論文-太陽能LED路燈智能控制系統(tǒng)研究

1、長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）PAGE 摘 要太陽能光伏發(fā)電是一種不需燃料、無污染獲取電能的高新技術(shù)。充分利用太陽能不僅可以節(jié)約日益減少的不可再生能源，又可以減少對環(huán)境的污染，這使太陽能成為現(xiàn)在社會的一種重要能源。太陽能LED路燈，是太陽能應(yīng)用在現(xiàn)實生活中的實例，近幾年受到普遍的關(guān)注與研究。本論文設(shè)計了一種智能太陽能LED路燈系統(tǒng)，以AT89S51單片機(jī)為核心，通過對光強(qiáng)的檢測和蓄電池電量的檢測，再由單片機(jī)實現(xiàn)設(shè)定功能。本文內(nèi)容包括國內(nèi)外太陽能發(fā)電現(xiàn)狀及工作原理，方案選擇，元器件選擇，系統(tǒng)的硬件，軟件設(shè)計及系統(tǒng)的改進(jìn)方向。其中系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、蓄電池充放電控制電路、主副電路的

2、電壓變換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、主副電路切換電路、光強(qiáng)檢測電路、電量檢測電路、系統(tǒng)與上位機(jī)通信電路和溫度檢測等設(shè)計。關(guān)鍵詞太陽能 LED路燈 光強(qiáng)檢測 電量檢測Abstract：Solar photovoltaic power generation is a kind of dont need fuel, pollution-free electricity for high and new technology. Make full use of solar light can not only save increasingly reduce non-renewable energy sou

3、rces, and can reduce the pollution to the environment, which makes solar energy society be an important energy. Solar LED street light is a solar energy application examples in real life, so it is widely attention and research in recent years.This paper designs a kind of intelligent solar LED street

4、 light system. It is based on AT89S51 as the core, through the optical detection and battery power, to set function by microcomputer. In this paper, the concrete content includes solar power at home and abroad present situation and the working principle, scheme selection, component selection, system

5、 hardware, software design and the improvement direction of the system. The systems hardware design mainly includes the SCM smallest system, storage battery charging and discharging control circuit, main circuit and assistant circuit voltage conversion circuit, A/D conversion circuit, main circuit a

6、nd assistant circuit of switching circuit, light intensity detection circuit, power circuit, communication circuit of system and the upper machine, temperature detection.Keywords: Solar energy LED street light Light intensity detection Capacity check PAGE II目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc359315

7、254 1 緒論 PAGEREF _Toc359315254 h 1 HYPERLINK l _Toc359315255 1.1 前言 PAGEREF _Toc359315255 h 1 HYPERLINK l _Toc359315256 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc359315256 h 2 HYPERLINK l _Toc359315257 1.3 研究的內(nèi)容 PAGEREF _Toc359315257 h 5 HYPERLINK l _Toc359315258 2 方案論證 PAGEREF _Toc359315258 h 7 HYPERLINK l _Toc35931

8、5259 2.1 控制方式的選擇 PAGEREF _Toc359315259 h 7 HYPERLINK l _Toc359315260 2.2 蓄電池充電方式的選擇 PAGEREF _Toc359315260 h 7 HYPERLINK l _Toc359315261 2.3 電網(wǎng)電壓的轉(zhuǎn)換電路的選擇 PAGEREF _Toc359315261 h 9 HYPERLINK l _Toc359315262 2.4 電池電量檢測方式的選擇 PAGEREF _Toc359315262 h 11 HYPERLINK l _Toc359315263 3 元器件選擇 PAGEREF _Toc359315

9、263 h 13 HYPERLINK l _Toc359315264 3.1 太陽能電池的選擇 PAGEREF _Toc359315264 h 13 HYPERLINK l _Toc359315265 3.2 控制器的選擇 PAGEREF _Toc359315265 h 14 HYPERLINK l _Toc359315266 3.3 蓄電池的選擇 PAGEREF _Toc359315266 h 16 HYPERLINK l _Toc359315267 3.4 光強(qiáng)檢測的選擇 PAGEREF _Toc359315267 h 17 HYPERLINK l _Toc359315268 3.5 LE

10、D的選擇 PAGEREF _Toc359315268 h 19 HYPERLINK l _Toc359315269 3.6 以長春地區(qū)為例的設(shè)計舉例 PAGEREF _Toc359315269 h 20 HYPERLINK l _Toc359315270 4 硬件電路設(shè)計 PAGEREF _Toc359315270 h 21 HYPERLINK l _Toc359315271 4.1 單片機(jī)簡介 PAGEREF _Toc359315271 h 21 HYPERLINK l _Toc359315272 4.2 時鐘電路 PAGEREF _Toc359315272 h 26 HYPERLINK l

11、 _Toc359315273 4.3 復(fù)位電路 PAGEREF _Toc359315273 h 27 HYPERLINK l _Toc359315274 4.4 過充過放控制電路 PAGEREF _Toc359315274 h 27 HYPERLINK l _Toc359315275 4.5 副電源電壓變換電路 PAGEREF _Toc359315275 h 28 HYPERLINK l _Toc359315276 4.6 報警電路 PAGEREF _Toc359315276 h 29 HYPERLINK l _Toc359315277 4.7 蓄電池電壓變換電路 PAGEREF _Toc35

12、9315277 h 29 HYPERLINK l _Toc359315278 4.8 A/D轉(zhuǎn)換電路 PAGEREF _Toc359315278 h 30 HYPERLINK l _Toc359315279 4.9 光強(qiáng)檢測及傳感電路 PAGEREF _Toc359315279 h 31 HYPERLINK l _Toc359315280 4.10 主副電源電路切換電路 PAGEREF _Toc359315280 h 32 HYPERLINK l _Toc359315281 4.11 電量檢測電路 PAGEREF _Toc359315281 h 32 HYPERLINK l _Toc35931

