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基于单片机的太阳能充电系统

基于单片机的太阳能充电系统
基于单片机的太阳能充电系统

基于单片机的太阳能充电系统的设计

[摘要] 化石能源的日益枯竭、人们对环境保护问题的重视程度也在不断提高,寻找洁净的替代能源问题变得越来越迫切。太阳能作为一种再生能源它具有取之不尽、用之不竭和清洁安全等特点,有着广阔的应用前景。因此,本论文设计太阳能充电系统,整个系统由电源变换电路、采样电路、处理器、脉宽调制控制器和电池组组成。该设计通过太阳能电池板将太阳能转化为电能,经过DC/DC变换电路处理后,为蓄电池充电。系统通过脉宽调制对电池充电过程进行智能控制,从而提高太阳能电池输出功率及电池的使用效率,达到延长电池使用寿命的目的。

[关键词] 太阳能;充电;CUK变换器;单片机

Design of S olar-Electric Charging System Based on MCU Abstract: With the depletion of fossil energy, people pay more and more attention to environmental protection. Looking for clean alternative energy becomes more urgent. Solar energy as a renewable energy it has an inexhaustible and clean and safe and so on,so have a broad application prospects. Therefore, this thesis, a solar charging system, the entire system consist of the power conversion circuit, sampling circuit, processor, pulse width modulation controller and battery pack composition. This design solar by way of panels convert solar energy into electricity, through DC / DC converter circuit processing, charging the battery. The process of charging the battery is controlled by pulse width modulation, thereby output power of the solar cell and battery’ life are improved, extend the battery service life.

Key words: Solar energy; charge; CUK converter; SCM

目录

1 引言....................................................................1 1.1课题研究的背景和意义................................................1 1.

2 太阳能光伏电池的工作原理............................................2 1.

3 开关电源介绍........................................................2

1.3.1 开关电源和线性电源的区别........................................2

1.3.2 开关电源的工作原理.............................................3

1.4 本论文所做的主要工作...............................................4

2 系统设计方案............................................................5 2.1 整体设计方案.......................................................5 2.2 各模块方案设计.....................................................5

2.2.1 直流DC-DC电源转换电路选择.......................................5

2.2.2 生成PWM波方式选择...............................................7

2.2.3 模数转换ADC采样电路选择.........................................8

3 系统的硬件设计与实现....................................................9 3.1 主处理模块..........................................................9 3.2 DC-DC变换(Cuk电路) ................................................9

3.2.1 Cuk电路工作原理................................................9

3.2.2 参数设计.................................................... (13)

3.3 模数转换模块设计...................................................14

3.3.1模数转换原理及主要技术指标......................................14

3.3.2 ADC0809介绍....................................................15

3.3.3 ADC0809与单片机的接口电路......................................16 3.4 按键电路设计......................................................17

3.5 显示电路...........................................................18

4 系统的软件设计.........................................................19 4.1 系统整体程序框架...................................................19 4.2 电路启动初始化.....................................................19 4.3 按键采集程序.......................................................20 4.4 数码管显示子程序...................................................21

4.5 数据采集及模数转换程序.............................................22 4.6 充电子程序的设计...................................................23 4.7 电源子程序的设计...................................................23 结束语...................................................................25 参考文献.................................................................26 附录.....................................................................27致谢.....................................................................32

1 引言

1.1课题研究的背景和意义

当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急,能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时,越来越多的国家开始实行“阳光计划”,开发太阳能资源,寻求经济发展的新动力。

太阳能电池是利用太阳光和材料相互作用直接产生电能,不需要消耗燃料和水等物质,使用中不释放二氧化碳在内的任何气体,是对环境无污染的可再生能源。这对改善生态环境,缓解温室气体的有害作用具有重大意义。

目前,太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门,尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用,以节省造价很贵的输电线路。但是,从长远来看,随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光—电转换装置的发明,各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求,太阳能电池仍将是利用太阳辐射比较切实可行的方法,可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。

1.2 太阳能光伏电池的工作原理

图1 光电效应太阳能电池的工作原理图

太阳能光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置,由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分,故可以长时间操作而不会导致任何损耗。原理如图1太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。

1.3 开关电源介绍

开关电源就是利用电子开关器件(如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等),通过控制电路,使电子开关器件不停地“接通”和“关断”,让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制,从而实现DC/AC、DC/DC电压变换,以及输出电压可调和自动稳压。

开关电源一般有三种工作模式:频率、脉冲宽度固定模式,频率固定、脉冲宽度可变模式,频率、脉冲宽度可变模式。前一种工作模式多用于DC/AC逆变电源,或DC/DC 电压变换;后两种工作模式多用于开关稳压电源。另外,开关电源输出电压也有三种工作方式:直接输出电压方式、平均值输出电压方式、幅值输出电压方式。同样,前一种工作方式多用于DC/AC逆变电源,或DC/DC电压变换;后两种工作方式多用于开关稳压电源。

1.3.1 开关电源和线性电源的区别

(1) 线性电源:

线性电源主要包括工频变压器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路等。线性电源是先将交流电经过变压器变压,再经过整流电路整流滤波得到未稳定的直流电压,要达到高精度的直流电压,必须经过电压反馈调整输出电压,这种电源技术很成熟,可以达到很高的稳定度,波纹也很小,而且没有开关电源具有的干扰与噪音。但是它的缺点是需要庞大而笨重的变压器,所需的滤波电容的体积和重量也相当大,而且电压反馈电路是工作在线性状态,调整管上有一定的电压降,在输出较大工作电流时,致使调整管的功耗太大,转换效率低,还要安装很大的散热片。这种电源不适合计算机等设备的需要,将逐步被开关电源所取代。

(2) 开关电源:

开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、逆变器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。开关电源是将交流电先整流成直流电,在将直流逆变成交流电,在整流输出成所需要的直流电压。这样开关电源省去下线性电源中的变压器,以及电压反馈电路。而开关电源中的逆变电路完全是数字调整,同样能达到非常高的调整精度。开关电源的主要优点:

体积小、重量轻(体积和重量只有线性电源的20~30%)、效率高(一般为60~70%,而线性电源只有30~40%)、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化。

开关电源的主要缺点:

由于逆变电路中会产生高频电压,对周围设备有一定的干扰。需要良好的屏蔽及接地。

1.3.2 开关电源的工作原理

开关电源的工作过程相当容易理解,在线性电源中,让功率晶体管工作在线性模式,与线性电源不同的是,PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态,在这两种状态中,加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的(在导通时,电压低,电流大;关断时,电压高,电流小)/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。

与线性电源相比,PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”,即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波,其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。

控制器的主要目的是保持输出电压稳定,其工作过程与线性形式的控制器很类似。也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器,可以设计成与线性调节器相同。他们的不同之处在于,误差放大器的输出(误差电压)在驱动功率管之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。

开关电源有两种主要的工作方式:正激式变换和升压式变换。尽管它们各部分的布置差别很小,但是工作过程相差很大。

所谓开关电源,顾名思义,就是这里有一扇门,一开门电源就通过,一关门电源就停止通过,那么什么是门呢,开关电源里有的采用可控硅,有的采用开关管,这两个元器件性能差不多,都是靠基极、(开关管)控制极(可控硅)上加上脉冲信号来完成导通和截止的,脉冲信号正半周到来,控制极上电压升高,开关管或可控硅就导通,由220V 整流、滤波后输出的300V电压就导通,通过开关变压器传到次级,再通过变压比将电压升高或降低,供各个电路工作。振荡脉冲负半周到来,电源调整管的基极、或可控硅的控制极电压低于原来的设置电压,电源调整管截止,300V电源被关断,开关变压器次级没电压,这时各电路所需的工作电压,就靠次级本路整流后的滤波电容放电来维持。待到下一个脉冲的周期正半周信号到来时,重复上一个过程。这个开关变压器就叫高频变压器,因为他的工作频率高于50HZ低频。那么推动开关管或可控硅的脉冲如何获得呢,这就需要有个振荡电路产生,我们知道,晶体三极管有个特性,就是基极对发射极

