太陽(yáng)能智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文

1、<p>　　自 學(xué) 考 試 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題 目 太陽(yáng)能智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　專 業(yè) 光伏材料應(yīng)用技術(shù) </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　

2、準(zhǔn)考證號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　2013年4月</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p&g

3、t;　　本文介紹了太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的背景和國(guó)內(nèi)以及國(guó)外的太陽(yáng)能發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，并介紹了離網(wǎng)型和并網(wǎng)型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，分析了太陽(yáng)能光伏發(fā)電的利用原理和發(fā)展優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明了太陽(yáng)能電池最大功率跟蹤的原理以及一些常用的方法，并比較了他們的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了太陽(yáng)能蓄電池的工作原理和一些常用方法；隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，開(kāi)發(fā)利用清潔的可再生能源勢(shì)在必行，太陽(yáng)能成為了當(dāng)今世界上最清潔、最具有規(guī)模開(kāi)發(fā)前景的可再生能源之一，其中光伏并網(wǎng)

4、發(fā)電是太陽(yáng)能利用的主要趨勢(shì)。通過(guò)所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行均為自動(dòng)控制，工作原理簡(jiǎn)單，安裝方便。</p><p>　　關(guān)鍵詞：離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)；并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)；變換器；智能路燈。</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要Ⅱ</b></p>&

5、lt;p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電的背景1</p><p>　　1.2太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)3</p><p>　　1.2.1我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)3</p><p>　　1.2.2國(guó)外太陽(yáng)能光伏發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)3</p

6、><p>　　第二章 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的介紹4</p><p>　　2.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)5</p><p>　　2.2并網(wǎng)型的光伏發(fā)電系統(tǒng)6</p><p>　　2.3離網(wǎng)型的光伏發(fā)電系統(tǒng)7</p><p>　　2.4太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤8</p><p>　　2.4.1太陽(yáng)

7、能電池最大功率點(diǎn)跟蹤原理及方法8</p><p>　　第三章 鉛酸蓄電池11</p><p>　　3.1太陽(yáng)能蓄電池的工作原理11</p><p>　　3.2太陽(yáng)能控制器13</p><p>　　3.2.1太陽(yáng)能控制器的充電保護(hù)模式13</p><p>　　3.3光伏逆變器14</p><

8、;p>　　第四章 太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)16</p><p><b>　　總結(jié)21</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b>　　致 謝23</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b&g

9、t;</p><p>　　1.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電的背景</p><p>　　全球石油剩余可開(kāi)采年限僅有41年，天然氣剩余可采年限61.9年，煤炭剩余可采年限230隨著全球能源消費(fèi)量不斷提高，常規(guī)非可再生能源已經(jīng)不能滿足大多數(shù)國(guó)家的供給需求。根據(jù)世界能源權(quán)威機(jī)構(gòu)的分析，按照目前已經(jīng)探明的化石能源儲(chǔ)量以及開(kāi)采速度來(lái)計(jì)算，年。另一方面，一次性能源的開(kāi)采和應(yīng)用也是造成生態(tài)破壞和全球環(huán)境污染的一個(gè)重要

10、原因。因此，可再生新能源的開(kāi)發(fā)使用是人類長(zhǎng)久發(fā)展的必要條件，也是我們可持續(xù)性發(fā)展的根本之法。 </p><p>　　新能源光伏發(fā)電，作為可再生清潔能源，因其具有安全可靠、無(wú)噪聲、無(wú)污染、制約少、故障率低、維護(hù)簡(jiǎn)便、資源廣闊等其他常規(guī)能源所不具備的優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)是21世紀(jì)重要的新能源，已廣泛應(yīng)用在并網(wǎng)發(fā)電、民用發(fā)電、公共設(shè)施以及一體化節(jié)能建筑等方面，目前晶體硅光伏發(fā)電系統(tǒng)占據(jù)新能源光伏發(fā)電市場(chǎng)的主要地位。</p

11、><p>　　自人類社會(huì)誕生以來(lái)，能源一直是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著社會(huì)的發(fā)展，能源在社會(huì)發(fā)展中的重要性越來(lái)越突出，尤其是近年來(lái)各國(guó)日益呈現(xiàn)出來(lái)的能源危機(jī)問(wèn)題，更加明顯地把能源置于社會(huì)發(fā)展的首要地位。根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)2005》的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以目前的開(kāi)采速度計(jì)算，全球石油儲(chǔ)量可供生產(chǎn)40多年，天然氣和煤炭則分別可以供應(yīng)67年和164年。而我國(guó)的能源資源儲(chǔ)量情況更是危機(jī)逼人，按2000年底的統(tǒng)計(jì)，探明可開(kāi)發(fā)能

12、源總儲(chǔ)量約占世界總量的10.1%。我國(guó)能源剩余可開(kāi)采總儲(chǔ)量的結(jié)構(gòu)為:原煤占58.8%，原油占3.4%，天然氣占1.3%，水資源占36.5%。我國(guó)能源可開(kāi)發(fā)剩余可采儲(chǔ)量的資源保證程度為129.7年。自從工業(yè)革命以來(lái)，約80%溫室氣體造成的附加氣候強(qiáng)迫是由人類社會(huì)活動(dòng)引起的，其中CO2的作用約占60%，而化石能源的燃燒是CO2的主要排放源。[1] </p><p>　　大規(guī)模使用新能源光伏發(fā)電電能，能有效減少二氧化碳

13、的排放，減少溫室效應(yīng)，改善地球氣候。2005年2月16日，由聯(lián)合國(guó)141個(gè)成員國(guó)家共同簽署的《京都協(xié)議書(shū)》正式生效，將再生能源的開(kāi)發(fā)與規(guī)劃推向一個(gè)新的階段。從目前發(fā)展?fàn)顩r來(lái)說(shuō)，新能源光伏發(fā)電雖然發(fā)展整體規(guī)模要小于風(fēng)能，但是增長(zhǎng)速度最快。隨著多晶硅提純技術(shù)的應(yīng)用及硅片加工技術(shù)進(jìn)一步成熟，光電轉(zhuǎn)換效率的提高以及其他工藝技術(shù)的發(fā)展，包括新能源光伏發(fā)電在內(nèi)的可再生能源完全有可能完成從補(bǔ)充能源到常規(guī)能源的角色轉(zhuǎn)換。 </p><

14、;p>　　我國(guó)擁有豐富的新能源與可再生能源可供開(kāi)發(fā)利用，近十年來(lái)的高長(zhǎng)使我國(guó)迫切需要加大對(duì)新能源和可再生能源的開(kāi)發(fā)利用，以解決能源題，保障能源供應(yīng)安全。近年來(lái)，由于各級(jí)政府和社會(huì)各界的高度重視可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用方面取得了較快發(fā)展，并于2005年2月28日通過(guò)了《再生能源法》，該法已于2006年1月1日起實(shí)施，這對(duì)于我國(guó)可再生能具有十分重要的意義。[2]</p><p>　　目前世界大部分國(guó)家能源供應(yīng)不足

