风光互补型智能路灯系统设计

风光互补型智能路灯系统设计主考院校：专业：指导老师：考生姓名：准考证号：二零一二年四月十日摘要随着科技的发展，我们的生活变好了，但是我们周围的环境越来越差，而且自然界中一次性能源也越来越少，这样就被迫我们要去寻找新的能源。太阳能和风能在资源条件和技术应用上都有很好的互补特性。由于风能和太阳能的随机性、间歇性，为满足稳定、持续的给路灯供电的需要，而新的能源单一化的使用却不能解决我们所面临的问题，能源的合理利用也越来越成为世界各国研究的主题。本文介绍了风光互补型智能路灯系统设计，此系统可将风能与太阳能合理的结合互补，风光互补型路灯是利用太阳能组件的光生伏特效应，将光能转换为电能，以及风力发电将风能转化为电能，并储存在蓄电池中供负载使用，它是集太阳能光伏技术、风能发电技术、蓄电池技术、照明光源技术于一体的新兴技术。由于小型风光互补路灯控制器的结构复杂，影响运行控制的因素很多，此文只着重考虑了在整个风光互补系统的经济性、可靠性的基础上进行蓄电池充放电控制系统和路灯控制系统的研究，为小型风光互补路灯控制器运行控制的深入研究和控制系统的不断完善提供了参考，以及用MCS-51中AT89C51单片机系统来控制整个电路，在电路中利用光敏电阻来对路灯的开与关进行控制，构成反馈电路来对路灯出现故障时的软件反馈，来对路灯的整体设计加以完整。关键词：新型能源；智能型路灯；单片机；能源互补目录第一章绪论1.1研究背景1.2我国太阳能、风能发电的发展趋势1.2.1太阳能发电的发展趋势1.2.2风能发电的发展趋势1.3本课题的研究内容第二章太阳能和风能发电系统的工作原理2.1传统的电力给电系统的原理2.1.1传统的电力给电系统的原理2.1.2传统的电力给电系统的弊端2.2传统的光伏发电系统的原理2.2.1传统的光伏发电系统的原理2.2.2光伏发电系统的弊端2.3传统的风力发电系统的原理2.3.1风力发电系统的原理2.3.2风力发电系统的不足2.4风光互补发电系统的原理2.4.1最合理的独立电源系统2.4.2技术方案的最优配置第三章风光互补发电系统中蓄电池的工作原理3.1蓄电池的工作特性3.1.1铅蓄电池的工作原理3.1.2蓄电池的工作温度影响3.2蓄电池的检测第四章路灯定时控制4.1路灯的开关与外界光照强度的关系4.2采用光敏开关检测环境照度第五章控制器硬件部分及外围电路设计5.1风光互补控制器方框原理图5.2硬件设计原则5.3时钟电路5.4复位电路5.4.1可靠性5.4.2人工复位5.5按键电路5.6显示电路5.6.1显示方式选择5.6.2LED的驱动和显示第六章软件设计6．1主程序6．2计时程序6．3中断程序第七章系统的硬件抗干扰设计7.1抗干扰概念7.2干扰的消除第一章绪论1.1研究背景随着科技的发展，我们的生活变好了，但是我们周围的环境越来越差，而且自然界中一次性能源也越来越少，这样就被迫我们要去寻找新的能源。而我们所找到的能源也是单一性的使用，那样所用的能源利用率不高而且相对的成本也比较高，所以我们就要可以寻求一种新能源的互补技术，合理的利用两种或多种新能源互补运用的技术，这样多种能源的互补在能源相对强烈的情况下把能量储存起来，在能量相对弱的情况下把储存的能量释放出来合理地利用能量。随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓无处不在，太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭”的安全、环保新能源越来越受重视。同时，也随着太阳能光伏技术的发展和进步，太阳能灯具产品在环保节能的双重优势，太阳能路灯、庭院灯、草坪灯等方面的应用已经逐渐形成规模，太阳能发电在路灯照明领域发展已经日趋完善。1.2我国太阳能、风能发电的发展趋势1.2.1太阳能发电的发展趋势而长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。我们地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍，可谓取之不尽，用之不竭。