太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)報(bào)告

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太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)—照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：本文介紹一種基于光伏發(fā)電的多電源智能管理系統(tǒng)——太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這個(gè)設(shè)計(jì)，從根本上對(duì)太陽(yáng)能得到全面的了解，把握太陽(yáng)能照明的優(yōu)勢(shì)，并闡述了太陽(yáng)能路燈與普通路燈的本質(zhì)區(qū)別，從中了解到太陽(yáng)能是一種潛力無限的清潔、高效而且可持續(xù)的可再生能源，是全人類節(jié)能環(huán)保的首選。本文還對(duì)太陽(yáng)能路燈照明的太陽(yáng)能電池，蓄電池，支架等各方面作了一個(gè)詳細(xì)的分析，比較，再根據(jù)光伏發(fā)電的原理特性，系統(tǒng)采用了智能化控制器，對(duì)智能控制器編程序，使得程序可以滿足太陽(yáng)能LED路燈的自動(dòng)蓄電，自動(dòng)照明，自動(dòng)熄滅等一系列工作過程，使太陽(yáng)能照明更加智能化。最終，本文還舉出例子，對(duì)現(xiàn)在正使用的太陽(yáng)能路燈進(jìn)行了分析，研究，明確太陽(yáng)能發(fā)展的趨勢(shì)及前景。

關(guān)鍵字：光伏發(fā)電，太陽(yáng)能，節(jié)能環(huán)保，智能控制

1緒論

1.1太陽(yáng)能照明是發(fā)展的趨勢(shì)

太陽(yáng)的能源十分巨大，可以說太陽(yáng)能是真正取之不盡、用之不竭的能源。利用太陽(yáng)能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性在好多狀況下要優(yōu)于常規(guī)的供電方式。太陽(yáng)能照明本質(zhì)上是一個(gè)光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，專業(yè)領(lǐng)域稱為“硅晶片地面光伏組件〞。其工作原理是通過硅晶片接收太陽(yáng)光線后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，然后?chǔ)存在蓄電池中，再由光感開關(guān)進(jìn)行控制，當(dāng)天黑時(shí)能夠自動(dòng)點(diǎn)亮，天亮?xí)r又自動(dòng)熄滅。太陽(yáng)能燈是光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的一種應(yīng)用產(chǎn)品，依據(jù)其節(jié)能、環(huán)保、無需布線、自動(dòng)控制、隨時(shí)變換位置等優(yōu)點(diǎn)，在照明行業(yè)中樹立起神圣的地位。隨著太陽(yáng)能光伏技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，在民用方面首先應(yīng)用在照明燈具上。據(jù)了解，太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)已被越來越多的人所接受。作為太陽(yáng)能應(yīng)用的系列產(chǎn)品之一，太陽(yáng)能燈具一直是各方研究和關(guān)注的焦點(diǎn)。在已有技術(shù)基礎(chǔ)上，技術(shù)人員與廠商集思廣益，在諸多方面取得了突破性進(jìn)展，為太陽(yáng)能燈最終走向千家萬(wàn)戶打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。專家預(yù)計(jì)，太陽(yáng)能照明在未來十年后將會(huì)普及，成為未來照明行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。1.2太陽(yáng)能路燈與普通路燈相比較

1.大陽(yáng)能路燈的造價(jià)其實(shí)不高，因其使用壽命長(zhǎng)，比普通路燈更劃算

2.偷盜難，也不劃算，太陽(yáng)能路燈燈桿一般都在8米高以上，偷盜電線不合算1

2設(shè)計(jì)思路

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本原理一致，因而太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì)思路也可依據(jù)一般的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，先確定太陽(yáng)電池組件的功率，然后計(jì)算蓄電池的容量。但太陽(yáng)能路燈又有其特別性，需要確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定與可靠，所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意。