13、5282 4.12 系統(tǒng)與上位機(jī)通信電路 PAGEREF _Toc359315282 h 33 HYPERLINK l _Toc359315283 4.13 溫度檢測電路 PAGEREF _Toc359315283 h 33 HYPERLINK l _Toc359315284 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc359315284 h 34 HYPERLINK l _Toc359315285 5.1 路燈開關(guān)程序框圖 PAGEREF _Toc359315285 h 35 HYPERLINK l _Toc359315286 5.2 蓄電池充電程序框圖 PAGEREF _Toc3593152

14、86 h 35 HYPERLINK l _Toc359315287 5.3 主副電路切換程序框圖 PAGEREF _Toc359315287 h 36 HYPERLINK l _Toc359315288 6 系統(tǒng)設(shè)計展望 PAGEREF _Toc359315288 h 37 HYPERLINK l _Toc359315289 7 總結(jié) PAGEREF _Toc359315289 h 38 HYPERLINK l _Toc359315290 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc359315290 h 39 HYPERLINK l _Toc359315291 致 謝 PAGEREF _Toc3593

15、15291 h 40 HYPERLINK l _Toc359315292 附錄 PAGEREF _Toc359315292 h 41 HYPERLINK l _Toc359315293 附錄一 主程序 PAGEREF _Toc359315293 h 41 HYPERLINK l _Toc359315294 附錄二 原理圖 PAGEREF _Toc359315294 h 46長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） PAGE 1061 緒論1.1 前言能源是當(dāng)今世界存在和保持發(fā)展的核心動力，隨著社會生產(chǎn)的擴(kuò)大、人口的增長、科技的發(fā)展等，對能源的需求也在不斷增長，當(dāng)今世界已經(jīng)面臨著能源需求量成倍增長的挑戰(zhàn)，隨

16、之而來的是全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)。在傳統(tǒng)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，以石油、天然氣和煤炭為主的化石能源占有重要比例。隨著人類近百年的消費(fèi)，這些化石能源的消耗非?？欤瑩?jù)專家預(yù)計地球上25億年累積的化石能源，人類只要400年就可以消耗殆盡，因此能源危機(jī)在當(dāng)代顯得更加危機(jī)。不僅如此，化石能源的大量使用還造成了全球的環(huán)境惡化，引起氣候異常、臭氧層空洞擴(kuò)大、酸雨頻發(fā)等惡果，由化石能源的消耗所產(chǎn)生的二氧化碳是導(dǎo)致地球溫室效應(yīng)的最主要原因，目前全世界每天產(chǎn)生的溫室效應(yīng)氣體以億噸計，如果不加以控制，氣溫持續(xù)走高，會造成兩極冰山融化、海平面上升，連人類生活的空間都將面臨極大威脅。太陽能光伏發(fā)電是一種不需燃料、無污染獲取電能

17、的新技術(shù)，具有安全可靠、無噪聲、能量隨處可得、不受地域限制、無機(jī)械轉(zhuǎn)動部件、故障率低、維護(hù)簡便、可以無人值守、建站周期短、規(guī)模大小隨意、無需架設(shè)輸電線路、可以方便的與建筑物相結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)。因此，在太陽能的有效利用中，光伏發(fā)電是近些年來太陽能眾多利用方式中發(fā)展最快、最具潛力的研究領(lǐng)域。在光伏太陽能應(yīng)用領(lǐng)域，太陽能照明占有重要的地位和份額，而LED太陽能路燈是一個具體而實際的應(yīng)用。有資料顯示，每年用于照明的電力在3000億度以上，若采用LED照明，每年就可以節(jié)約1/3的照明用電，基本上相當(dāng)于總投資規(guī)模超過2000億元的三峽工程的全年發(fā)電量。由于太陽能電池板輸出的是直流電能，而LED也是直流驅(qū)動光源，

18、兩者的結(jié)合更是提高整個系統(tǒng)的效率，降低了市政成本，所以LED太陽能路燈越來越受到人們的重視。我國太陽能資源豐富，全國2/3以上地區(qū)年日照時間大于2000h，其中西部較多地區(qū)日照時間超過3000h。但是我國實際開發(fā)利用的太陽能資源還不到可開發(fā)利用的1/1000，因此太陽能的發(fā)展?jié)摿薮?。為了按照各地不同條件更好地利用太陽能，按接受太陽能輻射量的大小，全國大致可分為五類地區(qū)，如下表1-11所示。吉林地區(qū)屬于太陽能輻射量的三類地區(qū)，為中國太陽能資源的中等類型區(qū)，全年日照時數(shù)為 22003000h，在每平方米面積上一年內(nèi)接受的太陽輻射總量為50165852MJ，相當(dāng)于170200kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所發(fā)出的

19、熱量。所以，如果把本地區(qū)的太陽能有效地利用起來，對于節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)都有著可預(yù)見的收益。表1-1 我國太陽能資源分布情況地區(qū)類型年日照時數(shù)/(h/a)年輻射總量/MJ/(m2a)等量熱量所需標(biāo)準(zhǔn)燃煤/kg包括的主要地區(qū)備注一類3200330066808400225285寧夏北部，甘肅北部，新疆東南部，青海西部，西藏西部太陽能資源最豐富地區(qū)二類3000320058526680200225河北西北部，山西北部，內(nèi)蒙古南部，寧夏南部，甘肅中部，青海東部，西藏東南部，新疆南部較豐富地區(qū)三類2200300050165852170200山東，河南，河北東南部，山西南部，新疆北部，吉林，遼寧，云南，陜西北

20、部，甘肅東南部，廣東南部，福建南部，江蘇北部，安徽北部，臺灣西南部中等地區(qū)四類1400220041805016140170湖南，廣西，江西，浙江，湖北，福建北部，廣東北部，陜西南部，江蘇南部，安徽南部，黑龍江，四川西部，臺灣東北部較差地區(qū)五類1000140033444180115140四川東部，貴州，重慶最差地區(qū)1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 太陽能發(fā)電的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 太陽能發(fā)電主要利用光照的“光伏效應(yīng)”。1839年，法國科學(xué)家A.E.貝克雷爾發(fā)現(xiàn)光照能夠使由兩片金屬侵入電解液結(jié)構(gòu)的伏打電池產(chǎn)生額外的電位勢，這種現(xiàn)象被稱為“光生伏打效應(yīng)”，簡稱 “光伏效應(yīng)”。在所有能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的器件中，