其次，宇宙空间没有昼夜和四季之分，也没有乌云和阴影，辐射能量十分稳定。因而发电系统相对说来比地面简单，而且在无重量、高真空的宇宙环境中，对设备构件的强度要求也不太高。再者，太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致温室效应和全球性气候变化，也不会造成环境污染。正因为如此，太阳能的利用受到许多国家的重视，大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能利用的应用领域。特别是在近10多年来，在石油可开采量日渐见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，我们越来越企盼着“太阳能时代”的到来。从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置，其应用十分广泛，在某些领域，太阳能的利用已开始进入实用阶段。1.2.2风能发电的发展趋势风力发电是一种主要的风能利用形式，风力发电已经开展了多年，随着能源环境的变化和风力发电产业的成熟，未来几年风力发电将呈现新的趋势。1风力发电成本将大幅降低随着风力发电技术的改进，风力发电机组将越来越便宜和高效。增大风力发电机组的单机容量就减少了基础设施的投入费用，而且同样的装机容量需要更少数目的机组，这也节约了成本。随着融资成本的降低和开发商的经验丰富，项目开发的成本也相应得到降低。风力发电机组可靠性的改进也减少了运行维护的平均成本。总体上，风力发电成本将得到大幅降低。2技术装备国产化比例必然提高实现风力发电技术装备国产化的目的是提高我国风力发电装备的制造能力和技术水平，降低风力发电成本，提高市场竞争能力，为推动我国风力发电技术大规模商业化发展奠定基础。其重要意义不仅仅在于降低风力发电成本，还将推动我国风力发电机组产业的形成，利用我们的优势走向国际市场。3海上风力发电悄然兴起并将成为重要能源形式海上有丰富的风能资源和广阔平坦的区域，使得近海风力发电技术成为近来研究和应用的热点。多兆瓦级风力发电机组在近海风力发电场的商业化运行是国内外风能利用的新趋势。随着风力发电的发展，陆地上的风机总数已经趋于饱和，海上风力发电场将成为未来发展的重点。海上发电是近年来国际风力发电产业发展的新领域，是“方向中的方向”。随着海上风力发电场技术的发展成熟，经济上可行，将来必然会成为重要的可持续能源。4风力发电机组不断向大型化发展随着现代风力发电技术发展的日趋成熟，风力发电机组正不断向大型化发展。大体上大型风力发电机组有两种发展模式。陆地风力发电，其方向是低风速发电技术，主要机型是2—5MW的大型风力发电机组，这种模式关键是向电网输电。近海风力发电，主要用于比较浅的近海海域，安装5MW以上的大型风力发电机，布置大规模的风力发电场，这种模式的主要制约因素是风力发电场的规划和建设成本，但是近海风力发电的优势是明显的，即不占用土地，海上风力资源较好。以上我们所说的发电形式，无论是光伏发电还是风能发电，都不能在我国大多数城市实现，比如太阳光照在冬季的时候相对了说就比较弱，不能提供足够的能量来发电；而风能在我国大多城市群就更不能形成了，城市气候对城市中的风形成起到了较大的作用使得风力发电出现了短缺，这就让我们考虑是不是应该把两种或两种以上的新型能源形结合形成一种复合式能源提供给我们，这就说到本文提出的风光互补型复合型能源。1.3本课题的研究内容随着风能和太阳能的传统利用已经不能给现在这个急需能源的当前社会，单一的新型能源利用单调及其不协调，单一能源的弊端也逐渐显现出来，这就要我们寻找一种方法来充分的利用新型能源，我们就可以把两种或两种以上的新型能源结合利用，因为我国的地域广阔，每个地方的各种新型能源不一，这就让我们想尽各种方法去尝试，根据我对我国大部分地区的分析，发现我国春秋季节风能和太阳能相对适中，冬季风比较多，而夏季则风能相比较太阳能较弱，顾由此我分析我国可以把风能和太阳能进行互补利用。传统的风能或太阳能单一发电系统会造成我国的大部分地区在特定的时候就会出现能源部够用的枯竭，而如果采用风光互补就可以解决单一能源的不足。