15、，不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，各國(guó)紛紛出臺(tái)各種法規(guī)支持開(kāi)發(fā)利用新能源和可再生能源，使得新能源和可再生能源在全球升溫。20世紀(jì)90年代以來(lái)，以歐盟為代表的地區(qū)集團(tuán)，大力開(kāi)發(fā)利用可再生能源，連續(xù)10年可再生能源發(fā)電的年增長(zhǎng)速度都在15%以上。以德國(guó)、西班牙為代表的一些國(guó)家通過(guò)立法方式，促進(jìn)可再生能源的發(fā)展，1999年以來(lái)可再生能源年均增長(zhǎng)速度均達(dá)到30%以上。西班牙2003年風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)占到全機(jī)總量的4%，德國(guó)在過(guò)去11年間，風(fēng)力發(fā)電增長(zhǎng)21倍

16、，2003年占全的3.1%。瑞典和奧地利的生物質(zhì)能源在其能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中高達(dá)15%以上。[3]</p><p>　　從我國(guó)國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)容量來(lái)看，截止2003年，我國(guó)邊遠(yuǎn)地區(qū)、山區(qū)近期市場(chǎng)潛力高達(dá)1420MWp（Wp是太陽(yáng)能電池輸出功率），綜合考慮到以后用電水平的提高，最終市場(chǎng)容量將超過(guò)3000MWp。各類大型綠色照明示范工程、2010上海世界博覽會(huì)場(chǎng)館建設(shè)也是近期國(guó)內(nèi)需求的主要來(lái)源之一。此外，根據(jù)2007年《上海市1

17、0萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃》預(yù)測(cè)，到2015年，上海市將有超過(guò)10萬(wàn)個(gè)屋頂有望安裝太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，總投資105億元，裝機(jī)總?cè)萘拷咏?00MWp。 </p><p>　　從國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策來(lái)看，2006年1月1日，《可再生能源法》正式實(shí)施，明確提出“國(guó)家鼓勵(lì)單位和個(gè)人安裝和使用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、太陽(yáng)能供熱采暖和制冷、新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)等太陽(yáng)能利用系統(tǒng)”，為可再生能源地位確立、價(jià)格保障、稅收優(yōu)惠政策等提供了法律保障。十一五期間，

18、很多地方政府都相繼發(fā)布了比較完備的新能源推廣政策和相應(yīng)的太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃，例如《國(guó)家發(fā)展改革委辦公廳關(guān)于開(kāi)展大型并網(wǎng)光伏示范電站建設(shè)有關(guān)要求的通知》、《2005-2007上海市太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用行動(dòng)計(jì)劃》、《江蘇省能源產(chǎn)業(yè)科技示范工程2005-2007實(shí)施方案》等，將發(fā)展可再生能源落實(shí)到具體的政策以及地方法規(guī)中，為整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展建立了政策法制基礎(chǔ)。相比世界發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的光伏市場(chǎng)仍然處于起步階段，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的光伏電池/組件主要用于出口。 &

19、lt;/p><p>　　1.2太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　當(dāng)今世界各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于太陽(yáng)能光伏發(fā)電十分重視，針對(duì)其制定規(guī)劃，增加投入，大力發(fā)展。20世紀(jì)80年代以來(lái)，即使是在世界經(jīng)濟(jì)從總體上處于衰退和低谷的時(shí)期，太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)也一直以10%-15%的遞增速度在發(fā)展。[4]90年代后期，發(fā)展更為迅速，成為全球增長(zhǎng)速度最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。</p>

20、<p>　　1.2.1我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　20世紀(jì)90年代以來(lái)是我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電快速發(fā)展的時(shí)期，在這一時(shí)期我國(guó)光伏組件生產(chǎn)能力逐年增強(qiáng)，成本不斷降低，市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，裝機(jī)容量逐年增加，2004年累計(jì)容量達(dá)35MW，約占世界份額的3%。10多年來(lái)，我國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期平均維持了全球市場(chǎng)1%左右的份額。到2020年前，我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)將會(huì)得到不斷的完善和發(fā)展，

21、成本將不斷下降，太陽(yáng)能光伏發(fā)電市場(chǎng)發(fā)生巨大的變化:2005-2010年，我國(guó)的太陽(yáng)能電池主要用于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電成本到2010年將約為1.20元/(kW·h);2010-2020年，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將會(huì)由獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電成本到2020年將約為0.60元/(kw·h)。到2020年，我國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平有望達(dá)到世界先進(jìn)行列。[5]</p><p>　　1.2.2

22、國(guó)外太陽(yáng)能光伏發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　到2004年，世界太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到964.9MW，到2005年底，達(dá)到4961.69MW。己經(jīng)商業(yè)化、實(shí)用化的太陽(yáng)能光伏電池主要有單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池、聚光電池、帶狀硅電池以及薄膜電池等幾類。在國(guó)際市場(chǎng)上目前太陽(yáng)能光伏電池的價(jià)格大約為3.15美元/W，并網(wǎng)系統(tǒng)價(jià)格為6美元/w，發(fā)電成本為0.25美元/(kw·h)。光伏電池的

23、發(fā)電轉(zhuǎn)化效率也不斷提高，晶體硅光電池轉(zhuǎn)化率達(dá)到15%，單晶硅光電池轉(zhuǎn)化率是23.3%，砷化鎵光電池轉(zhuǎn)化率是25%，在實(shí)驗(yàn)室中特制的砷化嫁光電池轉(zhuǎn)化率己達(dá)35%-36%。太陽(yáng)能光伏電池/組件使用壽命大大增長(zhǎng)，可使用30多年。目前，太陽(yáng)能光伏發(fā)電主要集中在日本、歐盟和美國(guó)，其太陽(yáng)能光伏發(fā)電量約占世界光伏發(fā)電量的80%。今后太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要圍繞高效率、低成本、長(zhǎng)壽命、美觀實(shí)用等方向發(fā)展。專家們預(yù)測(cè)到2050年，太陽(yáng)能光伏發(fā)電在發(fā)電總量中

24、將占13%-15%，到2100年將約占64%。</p><p>　　第二章 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的介紹</p><p>　　太陽(yáng)能是一種能量巨大的可再生能源，據(jù)估算，太陽(yáng)能傳送到地球上每40秒鐘就有相當(dāng)于210億桶石油的能量傳送到地球，相當(dāng)于全球一天的能源。在目前的幾種新能源技術(shù)中，太陽(yáng)能以其突出的優(yōu)勢(shì)被定位為的未來(lái)能源，有無(wú)盡的潛力。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為電能的一