21、半導(dǎo)體PN結(jié)是迄今光電轉(zhuǎn)換效率最高的器件，因此太陽能電池主要采用此結(jié)構(gòu)。早期的太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率低，生產(chǎn)成本高，阻礙了太陽能電池的使用?？茖W(xué)家們一直致力于太陽能電池的研究，以提高光電轉(zhuǎn)換效率和降低生產(chǎn)成本。1954年，美國貝爾實驗室首次制成了單晶硅太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到6%，至此產(chǎn)生了太陽能轉(zhuǎn)換為電能的實用光伏發(fā)電技術(shù)。經(jīng)過科學(xué)家的不斷研究，太陽能電池的性能得到不斷的提高，生產(chǎn)成本不斷降低。近年來世界各國，特別是發(fā)達(dá)國家對光伏發(fā)電技術(shù)十分重視，世界太陽能電池年產(chǎn)量迅速增加，特別是在1996年到2004年期間，連續(xù)8年增速在30%左右，在2004年，達(dá)到1200MW，在日常生活中得到

22、普遍使用。圖1-1所示為19882004年世界太陽電池的產(chǎn)量柱狀圖，具體數(shù)值見表1-2。圖1-1 世界太陽電池的產(chǎn)量表1-2 世界太陽電池產(chǎn)量具體數(shù)值198819901992199419961998200020022004其他國家34.74.65.69.7518.723.4255135美國11.114.818.125.6438.8553.774.97120135歐洲6.710.216.421.718.833.560.66135320日本12.816.818.816.521.249128.6251610合計33.646.557.969.4488.6154.9287.75611200我國光伏產(chǎn)業(yè)在

23、2004年之后飛速發(fā)展，年平均增長率超過40%，如表1-3所示，尤其是在20072009年，太陽電池產(chǎn)量占居世界第一。通過自主創(chuàng)新和集成創(chuàng)新相結(jié)合，我國光伏產(chǎn)業(yè)形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)體系。目前我國千噸級多晶硅規(guī)?；夹g(shù)已取得突破，2010年基本實現(xiàn)自給，不再依賴進(jìn)口；晶體硅太陽能電池已經(jīng)占有技術(shù)和成本的絕對優(yōu)勢，2009年產(chǎn)量已達(dá)世界產(chǎn)量的40%。表1-3 20042012年累計安裝容量項目2003200420052006200720082009201020112012年度增加/MWP1027385275105138180320累計安裝/MWP55659213018225736250

24、06801000注：平均年增長率41%。隨著我國光伏生產(chǎn)設(shè)備的國產(chǎn)化率的不斷提高，太陽能電池的成本會有很大的下降，將為太陽能在我國普及應(yīng)用創(chuàng)造條件。太陽能未來在中國將有更大的發(fā)展空間，20132020年規(guī)劃安裝容量如表1-4所示，其年平均增長率將超過50%。表1-4 20132020年規(guī)劃安裝容量項目201220132014201520162017201820192020年度增加/GMP0.48.0751.171.822.844.426.8710.65累計安裝/GMP1.001.482.233.405.228.0612.4819.3530.00注：平均年增長率為56%。就長春地區(qū)來說，已有很多

25、地方在使用太陽能路燈，下圖1-2為位于長春高新區(qū)的長春北湖國家濕地公園的路燈。它充分利用自然資源，綜合了風(fēng)能發(fā)電和太陽能發(fā)電，具有巨大的實際使用價值。圖1-2 長春市太陽能路燈實例盡管太陽能光伏技術(shù)在最近幾十年得到了很大的進(jìn)步，但目前仍有一些問題需要克服，以更好地推動太陽能光伏的推廣應(yīng)用，主要問題有：太陽電池的效率還不夠高，太陽電池成本下降不夠，光伏發(fā)電受氣候環(huán)境的影響較大，晶硅材料的能源消耗大。隨著科技發(fā)展，未來光伏發(fā)電成本會繼續(xù)降低。各種相關(guān)技術(shù)如晶體硅、薄膜及其他的太陽電池將逐步提高性能，模塊的轉(zhuǎn)換效率將進(jìn)一步提高。若光伏模塊的能源轉(zhuǎn)換率達(dá)到30%50%，可以使太陽輻射能高效地使用，安裝

26、設(shè)計的成本會進(jìn)一步降低，有利于太陽能的普及使用。盡管未來幾十年，傳統(tǒng)能源仍將是主要的能源，但可再生能源的使用比例會不斷增加，發(fā)揮重要作用，這其中太陽能將成為首選。1.2.2 太陽能LED路燈控制器的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀在太陽能LED路燈控制系統(tǒng)中，控制器是整個系統(tǒng)的核心組成部分，負(fù)責(zé)對儲能設(shè)備的充電和對負(fù)載的放電控制任務(wù)。目前日本、德國、美國等發(fā)達(dá)國家對于獨(dú)立光伏系統(tǒng)電源控制器的研究主要側(cè)重在以下三個方面：提高太陽能電池的輸出功率、完善蓄電池充電策略和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。通過研究不同的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和先進(jìn)控制算法，在太陽光強(qiáng)度、太陽能電池溫度以及負(fù)載改變的情況下，盡可能使太陽能電池時刻保持最大輸出功率狀態(tài)

27、。即實現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。蓄電池充電策略直接影響到蓄電池的壽命，研究智能化的充電方法，提高蓄電池的充電接受率，減少充電時間，對于整個光伏系統(tǒng)的工作狀態(tài)具有重要意義。獨(dú)立光伏系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境一般比較惡劣，如何提高系統(tǒng)穩(wěn)定性也是當(dāng)前所有光伏電源控制器研究者最急需解決的問題之一。第三代控制器是具有兩路調(diào)節(jié)功率的控制器，現(xiàn)已被廣泛推廣，在夜間行人稀少時段可以自動關(guān)閉一路或兩路照明，節(jié)約用電，還可以針對LED燈進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，并具有對蓄電池等組件的保護(hù)功能。 1.3 研究的內(nèi)容由于對光強(qiáng)使用較少，查找資料知，不同環(huán)境亮暗程度與光強(qiáng)對應(yīng)關(guān)系如下表1-5所示。所以，把路燈由開到關(guān)的光強(qiáng)設(shè)定在40lux，把路燈由關(guān)

