太陽(yáng)能警示燈-四燈爆閃燈

1、武威職業(yè)學(xué)院專(zhuān)業(yè)（專(zhuān)科）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目太陽(yáng)能警示燈-四燈爆閃燈姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)老師完成日期教學(xué)系能源工程系摘要人類(lèi)社會(huì)生活水平的不斷提高，導(dǎo)致人類(lèi)對(duì)能源的需求量也越來(lái)越大、能源 緊缺的問(wèn)題也越來(lái)越明顯。而且隨著世界各國(guó)石油、煤炭等化石燃料的匱乏，全 國(guó)大部分地區(qū)為了對(duì)付缺電，實(shí)行了分地區(qū)分時(shí)段的拉閘限電措施。而交通燈作 為重要的指揮工具，如果因?yàn)閿嚯姸荒苷９ぷ?，變?huì)造成許多交通隱患。因 此，對(duì)如何更好的利用可再生資源成了全球關(guān)注的焦點(diǎn)本文主要介紹一種利用太陽(yáng)能電池供電、用單片機(jī)程序控制的太陽(yáng)能四燈爆 閃燈。首先介紹了太陽(yáng)能四燈爆閃燈的工作過(guò)程及原理，其次對(duì)構(gòu)成太陽(yáng)能四燈 爆閃燈的太陽(yáng)能光

2、伏電池板、控制器、蓄電池、單片機(jī)等做了詳細(xì)介紹，最后對(duì) 系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì)及配置選型兩方面做了介紹。利用太陽(yáng)能電池發(fā)出的電給太陽(yáng)能 四燈爆閃燈供電，并將多余的電能儲(chǔ)存但蓄電池內(nèi)，供太陽(yáng)能四燈爆閃燈在夜晚 或者陰雨天使用，保障太陽(yáng)能四燈爆閃燈可以長(zhǎng)時(shí)間的工作。關(guān)鍵詞 太陽(yáng)能四燈爆閃燈 太陽(yáng)能電池板 蓄電池 控制器 單片機(jī)目 錄第1章太陽(yáng)能四燈爆閃燈的設(shè)計(jì)方案 11.1 設(shè)計(jì)要求 11.2 設(shè)計(jì)方案 1第2章太陽(yáng)能四燈爆閃燈 22.1 太陽(yáng)能四燈爆閃燈的作用 22.2 太陽(yáng)能四燈爆閃燈的組成 22.3 太陽(yáng)能四燈爆閃燈的工作原理 2第3章 太陽(yáng)能四燈爆閃燈的供電系統(tǒng) 43.1 太陽(yáng)能電池組件 43.1

3、.1 電池組件的基本要求 43.1.2 太陽(yáng)能電池原理 53.1.3 太陽(yáng)能電池的特性 63.1.4 太陽(yáng)能電池的分類(lèi) 83.2 蓄電池 83.2.1 蓄電池的分類(lèi) 93.2.2 蓄電池的工作原理 123.2.3 鉛酸蓄電池的型號(hào)識(shí)別 123.2.4 鉛酸蓄電池的使用維護(hù)要點(diǎn) 133.3 控制器 143.3.1 光伏控制器的主要技術(shù)參數(shù) 143.3.2 控制器接線(xiàn) 16第4章 太陽(yáng)能四燈爆閃燈的控制系統(tǒng) 184.1 控制系統(tǒng)中的電子元器件 184.2 控制系統(tǒng)-單片機(jī) 19總結(jié) 22致謝 23參考文獻(xiàn) 24第1章 太陽(yáng)能四燈爆閃燈的設(shè)計(jì)方案1.1 設(shè)計(jì)要求1 .通過(guò)太陽(yáng)能電池板及其備用蓄電池對(duì)

4、太陽(yáng)能四燈爆閃燈供電；2 .用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件protel設(shè)計(jì)電路原理圖，用proteus仿真軟件對(duì) 電路進(jìn)行仿真；3 .以單片機(jī)為核心芯片，通過(guò)控制紅藍(lán)兩色led燈在公路特殊路段起到警示作用；4 .論文主要包括清晰地電路原理圖、設(shè)計(jì)外觀圖、仿真圖；1.2 設(shè)計(jì)方案采用太陽(yáng)能電池及備用蓄電池供電，確保太陽(yáng)能四燈爆閃燈能在夜晚正常工 作，并且可以在連續(xù)10個(gè)陰雨天里正常工作，采用單片機(jī)自動(dòng)控制 ledt的閃爍 頻率，由一面來(lái)工作，提高燈的閃爍頻率達(dá)到爆閃的效果。25第2章太陽(yáng)能四燈爆閃燈2.1 太陽(yáng)能四燈爆閃燈的作用太陽(yáng)能四燈爆閃燈在工作生活中有以下的作用1 .公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)面前放置，做到提醒司

5、機(jī)謹(jǐn)慎駕駛。2 .在公路上存有交通安全隱患的危險(xiǎn)路段安裝提示司機(jī)或行人注意，有效的 起到警示作用，避免交通事故和意外事故的發(fā)生。 如公路交叉路口、彎道、橋梁 公路邊村莊路口、學(xué)校門(mén)口、住宅小區(qū)、廠區(qū)大門(mén)口等危險(xiǎn)路段。如圖2.1所示為太陽(yáng)能四燈爆閃燈。33ijv密時(shí)。4等【伊皂號(hào)*事,修*瑜卓事事注h金.罵h 絲二*css布小0*歲圖2.1太陽(yáng)能四燈爆閃燈2.2 太陽(yáng)能四燈爆閃燈的組成1 .采用密封組合及t組，每組由12個(gè)led燈組成；2 .聚碳酸酯燈罩抗沖擊、耐老化、透明度高；3 .閃光模式控制器，光控、過(guò)充、過(guò)放電保護(hù)。2.3 太陽(yáng)能四燈爆閃燈的工作原理由太陽(yáng)能電池組件及蓄電池供電、控制器控