25、種發(fā)太陽(yáng)能電池單元是光電轉(zhuǎn)化的最小單位，將太陽(yáng)能電池單元進(jìn)行串并聯(lián)可以做成太陽(yáng)能電池組件，其功率一般為幾瓦到幾百瓦，這種太陽(yáng)能電池組件可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元，可以將太陽(yáng)能電池組件進(jìn)行進(jìn)一步的串并聯(lián)，構(gòu)成太陽(yáng)能電池方陣，以滿足負(fù)載所需要的功率輸出。[6]</p><p>　　獨(dú)立太陽(yáng)能光伏發(fā)電是指太陽(yáng)能光伏發(fā)電不與電網(wǎng)連接的發(fā)電方式，典型特征為需要用蓄電池來(lái)存儲(chǔ)夜晚用電的能量，獨(dú)立太陽(yáng)能光伏發(fā)電在民用范圍內(nèi)

26、主要用于邊遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村，如家庭系統(tǒng)、村級(jí)太陽(yáng)能光伏電站；在工業(yè)范圍內(nèi)主要用于電訊、衛(wèi)星廣播電視、太陽(yáng)能水泵，在具備風(fēng)力發(fā)電和小水電的地區(qū)還可以組成混合發(fā)電系統(tǒng)，如風(fēng)力發(fā)電/太陽(yáng)能發(fā)電互補(bǔ)系統(tǒng)等。并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電是指太陽(yáng)能光伏發(fā)電連接到國(guó)家電網(wǎng)的發(fā)電的方式，成為電網(wǎng)的補(bǔ)充，典型特征為不需要蓄電池。民用太陽(yáng)能光伏發(fā)電多以家庭為單位，商業(yè)用途主要為企業(yè)、政府大樓、公共設(shè)施、安全設(shè)施、夜景美化景觀照明系統(tǒng)等的供電，工業(yè)用途如太陽(yáng)能農(nóng)場(chǎng)。</

27、p><p><b>　　圖1光伏發(fā)電系統(tǒng)</b></p><p>　　目前太陽(yáng)能利用的方式有:太陽(yáng)能光伏發(fā)電，太陽(yáng)能熱利用，太陽(yáng)能動(dòng)力利用，太陽(yáng)能光化利用，太陽(yáng)能生物利用和太陽(yáng)能光-光利用。其中太陽(yáng)能光伏發(fā)電以其優(yōu)異的特性近年來(lái)在全世界范圍得到了快速發(fā)展，被認(rèn)為是當(dāng)前具有發(fā)展前景的新能源技術(shù)，各發(fā)達(dá)國(guó)家均投入巨資競(jìng)相研究開(kāi)發(fā)，并產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，大力開(kāi)拓太陽(yáng)能光伏發(fā)電的市場(chǎng)應(yīng)用

28、。</p><p>　　2.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　1、太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，地球表面接受的太陽(yáng)輻射能，能夠滿足全球能源需求的1萬(wàn)倍。只要在全球4%沙漠上安裝太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，所發(fā)電力就可以滿足全球的需要,太陽(yáng)能發(fā)電安全可靠，不會(huì)遭受能源危機(jī)或燃料市場(chǎng)不穩(wěn)定的沖擊；</p><p>　　2、太陽(yáng)能隨處可處，可就近供電，不必長(zhǎng)距離輸送，避免了長(zhǎng)距

29、離輸電線路的損失；</p><p>　　3、太陽(yáng)能不用燃料，運(yùn)行成本很低；</p><p>　　4、太陽(yáng)能發(fā)電沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，不易用損壞，維護(hù)簡(jiǎn)單，特別適合于無(wú)人值守情況下使用；</p><p>　　5、太陽(yáng)能發(fā)電不會(huì)產(chǎn)生任何廢棄物，沒(méi)有污染、噪聲等公害，對(duì)環(huán)境無(wú)不良影響，是理想的清潔能源；</p><p>　　6、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短，方

30、便靈活，而且可以根據(jù)負(fù)荷的增減，任意添加或減少太陽(yáng)能方陣容量，避免浪費(fèi)。</p><p>　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)按是否與電網(wǎng)連接可分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，該系統(tǒng)中的能量能進(jìn)行雙向傳輸。在有太陽(yáng)能輻射時(shí)，由太陽(yáng)能電池陣列向負(fù)載提供能量;當(dāng)無(wú)太陽(yáng)能輻射或太陽(yáng)能電池陣列提供的能量不夠時(shí)，由蓄電池向系統(tǒng)負(fù)載提供能量。該系統(tǒng)可為交流負(fù)載提供能量，也可為直流負(fù)載提供能量，當(dāng)太陽(yáng)

31、能電池陣列能量過(guò)剩時(shí)，可以將過(guò)剩能量存儲(chǔ)起來(lái)或把過(guò)剩能量送入電網(wǎng)。該系統(tǒng)功能全面，但是系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，成本高，僅在大型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中才使用這種結(jié)構(gòu)，并具有上述全面的功能;而一般使用的中小型系統(tǒng)僅具有該系統(tǒng)的部分功能。[7]</p><p>　　圖2太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　2.2并網(wǎng)型的光伏發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由

32、光伏電池方陣、控制器、并網(wǎng)逆變器組成，不經(jīng)過(guò)蓄電池儲(chǔ)能，通過(guò)并網(wǎng)逆變器直接將電能輸入公共電網(wǎng)。與公共電網(wǎng)相連接的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)將太陽(yáng)能電池陣列輸出的直流電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)電壓同幅、同頻、同相的交流電，并實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)連接，向電網(wǎng)輸送電能。它是太陽(yáng)能光伏發(fā)電進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)電階段、成為電力工業(yè)組成部分之一重要方向，是當(dāng)今世界太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)。</p><p>　　

33、并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)相比離網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)省掉了蓄電池儲(chǔ)能和釋放的過(guò)程，減少了其中的能量消耗，節(jié)約了占地空間，還降低了配置成本。一般的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)如下圖所示，將太陽(yáng)能電池控制系統(tǒng)和民用電網(wǎng)并聯(lián)，當(dāng)太陽(yáng)能電池輸出電能不能滿足負(fù)載要求時(shí)，由電網(wǎng)來(lái)進(jìn)行補(bǔ)充。而當(dāng)其輸出的功率超出負(fù)載需求時(shí)，將電能輸送到電網(wǎng)中。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有集中式大型并網(wǎng)光伏電站一般都是國(guó)家級(jí)電站，主要特點(diǎn)是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。但這種電

34、站投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)、占地面積大，因而沒(méi)有太大發(fā)展。而分散式小型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，特別是光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，由于投資小、建設(shè)快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點(diǎn)，是并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。</p><p>　　圖3并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)圖</p><p>　　2.3離網(wǎng)型的光伏發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是指未與公共電網(wǎng)相連接的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其輸出功率