28、到開的光強(qiáng)設(shè)定在70lux。表1-5（1） 不同環(huán)境對應(yīng)光強(qiáng)所處環(huán)境黑夜月夜陰天室內(nèi)陰天室外晴天室內(nèi)光強(qiáng)/lux0.0010.020.020.3550505001001000表1-5（2） 不同環(huán)境對應(yīng)光強(qiáng)所處環(huán)境閱讀書刊時所需照度家用攝像機(jī)標(biāo)準(zhǔn)照度夏季中午太陽光下光強(qiáng)/lux50601400約為109本次設(shè)計研究的系統(tǒng)如下：系統(tǒng)需要同時進(jìn)行3個過程。一方面，通過光強(qiáng)監(jiān)測電路實時檢測當(dāng)前的光強(qiáng)l，路燈的開關(guān)與此時光強(qiáng)和此時路燈的亮滅有關(guān)，詳見下表1-6所示。其次，蓄電池的充電過程，當(dāng)太陽能電量大于蓄電池電量且蓄電池電量在可充電范圍內(nèi)時，太陽能將給蓄電池充電。當(dāng)太陽能電池的電量不足時，阻止蓄電池

29、倒充到太陽能電池中。最后，要判斷蓄電池的電量是否足夠給路燈供電，在蓄電池電量不足時，要實現(xiàn)與電網(wǎng)電路的自動切換，并在蓄電池重新儲存電量之后，再切換回蓄電池供電，實現(xiàn)資源的最大利用化。由于蓄電池在使用過程中對溫度的要求比較高，太高或太低都會對蓄電池的容量產(chǎn)生不可恢復(fù)的影響，所以在整個過程中還要實現(xiàn)對蓄電池周圍的溫度實現(xiàn)實時監(jiān)控。表1-6 路燈開關(guān)判斷此時路燈狀態(tài)光強(qiáng)l/lux路燈要實現(xiàn)的變化滅l40保持當(dāng)前狀態(tài)亮l70亮滅亮l70保持當(dāng)前狀態(tài)具體實現(xiàn)功能：（1）蓄電池儲存電量足夠連續(xù)三天陰雨天路燈照明；（2）當(dāng)蓄電池電量不足時，電網(wǎng)自動接入，保證路燈的正常工作；（3）通過光線的亮暗實現(xiàn)路燈自動熄

30、滅和自動點(diǎn)亮；（4）單片機(jī)始終處于工作狀態(tài)。為了實現(xiàn)這些過程，具體實現(xiàn)步驟如下：（1）分析太陽能光伏發(fā)電技術(shù)和LED技術(shù)；（2）根據(jù)太陽能電池板輸出特性和蓄電池的特性，設(shè)計蓄電池的充放電控制方法；（3）設(shè)計LED和單片機(jī)供電電路；（4）設(shè)計電源控制電路；（5）根據(jù)系統(tǒng)方案設(shè)計控制器外圍電路；（6）編寫單片機(jī)執(zhí)行程序。2 方案論證2.1 控制方式的選擇太陽能路燈跟普通路燈控制電路功能基本相同，都是為了完成晚上亮燈，早上熄燈的作用。國內(nèi)外常用的控制器有單獨(dú)的光控型、時鐘控器型、經(jīng)緯型等，由于其工作原理不同，各有優(yōu)缺點(diǎn)。方式一：光控型單獨(dú)的光控型一般采用感光探頭，當(dāng)早上光線較強(qiáng)時，自動關(guān)閉路燈，晚上

31、光線弱時，自動開啟路燈，達(dá)到自動控制的作用。為節(jié)省電力，早期的光控開關(guān)，采用分立半導(dǎo)體器件，電路復(fù)雜，元器件較多，體積也較大，并且故障率高。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了時基集成電路，如NE555等，使光控開關(guān)電路簡化。感光探頭是影響光控開關(guān)性能的關(guān)鍵元器件，在使用時對它安裝位置也有一定要求，力求避免各種干擾光線，但在實際使用中，感光探頭難以判斷各種干擾光線，經(jīng)常會產(chǎn)生誤動作2。方式二：時鐘控器型采用時鐘控器型的路燈控制器，要預(yù)先設(shè)定開關(guān)時間，使路燈按時亮燈、準(zhǔn)時熄燈，從而達(dá)到自動控制的目的。優(yōu)點(diǎn)是定時開關(guān)預(yù)先設(shè)定的開關(guān)時間不受外界干擾，除本身故障外不會產(chǎn)生誤動作。缺點(diǎn)是不能根據(jù)季節(jié)變化和特殊的

32、天氣情況自動變換開關(guān)時間，需人工經(jīng)常調(diào)整開關(guān)時間，費(fèi)時費(fèi)力，不利于節(jié)省電力。定時開關(guān)又分為機(jī)械鐘表型和電子鐘表型，機(jī)械鐘表型以石英鐘為主，走時精準(zhǔn)，但是由于機(jī)芯內(nèi)使用塑料齒輪在高溫下會變形，從而導(dǎo)致停機(jī)現(xiàn)象。電子鐘表型定時開關(guān)使用的也較多，常用LR6818、LM8650、LM8561等集成塊為中心的電子鐘電路。近幾年還出現(xiàn)將電子鐘、LED、液晶顯示為一體的集成塊，體積小、外圍元器件少，可設(shè)六組開關(guān)點(diǎn)，有星期功能，許多廠家大量生產(chǎn)該產(chǎn)品，現(xiàn)在大多用于路燈控制中。方式三：經(jīng)緯型經(jīng)緯型控制器采用單片機(jī)技術(shù)，模擬日照規(guī)律，晚上能自動開燈、早晨能自動關(guān)燈。它采取光控開關(guān)時間的優(yōu)點(diǎn)，克服了光控開關(guān)易受干擾

