太阳能家用照明系统控的设计1010

太阳能家用照明系统控的设计【目录】：摘要8-91绪论10-151.1.1课题研究的背景和意义1.2太阳能光伏发电利用的现状11-131.2.1国外太阳能光伏发电利用状况11-121.2.2国内太阳能光伏发电利用状况12-131.3太阳能家用照明系统的发展趋势132太阳能家用照明系统组件分析15-312.1太阳能家用照明系统主控制电路15-162.2光伏电池16-182.2.1光伏电池基本知识16-172.2.1.1光伏电池的工作原理及特点162.3.2铅酸蓄电池充放电原理18-192.4DC/DC控制电路20-262.5电路工作电源29-313太阳能家用照明系统控制器硬件参数设计31-37太阳能家用照明系统控制器软件设计37-445结果与讨论44-45参考文献45-47附录1：太阳能家用照明系统控制器总电路原理图47-48附录2：太阳能家用照明系统控制器电路PCB图48附录3：我国全年太阳能总辐射图48-49致谢53【摘要】：太阳能家用照明系统由光伏电池组件、蓄电池、控制器和照明负载等主要器件组成。光伏电池组件将接收到太阳光能转变电能储存在蓄电池之中,控制器将根据用户的需要控制蓄电池向照明负载供电或断电,因此,控制器在太阳能家用照明系统有至关重要的作用。本课题设计了一种以STC12C5410AD核心的太阳能家用照明系统控制器。SG3525电路产生10KHz的PWM信号去驱动Buck电路,Buck电路将输入直流电变换成稳定的36V直流输出,STC12C5410AD通过数据处理实现对对蓄电池的充电管理,并产生两路方波控制逆变电路实现DC/AC逆变,将36V转换成220V交流电输出。其稳压功能是这样实现的:220V交流电通过变压、整流、滤波后作为电路的反馈电压与SG3525内部提供的给定基准电压进行比较,产生差值信号△Uk送SG3525进行处理,如果△Uk=0,说明此时输出电压满足稳压要求,不需调整Buck电路;如果△Uk0,则说明要输出电压偏高,此时,SG3525将根据Buck电路Vo=TTonVi=DVi的特点,通过反馈电压值降低PWM输出的脉冲宽度,以减少开关管的占空比D,从而降低Buck电路输出,直至与设定值相等;相反,则要增大开关管的占空比,使之稳定。STC12C5410AD通过对蓄电池端电压进行采样值来确定蓄电池的工作状态,正常工作时绿灯亮;检测到欠压时,红灯亮,报警器工作;检测到过压时,黄灯亮,报警器工作。为防止功率管被烧坏,三路PWM信号都有相应的驱动保护电路。本控制器还设计了欠压保护功能。当STC12C5410AD检测到电路欠压故障时,发出一个低电平信号触发光耦TLP521,使其导通后,SG3525管脚获得一个高于2.5V电压,关闭输出的PWM信号,DC-DC停止工作;当检测到电压恢复正常时,由STC12C5410AD发出一个高电平信号触发光耦TLP521,使其截止,SG3525管脚10被拉低,输出的PWM信号重新开启,DC-DC又恢复工作,以实现欠压保护。此外,在光线不足的情况下,该控制器能够接通市电,以保证照明设备正常供电。【关键词】：光伏电池照明系统Buck电路STC12C5410ADSG3525课题研究的背景和意义新能源是二十一世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。在新实际中，各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。而光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点，在我国西部广袤严寒、地形多样和居住分散的现实条件下，有着非常独特的作。一、国内外太阳能利用概况1.l国外现状常规能源资源的有限性和环境压力的增加，使世界上许多国家重新加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持。近几年，国际光伏发电迅猛发展。