太陽(yáng)能路燈是一種利用太陽(yáng)能作為能源的路燈，因其具有不受供電影響，不用開溝埋線，不消耗常規(guī)電能，只要陽(yáng)光充足就可以就地安裝等特點(diǎn)，因此受到人們的廣泛關(guān)注，又因其不污染環(huán)境，而被稱為綠色環(huán)保產(chǎn)品。太陽(yáng)能路燈即可用于城鎮(zhèn)公園、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度較小，交通不便經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)、缺乏常規(guī)燃料，難以用常規(guī)能源發(fā)電，但太陽(yáng)能資源豐富的地區(qū)，以解決這些地區(qū)人們的家用照明問題。

現(xiàn)本人想設(shè)計(jì)一個(gè)太陽(yáng)能路燈的電路.白天充電靠太陽(yáng)能電池吸收光能產(chǎn)生電能.而LED照明熄滅.夜晚LED點(diǎn)亮進(jìn)行照明.并有電路保護(hù)電池不會(huì)過充過放。3太陽(yáng)能路燈的組成原理框圖及其工作原理3.1太陽(yáng)能路燈的組成

太陽(yáng)能路燈由太陽(yáng)能電池組件、蓄電池、電源控制器、光源等組成。如圖3.1

圖3.1太陽(yáng)能原理方框

3.2太陽(yáng)能路燈的工作原理2

太陽(yáng)能光伏發(fā)電是依靠太陽(yáng)能電池組件，利用半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性，當(dāng)太陽(yáng)光照射在半導(dǎo)體PN結(jié)上，由于P-N結(jié)勢(shì)壘區(qū)產(chǎn)生了較強(qiáng)的內(nèi)建靜電場(chǎng)，因而產(chǎn)生在勢(shì)壘區(qū)中的非平衡電子和空穴或產(chǎn)生在勢(shì)壘區(qū)外但擴(kuò)散進(jìn)勢(shì)壘區(qū)的非平衡電子和空穴，在內(nèi)建靜電場(chǎng)的作用下，各自向相反方向運(yùn)動(dòng)，離開勢(shì)壘區(qū)，結(jié)果使P區(qū)電勢(shì)升高，N區(qū)電勢(shì)降低，從而在外電路中產(chǎn)生電壓和電流，將光能轉(zhuǎn)化成電能。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)大體上可以分為兩類，一類是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，即和公用電網(wǎng)通過標(biāo)準(zhǔn)接口相連接，像一個(gè)小型的發(fā)電廠；另一類是獨(dú)立式發(fā)電系統(tǒng)，即在自己的閉路系統(tǒng)內(nèi)部形成電路。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)通過光伏數(shù)組將接收來的太陽(yáng)輻射能量經(jīng)過高頻直流轉(zhuǎn)換后變成高壓直流電，經(jīng)過逆變器逆變后向電網(wǎng)輸出與電網(wǎng)電壓同頻、同相的正弦交流電流。而獨(dú)立式發(fā)電系統(tǒng)光伏數(shù)組首先會(huì)將接收來的太陽(yáng)輻射能量直接轉(zhuǎn)換成電能供給負(fù)載，并將多余能量經(jīng)過充電控制器后以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在蓄電池中。白天的時(shí)候，太陽(yáng)能電池吸收太陽(yáng)光子能產(chǎn)生電能，通過控制器吧電能儲(chǔ)存在蓄電池里，當(dāng)夜幕降臨或者燈具周邊的廣度較低時(shí)，蓄電池通過控制器向光源供電設(shè)定的時(shí)間后切斷，這樣就可以照明白。4各部件的組成及工作原理4.1硅太陽(yáng)能電池工作原理與結(jié)構(gòu)

太陽(yáng)能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，一般的半導(dǎo)體主要結(jié)構(gòu)，如圖4.1。

3

圖4.1

圖4.1中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個(gè)電子。當(dāng)硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等，當(dāng)摻入硼時(shí)，硅晶體中就會(huì)存在著一個(gè)空穴。