33、的缺點(diǎn)，取鐘控器時間準(zhǔn)確之長處，克服了定時開關(guān)不會自動變換開關(guān)時間之短處。目前路燈控制常采用這種控制方式，但其價格較高，在路燈中使用將會增加不必要的成本。通過以上對比，為了更好地實時準(zhǔn)確的控制LED路燈的開關(guān)，我選擇控制方式一，光控型。因為在不同的季節(jié)，光線亮度有很大的區(qū)別，光控型避免了人工調(diào)節(jié)的麻煩，可以更好地實現(xiàn)全自動化的運(yùn)作。2.2 蓄電池充電方式的選擇蓄電池的使用壽命除了它本身內(nèi)在因素的影響外，還受到溫度、放電深度DOD、過充過放程度等的影響，因此，為了延長蓄電池的使用壽命，節(jié)約系統(tǒng)的成本，在光伏系統(tǒng)中，應(yīng)使蓄電池在淺放電、不過充過放電以及適合的溫度下工作。這其中，充電方式占據(jù)著重要的

34、地位?，F(xiàn)有的充電方式主要有以下幾種3：方式一：恒流充電法在充電過程中使充電電流始終保持不變的方法，叫做恒定電流充電法，簡稱恒流充電法或等流充電法。在充電過程中由于蓄電池電壓逐漸升高，充電電流逐漸下降，為保持充電電流不致因蓄電池端電壓升高而減小，充電過程必須逐漸升高 HYPERLINK /product/searchfile/2937.html t _blank 電源電壓，以維持充電電流始終不變，這對充電設(shè)備的自動化程度要求較高，一般簡陋的充電設(shè)備是不能滿足恒流充電要求的。對于恒流充電法，在蓄電池最大允許的充電電流情況下，充電電流越大，充電時間就越短。若從時間上考慮，采用此法是有利的。但在充電后

35、期若充電電流仍不變，這時由于大部分電流用于 HYPERLINK /product/searchfile/272.html t _blank 電解水上，電解液出氣泡過多而顯沸騰狀，這不僅消耗電能，而且容易使極板上活性物質(zhì)大量脫落，溫升過高，造成極板彎曲，容量迅速下降而提前報廢。鑒于此，這種充電方法很少采用。方式二: 恒壓充電法恒定電壓充電法在充電過程中，充電電壓始終保持不變，簡稱恒壓充電法或等壓充電法。由于恒壓充電開始至后期，電源電壓始終保持一定，所以在充電開始時充電電流會相當(dāng)大，大大超過正常充電電流值。但隨著充電的進(jìn)行，蓄電池端電壓逐漸升高，充電電流逐漸減小。當(dāng)蓄電池端電壓和充電電壓相等時，充

36、電電流減至最小甚至為零。由此可見，采用恒壓充電法可以避免充電后期充電電流過大而造成極板活性物質(zhì)脫落和電能的損失。但其缺點(diǎn)是，在充電開始時，充電電流過大，電極活性物質(zhì)體積變化收縮太快，影響活性物質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度，致使其脫落。而在充電后期充電電流又過小，使極板深處的活性物質(zhì)得不到充電反應(yīng)，形成長期充電不足，影響蓄電池的使用壽命。所以這種充電方法一般只適用于無配電設(shè)備或充電設(shè)備較簡陋的特殊場合，如汽車上蓄電池的充電、1號至5號干電池式的小蓄電池的充電均采用等壓充電法。采用等壓充電法給蓄電池充電時，所需電源電壓：酸性蓄電池每個單體電池為2.42.8V左右，堿性蓄電池每個單體電池為1.62.0V左右。方式三

37、：恒壓限流充電為補(bǔ)救恒定電壓充電的缺點(diǎn)而采用的一種方法，即在充電電源與電池之間串聯(lián)一電阻，這樣充電初期的電流可以調(diào)整。但有時最大充電電流受到限制，因此隨充電過程的進(jìn)行，蓄電池電壓逐漸上升，電流卻幾乎直線衰減。有時使用兩個電阻值，約在2.4V時，從低電阻轉(zhuǎn)換到高電阻，以減少出氣。由于串聯(lián)電阻將消耗掉有限的電能，這種采用串電阻限流的方式對于光伏系統(tǒng)來說，是不實用的。方式四：二階段充電法二階段法采用恒流充電法和恒壓充電法相結(jié)合的快速充電方法，首先以恒流充電至預(yù)定的電壓值，然后改為恒壓充電完成剩余的充電。一般兩階段之間的轉(zhuǎn)換電壓值就是第二階段的恒電壓值。方式五：三階段充電法三階段充電法是二階段充電法和

38、恒流充電法相結(jié)合的方式。充電開始和結(jié)束時采用恒流充電法，中間階段為恒壓充電法。蓄電池在充電初期用較大的電流，經(jīng)過一段時間改為恒定電壓充電，當(dāng)電流衰減到預(yù)定值時，由第二階段轉(zhuǎn)到第三階段。采用三階段充電法的優(yōu)點(diǎn)是：避免了恒壓充電法開始充電電流過大，而后期電流又過小的情況，比二階段充電法在中間階段更接近充電電流接受率曲線。這種充電法減少了充電出氣量，充電又徹底，延長了蓄電池使用壽命。下圖2-1為三階段法充電電流充電電壓曲線。圖2-1 三階段法充電電流充電電壓曲線綜合比較，選擇三階段充電法來實現(xiàn)太陽能電池對蓄電池的充電過程，此法在蓄電池保護(hù)、充電時間、電路穩(wěn)定性等方面都具有一定的優(yōu)勢。2.3 電網(wǎng)電壓