电压是0.65-0.7V是放大状态,0.7V以上就是饱和导通状态,-0.1V- -0.3V就工作在振荡状态,那么其工作点调好后,就靠较深的负反馈来产生负压,使振荡管起振,振荡管的频率由基极上的电容充放电的时间长短来决定,振荡频率高输出脉冲幅度就大,反之就小,这就决定了电源调整管的输出电压的大小。那么变压器次级输出的工作电压如何稳压呢,一般是在开关变压器上,单绕一组线圈,在其上端获得的电压经过整流滤波后,作为基准电压,然后通过光电耦合器,将这个基准电压返回振荡管的基极,来调整震荡频率的高低,如果变压器次级电压升高,本取样线圈输出的电压也升高,通过光电耦合器获得的正反馈电压也升高,这个电压加到振荡管基极上,就使振荡频率降低,起到了稳定次级输出电压的稳定,太细的工作情况就不必细讲了,也没必要了解的那么细的,这样大功率的电压由开关变压器传递,并与后级隔开,返回的取样电压由光耦传递也与后级隔开,所以前级的市电电压,是与后级分离的,这就叫冷板,是安全的,变压器前的电源是独立的。

开关条件:电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态

高频条件:电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频

直流条件:开关电源输出的是直流而不是交流也可以输出高频交流如电子变压器1.4 本论文所做的主要工作

本文主要研究太阳能的充电系统,整个系统由电源变换电路、采样电路、处理器、脉宽调制控制器和电池组组成。该设计通过太阳能电池板将太阳能转化为电能,经过DC/DC变换电路处理后,为蓄电池充电。

第一章引言,介绍课题研究的背景、意义,介绍太阳能电池和开关电源,这是本设计的基础。

第二章太阳能充电系统的系统方案设计,构出整体设计框架然后对各个模块进行方案设计。

第三章系统的硬件设计部分,主要对硬件电路各个模块的电路进行设计。

第四章系统的软件设计部分,主要对系统进行程序设计,画出流程图。

2 系统设计方案

2.1 整体设计方案

太阳能电池在使用时由于太阳光的变化较大,其内阻又比较高,因此输出电压不稳定,输出电流较小,这就需要用充电控制电路将电池板输出的直流电压变换后供给电池

充电。当光线条件适宜时,通过太阳能电池板吸收太阳光,将光能转换为电能。由于充电器多采用大电流的快速充电法,在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫,过度的充电会严重损害电池的寿命。这就需要一个复杂的控制系统,51系列单片机时当前使用最为广泛的8位单片机系列,其丰富的开发资源和较低的开发成本,是51系列单片机现在以至将来都会有强大的生命力。本系统将采用89C51作为充电电路的控制器,从而以较低的成本轻松实现复杂的充电智能控制,同时也可以为其他小型电子产品提供洁净的直流电源。本系统总体设计方案如图2所示,通过太阳能电池板将太阳能转换为电能,由单片机编程实现PWM 波控制开关管从而实现输出电压电流的改变,通过显示电路显示输出状态及大小,由ADC0809实现数据的采集及转换并传给单片机做判断处理,从而实现电路的智能输出与控制。

图2 整体设计方案图

2.2 各模块方案设计

2.2.1 直流DC-DC 电源转换电路选择

直流变换电路是依靠半导体开关器件的开关动作,将某一直流电压变换为另一个直流电压的电路。这里的变换电路相当于交流电源变压时的变压器,它通过控制开关器件的导通和关断时间,配合电感和电容器件以连续改变直流电压。典型的光伏直流变换电路有直流斩波器和开关型DC/DC 变换器。典型装置有蓄电池充电器、直流电动驱动器和电子设备上涌的稳压电源装置。直流变换电路分为直接变换和间接变换两类,前者某一中间变压器介入,直接进行直流电压变化;后者先将直流电压变换为交流电压,经变压器转换后在变换为直流电压。

方案一:Buck 电路——降压斩波器,如图3所示。其输出平均电压Uo 小于输入电AT89C51 太

池 DC-DC 变换电路 显示电路

A/D 转换

按键电路 蓄 电 池

压Ui,极性相同。

图3Buck电路原理图

本方案只能降压不能升压,不能完全满足需升降压的情况,故舍弃。

方案二:Boost电路——升压斩波器,如图4所示。其输出平均电压Uo大于输入电压Ui,极性相同。

图4 Boost电路原理图

本方案只能升压不能降压,不能完全满足需升降压情况,故舍弃。

方案三:Buck-Boost电路——降压或升压斩波器,如图5所示。其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui,极性相反,电感传输。

图5 Buck-Boost电路原理图

由于Buck-Boost变换器的电感L在中间,其输入和输出电流的脉动都很大。针对这一缺点,美国加州理工大学的Slobdan Cuk教授提出了单管Cuk变换器,该变换器使用了两个电感,一个在输入端,一个在输出端,从而减小了电流脉动。且Cuk电路既能升压又能降压,可以满足需升压或降压的情况故采用方案四Cuk电路。

方案四:Cuk电路——降压或升压斩波器,如图6所示。其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui,极性相反,电容传输。

图6 Cuk电路原理图

2.2.2 生成PWM波方式选择

PWM是Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)的简称。生成PWM脉冲的方法很多,大致可以分为3大类:第一类是完全由模拟电路生成;第二类是由专用集成芯片生成;第三类是由微处理器生成。

方案一:模拟电路的方法通常由正弦调制波和三角载波比较产生,如图7所示。图中,正弦波发生器和三角波发生器分别由模拟电路组成,在异步调制方式下,三角波的频率是固定的,而正弦波的频率和幅值随调制深度的增大而线性增大。

图7 模拟电路方法产生PWM波

本方案原理简单而且直观,但缺点较多。如硬件开销大,系统的可靠性较低,稳定性差。

方案二:微处理器生成。AT89C51本身自带有生成PWM波功能,故可大大简化编程。

2.2.3 模数转换ADC 采样电路选择

单片机在控制输出占空比可调的PWM 波时,是与太阳能电池板输出原电压相匹配的,由公式Vd

Vo Vo D +=||确定。所以,单片机需要确定Vd 的原值,这就必须A/D 采样。由于单片机工作电压为3V ,而从太阳能电池板的输出电压0-16V ,可能会超出其工作电压而烧毁芯片,所以在A/D 采样之前,需要精确降压才能采样。本设计Uo=1/6Ui 。

方案一:采用电阻分压法。如采用R1:R2=5:1,取R2两端电压。但如果太阳能电池帆板内阻和分压电阻数量级相差不大,那么误差将会很大。故舍弃。

方案二:采用比例运算电路。如图8所示。

图8 比例运放采样电路图

比例运算电路能精确降压,由单片机采样结果可得到原太阳能电池板输出电压的精确值,进而控制占空比输出与原电压匹配的PWM 波。故采用方案二。

3 系统的硬件设计与实现

3.1 主处理模块

本系统单片机主要完成的任务是控制数据的采集过程,并将采集到的数据经过分析处理后生成PWM 脉宽调制信号控制开关的导通与关断,从而控制输出大小。具体工作过程是上电复位,首先查询键盘,确定充电器功能,确定后继续查询键盘以确定输出电流大小,或作为普通电源的输出电压,然后转入相应子程序并分析计算PWM 占空比,开始输出电流或电压,并将数据送至显示电路线路显示。在输出过程中通过单片机定时器检测输出电流或电压,与设定值比较后调节PWM 占空比,使输出趋于设定值。在电

池充电过程中,通过检测电流大小而确定电池充电多少,从而改变充电方式或决定是否停止充电。

通过单片机编程实现了充电过程的智能控制,而且大大简化了硬件电路设计,由于单片机良好的可重用性如果需要改变电路工作状态或电路参数,只需简单的修改程序即可实现,从而使电路的升级改造变得简单易行。

本设计采用AT89C51作为主处理芯片。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

3.2 DC-DC变换(Cuk电路)

3.2.1 Cuk电路工作原理

Cuk变换器的电路形式如图9所示,在负载电流连续的条件下,工作波形如图10所示,其中L1、L2为储能电感,Q为功率开关管,D为续流二极管,C1为传输能量的耦合电容,C2为滤波电容。

图9 Cuk变换器电路原理图及其等效电路

图10 Cuk 变换器工作波形

模式1:Q 导通

Q 导通,L1储能,C1电容上的电压使D 反偏置,电容通过负载Z 和L2传输能量,负载获得反极性电压,L2、C2储能。由电路可知,在这种电路结构中,Q 管和二极管D 是同步工作的,Q 导通,D 截止;Q 截止,D 导通。L1的电流增量为: ?DT L V t L V i d on d L 1

1)(1==+ (1) 从输出回路来看,在on t 期间,C1供电,L2储能,若C1的足够大,可忽略C1上的压降,则L2上的电压为o c V V -1,L2中的电流以(o c V V -1)/2L 的速率线性上升,在on t 期间,L2的电流增量为: ?DT L V V t L V V i o C on o d L 2