6、制供電時(shí)間段，由單片機(jī)程序?qū)?太陽(yáng)能四燈爆閃燈的閃爍進(jìn)行控制，包括閃爍頻率和閃爍的程度。115vl 加f口-1led3blueled2-fblue.led4led!-bltjel 10計(jì)elvebe435hi01ll rr 亙 14 b 叵 r 叵iipl 0vccpl 1pop1jm.lpl 3p02pl4mpijp04pl fpcjpl7rstvpdpq7phceieeavpp3 1 tid almogp3l2intopenpj3 intipl7p34top2fp35 t1pl5r3la 器hpl號(hào)pilfxpl 3xt.4l2pl2xtallrigndplo40弱n37%343j 231

7、*if1726e24232211a9cs1圖2.2太陽(yáng)能四燈爆閃燈電路圖第3章 太陽(yáng)能四燈爆閃燈的供電系統(tǒng)在太陽(yáng)能四燈爆閃燈的工作過(guò)程中，主要給燈具提供電能的有太陽(yáng)能電池組 件以及配套的蓄電池組。3.1 太陽(yáng)能電池組件太陽(yáng)能電池組件也叫太陽(yáng)能光伏組件，通常還簡(jiǎn)稱(chēng)為電池組件或光伏組件， 英文名稱(chēng)為“ solar module ”或“ pv module”。電池組件是把多個(gè)單體的太陽(yáng)電 池片根據(jù)需要用、并聯(lián)起來(lái)，并通過(guò)專(zhuān)用材料和專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)工藝進(jìn)行封裝后的產(chǎn)品。 目前易用的太陽(yáng)能電池主要是晶體硅電池，分為單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng) 能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池等幾種。圖3.1太陽(yáng)能電池組件3.1.1 電

8、池組件的基本要求電池組件在應(yīng)用中要滿(mǎn)足以下要求：能夠提供足夠的機(jī)械強(qiáng)度，是電池組件能經(jīng)受運(yùn)輸、安裝和使用過(guò)程中， 由于沖擊、震動(dòng)等而產(chǎn)生的應(yīng)力，能經(jīng)受冰雹的沖擊力；具有良好的密封性，能夠防風(fēng)、防水，隔絕大氣條件下對(duì)太陽(yáng)電池片的腐 蝕；具有良好的電絕緣性能；抗紫外線(xiàn)輻射能力強(qiáng)；工作電壓和輸出功率可以按不同的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以提供多種接線(xiàn)方 式，滿(mǎn)足不同的電壓、電流和功率輸出的要求；因太陽(yáng)電池片用、并聯(lián)組合引起的效率損失小；太陽(yáng)電池片間連接可靠；工作壽命長(zhǎng)，要求電池組件在自然條件下能夠使用20年以上；在滿(mǎn)足前述條件下，封裝成本盡可能低3.1.2 太陽(yáng)能電池原理(1)太陽(yáng)能電池光伏效應(yīng)：當(dāng)光線(xiàn)照射太

9、陽(yáng)能電池表面時(shí)，一部分光子被 硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在 p n吉兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有 電流流過(guò)外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電 能的過(guò)程。如圖3-2所示圖3.2太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理(2)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率投射到太陽(yáng)能電池整個(gè)光照面的光能只有一小部分可變成電能，這是因?yàn)樗?受很多因素的影響。太陽(yáng)光在外層空間的輻射基本是恒定的，但經(jīng)過(guò)成分不同、 厚度不同的大氣層的吸收，其中包括含量大而且多變的水蒸氣的選擇性吸收，到 達(dá)地面的太陽(yáng)能光譜隨時(shí)隨地都在發(fā)生變化。一般情況下，到達(dá)地面

10、的太陽(yáng)光光 譜為0.34m實(shí)際上，太陽(yáng)能電池的效率要比理論計(jì)算值低的多。因?yàn)樘?yáng)能電池在裝換 過(guò)程中有很多損失，其損失概括起來(lái)有以下幾點(diǎn)。 投射到電池表面的光，一部分被反射掉而沒(méi)有進(jìn)入電池，這種反射損失是一種相當(dāng)大的損失。純凈的硅表面的反射率在0.410波長(zhǎng)范圍內(nèi)約為30%而其他材料的反射率也相當(dāng)高。為減少損失，在制造太陽(yáng)能電池時(shí)會(huì)在純凈的硅 表面鍍一薄層氧化硅以減少反射，這些膜在光譜范圍內(nèi)是透明的。光線(xiàn)進(jìn)入電池后能量大于“禁帶”寬度的光子被太陽(yáng)能電池吸收，產(chǎn)生 電子一空穴對(duì)，但還有一部分剩余能量在短時(shí)間內(nèi)以熱的形式傳給了半導(dǎo)體品 格，也造成了損失；能量小于“禁帶”寬度的光子不能產(chǎn)生空穴對(duì)，而

11、在太陽(yáng)能 電池中損失掉。對(duì)于硅太陽(yáng)能電池，該損失占入射太陽(yáng)能總能量的53% 光激發(fā)產(chǎn)生的少數(shù)載流子中有一部分以擴(kuò)散方式流到pne它是對(duì)電流輸出有貢獻(xiàn)的一部分，而另一部分則遠(yuǎn)離結(jié)位置并在電池表面和內(nèi)部復(fù)合掉了。太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓小于pn吉接觸電勢(shì)差，這項(xiàng)損失為電壓因素?fù)p失。 太陽(yáng)能電池的最大功率與開(kāi)路電壓和短路電流乘積之比通常用fe(或cf)表不：fe=imvm/i scvoc式中，i scvoc是太陽(yáng)能電池的極限輸出功率；i mvm是太陽(yáng)能電池的最大輸出功 率。太陽(yáng)能電池在開(kāi)路和短路時(shí)的損失稱(chēng)為開(kāi)路損失和短路損失。太陽(yáng)能電池的串聯(lián)電阻、接觸電阻和薄膜層電阻也造成損失。3.1.3 太陽(yáng)能電池的