了解了大部分城市，我国在风光互补的路灯上面运用的几乎没有，现在路灯已经成为我们城市建设的必不可少的设施，然而我国目前所用的绝大多数都是单一的传统供给电能。城市的发展，道路的建设，路灯的架设，这是多么庞大的能源消耗，在这个能源短缺的时代，怎能如此消耗？寻去新的措施减少能源的消耗但又不能影响城市的发展，就要寻找能够代替的能源，这也成为我所写的课题的重要关键所在，根据上述的介绍也能初步了解了风光互补能源的利用，既不浪费大量的能源消耗，又不污染环境的风光互补新型路灯就成为我们新型城市的环保低碳生活的大势所需，那就让我们一起关注下面的论述。第二章太阳能和风能发电系统的工作原理2.1传统的电力给电系统的原理2.1.1传统的电力给电系统的原理一次能源燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电的，发电系统主要由燃烧系统（以锅炉为核心）、汽水系统（主要由各类泵、给水加热器、凝汽器、管道、水冷壁等组成）、电气系统（以汽轮发电机、主变压器等为主）、控制系统等组成。前二者产生高温高压蒸汽；电气系统实现由热能、机械能到电能的转变；控制系统保证各系统安全、合理、经济运行。而火力发电站的主要设备系统包括：燃料供给系统、给水系统、蒸汽系统、冷却系统、电气系统及其他一些辅助处理设备。简单介绍火力发电厂，如图2-1所示：图2-1火力发电的生产过程示意图2.1.2传统的电力给电系统的弊端我们现在常用的电都是通过一次能源或者单一的新型能源经过发电机产生电能，这种供电的能源利用率比较低而且所用的传输线比较多并且传输线的架设也是比较费时费力还浪费钱。这个只是这种路等的前期投资，还用如果当一条路的路灯中又个别坏了，还要对整个线路进行排查，这也是一项庞大的工程，所以我们要找到一种合适的供电系统，以便解决当前我们所面临到的问题。2.2传统的光伏发电系统的原理2.2.1传统的光伏发电系统的原理为了为子孙后代留下一点那些少的不能再少点不可再生能源，我们就要寻找新能源，所以随着科技的发展，我们寻到到太阳能作为提供能源的新型能源，但是我们大多数对这种能源知之甚少。然而我国的太阳能资源比较丰富，且分布范围较广，太阳能光伏发电的发展潜力巨大。光伏发电系统分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。为边远地区供电的系统、太阳能户用电源系统、通讯信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电站是独立光伏系统。图2-2为一独立光伏发电系统的结构示意图，光伏发电系统由太阳能电池、阻塞二极管、调节控制器和蓄电池组成图2-2太阳能光伏发电系统结构示意图2.2.2光伏发电系统的弊端1光电转化率很低。太阳能光伏发电的转换效率低，依旧是国家乃至世界研究组一直以来希望妥善解决的问题。2光伏发电需要很大的面积。太阳能电池板正越来越多地点缀于城市建筑的屋顶、墙壁，成为一座座所谓“清洁无污染”的太阳能电站。然而，在这种被称为“绿色电站”的身后，却“隐藏”着一系列高能耗、高污染的生产过程。此类电池的效率随面积放大而降低。这一点又与太阳能发电需要充足的日照和广域的面积相矛盾。3所需光照要求复杂。太阳能发电所需的必要条件就是光照指数，如在阳光不太充足的多云天气亦或者是雨天和闷热的天气里，太阳光伏效应转换的效率将会大幅度降低，然而系统还仍需连续供电。4光伏发电成本太高。阳能电池板效率只达到22%，而且晶硅太阳能电池的主要材料是硅片，然而目前，太阳能电池板主要用的硅，其高纯度是99.9999%。它的硅技术被德国、日本、美国等几个公司垄断了,但是国内的研发需要高端材料。可想而知，太阳能电池用的硅都是进口的。它的价值不菲，成本太高。2.3传统的风力发电系统的原理2.3.1风力发电系统的原理将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。风力发电利用的是自然能源。风力发电可视为备用电源，但是却可以长期利用。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。