12)(2-=-=+ (2) 模式2:Q 关断

在off t 期间,Q 截止,D 导通,电容C1被充电,L1通过C1和D 向C1充电储能,同时L2向负载释放能量,在这种电路结构中,无论在on t 期间还是在off t 期间都从输入向负载传输能量,只要电感L1、L2和电容C1足够大,输入输出电流基本上

是平滑的。在off t 期间C1充电,在on t 期间C1向负载放电,可见C1起着传递能量的作用。

在off t 期间,L1释放能量,L1上的压降1C d V V -,L1中的电流以(1C d V V -)/1L 的速率线性下降,L1的电流减量为: ?off C d L t L V V i 1

11)(-=- (3) 从输出回路来看,在off t 期间,由于D 导通,L2释放能量,则L2上的电压为-o V ,L2中的电流以2/L V o 的速率线性下降,在off t 期间,L2的电流减量为: ?T D L V t L V i o off o L )1()(2

22--=-=- (4) 在稳定状态下,电感L1电流变化量应相等:

D

D V t t V V t L V V t L V d

off on d c off C d on d --=-=?-=1)21()1(1111 (5) L2中电流变化量应相等:

D D V V t L V V t L V o

C on o C off o )21(12

12--=?-=- (6) 若C1足够大,在导通、截止期间上的电压可认为近似不变(只有很小的顶降),则有:

D

DV V d o --=1 (7) 假设电路中所有的器件为理想开关,即变换器无功率损耗,输入功率等于输出功率,负载阻抗Z=L R ,输入平均电流Ii 即为电感L1平均电流1L I

22222

21)1()1(D R D V R V D D V R V V I R V I V L d L d d L d O L L o L d -=-==?= (8) 电感L1电流的最大值:

12211max 12)1(2L DT V R D D V i I I d L

d L L L +-=?+= (9) 电感L1电流的最小值:

12211m ax 12)1(2L DT V R D D V i I I d L

d L L L --=?-= (10) 临界电感:

f R D L L L DT V R D D V L C d L

d 2)1(2)1(211122-==?=- (11) 输出平均电流即电感L2的平均电流:

L

o L o R V I I ==2 (12) L2电感电流的最大值:

???

? ??-+-=-+=?+

=f L D R D D V L T D V R V i I I L d o L o L L L 2222max 221112)1(2 (13) 电感电流的最小值: ???

? ??---=?-

=f L D R D D V i I I L d L L L 222max 221112 (14) 临界电感: L C L R f

D L L f L D R 21211222-==?-= (15) 下面来看电容C2的峰-峰脉动电压。假设负载电流的脉动量很小而可以忽略,即电感的峰-峰脉动电流即为电容充放电电流。

2

222C Q V V C Q C C ?=???=? (16) 8

22222T i T i Q S L L ??=??=?= (17) 22222

288f C L D V f C i C Q V d L C =?=?=? (18) Cuk 变换器输出电压可高于或低于输入电压,提供一个反极性不隔离的输出电压,其输入和输出电流都是连续的,具有较小的纹波分量,可以应用于光伏发电系统的光伏阵列最大功率点跟踪、光伏照明、光伏扬水应用等。

3.2.2 参数设计

(1)选择续流二极管D 。续流二极管选用快恢复二极管,其额定工作电流和反向耐压必须满足电路要求,并留一定的余量。

(2)选择开关管工作频率。最好工作频率大于20Khz ,以避开音频噪声。本设计中选择f=40Khz,即T=25us 进行仿真。

(3)开关管可选方案:MOSFET 、IGBT 、GTR 。

(4)占空比D ,O V =12V ,d V (]8.160,=

D DV V d

o --=1?d

O O V V V D +=||?|D|=[0.42,1)?|1-D|=(0,0.58] (5)确定临界电感,电感选取一般为临界电感的10倍。

临界电感:

f R D L L L DT V R D D V L C d L

d 2)1(2)1(211122-==?=- ==???-3

210402100)42.01(mH 42.0 ?mH mH L L C 2.442.0101011=?==

故取为1L =5mH 。

同理,临界电感:

L C L R f

D L L f L D R 21211222-==?-==0.725mH mH L L C 25.7725.0101022=?==?

故取2L 为10mH 。

(6)确定电容。降低纹波电压,在已知D 、Vd 、Vo 、2L 和f 的情况下根据上述公式可以确定C 的值。

2

2222

288f C L D V f C i C Q

V d L C =?=?=? uF V f L D V C C d 4212

.0)1040(10846.01482322222=?????=?=-

故取2C =50uF ,取uF C 1501 。

3.3 模数转换模块设计

3.3.1模数转换原理及主要技术指标

(1)A/D 转换器的基本原理

模数转换(ADC)亦称模拟—数字转换,与数/模(D/A)转换相反,是将连续的模拟量(如象元的灰阶、电压、电流等)通过取样转换成离散的数字量。模数转换包括采样、保持、量化和编码四个过程。如图11所示。

图11 模数转换原理及过程

模拟电子开关S 在采样脉冲CPs 的控制下重复接通、断开的过程。S 接通时,)(t u f

对C 充电,为采样过程;S 断开时,C 上的电压保持不变,为保持过程。在保持过程中,采样的模拟电压经数字化编码电路转换成一组n 位的二进制数输出。

(2)主要技术指标

● 分辨率

A/D 转换器的分辨率用输出二进制的位数表示,位数也越多,误差越小,转换精度越高。

● 相对精度

在理想情况下,所有的转换点应当在一条直线上。相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。

● 转换速度

转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始,到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。

3.3.2 ADC0809介绍

ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模-数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关,他可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。

(1)ADC0809的内部逻辑结构

ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道,允许8路模拟量分时输入,共用A/D转换器进行转换。三态输出锁存器用于锁存A/D转换完的数字量,当OE端为高电平时,才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

(2)引脚结构

IN0-IN7:8条模拟量输入通道

ADC0809对输入模拟量要求:信号单极性,电压范围是0-5V,若信号太小,必须进行放大;输入的模拟量在转换过程中应该保持不变,如若模拟量变化太快,则需在输入前增加采样保持电路。

地址输入和控制线:4条

ALE为地址锁存允许输入线,高电平有效。当ALE线为高电平时,地址锁存与译码器将A,B,C三条地址线的地址信号进行锁存,经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A,B和C为地址输入线,用于选通IN0-IN7上的一路模拟量输入。通道选择表1所示。

ST为转换启动信号。当ST上跳沿时,所有内部寄存器清零;下跳沿时,开始进行A/D转换;在转换期间,ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时,表明转换结束;否则,表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号,用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=1,输出转换得到的数据;OE=0,输出数据呈高阻状态。D7-D0为数字量输出线。

CLK为时钟输入信号线,因ADC0809的内部没有时钟电路,所需时钟信号必须由外界提供,通常使用频率为500KHZ,VREF(+),VREF(-)为参考电压输入。

3.3.3 ADC0809与单片机的接口电路

本设计中用单片机的P0口接收来自0809的换数据,时钟信号由单片机ALE端经74HC74触发器二分频后提供,单片机采用12MHz晶振,,ALE端经二分频后为500KHz。ADC0809具体工作过程为:首先P2.0、P2.1、P2.3输入3位地址,并使P2.3输出高电平,将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换,之后EOC输出信号变低,指示转换正在进行。直到A/D转换完成,EOC变为高电平,指示A/D转换结束,结果数据已存

入锁存器,这个信号可用作中断申请,而触发单片机做准备接收数据,这是使P2.5输出高电平,输出三态门打开,转换结果的数字量输出到数据总线上,单片机读取P0口后然后做下一步处理操作。接口电路如下图12。

图12 ADC0809与单片机的接口电路

3.4 按键电路设计

在单片机应用系统中,按键主要有两种形式:1、独立按键;2、矩阵编码键盘。独立按键的每个按键都单独接到单片机的一个I/O口上,独立按键则通过判断按键端口的电位即可识别按键操作;而矩阵键盘通过行列交叉按键编码进行识别。

通常所用的按键为轻触机械开关,正常情况下按键的接点是断开的,当我们按压按钮时,由于机械点的弹性作用,一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通,在断开时也不会一下子断开。因而机械触点在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动,抖动时间的长短由按键的机械特性及操作人员按键动作决定,一般为5ms-20ms;按键稳定闭合时间的长短是由操作人员的按压时间长短决定的,一般为零点几秒至数秒不等。