12、特性(1)太陽(yáng)能電池的光電特性當(dāng)光照到太陽(yáng)能電池上時(shí)，在電池負(fù)載電阻rh和電池內(nèi)部，分別流過(guò)電流i利ij。其中，ij為通過(guò)pn吉的正向電流。當(dāng)光照恒定時(shí)，光電流ip=ir+ij也恒定。光電流在太陽(yáng)能電池內(nèi)、外的流動(dòng)，可用等效電路表示，光電池端的電壓vj應(yīng)與電阻上的電壓vrf目等，光電池的電流ij隨vj的變化呈指數(shù)關(guān)系：i j=ipeqvj/akt-1式中，q為電子電荷，取值1.6x10-10c； t為絕對(duì)溫度，單位為k;k為玻爾茲曼 常數(shù)，取值1.380 x 10-23j/k或0.86 x 10-4ev/k;a為太陽(yáng)能電池的有效面積，單位為 2 mvm負(fù)載電阻r的電流和電壓關(guān)系為v=i rr從

13、上式可得出負(fù)載電阻上的電流和電壓之間的關(guān)系為 r=v/i ,負(fù)載電阻上的 電壓降和結(jié)電壓相等，負(fù)載電阻 rh得到的電功率為ivj0太陽(yáng)能電池要獲得高的 轉(zhuǎn)換效率就必須在一定的太陽(yáng)輻射下輸出盡可能大的功率 ivj。(2)太陽(yáng)能電池的光譜特性太陽(yáng)能電池的光譜特性是指太陽(yáng)能電池在太陽(yáng)光輻射能量相同時(shí)，其先生電流隨輻射光波長(zhǎng)變化的關(guān)系。在太陽(yáng)能電池中，只有那些能量大于其材料“禁帶” 寬度的光子才能在被吸收時(shí)在光伏材料中產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，而那些能量小于“禁帶”寬度的光子即使被吸收也不能產(chǎn)生電子一空穴對(duì)。光伏材料對(duì)光的吸收 存在一個(gè)截止波長(zhǎng)。理論分析表明，對(duì)太陽(yáng)光而言，能得到最佳工作性能的光伏 材料應(yīng)有1

14、.5ev的“禁帶”寬度，當(dāng)“禁帶”寬度增加時(shí)，被光伏材料吸收的總太 陽(yáng)能就會(huì)越來(lái)越多。每種太陽(yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)光都有自己的光譜曲線(xiàn)，它表明太陽(yáng)能電池對(duì)不同波 長(zhǎng)光的靈敏度（光電轉(zhuǎn)換能力）。表 3-1給出了不同光伏材料的截止波長(zhǎng)和太陽(yáng) 能吸收效率。當(dāng)太陽(yáng)光照到太陽(yáng)能電池上時(shí)，某一波長(zhǎng)的光和太陽(yáng)能電池相對(duì)于 該波長(zhǎng)波的光譜靈敏度，決定該波長(zhǎng)波的光生電流值，而太陽(yáng)能電池總的光生電 流值是各個(gè)波長(zhǎng)光的光生電流值得總和。表3.1光伏材料特性材料禁帶寬度/ev截止波長(zhǎng)/即太陽(yáng)能吸收效率/%硅1.11.176神化錢(qián)1.350.965磷化鈿1.250.9769硫化鎘1.450.8461硒1.50.8158（3）太

15、陽(yáng)能電池的i v特性太陽(yáng)能電池組件的電氣特性主要是指iv輸出特性，也稱(chēng)伏安特性曲線(xiàn)，如 圖3-3所示。圖3-3太陽(yáng)能電池i-v特性曲線(xiàn)太陽(yáng)能電池的iv#性與二極管的特性相似，一般稱(chēng)為iv曲線(xiàn)特性。在太陽(yáng)能 iv8線(xiàn)中，短路電流（isc）、開(kāi)路電壓（voc）及最大功率（pmpp是太陽(yáng)能 電池的主要技術(shù)參數(shù)。（4）太陽(yáng)能電池的主要技術(shù)參數(shù)光電轉(zhuǎn)換效率？。光電轉(zhuǎn)換效率是評(píng)估太陽(yáng)能電池性能的重要指標(biāo)，太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率是指太陽(yáng)能電池將接收到的光能轉(zhuǎn)換成電能你的比率，即?=p0/ex 100%式中，？為光電轉(zhuǎn)換效率；p0為輸出功率；e為太陽(yáng)能電池板被照射的太陽(yáng)能量。太陽(yáng)能電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率是決

16、定太陽(yáng)能電池是否具有使用價(jià)值的重要因素。晶體硅類(lèi)太陽(yáng)能電池的理論光電轉(zhuǎn)換效率極限為29%而現(xiàn)在的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為17% 19%因此，太陽(yáng)能電池在技術(shù)上還有很大的發(fā)展空 問(wèn)。單體太陽(yáng)能電池的輸出電壓 皿0.40.6v,喲偶材料物理特性決定。填充因子f支評(píng)估太陽(yáng)光電池帶負(fù)載能力的重要指標(biāo)，而ff=(imx vm)/(isc x voc)式中，im為短路電流；vmfc開(kāi)路電壓；isc為最佳工作電流；voc為最佳工作 電壓。太陽(yáng)能電池的功率輸出能力與其面積大小密切相關(guān)，面積越大，在相同的光 照條件下輸出功率也越大。太陽(yáng)能呢電池的優(yōu)劣主要由開(kāi)路電壓和短路電流這兩 項(xiàng)指標(biāo)來(lái)衡量。3.1.4 太陽(yáng)