39、的轉(zhuǎn)換電路的選擇 由于在本設(shè)計中選用電網(wǎng)來作為備用電源，所以需要進(jìn)行AC220VDC24V/5V的交直流轉(zhuǎn)換，下有兩個方案可以選擇：方案一：整流法整流電路是把交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電路它在直流電動機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)的勵磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。20世紀(jì)70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負(fù)載之間，用于濾除脈動直流電壓中的交流成分。變壓器的作用是實現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離。在本設(shè)計中電網(wǎng)取電經(jīng)整流后給單片機(jī)供電，其電路圖如下圖2-2所示。7805芯片電壓輸出電壓為標(biāo)準(zhǔn)的

40、5V，應(yīng)此選7805作為電源穩(wěn)壓芯片，78*系列的穩(wěn)壓集成塊的極限輸入電壓是36V，最低輸入電壓比輸出電壓高3-4V。還要考慮輸出與輸入間壓差帶來的功率損耗，所以一般輸入為9-15V之間。取LM7805的輸入端電壓為10V，變壓器二次側(cè)電壓的有效值考慮到變壓器二次側(cè)繞組及管子上的壓降，變壓器的二次側(cè)電壓大約要高10%，即所以變壓器變比。圖2-2 電網(wǎng)轉(zhuǎn)換電路方案二：電源模塊直接轉(zhuǎn)換法電源模塊是可以直接貼裝在印刷電路板上的電源供應(yīng)器，其特點(diǎn)是可為數(shù)字信號處理器、專用集成電路、存儲器、微處理器、現(xiàn)場可編程門陣列及其他數(shù)字或模擬負(fù)載提供供電。一般來說，這類模塊稱為負(fù)載點(diǎn)電源供應(yīng)系統(tǒng)或使用點(diǎn)電源供應(yīng)系

41、統(tǒng)。由于模塊式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)甚多，因此 HYPERLINK /view/1485179.htm t _blank 模塊電源廣泛用于移動通訊、交換設(shè)備、接入設(shè)備、 HYPERLINK /view/838066.htm t _blank 微波通訊以及光傳輸、 HYPERLINK /view/1360.htm t _blank 路由器等通信領(lǐng)域和汽車電子、航空航天等。尤其近幾年由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展和分布式 HYPERLINK /view/1983760.htm t _blank 供電系統(tǒng)的不斷推廣，模塊電源的增幅已經(jīng)超出了一次電源。模塊電源具有隔離作用，抗干擾能力強(qiáng)，自帶保護(hù)功能，便于集成。隨著半導(dǎo)體

42、工藝、封裝技術(shù)和高頻軟開關(guān)的大量使用，模塊電源功率密度越來越大，轉(zhuǎn)換效率越來越高，應(yīng)用也越來越簡單。本設(shè)計采用SM900型號的電源模塊，它可以實現(xiàn)24.5V/5.1V雙路隔離，具體功能如下：（1）輸入電壓：220VAC（+15%，-10%），50Hz2Hz；（2）輸出電壓：24.5VDC/5.1VDC；（3）額定功率：48W/35W； （4）支持熱插播；（5）支持1+1冗余均流功能；（6）具備輸出保護(hù)功能；（7）具備輸出狀態(tài)指示和輸出狀態(tài)查詢功能；（8）輸入輸出隔離，雙路輸出分別隔離。SM900電源模塊采用220VAC輸入，經(jīng)過EMI抑制和整流濾波電路后，分為相互隔離的兩路輸出，其工作電路也相

43、互獨(dú)立，并且分別具有均流冗余功能。SM900電源模塊的交流輸入電路負(fù)責(zé)完成開關(guān)電源的輸入整流和濾波功能，并且抑制電網(wǎng)上傳來的電磁干擾，同時抑制電源本身產(chǎn)生的電磁干擾，以保證交流輸入不受電磁污染。整流濾波之后，分別輸出24.5VDC和5.1VDC，并且通過指示報警電路，顯示SM900電源模塊的工作狀態(tài)。兩路輸出直接提供到底板，為底板上各個模塊及現(xiàn)場設(shè)備供電。綜合比較而言，我選擇SM900型電源模塊實現(xiàn)電網(wǎng)對路燈和單片機(jī)的供電，因為對于路燈和單片機(jī)的供電來說，電路的穩(wěn)定性非常重要，直接影響整個系統(tǒng)的工作狀況，而這種方式相對比較穩(wěn)定，是最佳選擇。2.4 電池電量檢測方式的選擇蓄電池的電量是本設(shè)計中一

44、個重要的量，它關(guān)系著太陽能電池是否向蓄電池充電以及是否需要啟動副電源，所以實現(xiàn)蓄電池電量的實時檢測非常重要。設(shè)計使用SOC估計的方法來進(jìn)行電量檢測。剩余能量狀態(tài)稱為荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC），這個概念被廣泛應(yīng)用在二次能源存儲裝置中。對于可循環(huán)使用的二次能源電池來說，SOC是一個表征電池剩余能量多少的重要參數(shù)。目前對SOC比較統(tǒng)一的定義為：電池在一定放電倍率下, 剩余電量與相同條件下額定容量的比值。通常定義電池在一定溫度下充電到不能吸收更多的能量時，SOC為1；放電到能量不能再放出時，SOC為0。剩余電量SOC的數(shù)學(xué)定義如下4：或者其中，QC是二次電池使用后的剩余容量，單

45、位為安時（Ah），CI是二次電池充滿電的情況下以恒定電流I放電的總電量，Q是已經(jīng)放出的電量。研究與應(yīng)用較多的SOC估算途徑有：放電試驗、實時安時計量、開路電壓測量、卡爾曼濾波方法、阻抗譜法、負(fù)載電壓法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等，具體介紹如下。方案一：放電試驗法放電試驗一般是在實驗室條件下對電池進(jìn)行測試，可以得到電池在不同電流、溫度等工況下的放電曲線，通過測試可以掌握大量關(guān)于電池工作特性的數(shù)據(jù)。但是，這種方法用來估算SOC存在兩個缺點(diǎn)：（1）放電試驗的時間一般較長，對于實時估算SOC并不合適；（2）通過放電試驗估算SOC對電池能量是一種浪費(fèi)。方案二：實時安時計量法該方法依據(jù)電池SOC的原始定義，對電池工作中