35、提供給本地負(fù)載(交流負(fù)載或直流負(fù)載)的發(fā)電系統(tǒng)。其主要應(yīng)用于遠(yuǎn)離公共電網(wǎng)的無(wú)電地區(qū)和一些特殊場(chǎng)所，如為公共電網(wǎng)難以覆蓋的邊遠(yuǎn)偏僻農(nóng)村、海島和牧區(qū)提供照明、看電視、聽(tīng)廣播等基本生活用電，也可為通信中繼站、氣象站和邊防哨所等特殊處所提供電源。</p><p>　　離網(wǎng)型的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于偏僻山區(qū)、無(wú)電區(qū)、海島、通訊基站和路燈等應(yīng)用場(chǎng)所。系統(tǒng)一般由太陽(yáng)電池組件組成的光伏方陣、太陽(yáng)能充放電控制器、蓄電池組、離網(wǎng)型

36、逆變器、直流負(fù)載和交流負(fù)載等構(gòu)成。光伏方陣在有光照的情況下將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，通過(guò)太陽(yáng)能充放電控制器給負(fù)載供電，同時(shí)給蓄電池組充電；在無(wú)光照時(shí)，通過(guò)太陽(yáng)能充放電控制器由蓄電池組給直流負(fù)載供電，同時(shí)蓄電池還要直接給獨(dú)立逆變器供電，通過(guò)獨(dú)立逆變器逆變成交流電，給交流負(fù)載供電。</p><p>　　下圖所示為一種常用的太陽(yáng)能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池陣列、DC/DC變換器、蓄電池組、DC/AC逆變器

37、和交直流負(fù)載構(gòu)成。DC/DC變換器將太陽(yáng)能電池陣列轉(zhuǎn)化的電能傳送給蓄電池組存儲(chǔ)起來(lái)供日照不足時(shí)使用。蓄電池組的能量直接給直流負(fù)載供電或經(jīng)DC/AC變換器給交流負(fù)載供電。該系統(tǒng)由于有蓄電池組，因而系統(tǒng)成本增加，但可在無(wú)日照或日照不足時(shí)為負(fù)載供電。[8]</p><p>　　圖4獨(dú)立的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)圖</p><p>　　2.4太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤</p><p&g

38、t;　　目前，太陽(yáng)能電池陣列在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)造價(jià)中占很大比重，而且太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率本身就不高，因此有必要研究提高太陽(yáng)能電池利用效率的方法，以降低系統(tǒng)單位價(jià)格的成本，促進(jìn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用推廣。太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤(簡(jiǎn)稱MPPT)是其中的途徑之一，它能最大程度的利用太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化所得的電能。[9]</p><p>　　2.4.1太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤原理及方法</p><p&

39、gt;　　太陽(yáng)能電池的輸出特性受電池溫度和日照強(qiáng)度等因素的影響，電池溫度主要影響太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓，日照強(qiáng)度主要影響太陽(yáng)能電池的短路電流。在一定日照強(qiáng)度和溫度下，太陽(yáng)能電池有唯一的最大輸出功率點(diǎn)，太陽(yáng)能電池只有工作在最大功率點(diǎn)才能使其輸出的功率最大。目前使用的太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤方法主要有恒電壓法、觀察擾動(dòng)法、電導(dǎo)增量法以及其它的一些跟蹤方法。</p><p><b>　　1. 恒電壓法</

40、b></p><p>　　溫度一定時(shí)，在不同的日照強(qiáng)度下，太陽(yáng)能電池陣列輸出曲線的最大功率點(diǎn)基本是分布在一條垂直線的附近，因此只要保持太陽(yáng)能電池陣列輸出電壓為常數(shù)且等于某一日照強(qiáng)度下太陽(yáng)能電池陣列最大功率點(diǎn)的電壓，就可以大致保證在該溫度下太陽(yáng)能電池陣列輸出最大功率。</p><p>　　恒電壓法具有控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定性好，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，比一般太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)可望多獲得20%的電

41、能，較之不帶CVT的直接藕合要有利得多。然而恒電壓法忽略了太陽(yáng)能電池溫度對(duì)太陽(yáng)能電池陣列最大功率點(diǎn)的影響，一般硅太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓都在較大程度上受結(jié)溫影響，以常規(guī)單晶硅太陽(yáng)能電池而言，當(dāng)太陽(yáng)能電池溫度每升高1℃時(shí)，其開(kāi)路電壓下降率約為0.35%-0.45%，這說(shuō)明太陽(yáng)能電池的最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓也隨電池溫度的變化而變化，其中對(duì)太陽(yáng)能電池溫度影響最大的因素是環(huán)境溫度和日照強(qiáng)度。因此對(duì)于四季溫差或日溫差較大的地區(qū)，CVT方式并不能完全跟蹤

42、太陽(yáng)能電池陣列最大功率點(diǎn)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)功率損失。研究結(jié)果表明，雖然許多太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)仍然采用這種最大功率點(diǎn)跟蹤方法，但這種方式所帶來(lái)的功率損耗相比于微電子技術(shù)的迅速發(fā)展及微電子器件的大幅度降價(jià)，已經(jīng)顯得很不經(jīng)濟(jì)。</p><p><b>　　2. 擾動(dòng)觀察法</b></p><p>　　擾動(dòng)觀察法的原理是:在每個(gè)控制周期用較小的步長(zhǎng)改變太陽(yáng)能電池陣列的輸出，改變的步長(zhǎng)

43、是一定的，方向可以是增加也可以是減少，控制對(duì)象可以是太陽(yáng)能電池陣列的輸出電壓或電流，這一過(guò)程稱為“擾動(dòng)”;然后，通過(guò)比較干擾周期前后太陽(yáng)能電池陣列的輸出功率，如果輸出功率增加，那么繼續(xù)按照上一周期的方向繼續(xù)“干擾”過(guò)程，如果檢測(cè)到輸出功率減少，則改變“干擾”的方向。擾動(dòng)觀察法的最大優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，被測(cè)參數(shù)少，容易實(shí)現(xiàn)。但是即使在某一周期太陽(yáng)能電池陣列運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，由于擾動(dòng)的存在，下一周期太陽(yáng)能電池陣列運(yùn)行點(diǎn)又會(huì)偏離最大功率點(diǎn)，因此

44、太陽(yáng)能電池陣列實(shí)際是在最大功率點(diǎn)附近振蕩運(yùn)行，從而導(dǎo)致部分功率損失;其次，難以選擇合適的變化步長(zhǎng)，步長(zhǎng)過(guò)小，跟蹤的速度緩慢，太陽(yáng)能電池陣列可能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行于低功率輸出區(qū)，步長(zhǎng)過(guò)大太陽(yáng)能電池陣列在最大功率點(diǎn)附近的振蕩又會(huì)加大，跟蹤精度下降，從而導(dǎo)致更多的功率損失;另外，當(dāng)外部環(huán)境突然變化，太陽(yáng)能電池陣列從一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)變換到另一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)誤判現(xiàn)象。 </p><p><b>　　3.