17、能電池的分類(lèi)制作太陽(yáng)能電池主要以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，其工作原理是利用光電材料吸收 光能后發(fā)生的光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)。根據(jù)材料不同，太陽(yáng)能電池分類(lèi)如圖3-4所示。ci ysullhetliin filmthla filmciyullintthia film圖3.4太陽(yáng)能電池的分類(lèi)3.2 蓄電池在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，常用的儲(chǔ)能電池及器件有鉛酸蓄電池、堿性蓄電 池、鋰離子蓄電池和磷酸鐵鋰蓄電池、鍥氫蓄電池及超級(jí)電容器等，他們分別應(yīng) 用與太陽(yáng)能光伏發(fā)電的不同場(chǎng)合或產(chǎn)品中。由于性能及成本的原因，目前應(yīng)用最 多、最廣泛的還是鉛酸蓄電池。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)蓄電池的基本要求：自放電率低；使用壽命長(zhǎng)；深放電能力強(qiáng)；少

18、維護(hù)或面維護(hù)；充電效率高；工作溫度范圍寬；價(jià) 格低廉。3.2.1 蓄電池的分類(lèi)（1）蓄電池的分類(lèi)就目前市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品而言，有四類(lèi)蓄電池：鉛酸蓄電池、鋰離子蓄電池、 鍥氫蓄電池、鎘鍥蓄電池。蓄電池能夠反復(fù)運(yùn)用，符合經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則，這是最大 優(yōu)點(diǎn)；蓄電池還具有電壓穩(wěn)定、供電可靠、移動(dòng)方便等優(yōu)點(diǎn)。因此蓄電池廣泛的 應(yīng)用與發(fā)電廠、變電站、通信系統(tǒng)、電動(dòng)汽車(chē)、航空航天等領(lǐng)域。下圖為太陽(yáng)能 蓄電池圖圖3.5太陽(yáng)能蓄電池蓄電池的性能參數(shù)很多，主要有四個(gè)指標(biāo)：工作電壓，蓄電池放電曲線(xiàn)上的平臺(tái)電壓。蓄電池容量，常用安時(shí)（a.h）或毫安時(shí)（ma.h）表示。工作溫區(qū)，蓄電池正常放電的溫度范圍。循環(huán)壽命，蓄電池正常工

19、作的充放電次數(shù)。普通蓄電池由于具有使用壽命短、效率低、維護(hù)復(fù)雜所產(chǎn)生的酸霧污染環(huán)境等問(wèn)題，其使用范圍很有限，目前已逐漸被淘汰。vrlaf電池（閥控密封式鉛酸蓄電池）整體才用密封結(jié)構(gòu)，不存在普通鉛酸蓄電池的氣漲、電解液滲漏等現(xiàn)象, 使用安全可靠、能量高、成本低、壽命長(zhǎng)（十年）、容量大（是普通鉛酸蓄電池 的兩倍）、不漏液、安全、不污染、可回收、使用方便，正常運(yùn)行時(shí)無(wú)需對(duì)點(diǎn)解 進(jìn)行檢測(cè)盒調(diào)酸加水。vrlas電池已被廣泛應(yīng)用到店里、郵電通信、船舶交通、 應(yīng)急照明等許多領(lǐng)域。vrlas電池的基本結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。它由正負(fù)極板、隔 板、電解液、安全閥、氣塞、外殼等部分組成。負(fù)極板. tonrhnalk.

20、域料槽 (camaiiw)中a (cow負(fù)極點(diǎn) imvgaliw安全閥 mvy wm圖3.6蓄電池的基本結(jié)構(gòu)正極點(diǎn)2）蓄電池技術(shù)指標(biāo)（1）蓄電池的容量蓄電池在一定的放電條件下所能給出的電量稱(chēng)為蓄電池的容量，常用 糜示。 然而，蓄電池作為電源，由于其端電壓是一個(gè)變值，選用安培小時(shí)（ a.h）表示 蓄電池的電源特性，更為準(zhǔn)確。蓄電池容量的定義為q = ；0 idt理論上，t可以趨于無(wú)窮，但實(shí)際上，當(dāng)蓄電池放電低于終止電壓時(shí)，蓄電 池就無(wú)法為負(fù)載提供正常工作的電壓，這可能孫桓蓄電池，故對(duì)t值有限制。所謂終止電壓指蓄電池低于這一規(guī)定的電壓時(shí)，蓄電池就無(wú)法為負(fù)載提供正 常工作的電壓。換言之，蓄電池在低于

21、總之電壓的情況下繼續(xù)放電使用，可能會(huì) 造成蓄電池永久性損壞。在蓄電池行業(yè)中，一小時(shí)或分鐘表示蓄電池可持續(xù)放電時(shí)間， 常見(jiàn)的有：c24 c20、g0、c8、g、g等標(biāo)稱(chēng)容量值。蓄電池容量可分為理論容量、額定容量、實(shí)際 容量。理論容量是吧活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉第定律計(jì)算而得到的最高理論值。實(shí)際容量是指蓄電池在一定條件下所能輸出的電量。它等于放電電流與放 電時(shí)間的乘積，具值小于理論容量。額定容量也稱(chēng)標(biāo)稱(chēng)容量、保證容量，按國(guó)家或有關(guān)部門(mén)頒發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)，保證 蓄電池在一定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。固定型蓄電池一般采用 10小時(shí)率所放出的容量為蓄電池的額定容量，并用來(lái)標(biāo)定蓄電池的型號(hào)。例如， 額定容

22、量為6a.h的蓄電池，c=6a.h;額定容量為24a.h的蓄電池，c=24a.h。（2）蓄電池的電壓開(kāi)路電壓。蓄電池在開(kāi)路狀態(tài)下的端電壓稱(chēng)為開(kāi)路電壓。蓄電池的開(kāi)路電 壓等于蓄電池在外電路斷路時(shí)（即沒(méi)有電路通過(guò)兩極時(shí)）蓄電池的正極電位與負(fù) 極電位之差。蓄電池的開(kāi)路電壓用 v表示，即vk=ez-ef式中，g為蓄電池正極電位；ef為蓄電池負(fù)極電位。工作電壓。指蓄電池接通負(fù)荷后在放電過(guò)程中顯示的電壓，又稱(chēng)負(fù)荷(載)電壓或放電電壓。常用v表示，即v=v-i(r 0+r)式中，i為蓄電池放電電壓；r為蓄電池的歐姆電阻；r為蓄電池的極化電阻。初始電壓。蓄電池放電初始時(shí)的工作電壓稱(chēng)為初始電壓。充電電壓。充電電