在本设计中由于按键不是太多,故采用独立按键法,这样可以减小编程的难度,图13为本设计的按键接线图。

图13 按键接线图

对电路总体考虑后,将ADC0809采集电路接在了单片机的P0口,并用P2口做采集控制,这样P0口仅用接收数据,不用发送数据,有P0口的硬件构成知道,其做输出的话需接上拉电阻,做输入的不用接,这样整体上减少了电路的硬件开支,而P3口要做串口传输等工作,所以在本电路中将按键接在P1口,其中P1.0是数字减键,P1.1是数字加键,P1.2为确定键,P1.3为过电流保护指示灯,P1.4、P1.5为输出功能选择键,按下P1.4代表给手机电池充电,按下P1.5则做普通直流电源使用,其中5V输出可直接用USB连接线给手机充电。

3.5 显示电路

AT89C51单片机内有一个串行I/0端口,通过引脚RXD和TXD可与外部电路进行全双工的串行异步通信,发送数据时由TXD端送出,接收时数据由RXD端输入。串口有四种工作方式,通过编程设置,可以使其工作在任一方式以满足不同的场合。其中,方式0是8位移位寄存器输入/输出方式,多用于外接移位寄存器以扩展I/O端口。串口的工作方式可以参看相关的书籍,此处不做详细介绍。方式0的输出是8位串行数据,通过移位寄存器可将8位串行数据变成8位并行数据输出,也可以将外部的8位并行数据变成8位串行数据输入。因此外接一个移位寄存器就可以扩展一个8位的并行输入/输出接口,如果想多扩展几个并口就需要在外部级连几个移位寄存器。

本设计采用基于串口的LED数码管静态显示电路,在串口扩展中最常用的就是基于串口的LED数码管显示电路。在单片机应用系统中,LED数码管的显示常用两种方法:静态显示和动态扫描显示。所谓静态显示,就是每一个显示器都要占用单的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接

太阳能光伏发电系统(PVsyst运用)

扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计 题目:北京市发电系统设计 课程:太阳能光伏发电系统设计 专业:电气工程及其自动化 班级:电气0703 姓名:严小波 指导教师:夏扬 完成日期: 2011年3月11日

目录 1光伏软件Meteonorm和PVsyst的介绍---------------------------------------------3 1.1 Meteonorm--------------------------------------------------------------------------3 1.2 PVsyst-------------------------------------------------------------------------------4 2中国北京市光照辐射气象资料-------------------------------------------------------11 3独立光伏系统设计----------------------------------------------------------------------13 3.1负载计算(功率1kw,2kw,3kw,4kw,5kw)-----------------------------13 3.2蓄电池容量设计(电压:24V,48V)----------------------------------------13 3.3太阳能电池板容量设计,倾角设计--------------------------------------------13 3.4太阳能电池板安装间隔计算及作图。-----------------------------------------16 3.5逆变器选型--------------------------------------------------------------------------17 3.6控制器选型--------------------------------------------------------------------------17 3.7系统发电量预估--------------------------------------------------------------------18

太阳能光伏设计方案

前言 太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分,由于它集开发利用绿色可再生能源、改善生态环境、改善人民生活条件于一体,被认为是当今世界上最有发展前景的新能源技术,因而越来越受到人们的青睐。随着世界光伏市场需求持续高速增长、我国《可再生能源法》的颁布实施以及我国光伏企业在国际光伏市场上举足轻重的良好表现,我国光伏技术应用呈现了前所未有的快速增长的态势并表现出强大的生命力。它的广泛应用是保护生态环境、走经济社会可持续发展的必由之路。 太阳能发电的利用通常有两种方式,一种是将太阳能发电系统所发出的电力输送到电网中供给其他负载使用,而在需要用电的时候则从电网中获取电能,称谓并网发电方式。另一种是依靠蓄电池来进行能量存储的所谓独立发电方式,它主要用于因架设线路困难市电无法到达的场合,应用十分广泛。

1.项目概况 1.1项目背景及意义 本项目拟先设计一个独立系统,安装在客户工厂的屋顶上,用于演示光伏阵列采取跟踪模式和固定模式时发电的情况,待客户参考后再设计一套发电量更大的系统,向工厂提供生产生活用电。本系统建成后将为客户产品做出很好的宣传,系统会直观的显示采用跟踪系统后发电总量的提升情况。 1.2光伏发电系统的要求 因本系统仅是一个参考项目,所以这里就只设计一个2.88kWp的小型系统,平均每天发电5.5kWh,可供一个1kW的负载工作5.5小时。 2.系统方案 2.1现场资源和环境条件 江阴市位于北纬31°40’34”至31°57’36”,东经119°至120°34’30”。气候为亚热带北纬湿润季风区,冬季干冷多晴,夏季湿热雷雨。年降水量1041.6毫米,年平均气温15.2℃。具有气候温和、雨量充沛、四季分明等特点。其中4月-10月平均温度在10℃以上,最冷为1月份,平均温度2.5℃;最热月7月份,平均温度27.6℃。

太阳能光伏发电系统毕业设计

(BIPV)光伏发电示范项目系统设计建议书 示范项目名称:XXXXXXXXX示范项目 二〇一〇年十月

目录 第1章项目概况 (1) 1.1 项目地理情况 (1) 1.1.1 地理位置 (1) 1.1.2 供电要求 (1) 1.2 项目建筑类型(BIPV) (2) 第2章一般光伏发电系统的价格构成 .................................................... 错误!未定义书签。第3章光伏并网发电系统设计原则与原理 (2) 3.1 总体设计原则 (3) 3.1.1 视觉美观性 (3) 3.1.2 太阳辐射量 (3) 3.1.3 电缆长度 (4) 3.2 方案设计原理 (4) 第4章光伏系统监控设计 (6) 第5章效益分析 (7) 5.1 发电量计算与节能减排量分析 (8) 5.2 资金投入与效益分析 (10) 第6章某太阳能电源技术有限公司 ........................................................ 错误!未定义书签。 6.1 雄厚的集团背景................................................................................................................................ 错误!未定义书签。 6.2 超强的项目管理能力....................................................................................................................... 错误!未定义书签。 6.3 卓越的设计团队................................................................................................................................ 错误!未定义书签。 6.4 “一揽子交钥匙服务”................................................................................................................... 错误!未定义书签。 6.5 增值服务 ............................................................................................................................................. 错误!未定义书签。第7章在节能方面为万达服务过的项目 .. (20) 第8章附录《政策分析》 (21)

太阳能电池充电控制器电路图

太阳能电池充电控制器电路图(含原理说明) 采用专用蓄电池充电管理芯片UC3906设计太阳能充电控制器,经过实验室调试,其各项性能达到要求。控制器由切换电路、充电电路、放电电路三部分组成(见附图)。下面分别介绍其各个组成部分。 切换电路:太阳能电池接在常闭触点,继电器线圈受三极管Q2控制,当太阳能电池受光照时,Q1导通而02截止,使得继电器线圈绝大部分时间不耗电。在太阳能电池不受光照时,Q1截止而Q2导通,交流电经常开触点送出。 充电电路:由UC33906和一些附属元件共同组成了"双电平浮充充电器"。太阳电池的输入电压加入后.利用电阻R,检测出电流的大小,再利用R2、R3、R4、R5、R6检测蓄电池的工作参数,经过内部电路分忻.进而通过Q3对输出电压、电流进行控制。Rs取值为0.025Ω,充电电流最大为10A,根据蓄电池的容量大小.可改变R,以改变充电电流。 在恒流快速充电状态下,充电器输出恒定的充电电流Imax,同时充电器监视电池两端电压,当电池电压达到转换电压V12时,电池的电量已恢复到容量的70%~90%,,充电器转入过充电状态,在此状态下,充电器输出电压升高到V。。由于充电器输出电压恒定不变.所以充电电流连续下降.当充电电流下降到Io ct 时,电池容量已达到额定容量的100%,充电器输出电压下降到较低的浮充电压Vf蓄电池进入浮充状态。此时U C3906的⑩脚输出高电平,LM2903的①脚输出低电平,发光二极管发光,指示蓄电池已充足电。图中的电路还具有涓流充电的功能,涓流充电的电流值为It,R2为涓流充电的限流电阻。 放电电路:用LM2903接成双迟滞电压比较器,可使电路在比较电压的临界点附近不会产生振荡。R10、R Pl、RP2、LJ2B、Q4、Q5和K2组成过放电压检测比较控制电路。电位器RPl、RP2起设定过放电压的作用。可调三端稳压器LM317给LM2903提供稳定的8V工作电压。 当蓄电池端电压大于预先设定的过放电压值时,U2B的⑥脚电位高于⑤脚电位,⑦脚输出低电位使04截止,Q5导通,K2动作,其常开触点闭合,LED2发光指示负载工作正常;蓄电池对负载放电时端电压会逐渐降低,当端电压降低到小于预先设定的过放电址值时。U2B的⑥脚电位低于⑤脚电位,⑦脚输出高电位使Q 4导通,Q5截止,K2释放,LED2熄灭,指示过放电。该控制器能有效地防止蓄电池过充、过放、过流,可满足了太阳能充电控制器的需要。