1973年，美国制定了政府级阳光发电计划；1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投资达8亿多美元；1994年度的财政预算中，光伏发电的预算达7800多万美元，比1993年增加了23．4％；1997年美国和欧洲相继宣布百万屋顶光伏计划，美国计划到2010年安装1000～3000MW太阳电池。日本不甘落后，1997年补贴屋顶光伏计划的经费高达9200万美元，安装目标是7600Mw。印度计划1998－002年太阳电池总产量为150MW，其中2002年为50MW。国际光伏发电正在由边远农村和特殊应用向并网发电和与建筑结合供电的方向发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。到目前为止，世界太阳电池年销售量己超过60兆瓦，电池转换效率提高到15％以上，系统造价和发电成本已分别降至4美元/峰瓦和25美分/度电；在太阳热利用方面，由于技术日趋成熟，应用规模越来越大，仅美国太阳能热水器年销售额就逾10亿美元。太阳能热发电在技术上也有所突破，目前已有20余座大型太阳能热发电站正在运行或建设。1．2国内现状煤炭巨量消费已成为我国大气污染的主要来源。我国具有丰富的太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等新能源和可再生能源资源，开发利用前景广阔。太阳能光伏发电应用始于70年代，真正快速发展是在80年代。在1983年一1987年短短的几年内先后从美国、加拿大等国引进了七条太阳电池生产线，使我国太阳电池的生产能力从1984年以前的年产200千瓦跃到1988年的4．5兆瓦。目前太阳电池主要应用于通信系统和边远无电县、无电乡村、无电岛屿等边远偏辟无电地区，年销售约1.1兆瓦，成效显著。(1）建成了40多座县、乡级小型光伏电站，光伏电池总装机容量约600kw，其中西藏最多，达450多kw；1998年10月建成我国最大的西藏那曲安多县光伏电站的光伏电池装机容量高达100kw。（2）家用光伏电源在青海、内蒙古、新疆、甘肃、宁夏、西藏以及辽宁、吉林、河北、海南、四川等地广泛应用。据不完全统计，至今全国已累计推广家用光伏电源约15万台，光伏电池总功率约达2.9MW。（3）在22所农村学校建立了光伏电站，光伏电池组件的总装机容量为57kw。（4）1998年中国通信史上建成难度最大的兰一西一拉光缆干线工程，有26个光缆通信站采用光伏电池作电源，其海拔高度多在4500m以上，光伏电池组件的总功率达100kw。（5）1996年建成了塔中4--轮南输油输气管道阴极保护先伏电源系统，总功率为40kw。该系统横贯环境恶劣复杂的塔克拉玛干大沙漠，总长达300Km。（6）1995年，63个国家重点援藏项目一西藏广播电视发射接收工程采用光伏电池供电，共建成216套卫视接收站和＊套调频发射站光伏电池供电系统，总功率为300多kw。用。目前国内主要以管式太阳能为主，不管是工程还是家用，但在沿海地区及国外，大部分家用太阳能都是采用的板式太阳能，依据板式太阳能的安装简便，漏水可能性小，性价比高，可安装位置的随意性等优势，板式太阳能将逐渐进入并打入中国市场，这是太阳能的前景，但是由于受到目前太阳能的使用局限性（有无光照）影响，直接影响了太阳能热水设备的口碑，因此我想板式太阳能还有很大一段路要走，但它的崛起也将是节能热水设备发展的必然。2太阳能家用照明系统组件分析太阳能家用照明系统由光伏电池组件、蓄电池、控制器和照明负载等主要器件组成。太阳能发电即是通过太阳能电池又叫光伏电池（是由各种具有不同电子特性的半导体材料薄膜制成的平展晶体，可产生强大的内部电场），为了保护这些光伏电池不受环境影响，需要把它们连接起来并封装在组件中，当光线进入晶体时，由光产生的电子被这些电场分离，在太阳能电池的顶面和底面之间产生电动势。这时，如果用电路连通，就会产生直流电流，这些电流储存到蓄电池，再通过固态电子功率调节装置转换成所需的交流电提供给各种负载。所以晚上没有太阳时，负载是一样可以正常工作的。太阳能发电系统可分为太阳能热发电和太阳能光发电两种。