當(dāng)晶片受光后，PN結(jié)中，N型半導(dǎo)體的空穴往P型區(qū)移動(dòng)，而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動(dòng)，從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流。然后在PN結(jié)中形成電勢(shì)差，這就形成了電源，如圖4.5所示。

圖4.5

由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過p－n結(jié)后假使在半導(dǎo)體中滾動(dòng)，電阻十分大，損耗也就十分大。但假使在上層全部涂上金屬，陽(yáng)光就不能通過，電流就不能產(chǎn)生，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋p－n結(jié)，以增參與射光的面積。

另外硅表面十分光亮，會(huì)反射掉大量的太陽(yáng)光，不能被電池利用。為此，科學(xué)家們給它涂上了一層反射系數(shù)十分小的保護(hù)膜，將反射損失減小到5％甚至更小。一個(gè)電池所能提供的電流和電壓終究有限，于是人們又將好多電池（尋常是36個(gè)）并聯(lián)或串聯(lián)起來使用，形成太陽(yáng)能光電板。4.2蓄電池的組成及工作原理

太陽(yáng)能照明必需配備蓄電池才能工作，這是由于：

（1）太陽(yáng)能電池只能在白天進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化工作，電能在夜晚才能用于照明，因此必需儲(chǔ)存在蓄電池內(nèi)，儲(chǔ)存的容量要足夠當(dāng)?shù)剡B續(xù)幾個(gè)陰天的照明需要。

（2）太陽(yáng)能電池板的輸出能量極不穩(wěn)定，配備蓄電池后，太陽(yáng)能燈等負(fù)荷才能正常4

工作。

由于太陽(yáng)能路燈采用的是鉛酸蓄電池，所以這里只對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行分析。鉛酸蓄電池充、放電化學(xué)反應(yīng)的原理方程式如下：1.充電：

蓄電池從其他直流電源獲得電能叫做充電。充電時(shí)，在正、負(fù)極板上的硫酸鉛會(huì)被分解還原成硫酸、鉛和氧化鉛，同時(shí)在負(fù)極板上產(chǎn)生氫氣，正極板產(chǎn)生氧氣。電解液中酸的濃度逐漸增加，電池兩端的電壓上升。當(dāng)正、負(fù)極板上的硫酸鉛都被還原成原來的活性物質(zhì)時(shí)，充電就終止了。

在充電時(shí)，在正、負(fù)極板上生成的氧和氫會(huì)在電池內(nèi)部“氧合〞成水回到電解液中?；瘜W(xué)反應(yīng)過程如下：

（正極）（電解液）（負(fù)極）（正極）（電解液）（負(fù)極）PbSO4+2H2O+PbSO4→PbO2+2H2SO4+Pb（充電反應(yīng)）(硫酸鉛)（水）（硫酸鉛）2.放電

蓄電池對(duì)外電路輸出電能時(shí)叫做放電。蓄電池連接外部電路放電時(shí)，硫酸會(huì)與正、負(fù)極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，生成化合物“硫酸鉛〞，放電時(shí)間越長(zhǎng)，硫酸濃度越稀疏，電池里的“液體〞越少，電池兩端的電壓就越低?；瘜W(xué)反應(yīng)過程如下：

（正極）（電解液）（負(fù)極）（正極）（電解液）（負(fù)極）PbO2+2H2SO4+Pb→PbSO4+2H2O+PbSO4（放電反應(yīng)）(過氧化鉛)（硫酸）（海綿狀鉛）

從以上的化學(xué)反應(yīng)方程式中可以看出，鉛酸蓄電池在放電時(shí)，正極的活性物質(zhì)二氧化鉛和負(fù)極的活性物質(zhì)金屬鉛都與硫酸電解液反應(yīng)，生成硫酸鉛，在電化學(xué)上把這種反應(yīng)叫做“雙硫酸鹽化反應(yīng)〞。在蓄電池剛放電終止時(shí)，正、負(fù)極活性物