2021年太阳能光伏发电系统基本组成

太阳能光伏发电系统基本组成 欧阳光明(2021.03.07) 太阳能发电分为光热发电和光伏发电。通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电,简称“光电”。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。 理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池(片),有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。其中,单晶和多晶电池用量最大,非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。中国国产晶体硅电池效率在10至13%左右,国际上同类产品效率约12至14%。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。 太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池(组)组成。如输出电源为交流220V或110V,还需要配置逆变器。各部分的作用为:(一)太阳能电池板:太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分,也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳

的辐射能力转换为电能,或送往蓄电池中存储起来,或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。 (二)太阳能控制器:太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态,并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。 (三)蓄电池:一般为铅酸电池,小微型系统中,也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来,到需要的时候再释放出来。 (四)逆变器:在很多场合,都需要提供220V AC、110V AC 的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12V DC、24V DC、48V DC。为能向220V AC的电器提供电能,需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能,因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合,需要使用多种电压的负载时,也要用到DC-DC 逆变器,如将24V DC的电能转换成5V DC的电能(注意,不是简单的降压)。

太阳能发电系统的设计分析

太阳能发电系统的设计分析 发表时间:2018-06-04T16:55:59.477Z 来源:《基层建设》2018年第10期作者:林刚张少利[导读] 摘要:在太阳能的有效利用中,太阳能发电是最具活力的研究领域,也是最受瞩目的项目之一。 江苏四季沐歌有限公司江苏省连云港市 222000 摘要:在太阳能的有效利用中,太阳能发电是最具活力的研究领域,也是最受瞩目的项目之一。太阳能发电系统采用太阳能电池阵列、太阳能控制器、蓄电池(组)、DC/AC 逆变器(并网/不并网)、低压输配电网及交、直流负载等部分组成。下面就谈谈自己对太阳能发电系统的设计的看法。 关键词:太阳能;发电系统;设计太阳能电池发电是基于“光生伏打效应”的原理,利用充电效应把太阳辐射直接转化为电能。太阳能具有永久性、清洁性和灵活性三大优点,是其他能源无法比拟的。总之,太阳能发电的过程没有机械转动部件也燃料消耗,不排放包括温室气体在内的任何有害物质,无噪音、无环境污染,太阳能资源分布广泛没有地域限制。维修保养简单,维护费用低,运行可靠性、稳定性好。无需架设输电线路即可就地发电供电及建设周期短。 1太阳能的特点 利用太阳能发电有两大类型,一类是太阳光发电(亦称太阳能光发电),另一类是太阳热发电(亦称太阳能热发电)。太阳能光发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电四种形式,在光化学发电中有电化学光伏电池、光电解电池和光催化电池。太阳能是一种普遍存在的能源,并且无需采集、运输就可以直接开发利用;其次,太阳能作为一种清洁能源,对环境不会造成任何损害,在环保意识逐步提高的今天,值得推广应用;有数据显示,4年地球接受到的太阳能相当于130万亿吨煤产生的能量,应用潜力巨大;此外,太阳能量可持续时间如果用地球的寿命来换算,儿乎是取之不尽用之不竭的。然而,与此同时,太阳能的利用目前还存在一些问题,比如太阳能虽然普遍存在,但是也存在严重的不稳定性,同时总量虽大但是能流密度却相对较低,并且人类对于太阳能的利用率还处于较低的水平,同时应用成本也较高。 2太阳能发电系统 太阳能发电系统分为独立发电系统与并网发电系统:独立发电系统也叫离网发电系统。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成,若要为交流负载供电,还需要配置交流逆变器。并网发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电后直接接入公共电网。并网发电系统有集中式大型并网电站一般都是国家级电站,主要特点是将所发电能直接输送到电网,由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大,目前还没有太大发展。而分散式小型并网发电系统,特别是光伏建筑一体化发电系统,由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点,是目前并网发电的主流。 太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组是太阳能发电系统的主要组成部分,此外逆变器也是常见的辅助设备,用于输出合适交流电太阳能电池板的主要功能是转换太阳的辐射能为电能,送往电池组中进行存储,并推动负载作用,是太阳能发电系统中最核心、最有价值的组成部分,它的质量也直接决定了整个太阳能发电系统的质量。太阳能控制器负责对整个太阳能发电系统进行监控,并对蓄电池组起到一个保护的作用,此外,部分控制器可能还兼具有光控和时控功能。值得注意的是,一个合格的控制器在温差较大的地方,还应该配备温差补偿功能。太阳能蓄电池组的功能,就是将太阳能发电系统产生的电能储存起来以备用,铅酸电池、镍氢电池、镍锅电池或铿电池是最常见的蓄电池种类,除铅酸电池外,主要用于小微型的太阳能发电系统中。我们知道,太阳能直接输出的电能为12VDC,24VDC,48VDC,而我们日常使用的电能则为220VAC,110VAC,囚此逆变器的主要作用就是为我们提供合适的电能。 3太阳能发电系统的效率在太阳能发电系统中,系统的总效率ηese由电池组件的PV转换率、控制器效率、蓄电池效率、逆变器效率及负载的效率等组成。但相对于太阳能电池技术来讲,要比控制器、逆变器及照明负载等其它单元的技术及生产水平要成熟得多,而且目前系统的转换率只有17%左右。因此提高电池组件的转换率,降低单位功率造价是太阳能发电产业化的重点和难点。太阳能电池问世以来,晶体硅作为主角材料保持着统治地位。目前对硅电池转换率的研究,主要围绕着加大吸能面,如双面电池,减小反射;运用吸杂技术减小半导体材料的复合;电池超薄型化;改进理论,建立新模型;聚光电池等。 4太阳能发电系统的运行 4.1并网全自动运行方式 设计的太阳能发电系统产生的电能将直接分配到需要太阳能供电的用电负载上,包括楼道间照明以及地下停车场照明,不足的电力将由连接的电网进行补充调节。具体工作起来,就是太阳能发电系统在旱晚分别对太阳能电池板阵列的电压进行监测:旱上达到设定值即执行并网发电,并将产生的直流电经由逆变器转换为可供使用的交流电;晚上低于设定值时,并网发电系统将自动停止运行。 4.2并联运行方式 太阳能发电系统并联运行方式与并网全自动运行方式在电能利用和调节方式上基本一致,是一个相对独立的发电系统。该方式的配电方式与柴油发电机的配电方式基本相同,即增加一路交流市电供电,将经逆变器转换的交流电和市电组成A'1'SE双电源自动切换,这是一种简单、灵活、独立的发电系统,A'1'SE双电源自动切换系统会在太阳能供电中断,或者供电不足的时候自动切换到市电供电,供电的可靠性也随之提高然而,并联运行方式也有一定缺点,那就是A'1'SE双电源自动切换的过程中,将会中断一段时间的供电,这将不利于一些用电设备的正常运行,甚至可能会造成一定的损坏。同时,考虑到太阳能发电的不稳定性,并联运行方式的用电量也很难达到平衡。不过,由于并联运行方式可以尽量更多的发挥太阳能的发电量,从而部分节约备用的蓄电池,进而节约投资。 5太阳能光伏发电需要考虑的因素 5.1地理位置及气象条件 利用太阳能光伏发电必须要综合考虑各种因素,包括地点、纬度、经度、海拔等,太阳能每月的总辐射量。直接辐射量,年平均气温,最长连续阴雨天数,最大风速降雪及冰雹等特殊气象情况。 5.2最大负载及用电特性

基于单片机太阳能充电器设计

山东交通学院 课程设计报告 课题名称基于单片机的太阳能充电器的设计学生姓名傅传银唐飞翔 学号140818108 140818110 专业电子信息工程(信职141) 指导教师张波 2016年06月26日

