位角为0°度),倾斜角从水平(倾斜角为0°度)开始逐渐向最佳的倾斜角10%～20%。针对这种情况，我们要对理论计算值进行校正。通常，在方阵周围有建筑物及山峰阳高度(仰角)为A,在方位角为B时，假设阴影的倍率为R,则：R=L2/L1=ctgA×cosB下边缘的高度为h2,则：方阵之间的距离a=(hl-h2)×R。当纬度较高时，方阵之间的距离加3.1蓄电池的功能与基本特性蓄电池是独立型太阳能发电系统不可缺少的储能部件。其主要功能是当日照量减少或夜间不发电时补充负载要求的功率。一般系统当太阳能发电功率急剧下降时，蓄电池起缓冲作用，保证电压的稳定。3.2铅酸蓄电池的自放电与使用寿命放电深度即使用过程中放电到何程度开始停止.100%深度指放出全部容量.铅酸蓄电池寿命受放电深度影响很大.设计考虑的重点就是深循环使用、浅循环使用还是浮充使用.若把浅循环使用的铅酸蓄电池寿命随温度升高而延长.在10℃~35℃间，每升高1℃,大约增加5~6个循环，在35℃~45℃之间，每升高1℃可延长寿命25个循环以上；高于50℃则因负极硫化容量损失而降低了寿电池寿命在一定温度范围内随温度升高而增加，是因为容量随温度升高而增加.如果放电容量3.3蓄电池主要参数蓄电池每单格的标称电压为2伏，实际电压随充放电的情况而变化。充电结束时，电压为2.5-2.7伏，以后慢慢地降至2.05伏左右的稳定状态。如用蓄电池做电源，开始放电时电压很快降至2伏左右，以后缓慢下降，保持在1.9-2.0伏之间。当放电接近结束时，电压很快降到1.7伏；当电压低于1.7伏时，便不应再放电，否则要损坏极板。停止使用后，蓄电池电压自己能回升到1.98伏。铅酸蓄电池的容量是指电池蓄电的能力，通常以充足电后的蓄电池放电至端电压到达规定放电终了电压时电池所放出的总电量来表示。在放电电流为定值时，电池的容量用放电电流和时间的乘积来表示，单位是安培小时，简称安时。蓄电池的“标称容量”是在蓄电池出厂时规定的该蓄电池在一定的放电电流及一定的电解液温度下单格电池的电压降到规定值时所能提供的电量。蓄电池的放电电流常用放电时间的长短来表示(即放电速度),称为“放电率”,如30、20、10小时率等。其中以20小时率为正常放电率。所谓20小时放电率，表示用一定的电流放电，20小时可以放出的额定容量。通常额定容量用字母"C"表示。因而C20表示20小时放电率，C30表示30小时放电率。3.4蓄电池的充电方式渐上升，电流却几乎成为直线衰减。有时使用两个电阻值，约在2.4V时，从低电阻转换到高电4.太阳能充放电控制器设计4.1蓄电池充电特性铅酸蓄电池的充电特性是由其最大接受充电能力来体现，是在保证蓄电池析气率较低、温升较低时所能承受的最大充电电流。其充电特性曲线方程式为：在实际的电池充电管理过程中，要使蓄电池的充电过程完全吻合该充电特性曲线存在较大困难。因此本着提高充电效率、保障蓄电池使用寿命、实现合理有效充电的原则，参考充电特性曲线，采用智能控制芯片UC3909实现对胶体密封铅酸蓄电池分段充放电控制管理。4.2基于UC3909控制器的四阶段充电目前独立型太阳能照明系统中蓄电池充电控制器一般采用的是三阶段充电方式，即先恒流充电、再恒压充电、后浮充充电。但由于某些应用场合的蓄电池会经常出现过度放电的情况，如果接进入较大电流充电的恒流充电阶段，容易造成热失控，易损坏蓄电池。所以在最开始的时候应该采用小电流IT充电的涓流充电模式，等蓄电池的端电压达到设定的充电使能电压UT时，再进行恒流充电。UC3909芯片可以根据蓄电池的状态实现涓流充电、恒流充电、恒压充电和浮充充电四个阶段合理充电，如图4所示。充电电流充电电流、电压/A.状态1:涓流充电。