45、增量電導(dǎo)法</b></p><p>　　為了解決擾動(dòng)觀察法導(dǎo)致的功率損失問(wèn)題，有人在1995年提出了增量電導(dǎo)法。由太陽(yáng)能電池陣列輸出電氣特性知，太陽(yáng)能電池陣列的輸出功率-電壓(P-V)曲線是一個(gè)單峰曲線，在最大功率點(diǎn)處，功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)為零。</p><p>　　增量電導(dǎo)法的優(yōu)點(diǎn)是:在日照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，太陽(yáng)能電池陣列輸出電壓能以平穩(wěn)的方式追隨其變化，而且穩(wěn)態(tài)的電壓振蕩也較擾動(dòng)

46、觀察法小。增量電導(dǎo)法的缺點(diǎn)是:太陽(yáng)能電池陣列可能存在一個(gè)局部的最大功率點(diǎn)，這種算法可能導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定在一個(gè)局部的最大功率點(diǎn)；如同擾動(dòng)觀察法一樣，增量電導(dǎo)法的變化步長(zhǎng)也是固定的，步長(zhǎng)過(guò)小會(huì)使跟蹤速度變慢，太陽(yáng)能電池陣列較長(zhǎng)時(shí)間工作在低功率輸出區(qū);步長(zhǎng)太長(zhǎng)，又會(huì)使系統(tǒng)振蕩加劇，影響跟蹤精度。在實(shí)際的光伏系統(tǒng)中，增量電導(dǎo)法的實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的要求相對(duì)較高，控制系統(tǒng)需采用高速微處理器完成數(shù)據(jù)處理。</p><p><b&g

47、t;　　第三章 鉛酸蓄電池</b></p><p>　　太陽(yáng)能電池是一種利用光生伏打效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)換為電能的器件，當(dāng)太陽(yáng)光照射到半導(dǎo)體P-N結(jié)時(shí)，就會(huì)在P-N 結(jié)兩邊產(chǎn)生電壓，使P-N 結(jié)短路，從而產(chǎn)生電流。這個(gè)電流隨著光強(qiáng)度的加大而增大，當(dāng)接受的光強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，就可以將太陽(yáng)能電池看成恒流電源。對(duì)于太陽(yáng)能電池方陣而言，應(yīng)按照用戶的要求、負(fù)載的用電量及技術(shù)條件確定太陽(yáng)能電池組件的串并聯(lián)數(shù)。串聯(lián)數(shù)由太

48、陽(yáng)能電池方陣的工作電壓決定，應(yīng)考慮蓄電池的均浮充電壓、線路損耗以及溫度變化對(duì)太陽(yáng)能電池的影響。蓄電池的容量決定其最大充電電流，該數(shù)值再結(jié)合負(fù)載電流，可決定太陽(yáng)能電池并聯(lián)數(shù)。太陽(yáng)能電池組件（也叫太陽(yáng)能電池組件）是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中最重要的部分。其作用是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)，或推動(dòng)負(fù)載工作，太陽(yáng)能電池組件的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。</p><p>

49、　　3.1太陽(yáng)能蓄電池的工作原理</p><p>　　白天太陽(yáng)光照射到太陽(yáng)能組件上，使太陽(yáng)能電池組件產(chǎn)生一定幅度的直流電壓，把光能轉(zhuǎn)換為電能，再傳送給智能控制器，經(jīng)過(guò)智能控制器的過(guò)充保護(hù)，將太陽(yáng)能組件傳來(lái)的電能輸送給蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)存；而儲(chǔ)存就需要有蓄電池，所謂蓄電池即是貯存化學(xué)能量，于必要時(shí)放出電能的一種電氣化學(xué)設(shè)備。普通蓄電池又稱為鉛酸蓄電池，它的電極是由鉛和鉛的氧化物構(gòu)成，電解液是蒸餾的水溶液。主要優(yōu)點(diǎn)是電壓穩(wěn)

50、定、價(jià)格便宜；缺點(diǎn)是比能低(即每公斤蓄電池存儲(chǔ)的電能)、使用壽命短和日常維護(hù)頻繁。老式普通蓄電池一般壽命在2年左右，而且需定期檢查電解液的高度并添加蒸餾水。不過(guò)隨著科技的發(fā)展，普通蓄電池的壽命變得更長(zhǎng)而且維護(hù)也更簡(jiǎn)單了。鉛酸蓄電池最明顯的特征是其頂部有6個(gè)可擰開(kāi)的塑料密封蓋，上面還有通氣孔。這些密封蓋是用來(lái)加注、檢查電解液和排放氣體之用。按照理論上說(shuō)，鉛酸蓄電池需要在每次保養(yǎng)時(shí)檢查電解液的高度，如果有缺少需添加蒸餾水。但隨著蓄電池制造技

51、術(shù)的升級(jí)，鉛酸蓄電池的維護(hù)也不再?gòu)?fù)雜。正常使用，2-3年間鉛酸蓄電池都無(wú)需添加電解液或蒸餾水。</p><p>　　儲(chǔ)能是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，尤其對(duì)于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，儲(chǔ)能環(huán)節(jié)更是不可缺少的組成部分。儲(chǔ)能系統(tǒng)的好壞直接影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能在實(shí)際的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，儲(chǔ)能部分又是最易受損、最易消耗的部分。所以獲得最佳的儲(chǔ)能系統(tǒng)成為光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中通常使用蓄電池實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，常用

52、蓄電池屬于電化學(xué)電池。蓄電池在充電時(shí)把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，放電時(shí)把儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能提供給負(fù)載使用。一般來(lái)講，光伏發(fā)電系統(tǒng)白天把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)充電器和蓄電池把電能儲(chǔ)存起來(lái)，晚上再通過(guò)放電器把儲(chǔ)存在蓄電池里的電能放出來(lái)使用。</p><p>　　3.1.1鉛酸蓄電池充電控制方法</p><p>　　在太陽(yáng)能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，對(duì)鉛酸蓄電池使用的充電控制方法直接影響到系統(tǒng)的性

53、能。充電控制方法的優(yōu)劣影響到鉛酸蓄電池的荷電量的大小，同時(shí)也關(guān)系到鉛酸蓄電池的使用壽命。而電荷量的大小決定著太陽(yáng)能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)向負(fù)載供電的能力、鉛酸蓄電池的使用壽命關(guān)系到系統(tǒng)的成本、造價(jià)以及系統(tǒng)的使用壽命，目前鉛酸蓄電池常用的充電控制包括恒流充電、恒壓充電、兩階段和三階段充電等方法。[10]</p><p><b>　　(一)恒流充電</b></p><p>　　

54、恒流充電就是以一定的電流進(jìn)行充電，在充電過(guò)程中隨著鉛酸蓄電池電壓的變化要進(jìn)行電流調(diào)整使之恒定不變。這種方法特別適合于多個(gè)鉛酸蓄電池串聯(lián)的鉛酸蓄電池組進(jìn)行充電，能使落后的鉛酸蓄電池的容量易于得到恢復(fù)，最好用于小電流長(zhǎng)時(shí)間的充電模式。這種充電方式的不足之處在于:鉛酸蓄電池開(kāi)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(gè)充電過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)。</p><p><b>　　(二)恒壓充電法</b&