1 绪论 1.1 本课题研究背景及现状 当代社会随着一些不可再生资源如煤炭,石油等日益减少,使得各国社会经济越来越受能源问题的约制,因此许多国家开始逐渐的实行“阳光计划”,开发洁净的能源如太阳能,用以成为本国经济发展的新动力。 首先让我们想到的是太阳能电池,因为它不会消耗水,燃料等物质,并且不会释放任何对环境有污染的气体,是直接通过太阳光与材料的相互作用释放出电能,这种无污染资源对环境的保护有着相当重要的意义[1]。由于无公害的作用,目前世界太阳能电池产业已经出具规模,1995年到2004年的十年内平均年增长率达到30%以上。随着新型太阳能电池的涌现,以及传统硅电池的不断革新,新的概念已经开始在太阳能电池技术中显现,从某种意义上讲,预示着太阳能电池技术的发展趋势[2]。世界各国对光伏发电也越来越重视,目前全世界已超过一百个国家使用光伏发电系统,其中以欧洲为代表的发达国家为主,占总市场的80.1%,早在09年的时候,世界各国总的光伏新加装机容量接近800万千瓦,截至当年低,世界光伏装机容量总共接近2700万千瓦[3]。随着并网光伏发电市场的迅速发展,让它受到了世界各地的关注。 目前,太阳能电池的应用已经逐渐广泛得到推广,众所周知,沙漠地区由于气温特别高,因此最具有大规模开发太阳能的潜力,这使得沙漠等偏远地区对其的使用更加方便,并且能减低甚至节省昂贵的输电线路,从长远发展状况来看,随着改善太阳能电池制造技术和新的光 - 电转换装置发明,国家环保和清洁能源,光伏发电系统和太阳能发电的巨大需求恢复将继续利用太阳辐射能比较实用方法,这可以为人类以后能使用太阳能提供了广阔的开辟前景[4]。 当代社会太阳能手机充电器得到了一定的使用,它具有运用方便,环保,节能,格外使用于应急场合,高效率充电,性价比较高,让大家无论身处何处,都不会受到手机没电的困扰[5]。借此太阳能手机充电器的众多优点,因此提出本课题。 1.2 课题设计思想 基于单片机的太阳能充电器的设计是本次探导的课题。首先,由于太阳能电池板的电压会随太阳光的强度波动,强烈的太阳光的太阳能电池板的电压是高的数,当太阳光弱的强度,所述太阳能电池板的输出电压低时,从太阳能电池板的输出到稳定的

无线传感器网络节点太阳能供电系统设计

无线传感器网络节点太阳能供电系统设计 关键词:太阳能;锂电池;充电管理芯片 时间:2012-05-18 13:59:14 来源:单片机与嵌入式系统 作者:王小强,欧阳骏,纪爱国 引言 电源是嵌入式系统的重要组成部分,特别是对于野外布置的无线传感器网络节点来说,供电线路的铺设难度较大,采用电池供电时需要定期更换电池,在一定程度上增加了系统维护的成本。太阳能供电系统不仅解决了野外长时间无人监护的网络节点的供电问题,而且还具有供电持久、环保节能和便于维护等优点,具有良好的应用前景。 太阳能供电系统设计的关键问题是通过太阳能电池板对锂电池进行充电,同时需要实时检测充电电压和充电电流,避免因过充而导致锂电池永久性损坏;此外还需要设计锂电池放电保护电路,对放电电压进行实时监测,防止过放电导致锂电池损坏。 1 太阳能供电系统简介 太阳能供电系统主要由太阳能电池板、可充电锂电池、充电控制器和放电保护电路组成。由于太阳能电池板的输出电压不稳定,传统的太阳能供电系统往往因为锂电池充放电管理不合理,导致锂电池使用寿命大大缩短。本文提出了一种基于太阳能的ZigBee无线传感器网络节点供电系统设计。该系统能够自动管理锂电池的充电过程并进行有效的能量储存,通过对电池电压的监测避免锂电池过度放电,以达到延长锂电池寿命的目的。此外由于ZigBee 无线传感器网络节点所需电压为3.3 V,而锂电池的工作电压一般在3.6~4.2 V(正常放电电压为3.7 V,充满电时的电压为4.2 V),所以需要DC-DC转换芯片产生所需要的工作电压。 对于ZigBee无线传感器网络节点而言,首先要考虑的是低功耗。这里选用TI公司推出的完全兼容ZigBee2007协议的SoC芯片CC2530,其工作电压是3.3 V。综合考虑上述因素,提出如图1所示的太阳能供电系统总体示意图。

太阳能发电系统毕业设计

太阳能发电系统设计 1引言 从“蒸汽机”到“电动机”的一系列动力技术发明,人们逐渐认识到,能 源技术的革新带动人类社会日益进步,对社会发展起着巨大的推动作用。但至今所采用的化石燃料能源带给人类文明与进步的同时,却因能源需求消耗的大幅提高以及随之而来的环境污染,形成了巨大的能源缺口,同时给环境造成巨大灾难。目前,油气资源的供不应求已成为我国经济发展的瓶颈,电力供应不容乐观,天然气用量迅速增长…… 最新的资料表明太阳光的充分利用,是最清洁,环保,取之不尽的可再生能源。 太阳能的利用 我国太阳能资源丰富,陆地每年接受的太阳辐射能,相当于2.431012tce,2/3国土面积的太阳能总辐射量超过0.6MJ/m2。如果将太阳能源充分加以利用,不仅有可能节省大量常规能源,而且有可能在某些区域完全利用太阳能采暖。 目前,太阳能利用主要有两个途径,即光热和光伏。光伏是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电在太阳能利用上是主流,前景好。 太阳能原理 太阳能电池发电的原理是基于半导体的光电效应,即一些半导体材料受到光照时,载流子数量会剧增,导电能力随之增强,这就是半导体的光敏特性。 在晶体中电子的数目总是与核电荷数相一致,所以P(N)型硅对外部来 说是电中性的。若将P(N)型硅放在阳光下照射,仅是被加热,外部看不出 变化。但内部通过光的能量,电子从化学键中被释放,由此产生电子-空 穴对,但在很短的时间内(在μS范围内)电子又被捕获,即电子和空穴 “复合”。 1 / 20

当 P 型和 N 型半导体结合在一起时,在两种半导体的交界面区域里 会形 成一个特殊的薄 层,界面的 P 型一侧 带负电,N 型一侧带正电 。这是由于 P 型半导体多空穴,N 型半导体多自由电子,出现了浓度差。N 区的电 子会扩 散到 P 区,P 区的空穴会扩散到 N 区,一旦扩散就形成了一 个由 N 指向 P 的 “内 电场”, 从而阻止扩散 进行。达到 平衡后,就形 成了这样一 个特殊的 薄层形成电势差,这就是 P -N 结。 至 今为 止,大多 数太阳能 电池厂家都是 通过扩散工艺, 在 P 型硅片 上形成 N 型区 ,在两个 区交界就 形成了一个 P -N 结(即 N+ /P )。太 阳能电池的基本结构就是一个大面积平面 P -N 结) 如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收,具有足够能量的 光子能够在 P 型硅和 N 型硅中将电子从共价键中激发,以 致产生 电子-空 穴对。界面层附近的电子和空穴在复合 晶片受光过程中,空穴(电子)往 P(N)区移 之 前,将 通过空 间电荷 的电 场作用 被 相互分离。电子 向带正 电的 N 区 和空 穴向带负电的 P 区运动。通过界 面层 晶片受光后,空穴(电子)从 P(N)区正(负)电极流出 产生 一个向外 的可测试的电 压。通过光 照在界面层 产生的电 子- 空穴对越 多, 电流越大 。界面层吸收 的光能越多 ,界面层即 电池面积 越大,在太 阳 能电池中形成的 电流也 越大。 此即为光生伏特效应。 光伏系统 光伏系统是利用太阳电池组件和其他辅助设 备将太阳能转换成电能的系统。一般分为独立系 统、并网系统和混合系统。 白天,在光照条件下,太阳电池组件产生一 定的电动势,通过组件的串并联形成太阳能电池方阵,使得方阵电压达到系统输 入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电,将由光能转换而来的电 能贮存起来。晚上,蓄电池组为逆变器提供输入 电,通过逆变器的作用,将直流电转换成交流电, 2 / 20 的电荷分离,将在 P 区和 N 区之间