23、壓是指蓄電池在充電時(shí)，外電源加在蓄電池兩端的電壓o浮充電壓。蓄電池的浮充電壓為充電器對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充電時(shí)設(shè)定的電壓 值。蓄電池要求充電器應(yīng)有精確而穩(wěn)定的浮充電壓值，浮充電壓值高以為著儲(chǔ)存 能量大，質(zhì)量差的蓄電池浮充電壓值一般較小，人為的提高浮充電壓值對(duì)蓄電池 有害而無(wú)益。終止電壓。蓄電池放電終止電壓是蓄電池放電時(shí)電壓下降到不能再繼續(xù)放 電的最低工作電壓，一般規(guī)定固定型蓄電池 10小時(shí)率放電時(shí)，單體蓄電池放電的 終止電壓為1.8v (相對(duì)于單體2vs電池)。(3)蓄電池充放電曲線(xiàn)蓄電池電壓隨充電時(shí)間變化的曲線(xiàn)稱(chēng)充電曲線(xiàn)；蓄電池電壓隨放電時(shí)間變化 的曲線(xiàn)稱(chēng)放電曲線(xiàn)。(4)放電時(shí)率與放電倍率放電時(shí)率

24、。蓄電池的放電時(shí)率是以放點(diǎn)時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)表示蓄電池放電的速 率，即蓄電池在規(guī)定的放電時(shí)間內(nèi)，以規(guī)定的電流放出的電量。放電倍率。放電倍率是放電電流為蓄電池額定容量的一個(gè)倍數(shù)。(5)能量和比能量能量。蓄電池的能量是指在一定的放電制度下，蓄電池所能給出的電能， 通常用wft示，其單位為瓦時(shí)(w.h)。蓄電池的能量分為理論能量和實(shí)際能量， 理論能量可用理論容量和電動(dòng)勢(shì)的乘積表示，而蓄電池的實(shí)際能量為一定放電條 件下的實(shí)際容量與平均工作電壓的乘積。比能量。蓄電池的比能量是的單位體積或單位重量的蓄電池所給出的能 量，分別稱(chēng)為體積比能量或重量比能量，單位用w.h/l和w.h/kg。(6)功率和比功率功率。蓄電池

25、的功率是指蓄電池在一定的放電制度下，在單位時(shí)間內(nèi)所給 出能量的大小，常用p8示，單位為瓦(vv。蓄電池的功率分為理論功率和實(shí)際 功率，理論功率為一定放電條件下的放電電流和電動(dòng)勢(shì)的乘積，而蓄電池的實(shí)際功率為一定放電條件下的放電電流和平均工作電壓的乘積。比功率。蓄電池的比功率是指單位體積或單位質(zhì)量的蓄電池輸出的功率， 分別稱(chēng)為體積比功率（w/l）或質(zhì)量比功率（w/kg）。比功率是蓄電池重要的性 能技術(shù)指標(biāo)，蓄電池的比功率大，表示它承受大電流放電的能力強(qiáng)。3.2.2 蓄電池的工作原理這里主要介紹應(yīng)用最廣泛的鉛酸蓄電池的工作原理，它正常充、放電的化學(xué) 反應(yīng)式為pbo+2h2so+pb=2pbs4+2h

26、2o以上正常充、放電化學(xué)方程式為理想化的原理方程式，似乎只要不受到機(jī)械 損傷，一塊鉛酸蓄電池可以無(wú)休止的使用下去，完成充、放電過(guò)程。在充電時(shí)，正極由硫酸鉛（pbso）轉(zhuǎn)化為二氧化鉛（pbo）后將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在正極板中；負(fù)極由硫酸鉛（pbsq轉(zhuǎn)化為海綿狀鉛后，將電能 轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在負(fù)極板中。在放電時(shí)，正極由二氧化鉛（pbo）變成硫酸鉛（pbsq ,將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能向負(fù)載供電，負(fù)極由海綿狀鉛變成硫酸鉛（pbsq ,將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電 能向負(fù)載供電。3.2.3 鉛酸蓄電池的型號(hào)識(shí)別根據(jù)部頒標(biāo)準(zhǔn)jb 2599 1993的有關(guān)規(guī)定，鉛酸蓄電池的名稱(chēng)由單體蓄電池 的格數(shù)、型號(hào)、額定容量、電池功

27、能和形狀等組成。通常分為三段表示。第1段為數(shù)字，表示單體電池的串聯(lián)數(shù)。每個(gè)單體蓄電池的標(biāo)稱(chēng)電壓為2v,當(dāng)單體蓄電池串聯(lián)數(shù)為1時(shí)，第1段可省略，6v、12v#電池分別用3和6表示。第2段為24個(gè) 漢語(yǔ)拼音字母，表示蓄電池的類(lèi)型、功能和用途等。第3段表示電池的額定容量。 蓄電池常用漢語(yǔ)拼音字母的含義如表3.2所示。表3.2蓄電池常用漢語(yǔ)拼音字母含義第1個(gè)字母含義第2、3、4個(gè)字母含義q啟動(dòng)用a干荷電式g固定用f防酸式d電瓶用fm閥控式密封n內(nèi)燃機(jī)車(chē)w無(wú)需維護(hù)t鐵路客車(chē)j膠體m摩托車(chē)用d帶液式ks礦燈酸性j激活式j(luò)c艦船用q氣詫式b航標(biāo)用h濕荷式tk坦克用b半密閉式s閃光燈y液獴式3.2.4 鉛酸蓄