46、的電流值進(jìn)行采集并積分。實現(xiàn)較簡單，是目前應(yīng)用較多的方法。由于安時計量法的計算完全依據(jù)電流值，因此它要求很高的電流采集精度，另外，在電池組中加入均衡電路后，電流除了主回路還要考慮均衡電流的存在，為了檢測每節(jié)電池上的均衡電流成本提高許多。方案三：電壓測量方法測SOC與開路電壓或負(fù)載電壓存在一定的規(guī)律性，這樣就可以簡單的通過測量電壓值進(jìn)行SOC估算。開路電壓法的缺點(diǎn)是需要電池移除負(fù)載，等待一段自恢復(fù)的時間，這樣就大大降低了效率；負(fù)載電壓法的缺點(diǎn)是工作電流對電壓的影響較大，一般只能使用在恒定電流情況下。綜合而言，選擇電壓測量方法來測剩余電量，這種方法雖然在精確度不夠，但是電路簡單，價格相對比較便宜，

47、是目前來說最符合設(shè)計要求的電路。3 元器件選擇3.1 太陽能電池的選擇太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池”，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 HYPERLINK /view/48797.htm t _blank 電能的裝置。它只要被光照到，瞬間就可輸出電壓及電流。在物理學(xué)上稱為太陽能光伏（Photovoltaic，photo光，voltaics伏特，縮寫為PV），簡稱光伏5。3.1.1 類型選擇（1）單晶硅太陽能電池單晶硅是最重要的光伏電池材料，其生產(chǎn)工業(yè)也最為成熟，通過不斷提高晶體質(zhì)量，電池轉(zhuǎn)換效率不斷提高?，F(xiàn)階段單晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率一般為14%17%，實驗室里最高的轉(zhuǎn)換效

48、率為24.7%，規(guī)模生產(chǎn)時的效率為15%。單晶硅材料雖然光電轉(zhuǎn)換率比較高，但價格昂貴，大幅度降低其成本很困難。（2）多晶硅太陽能電池多晶硅是單質(zhì)硅的一種形式。多晶硅生產(chǎn)工藝的出現(xiàn)主要是為了降低晶體硅太陽能電池的成本。多晶硅太陽電池產(chǎn)量基本上與單晶硅電池相同，甚至更大，是光伏電池市場主要產(chǎn)品之一，與單晶硅電池相比，多晶硅電池價格較低，商品多晶硅電池組件轉(zhuǎn)換效率一般為12%14%，實驗室最高轉(zhuǎn)換效率為18%，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為10%。多晶硅太陽能電池將有望成為太陽能電池的主導(dǎo)產(chǎn)品。（3）非晶硅薄膜太陽能電池非晶硅薄膜電池重量輕、造價低廉，轉(zhuǎn)換效率較高，易形成大規(guī)模生產(chǎn)，目前非晶硅太陽能電池已

49、發(fā)展成為最實用、最廉價的太陽電池品種之一，但由于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了實際應(yīng)用。目前非晶硅太陽能電池的研究主要著重于改善非晶硅膜本身的性質(zhì)，以求得高效率和高穩(wěn)定性。綜合太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率、造價、穩(wěn)定性等因素考慮，選擇多晶硅太陽能電池作為本系統(tǒng)的太陽能電池類型。3.1.2 工作電壓太陽能電池的工作電壓約為蓄電池電壓的1.5倍，才能保證給蓄電池正常充電。如給6V蓄電池充電需要用89V太陽能電池，給12V蓄電池充電需要用1518V太陽能電池，給24V蓄電池充電需用3336V太陽能電池。3.1.3 輸出功率Wp太陽能電池輸出功率Wp即是標(biāo)準(zhǔn)太陽光照條件下，歐洲委員會定義

50、的101標(biāo)準(zhǔn)，輻射強(qiáng)度1000W/m2，大氣質(zhì)量AM1.5，電池溫度25條件下，太陽能電池的輸出功功率。不同的時間，不同的地點(diǎn)，同樣一塊太陽能電池的輸出功率是不同的。所謂標(biāo)準(zhǔn)條件，接近平時晴天中午前后的太陽光照條件。太陽能電池的單位面積輸出功率約127Wp/m2。太陽能電池一般由多個太陽能單元電池串聯(lián)組成，其容量取決于照明光源、線路傳輸部件所消耗的總功率以及當(dāng)?shù)靥柲茌椛淠芰?。太陽能電池組輸出功率宜為光源功率的35倍以上,光照豐富、開燈時短地區(qū)為34倍以上，反之為45倍以上。3.1.4 太陽能池組選擇和安裝路燈桿一般在5m以上，重心較高，大部分太陽電池板都是懸掛式，為增強(qiáng)整套設(shè)備的抗風(fēng)力，一般

51、選擇多塊太陽電池板組成所需要的組件功率。如下表3-1為我國主要城市年平均日照時間及最佳安裝傾角，可以看到長春市地區(qū)年平均日照時間為4.8h，長春市所在緯度43.9，最佳傾角是1。表3-1 我國主要城市年平均日照時間及最佳安裝傾角城市緯度最佳傾角（）年平均日照時間（h）城市緯度最佳傾角（）年平均日照時間（h）哈爾濱45.68+34.4杭州30.23+33.42長春43.90+14.8南昌28.67+23.81沈陽41.77+14.6福州26.08+43.46北京39.8+45濟(jì)南36.68+64.44天津39.10+54.65鄭州34.72+74.04呼和浩特40.78+35.6武漢30.63+

52、73.80太原37.78+54.8長沙28.20+63.22烏魯木齊43.78+124.6廣州23.13-73.52西寧36.75+15.5?？?0.03+123.75蘭州36.05+84.4南寧22.82+53.54銀川38.48+25.5成都30.67+22.87西安34.30+143.6貴陽26.58+82.84上海31.17+33.8昆明25.02-84.26南京32.00+53.94拉薩29.70-86.7合肥31.85+93.693.2 控制器的選擇 （1）單片機(jī)單片機(jī)是一種集成 HYPERLINK /view/134362.htm t _blank 電路 HYPERLINK /v