太阳能光伏发电系统设计思路

太阳能光伏发电设计思路

摘要:简要介绍太阳能光伏发电系统设计思路和组成光伏系统器件选型方法,分析和研究太阳能光伏发电的热点和核心技术。 前言:当今世界,能源是促进经济发达与社会进步的原动力。目前所使用之主要能源为化石能源,然而其蕴藏量有限,且在开发过程造成空气污染、环境破坏,积极开发低污染及低危险性的新能源乃为迫切需要。 太阳能发电是指太阳能光伏发电,光伏发电是利用半导光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种发电技术。太能是一种非常理想的干净、安全且随处可得的清洁能源,因此各国均不断地研发各种相关技术,藉以提高系统发电效率并降低发电成本,推广普及使用太阳能。

第一部分 太阳能电池发电系统原理 太阳能电池发电系统(又称光伏发电系统),从大类上分为 独立(离网)和并网光伏发电系统两大类。 目前应用比较广泛的光伏发电系统,主要是在偏远地区可以 作为独立的电源使用,也可以与风力发电机或柴油机等组成混合发电系统,在城市太阳能光伏建筑集成并网发电得到了快速发展,光伏发电与建筑一体化是太阳能光伏与建筑的完美结合,属于分布式发电的一种。它能够减少电网用电,大大减轻公共电网的压力,就近向电网输送电力。 1.1独立的电源使用(光伏离网发电系统) 太阳能光伏组件组成太阳电池方阵,在充足情况下,一方面给负载供电(直流负载,若交流负载需要逆变器),另一方面给蓄电池组充电,晚上依靠蓄电池组放电供负载使用(如下图示意)。 图1-1直流负载光伏发电示意图 在方阵工作时,阻塞二极管防止向电池方阵反充电,止逆二极管两端有一定的电压降,对硅二极管通常为0.60.8V ;肖特基或锗 太阳电池方阵 控制器 负载 阻塞二极管 蓄电池

太阳能光伏照明控制系统的硬件电路项目设计方案

太阳能光伏照明控制系统的硬件电路项 目设计方案 1.1概述 传统的化石能源资源日益枯竭,严重的环境污染制约了世界经济的可持续发展。能 源的需求有增无减,能源资源已成为重要的战略物资,化石能源储量的有限性是发展可 再生能源的主要因素之一。根据世界能源权威机构的分析,按照目前已经探明的化石能 源储量以及开采速度来计算,全球石油剩余可采年限仅有 41年,其年占世界能源总消 耗量的40.5%,国内剩余可开采年限为15年;天然气剩余可采年限61.9年,其年占世 界能源总消耗量的24.1%,国内剩余可开采年限30年;煤炭剩余可采年限230年,其 年占世界能源总消耗量的25.2%,国内剩余可开采年限81年;铀剩余可采年限71年, 其年占世界能源总消耗量的 7.6%,国内剩余可开采年限为50年。 太阳能利用和光伏发电是最有发展前景的可再生能源,因此,世界各国都把太阳能 光伏发电的商业化开发和利用作为重要的发展方向,制定了相应的导向政策。在光伏发 电的历史上,最早规模化推广的是日本,而后是德国,再发展到现在大力推广的包括美 国、西班牙、意大利、挪威、澳大利亚、韩国、印度等超过 40个国家与地区,如日本 “新阳光计划”、欧盟“可再生能源白皮书”,以及美国国家光伏发展计划、百万太阳能 屋顶计划、光伏先锋计划等的相继推出,成为近年来推动太阳能光伏发电产业的主要动 力。根据欧盟的预测:到2030年太阳能发电将占总能耗10%以上,到2050年太阳能发 电将占总能耗20% 1.2光伏照明系统的结构 光伏照明系统主要由五大部分组成,即太阳能电池、蓄电池、控制器、照明电路、 负载,如下图1-1所示。 在系统中,控制器是整个系统的核心。它控制蓄电池的充电及蓄电池对负载的供电, 对蓄电池性能、使用寿命有非常大的影响。目前,光伏系统主要由于控制器控制蓄电池 充电方式不合理,降低了蓄电池寿命而导致整个系统可靠性不高,因此,在控制器的设 计中采用什么样的充电 图1- 1光伏系统组成框图

太阳能光伏发电系统方案

光伏发电示范项目系统设计建议书 示范项目名称:XXXXXXXXX示范项目 二〇一〇年十月

目录 第1章项目概况 (1) 1.1 项目地理情况 (1) 1.1.1 地理位置 (1) 1.1.2 供电要求 (1) 1.2 项目建筑类型(BIPV) (2) 第2章一般光伏发电系统的价格构成...............................................错误!未定义书签。第3章光伏并网发电系统设计原则与原理. (2) 3.1 总体设计原则 (3) 3.1.1 视觉美观性 (3) 3.1.2 太阳辐射量 (3) 3.1.3 电缆长度 (4) 3.2 方案设计原理 (4) 第4章光伏系统监控设计 (6) 第5章效益分析 (7) 5.1 发电量计算与节能减排量分析 (8) 5.2 资金投入与效益分析 (10) 第6章某太阳能电源技术有限公司...................................................错误!未定义书签。 6.1 雄厚的集团背景.................................................................................................................. 错误!未定义书签。 6.2 超强的项目管理能力.......................................................................................................... 错误!未定义书签。 6.3 卓越的设计团队.................................................................................................................. 错误!未定义书签。 6.4 “一揽子交钥匙服务”...................................................................................................... 错误!未定义书签。 6.5 增值服务 ............................................................................................................................. 错误!未定义书签。第7章在节能方面为万达服务过的项目 .. (20) 第8章附录《政策分析》 (21)

太阳能电池充电应用电路图集

太阳能电池充电器电路图 太阳能电池充电器电路

太阳能稳压电源电路图 太阳能稳压电源电路图 太阳能充电器电路图 太阳能充电器电路

太阳能电池快速充电器电路图 太阳能电池快速充电器电路图 太阳能电池并联充电器电路图 太阳能电池并联充电器电路图 太阳能控制电路

如图所示,双运放LM358与R1、R2构成两个电压比较器,参考电压为VDD(+12V)的1/2。光敏电阻RT1、RT2与电位器RP1和光敏电阻RT3、RT4与电位器RP2分别构成光敏传感电路,该电路的特殊之处在于能根据环境光线的强弱进行自动补偿。如下图所示,将RT1和RT3安装在垂直遮阳板的一侧,RT4和RT2安装在另一侧。当RT1、RT2、RT3和RT4同时受环境自然光线作用时,RP1和RP2的中心点电压不变。如果只有RT1、RT3受太阳光照射,RT1的内阻减小,LM358的3脚电位升高,1脚输出高电平,三极管VT1饱和导通,继电器K1导通,其转换触点3与触点1闭合,同时RT3内阻减小,LM358的5脚电位下降,K2不动作,其转换触点3与静触点2闭合,电机M正转;同理,如果只有RT2、RT4受太阳光照射,继电器K2导通,K1断开,电机M反转。当转到垂直遮阳板两侧面的光照度相同时,继电器K1、K2都导通,电机M才停转。在太阳不停地偏移过程中,垂直遮阳板两侧光照度的强弱不断地交替变化,电机M转-停、转-停,使太阳能接收装置始终面朝太阳。4只光敏电阻这样交叉安排的优点是:LM358的3脚电位升高时,5脚电位则降低,LM358的5脚电位升高时,3脚电位则降低,可使电机的正反转工作既干脆又可靠。可直接用安装电路板的外壳兼作垂直遮阳板,避免将光敏电阻RT2、RT3引至蔽阴处的麻烦。使用该装置,不必担心第二天早晨它能否自动返回。早晨太阳升起时,垂直遮阳板两侧的光照度不可能正好相等,这样,上述控制电路就会控制电机,从而驱动接收装置向东旋转,直至太阳能接收装置对准太阳为