28、電池的使用維護(hù)要點(diǎn)蓄電池的安裝使用(1)蓄電池在安裝前應(yīng)檢查外觀有無(wú)破裂、漏酸。檢查接線(xiàn)端子極柱是否 有彎曲和損壞。(2)用銅刷輕輕處理電池端子，是端子的接線(xiàn)部位露出金屬光澤，并用軟 布擦拭電池表面的鉛屑和灰塵。(3)在電池連接過(guò)程中，請(qǐng)戴好防護(hù)手套。(4)蓄電池在多只并聯(lián)使用時(shí)，按電池標(biāo)識(shí)正、負(fù)極性依次排列，且連接 電要擰緊，以防產(chǎn)生火花和接觸不良。(5)電池柜或架要放在實(shí)現(xiàn)確定的位置，注意電池柜與電池柜、墻壁及其 他設(shè)備之間要留有5070cm勺維修距離，并注意地板的承重能力是否滿(mǎn)足要求。(6)電池間的安裝距離通常為1015cm)以便對(duì)流冷卻。(7)蓄電池應(yīng)放在遠(yuǎn)離熱源和容易產(chǎn)生火花的地方，

29、不能在電池系統(tǒng)附近 吸煙或使用明火。(8)將蓄電池和外部設(shè)備連接之前，要使設(shè)備處于關(guān)斷狀態(tài)，并且再次檢 查蓄電池的連接極性是否正確，然后再將蓄電池的正極連接設(shè)備的正極端，蓄電 池的負(fù)極連接設(shè)備的負(fù)極端，并緊固好連接線(xiàn)。(9)蓄電池或電池組需要并聯(lián)使用，一般不能超過(guò) 4只(組)并聯(lián)。(10)不要單獨(dú)增加電池組中某幾個(gè)單體蓄電池的負(fù)載，否則將造成單體電 池間容量的不平衡。(11)蓄電池間連接電纜應(yīng)盡可能短，不能僅考慮容量輸出來(lái)選擇電纜的大 小規(guī)格，電纜的選擇還因考慮不能產(chǎn)生過(guò)大的電壓降。(12)特別提示：不同容量、不同廠家或不同新舊程度的蓄電池嚴(yán)禁連接在起使用(13)不準(zhǔn)拆開(kāi)或重新裝配蓄電池，也不

30、能拆卸電池排泄閥或向電池中加入 任何物質(zhì)。(14)如遇火災(zāi)不能用二氧化碳滅火器，可用干粉滅火器和1211滅火器。(15)條件許可的較大型光伏發(fā)電場(chǎng)(站)，蓄電池室最好配備空調(diào)和凈化 通風(fēng)設(shè)備，使環(huán)境溫度維持在2025c 03.3控制器在太陽(yáng)能電池與蓄電池給太陽(yáng)能四燈爆閃燈供電的過(guò)程中，還需要一個(gè)重要 連接樞紐一一控制器。控制器是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一。在小型 光伏發(fā)電系統(tǒng)中，控制器主要用來(lái)保護(hù)蓄電池。在大中型系統(tǒng)中，控制器起著平 衡光伏系統(tǒng)能量、保護(hù)蓄電池及整個(gè)系統(tǒng)正常工作和顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)等重要作 用?？刂破骺梢詥为?dú)使用，也可以和逆變器等合為一體。常見(jiàn)的蓄電池如圖4.1所示。圖4.

31、1常見(jiàn)的光伏控制器光伏控制器應(yīng)具有以下功能：防止蓄電池過(guò)充電或過(guò)放電，延長(zhǎng)蓄電池壽 命；防止電池板或光伏方陣、蓄電池極性反接；防止負(fù)載、控制器、逆變器 和其他設(shè)備內(nèi)部短路；具有防雷擊引起的擊穿保護(hù)；具有溫度補(bǔ)償?shù)墓δ埽?顯示光伏發(fā)電系統(tǒng)的各種狀態(tài)，包括蓄電池(組)電壓、負(fù)載狀態(tài)、光伏方陣 工作狀態(tài)、輔助電源狀態(tài)、環(huán)境溫度狀態(tài)、故障報(bào)警等。3.3.1 光伏控制器的主要技術(shù)參數(shù)(1)系統(tǒng)電壓系統(tǒng)電壓也叫額定工作電壓，是指光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流工作電壓，電壓一般 為12v?口24v,中、大功率控制器也有 48v、110v、220可。（2）最大充電電流最大充電電流是指太陽(yáng)電池組件或方陣輸出的最大電流，根據(jù)

32、功率大小分為5a 6a、8a、10a、12a、15a、20a、30a、40a、50a、70a 100a、150a 200a 300期多種規(guī)格。有些廠家用太陽(yáng)電池組件最大功率來(lái)表示這一內(nèi)容，間接地體 現(xiàn)了最大充電電流這一技術(shù)參數(shù)。（3）太陽(yáng)電池方陣輸入路數(shù)小功率光伏控制器一般都是單路輸入，而大功率光伏控制器都是由太陽(yáng)電池 方陣多路輸入，一般大功率光伏控制器可輸入 6路，最多的課輸入12路、18路。（4）電路自身?yè)p耗控制器的電路自身?yè)p耗也是其主要技術(shù)參數(shù)之一，也叫空載損耗（靜態(tài)電流）或最大自消耗電流。為了降低控制器的損耗，提高光伏電源的轉(zhuǎn)換效率，控制器 的電路自身?yè)p耗要盡可能低?？刂破鞯淖畲笞陨?yè)p