恒压充电U恒压充电恒流充电电压曲线涓流浮充U消流充电额定电U消流充电电流曲线充电时间/1UC3909的四阶段充电曲线(图4)当蓄电池电压低于充电使能电压UT,充电器提供很小的涓流IT进行充电，IT一般约为0.01C(C为蓄电池容量)状态2:恒流充电。当蓄电池的电压达到充电使能电压UT时，充电器提供一个大电流IBULK对蓄电池进行恒流充电，这一阶段是充电的主要阶段，蓄电池端电压上升很快，直至电压上升到过压充电电压UOC时进状态3:恒压充电。选择-3.5~-5mV/。图5所示为基于UC3909太阳能蓄电池充电器电路框图，光伏阵列经过电压电流采样再经模数光伏阵列电压电流采样铅酸超级电容组采样系统框图(图5)4.3.1UC3909充电器主要参数设计基于UC3909的充放电电路如图6所示。采样采样超级电容组光伏阵列卓电压电流采样阀控铅酸蓄电池栅极驱动单片机基于UC3909的充放电电路(图6)根据UC3909内部集成电路及光伏阵列、超级电容参数并结合阀控铅酸蓄电池的容量及额定电压等参数对电路各个部分进行合理计算设计。本设计使用赛特公司生产的12V,65Ah胶体密封铅酸蓄电池，根据厂家提供的蓄电池充电参数，浮充电压UF取13.8V,充电使能电压UT取10.8V;过压充电电压UOC14.7V;涓流充电电流ITC取0.26A;恒流充电电流IBULK取系统最大充电电流6.5A;过充终止电流IOCT取1A.根据以上厂家所提供的蓄电池参数，参照UC3909芯片资料及相关参考文献，计算UC3909外Ut=UREF(Rs1+Rs2+式中，UREF为UC3909内部基准电压2.3V.代入相关值计算得(RS1、RS2、RS3、RS4分别另外，可以根据流入UC3909内部电流误差放大器反向输出端CA的固定控制电流ITRCK、涓流充电电流IT、恒流充电电流IBULK及过充终止电流IOCT计算得出RG1、RG2,ROVC1和ROVC2,其基本计算公式如下：ROVC1和ROVC2满足以下关系式：RovCI=1.852IacrRsRoVC2(最终ROVC1和ROVC2分别选取为1kQ,10kΩ。4.3.2铅酸蓄电池的温度补偿光伏系统中的铅酸蓄电池一般与太阳能板一起安装在户外，而周围温度的变化对铅酸蓄电池的性能有重大影响，有研究表明，铅酸蓄电池的浮充电流对温度极为敏感，温度每变化10℃,浮充电流成倍增长，对于本设计中用到的蓄电池，根据厂家提供的参数，同一浮充电流下，其温度系数为-3.9mV/℃,也就是说如果要防止浮充电流增加，当温度升高1时，其浮充电压应该降低3.9mV;同理，当温度降低1时，其浮充电压应该升高3.9mV才能保持浮充电流不变。铅酸蓄电池温度补偿电路(图7)UC3909内部集成了具有铅酸蓄电池温度补偿功能的电路如图7所示，A1为电流/电压转换元件，其输入端分别接10kΩ普通电阻及10kΩ热敏电阻。A2与外接四个20kΩ2电阻组成差动运算放大电路。RTHM一般贴附在铅酸蓄电池的表面壳体用于检测其温度，当铅酸蓄电池内部温度变化时，通过热敏电阻RTHM的反馈使UC3909的基准电压2.3V也随温度按-3.9mV/℃的温度系数变化。从而确保铅酸蓄电池在浮充状态下准确工作于安全的浮充电压，保护了铅酸蓄电池。本设计采用升降压模式，如图5所示，超级电容器组接DC/DC转换电路的输入端，设定输入范围为4.5~20V,输出电压范围为10.8~14.7VQ1由单片机输出PWM信号控制，Q2由UC3909的5脚经MOS管驱动电路控制，5脚输出PWM频率由UC3909的18脚所接电阻RSET及19管DC/DC转换电路(图8)尽量小，本电路中取55m。1)超级电容具有使用寿命长，充放电限制少，功率密度大，充电电池比能量