太阳能发电系统参考设计

目录 n第一部分:光伏系统设计基础知识介绍 1、几个较重要的光伏能源术语 2、几个重要的性能曲线n第二部分:光伏系统 分类及其原理介绍n第三部分:光伏系统设计 总体说明(设计考虑 及设计影响因素分析) 1、设计依据 2、设计原则 3、设计说明

n第四部分:PV辅助设计软件介绍 n第五部分:光伏系统设计(电气和结构) n第六部分:光伏系统设计时的一些经验考虑因素

光伏能源术语 n光伏Photovoltaic(s) (PV) n交流电Alternating Current (AC) 主要国家 国名电压(V)频率(H z) 中国2050 美国12060 德国2050 日本1050 喀麦隆2050 n一般指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流。它的最基本的形式是正弦电流。(方波、修正弦波)

n直流电Direct Current (DC) 是指方向和时间不作周期性变化的电流,但电流大小可能不固定。n并网系统Grid-Connected S y ste m n离网系统Off -Grid photovoltaic po w er system S y ste m 独立光伏系统Stand-alone ph oto v ol taic power sy ste m

n千瓦Kilowatt (kW) n千瓦时Kilowatt-Hour (kWh) n峰瓦w att-p eak(Wp) n峰值日照时间Peak Sun Hours (kWh/m2/da y)

n光伏组件Photovoltaic (PV) Module /Photovoltaic (PV) Panel n标准测试条件STC - (Standard Test Conditions) 1 kW/m2, AM 1.5, and 25 °C,0 m/s wind speed cell or module junction temperature n电池的额定工作温度(平均结温)(NOTC)normal operating cell temperature is the cell temperature when irradiance is 800 W/m2 , ambient temperature is 20°C and wind speed is 1 m/s at a module tilt‐angle 45o.。

太阳能光伏发电系统

太阳能光伏发电系统.txt真正的好朋友并不是在一起有说不完的话题,而是在一起就算不说话也不会觉得尴尬。你在看别人的同时,你也是别人眼中的风景。要走好明天的路,必须记住昨天走过的路,思索今天正在走着的路。本文由哈哈5790902贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。 太阳能光伏发电系统 太阳能光伏发电系统是将太阳能转换成电能,并储存能量供给负载电能或逆变并网的系统,按其运行方式可分为两类:独立发电系统和并网发电系统。 一、太阳能光伏发电系统的设计原理 1、独立发电系统 独立发电系统由太阳能电池组件方阵、蓄电池组、控制器组成,可为直流负载供电。如负载为交流型的,发电系统还包括逆变器。 2、并网发电系统 并网发电系统由太阳能电池组件方阵、并网逆变器及连接器组成,可发电并把电能送上电网。并网发电系统还可以为负载供电。 二、系统各部分功能 (一)太阳能电池组件方针:由若干太阳能电池组件串联或并联而成,主要功能为利用太阳能进行发电。(二)蓄电池组:一般采用免维护铅酸蓄电池作为储能装置,用来储蓄太阳能光伏组件发出的电能。(三)控制器:用来充、放电和其他方面的自动控制。(四)逆变器:是将直流和交流相互转换的设备。 三、太阳能发电系统应用实例 1、大型太阳能光伏发电系统 太阳能板功率:4000Wp 并网逆变器: 5000W 负载功率:小于3000W 使用地点:别墅、旅游度假村、草原使用地点牧区、偏远山村、高山岛屿、沙漠区等。 2、小型太阳能发电系统 太阳能板功率:600Wp 蓄电池: 8个12V200Ah 控制器: 24V40A 逆变器: 1000VA 负载功率:小于600W 使用地点:无电山村、学校、医院、使用地点私人住房、边防哨所、部队及野外作业等。 1本文由哈哈5790902贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。 太阳能光伏发电系统 太阳能光伏发电系统是将太阳能转换成电能,并储存能量供给负载电能或逆变并网的系统,按其运行方式可分为两类:独立发电系统和并网发电系统。 一、太阳能光伏发电系统的设计原理 1、独立发电系统 独立发电系统由太阳能电池组件方阵、蓄电池组、控制器组成,可为直流负载供电。如负载为交流型的,发电系统还包括逆变器。 2、并网发电系统 并网发电系统由太阳能电池组件方阵、并网逆变器及连接器组成,可发电并把电能送上电网。并网发电系统还可以为负载供电。 二、系统各部分功能 (一)太阳能电池组件方针:由若干太阳能电池组件串联或并联而成,主要功能为利用太阳能进行发电。(二)蓄电池组:一般采用免维护铅酸蓄电池作为储能装置,用来储蓄太阳能光伏组件发出的电能。(三)控制器:用来充、放电和其他方面的自动控制。(四)逆变器:是将直流和交流相互转换的设备。 三、太阳能发电系统应用实例 1、大型太阳能光伏发电系统

太阳能充电控制器设计报告

太阳能充电控制器报告 内容摘要本小组设计了一种基于单片机的太阳能控制器,系统使用低功耗、高性能的AT89S51单片机作为控制电路的核心器件。此系统由太阳能电池模块,蓄电池,MC34063升压电路,充放电电路,电压采集电路,单片机控制电路和继电器驱动电路组成。提高部分设计使用PWM(脉宽调制)控制技术来控制蓄电池充放电,通过控制MOSFET 管开启和关闭达到控制电池充放电的目的。实验结果表明,该系统可以监视太阳能充电板和蓄电池电池状态,实现控制蓄电池最优充放电,达到延长蓄电池的使用寿命。 目录 一、方案的论证与选择 (2) 1.1 升压电路的方案选择 (2) 1.2 控制电路的方案选择 (2) 1.3 充电方式方案的选择 (2) 二、系统原理及框图 (3) 三、单元电路的设计与参数计算 (2) 3.1 直流稳压输出电路 (2) 3.2 A/D采样及转换电路 (2) 3.3 继电器控制电路 (2) 3.4 升压电路 (2) 3.5 蓄电池充放电电路 (2) 3.6 单片机供电电源 (2) 3.7 单片机及外围引脚 (2) 四、软件设计流程 (3) 五、测试方法和结果 (2) 六、测试结果分析 (2) 七、总结 (2) 八、参考文献 (2) 附录 (2)

关键词 AT89S51;控制器;继电器;MC34063;PWM 一、方案的论证与选择 1.1 升压电路的方案选择 方案1:采用555倍增电路,该电路电压输出为输入电压倍数,不易满足线性电压输入变化时输出一个恒定充电电压的题目要求。 方案2:采用MC34063经典升压电路,该电路可靠性强稳定,芯片价格便宜,当输入电压变化时(小于12V)升压后的充电电压稳定在13.5V左右,满足蓄电池充电要求。 1.2 控制电路的方案选择 方案1:采用tlp-521光耦控制,存在光耦敏感度不强,使用不稳定的情况。 方案2:采用单片机连接C9018型npn三极管放大电路连接HUIKE-HK19F-DC5V-SHG继电器控制电路选择;工作状态较稳定。1.3 充电方式方案的选择 方案1:恒压方式充电,最容易实现。

太阳能光伏并网发电系统

太阳能光伏并网发电系统 摘要:随着经济的发展、社会的进步,电能的消耗越来越大,传统的火电需要燃烧煤、石油等化石燃料,一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少,正面临着枯竭的危险。另一方面燃烧燃料将排出二氧化碳和硫的氧化物,因此会导致温室效应和酸雨,恶化地球环境。针对上述问题人们对能源提出越来越高的要求,寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。太阳能是一种干净的可再生的新能源,越来越受到人们的亲睐,在人们生活、工作中有广泛的作用,其中之一就是将太阳能转换为电能。本文将对太阳能光伏并网发电系统这个新产品进行体系的构建和市场分析,运用产品开发与管理的知识对新产品进行可行性分析,材料分析以及工艺性分析。 关键词:太阳能发电系统产品体系构建市场分析可行性分析 一、产品体系的构建 产品体系由战略层面的文化以及策略层面的价格、包装等一系列要素构成,是企业从操作性角度对产品的审视[1]。 1、产品与文化 文化是产品的一个重要组成部分,属于产品附加利益这一层次。产品文化,是以企业生产的产品为载体,反应物质及精神追求的各种文化要素的总和,是产品价值和文化价值的统一。随着知识经济时代的到来,企业生产的产品决不仅仅是为了满足人们的某种物质生活需要,而是越来越多地考虑人们的精神生活需要,越来越重视产品文化附加值的开发,努力为顾客提供实用的、情感的、心理的等多方面的享受,努力把使用价值和审美价值融为一体,突出产品中的人性化因素[1]。 结合自身的产品,不仅要发掘尽可能多的使用价值,更多的是体现太阳能光伏并网发电系统的文化价值。本产品推崇的太阳不仅仅给世界带来了温暖和光照,即太阳能光伏并网系统结合自身的特点所体现出的文化价值。在当前能源短缺的大环境下,太阳能蕴藏丰富不会枯竭,是理想的清洁能源。由于其安全、干净,不会威胁人类和破坏环境,比传统的煤燃料更环保,所以太阳能更值得推广。对于顾客的情感方面,近阶段,国家电网的供电大多是采用火力发电,势必造成

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