33、耗不得超過(guò)其額定充電電流的 1%e0.4w。根據(jù)電路不同自身?yè)p耗一般為520ma（5）蓄電池的過(guò)充電保護(hù)電壓（hvd蓄電池的過(guò)充電保護(hù)電壓也叫充滿(mǎn)斷開(kāi)或過(guò)電壓關(guān)斷電壓，一般根據(jù)需要及 蓄電池類(lèi)型的不同，設(shè)定在 14.114.5v （12v系統(tǒng)）、28.229v （24v系統(tǒng)）和 56.458v（48v系統(tǒng)）之間,典型值分別為14.4v、28.8v和57.6v。蓄電池過(guò)充電保 護(hù)的關(guān)斷恢復(fù)電壓（hvr 一般設(shè)定在13.113.4v （12vs統(tǒng)）、26.226.8v （24v 系統(tǒng)）和52.453.6v （48vk統(tǒng)）之間，典型值分別為13.2v、26.4v和52.8v。（6）蓄電池的過(guò)放電保護(hù)

34、電壓（lvd蓄電池的過(guò)放電保護(hù)電壓也叫欠電壓斷開(kāi)或欠電壓關(guān)斷電壓，一般可根據(jù)需 要及蓄電池類(lèi)型的不同，設(shè)定在（7）蓄電池的充電浮充電壓蓄電池的充電浮充電壓一般為13.7v （12vk統(tǒng)）、27.4v （24/統(tǒng)）和54.8v （48vk 統(tǒng)）。（8）溫度補(bǔ)償控制器一般都具有溫度補(bǔ)償功能，以適應(yīng)不同的環(huán)境工作溫度，為蓄電池設(shè) 置更為合理的充電電壓?？刂破鞯臏囟妊a(bǔ)償系數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足蓄電池的技術(shù)要求，其溫 度補(bǔ)償值一般為-20-40mv/ c。（9）工作環(huán)境溫度控制器的使用或工作環(huán)境溫度范圍隨廠家不同一般在-20+50c之間。（10）其他保護(hù)功能控制器輸入、輸出短路保護(hù)功能?？刂破鞯妮斎搿⑤敵鲭娐范家哂?/p>

35、短路 保護(hù)短路，提供短路保護(hù)功能。防反充保護(hù)功能?？刂破饕哂蟹乐剐铍姵叵蛱?yáng)電池反向充電的保護(hù)功極性反接保護(hù)功能。太陽(yáng)電池組件或蓄電池接入控制器，當(dāng)極性接反時(shí)， 控制器要具有保護(hù)電路的功能。防雷擊保護(hù)功能?？刂破鬏斎攵藨?yīng)具有防雷擊的保護(hù)功能，避雷器的類(lèi)型 和額定值應(yīng)能確保吸收預(yù)期的沖擊能量。耐沖擊電壓和沖擊電流保護(hù)。在控制器的太陽(yáng)電池輸入端施加 1.25倍的標(biāo) 稱(chēng)電壓持續(xù)1h,控制器不應(yīng)該損壞。使控制器充電回路電流達(dá)到標(biāo)稱(chēng)電流的 1.25 倍并持續(xù)1h,控制器也不應(yīng)該損壞。3.3.2控制器接線(xiàn)epd型雙路輸出控制器面板如圖5-1所示。在對(duì)控制器接線(xiàn)時(shí)應(yīng)使用多股銅 芯絕緣導(dǎo)線(xiàn)。先確定導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度，

36、在保證安裝位置的情況下，盡可能減小連線(xiàn)長(zhǎng)度， 以減少電能損耗。應(yīng)按照4a/mm的電流密度選擇銅導(dǎo)線(xiàn)截面積。接線(xiàn)時(shí)先連接控制器端的蓄電池接線(xiàn)端子，再接蓄電池端，接線(xiàn)時(shí)注意正、 負(fù)極不要反接。如果連接正確，控制器面板上的蓄電池指示燈應(yīng)亮，可通過(guò)按鍵 對(duì)控制器進(jìn)行檢查。否則，需檢查接線(xiàn)是否正確。如果發(fā)生反接，不會(huì)燒熔斷器 及損壞控制器任何部件。因熔斷器只作為控制器本身內(nèi)部電路短路的最終保護(hù)。連接太陽(yáng)能電池導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，先連接控制器端的太陽(yáng)能電池接線(xiàn)端子，再接太陽(yáng) 能電池端，接線(xiàn)時(shí)注意正、負(fù)極不要接反，如果有陽(yáng)光，控制器面板上的充電指 示燈應(yīng)亮。否則，需檢查接線(xiàn)是否正確。最后將負(fù)載的連線(xiàn)接入控制器上的負(fù)載

37、輸出端，接線(xiàn)時(shí)注意正、負(fù)極不要反接。當(dāng)系統(tǒng)連接正常且有陽(yáng)光照射到太陽(yáng)能電池上時(shí)，控制器面板上的充電綠色 指示燈為長(zhǎng)亮，表示系統(tǒng)充電電路正常；當(dāng)充電綠色指示燈出現(xiàn)快速閃爍時(shí)，說(shuō) 明系統(tǒng)過(guò)電壓。蓄電池充電過(guò)程中使用了 pwm制方式，如果發(fā)生過(guò)放保護(hù)動(dòng)作， 再恢復(fù)充電時(shí)，控制器先要提升充電電壓到設(shè)定值，并保持 10min,而后降到直 沖電壓，保持30min,以激活蓄電池，避免蓄電池硫化結(jié)晶，最后降到浮充電壓， 并保持浮充電壓。如果沒(méi)有發(fā)生過(guò)放，將不會(huì)進(jìn)入提升充電電壓方式，以防蓄電 池失水。這些自動(dòng)控制過(guò)程將使蓄電池達(dá)到最佳充電效果并保證或延長(zhǎng)其使用壽 命。蓄電池電壓在正常范圍時(shí)，狀態(tài)指示燈為綠色常亮