55、gt;</p><p>　　恒壓充電就是以一恒定電壓對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行充電。在充電初期由于鉛酸蓄電池電壓較低，充電電流較大，但隨著鉛酸蓄電池電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。在充電末期只有很小的電流通過(guò)，這樣充電過(guò)程中就不必調(diào)整電流。相對(duì)恒流電來(lái)說(shuō)，此法的充電電流自動(dòng)減少，所以充電過(guò)程中析氣量小，充電時(shí)間短，能耗低。這種充電方法不足之處在于:在充電初期，如果鉛酸蓄電池放電深度過(guò)深，充電電流會(huì)很大，不僅危及充電器的安全，

56、而且鉛酸蓄電池可能因過(guò)流而受到損傷;如果鉛酸蓄電池電壓過(guò)低，后期充電電流又過(guò)小，充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不適合串聯(lián)數(shù)量多的鉛酸蓄電池組充電。鉛酸蓄電池電壓的變化很難補(bǔ)償，充電過(guò)程中對(duì)落后電池的完全充電也很難完成。這種充電方法在小型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中經(jīng)常用到，因?yàn)檫@種系統(tǒng)中來(lái)自太陽(yáng)能電池陣列的電流不會(huì)太大，而且這種系統(tǒng)中鉛酸蓄電池組串聯(lián)不多。</p><p><b>　　(三)兩階段充電法</b>&

57、lt;/p><p>　　這種方法是為了克服恒流與恒壓充電的缺點(diǎn)而結(jié)合的一種充電策略。它首先對(duì)鉛酸蓄電池采用恒流充電方式充電，鉛酸蓄電池充電到達(dá)一定容量后，然后采用恒壓充電方式充電。采用這種充電方式，在充電初期，鉛酸蓄電池不會(huì)出現(xiàn)很大的電流，在充電后期也不會(huì)出現(xiàn)鉛酸蓄電池電壓過(guò)高，使鉛酸蓄電池產(chǎn)生析氣。</p><p>　　(四)三階段充電法 </p><p>　　三階段

58、充電法是在兩階段充電完畢后，鉛酸蓄電池容量己經(jīng)達(dá)到額定容量時(shí)，再繼續(xù)以很小的電流向鉛酸蓄電池充電以彌補(bǔ)鉛酸蓄電池由于自放電損失的電量，這種以小電流充電的方式也稱為浮充。在浮充時(shí)，鉛酸蓄電池充電電壓要比恒壓階段的充電電壓低。在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，綜合考慮日照強(qiáng)度以及環(huán)境溫度對(duì)光伏系統(tǒng)充電電流的影響、鉛酸蓄電池性能以及系統(tǒng)成本等因素，使用三階段充電法對(duì)鉛酸蓄電池充電較為合理。</p><p><b>　　

59、3.2太陽(yáng)能控制器</b></p><p>　　太陽(yáng)能控制器全稱為太陽(yáng)能充放電控制器，是用于太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，控制多路太陽(yáng)能電池方陣對(duì)蓄電池充電以及蓄電池給太陽(yáng)能逆變器負(fù)載供電的自動(dòng)控制設(shè)備。太陽(yáng)能控制器負(fù)責(zé)對(duì)太陽(yáng)能電池輸出能量控制，輸出穩(wěn)定的220VDC。直接為逆變器提供電能向負(fù)載供電；也可以向蓄電池組充電，并對(duì)蓄電池起到過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)的作用，同時(shí)具有電池巡檢功能。 </p>

60、<p>　　3.2.1太陽(yáng)能控制器的充電保護(hù)模式</p><p>　　1、直充保護(hù)點(diǎn)電壓：直充也叫急充，屬于快速充電，一般都是在蓄電池電壓較低的時(shí)候用大電流和相對(duì)高電壓對(duì)蓄電池充電，但是，有個(gè)控制點(diǎn)，也叫保護(hù)點(diǎn)，就是上表中的數(shù)值，當(dāng)充電時(shí)蓄電池端電壓高于這些保護(hù)值時(shí)，應(yīng)停止直充。直充保護(hù)點(diǎn)電壓一般也是“過(guò)充保護(hù)點(diǎn)”電壓，充電時(shí)蓄電池端電壓不能高于這個(gè)保護(hù)點(diǎn)，否則會(huì)造成過(guò)充電，對(duì)蓄電池是有損害的。<

61、/p><p>　　2、均充控制點(diǎn)電壓：直充結(jié)束后，蓄電池一般會(huì)被充放電控制器靜置一段時(shí)間，讓其電壓自然下落，當(dāng)下落到“恢復(fù)電壓”值時(shí)，會(huì)進(jìn)入均充狀態(tài)。為什么要設(shè)計(jì)均充？就是當(dāng)直充完畢之后，可能會(huì)有個(gè)別電池“落后”（端電壓相對(duì)偏低），為了將這些個(gè)別分子拉回來(lái)，使所有的電池端電壓具有均勻一致性，所以就要以高電壓配以適中的電流再充那么一小會(huì)，可見(jiàn)所謂均充，也就是“均衡充電”。均充時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，一般為幾分鐘~十幾分鐘，時(shí)間設(shè)

62、定太長(zhǎng)反而有害。對(duì)配備一塊兩塊蓄電池的小型系統(tǒng)而言，均充意義不大。所以，路燈控制器一般不設(shè)均充，只有兩個(gè)階段。</p><p>　　3、浮充控制點(diǎn)電壓：一般是均充完畢后，蓄電池也被靜置一段時(shí)間，使其端電壓自然下落，當(dāng)下落至“維護(hù)電壓”點(diǎn)時(shí)，就進(jìn)入浮充狀態(tài)，類似于“涓流充電”（即小電流充電），電池電壓一低就充上一點(diǎn)，一低就充上一點(diǎn)，一股一股地來(lái)，以免電池溫度持續(xù)升高，這對(duì)蓄電池來(lái)說(shuō)是很有好處的，因?yàn)殡姵貎?nèi)部溫度對(duì)充

63、放電的影響很大。其實(shí)PWM方式主要是為了穩(wěn)定蓄電池端電壓而設(shè)計(jì)的，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度來(lái)減小蓄電池充電電流。這是非?？茖W(xué)的充電管理制度。具體來(lái)說(shuō)就是在充電后期、蓄電池的剩余電容量（SOC）>80%時(shí)，就必須減小充電電流，以防止因過(guò)充電而過(guò)多釋氣（氧氣、氫氣和酸氣）。</p><p>　　4、過(guò)放保護(hù)終止電壓：這比較好理解。蓄電池放電不能低于這個(gè)值，這是國(guó)標(biāo)的規(guī)定。蓄電池廠家雖然也有自己的保護(hù)參數(shù)（企標(biāo)或行標(biāo)），