53、iew/26651.htm t _blank 芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的 HYPERLINK /view/14045.htm t _blank 中央處理器CPU、只讀存儲器ROM、隨機(jī)存儲器RAM、定時器/ HYPERLINK /view/928508.htm t _blank 計時器、多種I/O口和中斷系統(tǒng)等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。它的體積小，質(zhì)量輕，價格便宜，為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件，基本結(jié)構(gòu)包括：運(yùn)算器、控制器和寄存器。其硬件特征為：主流單片機(jī)包括CPU、4KB HYPERLINK /view/33

54、4600.htm t _blank 容量的ROM、128 B容量的RAM、2個16位定時/ HYPERLINK /view/259701.htm t _blank 計數(shù)器、4個8位并行口、全雙工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP； HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)可靠性高，可工作到106107小時無故障；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實現(xiàn)模塊化；低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；處理功能強(qiáng)，速度快；控制功能強(qiáng)；環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。（2）DSPDSP（Digital Signal Processor）是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號來處理

55、大量信息的器件。其工作原理是接收 HYPERLINK /view/38288.htm t _blank 模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號，再對數(shù)字信號進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他 HYPERLINK /view/6251878.htm t _blank 系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的 HYPERLINK /view/2064384.htm t _blank 電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是它的兩大特色。芯片特點(diǎn)是：采用多總線結(jié)構(gòu)，采用哈佛結(jié)

56、構(gòu)，采用流水線技術(shù)，具有特殊的DSP指令，配有專用的硬件乘法-累加器，硬件配置強(qiáng)，快速的指令周期，支持多處理器結(jié)構(gòu)，省電管理和低功耗。其優(yōu)點(diǎn)是：對元件值的容限不敏感，受溫度、環(huán)境等外部因素影響??；容易實現(xiàn)集成；VLSI 可以分時復(fù)用，共享處理器；方便調(diào)整處理器的系數(shù)實現(xiàn)自適應(yīng)濾波；可實現(xiàn)模擬處理不能實現(xiàn)的功能；可用于頻率非常低的信號。缺點(diǎn)是：受采樣頻率的限制，處理頻率范圍有限；需要模數(shù)轉(zhuǎn)換；數(shù)字系統(tǒng)由耗電的有源器件構(gòu)成，沒有無源設(shè)備可靠。（3）PLCPLC（Programmable Logic Controller），可編程邏輯控制器，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。

57、它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、順序控制、定時、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程，是工業(yè)控制的核心部分。早期的PLC主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制，隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計算機(jī)技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(jī)（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC。PLC自1969年美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國、日本、德國的可編程序控制器質(zhì)量優(yōu)良，功能強(qiáng)大。PLC的硬件結(jié)構(gòu)基本與微型計算

58、機(jī)相同，基本構(gòu)成為：電源、中央處理單元、存儲器、功能模塊、通信模塊、輸入輸出接口電路。目前，PLC以其邏輯功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、可在線修改控制程序、以易與計算機(jī)接口、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能、能對模擬量進(jìn)行控制等優(yōu)異性能，日益取代由大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)繼電器等組成的傳統(tǒng)繼電接觸控制系統(tǒng)，但是造價太高。綜合考慮，我們選擇單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的控制器，在單片機(jī)的芯片中，AT89S51符合設(shè)計要求，是比較理想的選擇。3.3 蓄電池的選擇蓄電池組是太陽能電池的儲能裝置，它將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲存起來，需要時再把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茚尫懦鰜?。能量轉(zhuǎn)換過程是可逆的，前者稱為蓄電池充電，后者稱為蓄電

59、池放電。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池對系統(tǒng)產(chǎn)生的電能起著儲存和調(diào)節(jié)作用即在有日照時發(fā)出的多余電能儲存起來，在晚間或陰雨天時供負(fù)載使用。3.3.1 類型選擇對于蓄電池的種類，就市場上主流產(chǎn)品而言，主要有四類：鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、氫鎳蓄電池、鋰離子蓄電池。（1）鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池歷史最悠久，其工藝、應(yīng)用、結(jié)構(gòu)、性能和生產(chǎn)都在不斷發(fā)展。鉛酸蓄電池放電工作電壓較平穩(wěn)，既可小電流放電，也可很大電流放電，工作溫度范圍寬，可在-4065范圍中工作，技術(shù)成熟、成本低廉，跟隨負(fù)荷輸出特性好，至今仍是蓄電池中重要產(chǎn)品，但鉛酸蓄電池重量大，質(zhì)量與能量比低，理論上，鉛酸蓄電池的質(zhì)量與能量比為240Wh/kg，實際只

60、有1050Wh/kg6。并且，鉛酸蓄電池需要維護(hù)，充電時間慢。普通鉛酸蓄電池由于使用壽命短，效率低、維護(hù)復(fù)雜、所產(chǎn)生的酸霧污染環(huán)境等問題，其使用范圍很有限，目前已逐漸被淘汰。20世紀(jì)70年代，發(fā)展了閥控密封式鉛酸（VRLA）蓄電池，VRLA蓄電池采用密封結(jié)構(gòu)，不存在普通鉛酸蓄電池的氣脹、電解液滲漏等現(xiàn)象，使用安全可靠、壽命長，正常運(yùn)行時毋需對電解液進(jìn)行檢測和調(diào)酸加水，又稱為“免維護(hù)”蓄電池。（2）鎘鎳蓄電池鎘鎳電池采用金屬鎘作負(fù)極活性物質(zhì)，氫氧化鎳作正極活性物質(zhì)的堿性蓄電池。用聚酰胺非織布等材料作隔離層，用氫氧化鉀水溶液作電解質(zhì)溶液，電極經(jīng)卷繞或疊合組裝在塑料或鍍鎳鋼殼內(nèi)。鎘鎳電池標(biāo)稱電壓為1