38、；充滿(mǎn)后狀態(tài)指示燈為綠 色慢閃；當(dāng)蓄電池電壓降低到欠壓時(shí)狀態(tài)指示燈變?yōu)槌赛S色；當(dāng)蓄電池電壓繼續(xù) 降低到過(guò)放電壓時(shí)，狀態(tài)指示燈變?yōu)榧t色，此時(shí)控制器將自動(dòng)關(guān)閉輸出。當(dāng)蓄電 池電壓恢復(fù)到正常工作范圍內(nèi)時(shí)，將自動(dòng)使能輸出開(kāi)關(guān)電路導(dǎo)通，狀態(tài)指示燈變 為綠色。當(dāng)負(fù)載接通時(shí)，控制器面板上的負(fù)載指示燈常亮。如果負(fù)載電流超過(guò)了控制 器1.25倍的額定電流60s時(shí)，或負(fù)載電流超過(guò)了控制器1.5倍的額定電流5s時(shí)，指 示燈為綠色慢閃，表示過(guò)載，控制器將關(guān)閉輸出。當(dāng)負(fù)載或負(fù)載側(cè)出現(xiàn)短路故障 時(shí)，控制器將立即關(guān)閉輸出，負(fù)載指示燈快閃。出現(xiàn)上述現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)檢查 負(fù)載連接情況，斷開(kāi)有故障的負(fù)載后，按一次按鍵，30s后恢

39、復(fù)正常工作，或等到第二天可以正常工作。第4章太陽(yáng)能四燈爆閃燈的控制系統(tǒng)太陽(yáng)能四燈爆閃燈主要通過(guò)由單片機(jī)、電阻、電容等器件構(gòu)成的電路來(lái)控制 的，其中單片機(jī)是主要的控制器件，它控制了太陽(yáng)能四燈爆閃燈的閃爍。4.1 控制系統(tǒng)中的電子元器件在控制系統(tǒng)內(nèi)主要有電阻、電容、晶閘管等組成（1）電容 電容（capadtance ）亦稱(chēng)作“電容量”，是指在給定電位差下 的電荷儲(chǔ)藏量，記為c,國(guó)際單位是法拉（f） o 一般來(lái)說(shuō)，電荷在電場(chǎng)中會(huì)受力 而移動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)體之間有了介質(zhì)，則阻礙了電荷移動(dòng)而使得電荷累積在導(dǎo)體上，造 成電荷的累積儲(chǔ)存，儲(chǔ)存的電荷量則稱(chēng)為電容。電容是指容納電場(chǎng)的能力。任何靜電場(chǎng)都是由許多個(gè)電容組成

40、，有靜電場(chǎng)就 有電容，電容是用靜電場(chǎng)描述的。一般認(rèn)為：孤立導(dǎo)體與無(wú)窮遠(yuǎn)處構(gòu)成電容，導(dǎo) 體接地等效于接到無(wú)窮遠(yuǎn)處，并與大地連接成整體。一個(gè)電容器，如果帶1庫(kù)的電量時(shí)兩級(jí)間的電勢(shì)差是1伏，這個(gè)電容器的電容 就是1法拉，即：c=q/u。但電容的大小不是由q （帶電量）或u （電壓）決定的, 即電容的決定式為：c=e s/4：tkd。其中，e是一個(gè)常數(shù)，s為電容極板的正對(duì) 面積，d為電容極板的距離，k則是靜電力常量。常見(jiàn)的平行板電容器，電容為 c=e s/d （ e為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，s為極板面積，d為極板間的距離）。圖5.1電容圖（2）電阻 電阻（resistance ,通常用“ r表示），是一

41、個(gè)物理量，在物 理學(xué)中表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小。電阻元件的電阻值大小一般與溫度，材 料，長(zhǎng)度，還有橫截面積有關(guān)，衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數(shù)， 其定義為溫度每升高1c時(shí)電阻值發(fā)生變化的百分?jǐn)?shù)。電阻的主要物理特征是變電能為熱能，也可說(shuō)它是一個(gè)耗能元件，電流經(jīng)過(guò) 它就產(chǎn)生內(nèi)能。電阻在電路中通常起分壓、分流的作用。對(duì)信號(hào)來(lái)說(shuō)，交流與直 流信號(hào)都可以通過(guò)電阻。圖5.2簡(jiǎn)單的電阻圖片(3)晶閘管 晶閘管(thyristor )是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱(chēng)，又可稱(chēng)做可控硅 整流器，以前被簡(jiǎn)稱(chēng)為可控硅；1957年美國(guó)通用電器公司開(kāi)發(fā)出世界上第一款品 閘管產(chǎn)品，并于195必將其商業(yè)化；品閘管是pnp網(wǎng)層

42、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它有三個(gè)極： 陽(yáng)極，陰極和門(mén)極；晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過(guò)程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無(wú)觸點(diǎn)電 子開(kāi)關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。品閘管導(dǎo)通條件為：加正向電壓且門(mén)極有觸發(fā)電流；其派生器件有：快速品 閘管，雙向品閘管，逆導(dǎo)晶閘管，光控晶閘管等。它是一種大功率開(kāi)關(guān)型半導(dǎo)體 器件,在電路中用文字符號(hào)為“ v、vt表示(舊標(biāo)準(zhǔn)中用字母 scr表示)。品閘管(thyristor )是一種開(kāi)關(guān)元件，能在高電壓、大電流條件下工作， 并且其工作過(guò)程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)、 逆變及變頻等電子電路中，是典型的小電流控制大電流的設(shè)備。4.2 控制系統(tǒng)-單片機(jī)在太陽(yáng)能四燈爆閃燈的控制中，單片機(jī)具有相當(dāng)重要的作用，它對(duì)太陽(yáng)能四 燈爆閃燈的控制主要是對(duì)燈具的閃爍控制。在太陽(yáng)能四燈爆閃燈的控制中，我們主要采用的是 at89c5律片機(jī)。at89c51 是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器( fpermfalsh programmable and erasable read only memory )的低電壓，高性能 cmos8微處理器，俗稱(chēng)單 片機(jī)。該器件采用atmel密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51 指令集和輸出管腳相兼