64、但最終還是要向國(guó)標(biāo)靠攏的。需要注意的是，為了安全起見(jiàn)，一般將12V電池過(guò)放保護(hù)點(diǎn)電壓人為加上0.3v作為溫度補(bǔ)償或控制電路的零點(diǎn)漂移校正，這樣12V電池的過(guò)放保護(hù)點(diǎn)電壓即為：11.10v，那么24V系統(tǒng)的過(guò)放保護(hù)點(diǎn)電壓就為22.20V 。 </p><p><b>　　3.3光伏逆變器</b></p><p>　　直流-交流（DC/AC）變換器，也稱逆變器。其功能是

65、將直流電變?yōu)楣潭l率和電壓或可調(diào)頻率和可調(diào)電壓的交流電，供負(fù)載使用。太陽(yáng)能逆變器是太陽(yáng)能交流發(fā)電系統(tǒng)：電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成，逆變器是一種電源轉(zhuǎn)換裝置，逆變器按激勵(lì)方式可分為自激式振蕩逆變和他激式振蕩逆變。太陽(yáng)能交流發(fā)電系統(tǒng)是由太陽(yáng)能電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成；太陽(yáng)能 直流發(fā)電系統(tǒng)則不包括逆變。逆變器是一種電源轉(zhuǎn)換裝置，逆變器按激勵(lì)方式可分為自激式振蕩逆變和他激式振蕩逆變。主要功能是將蓄電池的直流電逆

66、變成交流電。通過(guò)全橋電路，一般采用SPWM處理器經(jīng)過(guò)調(diào)制、濾波、升壓等，得到與照明負(fù)載頻率、額定電壓等相匹配的正弦交流電供系統(tǒng)終端用戶使用，有了逆變器，就可使用直流蓄電池為電器提供交流電。通過(guò)普通的交流電插座進(jìn)行并網(wǎng)，這樣就可以減少成本和設(shè)備的安裝，但往往各地的電網(wǎng)的安全標(biāo)準(zhǔn)也許不允許這樣做，電力公司有可能反對(duì)發(fā)電裝置直接和普通家庭用戶的普通插座相連，另一和安全有關(guān)的因素是是否需要使用隔離變壓器（高頻或低頻），或者允許使用無(wú)變壓器式的逆

67、變器，這一逆變器在玻璃幕墻中使用最為廣泛。</p><p>　　第四章 太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)原理：太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)主要由電源、蓄電池過(guò)充和過(guò)放保護(hù)電路、紅外控制及光控電路以及燈具組成。電源分為電池電源和220 V市電經(jīng)AC-DC轉(zhuǎn)換電路后的穩(wěn)定電源。AC-DC轉(zhuǎn)換電路主要由變壓器及集成穩(wěn)壓管構(gòu)成。蓄電池過(guò)充保護(hù)電路是一個(gè)簡(jiǎn)單的由穩(wěn)壓二

68、極管、三極管及電阻構(gòu)成的電路，而在太陽(yáng)能板給電池充電時(shí)為防止電池對(duì)太陽(yáng)能板反向充電，需在太陽(yáng)能板和電池之間接一個(gè)二極管。蓄電池過(guò)放保護(hù)電路的主要元件為滯回比較器和繼電器。由滯回比較器來(lái)判斷電池是否達(dá)到過(guò)放狀態(tài)，由繼電器作為選擇開(kāi)關(guān)，來(lái)選擇用電池供電還是后備電源供電（電池在過(guò)充狀態(tài)時(shí)和陰雨天氣時(shí)）。紅外控制和光控電路主要組成部分是紅外探頭、數(shù)字電路及光敏電阻，而紅外控制部分可以集成一塊芯片，即BISS001芯片。燈具有照明燈具及演示時(shí)的指

69、示燈。由于設(shè)計(jì)的是草坪燈，照明燈具需要足夠的亮度，可以選用由81個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的現(xiàn)成的燈具，指示燈用簡(jiǎn)單的發(fā)光二極管即可?？傮w框圖如圖5所示。 </p><p>　　如圖5太陽(yáng)能路燈總體框圖</p><p>　　此系統(tǒng)有兩點(diǎn)節(jié)能之處：第一，使用太陽(yáng)能電池板發(fā)電作

70、為能源，實(shí)現(xiàn)路燈照明的零損耗；第二，后續(xù)電路中使用光控及紅外控制節(jié)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人到燈亮，人走燈滅的效果，同時(shí)在連續(xù)陰雨天氣下，使用后備電源220 V供電，保證電路正常工作。</p><p>　　白天，光控開(kāi)關(guān)電路處于打開(kāi)狀態(tài)，后續(xù)控制電路不工作，路燈不亮；晚上，光控開(kāi)關(guān)電路自動(dòng)閉合，當(dāng)行人路過(guò)，被紅外探測(cè)器檢測(cè)到，紅外控制開(kāi)關(guān)閉合，路燈亮起，同時(shí)時(shí)延電路啟動(dòng)，數(shù)十秒后路燈自動(dòng)熄滅。當(dāng)遇到連續(xù)陰雨天氣，太陽(yáng)能蓄電池

71、電壓過(guò)低，達(dá)到低壓控制開(kāi)關(guān)開(kāi)起閾值時(shí)，開(kāi)關(guān)自動(dòng)閉合，電路切換到220 V市電供電，經(jīng)過(guò)AC-DC轉(zhuǎn)換電路，將穩(wěn)定的直流電源輸送至光控開(kāi)關(guān)電路，以實(shí)現(xiàn)取代蓄電池供電的目的，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的效果。</p><p><b>　　1．過(guò)充保護(hù)電路</b></p><p>　　為防止電池過(guò)充電，影響電池的使用壽命，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的電池過(guò)放保護(hù)電路。</p>&l

72、t;p>　　原理如圖6所示，圖中的Q1、D2、D1組成保護(hù)電路，其中D1（1N4743）為穩(wěn)壓管二極管（+13.5 V），D1和D2共同組成三極管Q1的偏置電路。R1是Q1管的限流電阻。電路外接充電器充電時(shí)，如電池的最高閾值電壓在14.4 V左右，在充電初期蓄電池按常規(guī)的欠壓狀態(tài)慢慢上升，當(dāng)電池電壓達(dá)到穩(wěn)壓管D1的擊穿電壓時(shí)，D1管開(kāi)始導(dǎo)通，此時(shí)Q1管也導(dǎo)通，促使A、B端電壓下降，設(shè)置合適的參數(shù)使電池兩端電壓最高值不會(huì)大于14.4