太阳能热发电就是利用太阳能将水加热，使产生的蒸汽去驱除汽轮机发电机组。根据热电转换方式的不同，把太阳能电站分为集中型太阳能电站和分散型太阳能电站。塔式太阳能电站是集中型的一种，既在地面上敷设大量的集热器阵列，在阵列中适当地点建一高塔，在塔顶设置吸热器，从集热器来的阳光热集到吸热器上，使吸热器内的工作介质温度提高，变成蒸汽通过管道把蒸汽送到地面上的汽轮机发电机组发电。家用太阳能系统光电发电能力1000瓦以下目标设施个人住宅用途照明、电视机、收音机、路灯优点●系统结构简单。●非常适合分散居住的乡村。●使用更精确，因为用户是单独的住户。负载设计100~150Wp家用太阳能发电系统设计负载电器名称规格型号负载功率数量每日工作时间日耗电量照明节能灯11W23/488Wh卫星电视接收机25W13/4100Wh彩色电视21寸70W13/4280Wh总计117W468Wh设备配置：太阳电池组件：100W~150Wp；免维护蓄电池：50~65AH/24V；充电控制器：6A；可以连续工作三个阴雨天300Wp家用太阳能发电系统设计负载电器名称规格型号耗电功率数量每日工作时间日耗电量照明节能灯11W44176Wh收音机3W1618Wh卫星电视接收机25W16150Wh彩色电视21寸70W16420Wh水泵200W10.9180Wh总计342W944Wh设备配置：太阳电池组件：300Wp；免维护蓄电池：150AH/24V；逆变器：500W；充电控制器：12A。安装方式：简易自安装可以连续工作三个阴雨。太阳能发电太阳能组件家用太阳能发电系统太阳能黄灯单晶硅太阳能电池板多晶硅太阳能电池板500Wp家用/办公太阳能发电系统设计负载电器名称规格型号耗电功率数量每日工作时间日耗电量照明节能灯11W64264Wh电脑液晶显示100W15500Wh打印机喷墨30W1130Wh传真机喷墨150W11150Wh电冰箱(选项)150L100W124800Wh卫星电视接收机/VCD25W16150Wh彩色电视21寸70W16420Wh水泵200W10.5100Wh总计640W1614Wh设备配置：太阳电池组件：500Wp；免维护蓄电池：300AH/24V；逆变器：1000W；充电控制器：20A。安装方式：可上门安装或提供图纸可以连续工作三个阴雨.电冰箱与办公设备只能选其一。800Wp家用/办公太阳能发电系统设计负载电器名称规格型号耗电功率数量每日工作时间日耗电量照明节能灯11W64264Wh电脑液晶显示100W15500Wh打印机喷墨30W1130Wh传真机喷墨150W11150Wh电冰箱150L100W124800Wh洗衣机300W10.5150Wh微波炉(选项)1000W10.5500Wh卫星电视接收机/VCD25W16150Wh彩色电视21寸70W16420Wh水泵200W10.5100Wh总计2000W2264Wh设备配置：太阳电池组件：800Wp；免维护蓄电池：400AH/24V；逆变器：2000W；充电控制器：30A。安装方式：可上门安装或提供图纸可以连续工作三个阴雨天微波炉与办公设备只能选其一。如果太阳电池组件采用1000Wp，微波炉与办公设备即可同时使用。太阳能发电太阳能组件家用太阳能发电系统太阳能黄灯单晶硅太阳能电池板多晶硅太阳能电池板光电发电能力1到10千瓦目标设施学校、医院、公共会堂或私人住宅用途电视机、录像机、电信设备、照明优点●能够优先向公共建筑和电气设施供电。●便于收取以下费用:设施使用、食物存藏、充电和水。●设施管理人员能够同时控制系统运行。●能够显著提高生活水平。1600Wp家用/办公太阳能发电系统设计负载电器名称规格型号耗电功率数量每日工作时间日耗电量照明节能灯11W86528Wh电脑液晶显示100W251000Wh打印机激光250W11250Wh传真机喷墨150W12150Wh电冰箱150L100W124800Wh洗衣机300W10.5150Wh微波炉1000W111000Wh卫星电视接收机/VCD25W16150Wh彩色电视21寸95W16570Wh水泵400W11100Wh总计2600W4698Wh设备配置