73、 V。在蓄電池已充滿時(shí)保護(hù)電路會(huì)使蓄電池處于涓流充電狀態(tài)，這就使電池具有充電保護(hù)功能。</p><p><b>　　圖6過(guò)充保護(hù)電路圖</b></p><p>　　當(dāng)電池兩端電壓高于太陽(yáng)能板兩端電壓時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生電池給太陽(yáng)能板反向充電現(xiàn)象。一旦發(fā)生這種現(xiàn)象，太陽(yáng)能板很有可能被燒壞，造成損失。因而，過(guò)充保護(hù)電路還應(yīng)該包括防反充電路，即在太陽(yáng)能板和電池之間連接一個(gè)二極管來(lái)

74、防止電池對(duì)太陽(yáng)能板反向充電，如圖7所示。</p><p><b>　　圖7防反充電路圖</b></p><p><b>　　2 過(guò)放保護(hù)電路</b></p><p>　　該電路原理如圖8所示。圖中Q2使比較器起滯回作用，使比較電路有兩個(gè)門限電壓：VTHR和VTHL（VTHH>VTHL），一個(gè)滯回區(qū)。當(dāng)電池電壓從低升高

75、至VTHH時(shí)，比較器輸出高電平；當(dāng)電池電壓降低至VTHL時(shí)，比較器輸出低電平。這個(gè)時(shí)候電池端電壓雖然會(huì)迅速升高至VTHL以上，但由于達(dá)不到VTHH，所以，比較器仍然輸出低電平，直到電池被充電后電壓升高至VTHH以上才能再次輸出高電平。這樣就避免了電路的振蕩，保護(hù)了負(fù)載和電池。</p><p><b>　　圖8過(guò)放保護(hù)電路</b></p><p>　　比較器正端反映的是

76、電池的采樣電壓U3，比較器負(fù)端反映的是電池的參考電壓U2。當(dāng)U3>U2時(shí)，比較器輸出高電平，Q1導(dǎo)通，Q1的C極為低電平，Q3截止，負(fù)載不工作。</p><p><b>　　3 后備電源</b></p><p>　　在陰雨天太陽(yáng)能電池板無(wú)法將電池充到可工作的狀態(tài)時(shí)，就要用到后備電源給電路供電，后備電源采用的是交一直流轉(zhuǎn)換，將交流電轉(zhuǎn)換到額定的直流電壓值以確保電路

77、正常工作。</p><p>　　4 紅外光控控制電路</p><p>　　該系統(tǒng)采用了BISS0001芯片，它是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開(kāi)關(guān)，具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器。該組成部分采用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以選用集成芯片BISS0001、三極管8050、光敏電阻和紅外感應(yīng)器來(lái)設(shè)計(jì)。紅外感應(yīng)器把傳感器傳送的紅外信號(hào)處理后

78、反饋到控制端，經(jīng)過(guò)內(nèi)部線性放大，雙向鑒幅，信號(hào)處理，延遲定時(shí)，封鎖定時(shí)等處理。其腳2輸出高電平使三極管8050導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)繼電器K吸合，再由繼電器觸點(diǎn)控制相應(yīng)的被控對(duì)象。此處繼電器可換成雙向可控硅。</p><p><b>　　圖9紅外光控電路圖</b></p><p>　　圖9中，運(yùn)算放大器OP1將熱釋電紅外傳感器的輸出信號(hào)作第一級(jí)放大，然后由C3耦合給運(yùn)算放大器OP

79、2進(jìn)行第二級(jí)放大，再經(jīng)由電壓比較器COP1和COP2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號(hào)Vs去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，輸出信號(hào)Vo經(jīng)晶體管T1放大驅(qū)動(dòng)繼電器去接通負(fù)載。其中，R3為光敏電阻，用來(lái)檢測(cè)環(huán)境照度。當(dāng)作為照明控制時(shí)，若環(huán)境較明亮，R3的電阻值會(huì)降低，使9腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號(hào)Vs。SW1是工作方式選擇開(kāi)關(guān)。當(dāng)SW1與1端連通時(shí)，芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式；當(dāng)SW1與2端連通時(shí)，芯片則處于不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。圖

80、中R6可以調(diào)節(jié)放大器增益的大小，原圖選10 k，實(shí)際使用時(shí)可以用3 k，可以提高電路增益改善電路性能。輸出延遲時(shí)間Tx由外部的R9和C7的大小調(diào)整，觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti由外部的R10和C6的大小調(diào)整，R9／R10可以用470 Ω，C6／C7可以選0.1 V。</p><p><b>　　5創(chuàng)新點(diǎn)</b></p><p>　　（1）電池過(guò)放保護(hù)系統(tǒng)的電路簡(jiǎn)單，使用靈活。只需

81、選擇供電電壓較高的比較器，就可以應(yīng)用到任何電壓等級(jí)的電路中；只需改變電阻值就可以設(shè)置任意的導(dǎo)通和關(guān)斷門限，從而可以具有一個(gè)較寬的安全范圍?！?lt;/p><p>　?。?）在控制系統(tǒng)中照明電源與芯片工作電源分開(kāi)，將蓄電池的電源分路進(jìn)行分別穩(wěn)壓處理，在使用微小功率繼電器自動(dòng)選擇合適電壓，小電壓供給芯片工作，大電壓供給燈具照明，避免了使用同樣的大電壓供給所產(chǎn)生的功耗的損失。同時(shí)在照明回路中，避免使用功耗較大的三極管做開(kāi)關(guān)

82、，而是使用可控硅。</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)有備用電源，在連續(xù)的極端惡劣天氣下，蓄電池電量用完，得不到及時(shí)充電，可以自動(dòng)開(kāi)啟后備電源，保證路燈正常工作。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　這個(gè)太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)城市環(huán)保、照明節(jié)能、緩解常規(guī)能源緊張的情況有積極意義，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行均為自動(dòng)控制，工作原理

83、簡(jiǎn)單，安裝方便，技術(shù)可靠，適用范圍：一方面，在道路、景觀照明以及今后可能推廣的太陽(yáng)能系統(tǒng)區(qū)域網(wǎng)內(nèi)集中采供電應(yīng)用等方面，其技術(shù)和市場(chǎng)很有發(fā)展前景。另一方面，在一些特定場(chǎng)合（海島、景區(qū)山頂、偏遠(yuǎn)地點(diǎn)等）的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，包括示范應(yīng)用也有積極意義，所以研究很有意義。并詳細(xì)說(shuō)明了太陽(yáng)能逆變器的優(yōu)點(diǎn)，控制器的特性以及太陽(yáng)能電池最大功率跟蹤的原理以及一些常用的方法，并比較了他們的優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)對(duì)目前太陽(yáng)能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究，介紹了太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

84、和離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)直流-交流（DC/AC）變換器作了分析。通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究和深入了解為今后的職業(yè)生涯做好了鋪墊。設(shè)計(jì)有備用電源，在連續(xù)的極端惡劣天氣下，蓄電池電量用完，得不到及時(shí)充電，可以自動(dòng)開(kāi)啟后備電源，保證路燈正常工作。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 錢伯章.世界能源消費(fèi)現(xiàn)狀和可再生能源的發(fā)展趨勢(shì)(上)[J

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