太阳能光伏发电系统照明系统的设计报告.doc

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太阳能光伏发电系统—照明系统的设计
摘 要：本文介绍一种基于光伏发电的多电源智能管理系统——太阳能照明系统的设计。这个设计，从根本上对太阳能得到全面的了解，掌握太阳能照明的优势，并阐述了太阳能路灯与普通路灯的本质硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴。
当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电
势差，这就形成了电源 ，如图所示。
由于半导体不是电的良导体，电子在通过p－n结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖p－n结，以增加入射光的面积。
另外硅外表非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。为此，科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜，将反射损失减小到5％甚至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限，于是人们又将很多电池〔通常是36个〕并联或串联起来使用，形成太阳能光电板。
太阳能照明必须配备蓄电池才能工作，这是因为：
〔1〕太阳能电池只能在白天进行光电转化工作，电能在夜晚才能用于照明，因此必须储备在蓄电池内，储备的容量要足够当地连续几个阴天的照明需要。
〔2〕太阳能电池板的输出能量极不稳定，配备蓄电池后，太阳能灯等负荷才能正常工作。
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由于太阳能路灯采用的是铅酸蓄电池，所以这里只对铅酸蓄电池进行分析。铅酸蓄电池充、放电化学反应的原理方程式如下：
：
蓄电池从其他直流电源获得电能叫做充电。充电时，在正、负极板上的硫酸铅会被分解复原成硫酸、铅和氧化铅，同时在负极板上产生氢气，正极板产生氧气。电解液中酸的浓度逐渐增加，电池两端的电压上升。当正、负极板上的硫酸铅都被复原成原来的活性物质时，充电就结束了。
在充电时，在正、负极板上生成的氧和氢会在电池内部“氧合”成水回到电解液中。
化学反应过程如下：
〔正极〕  〔电解液〕     〔负极〕    〔正极〕 〔电解液〕  〔负极〕
PbSO4  + 2H2O  +  PbSO4 → PbO2 + 2H2SO4 +  Pb 〔充电反应〕
(硫酸铅)     〔水〕      〔硫酸铅〕

蓄电池对外电路输出电能时叫做放电。蓄电池连接外部电路放电时， 硫酸会与正、负极板上的活性物质产生反应，生成化合物“硫酸铅”，放电时间越长，硫酸浓度越稀薄，电池里的“液体”越少，电池两端的电压就越低。
化学反应过程如下：
〔正极〕  〔电解液〕    〔负极〕 〔正极〕 〔电解液〕〔负极〕
PbO2  + 2H2SO4 +  Pb → PbSO4 + 2H2O + PbSO4  〔放电反应〕
(过氧化铅) 〔硫酸〕    〔海绵状铅〕
从以上的化学反应方程式中可以看出，铅酸蓄电池在放电时，正极的活性物质二氧化铅和负极的活性物质金属铅都与硫酸电解液反应，生成硫酸铅，在电化学上把这种反应叫做“双硫酸盐化反应”。在蓄电池刚放电结束时，正、负极活性物质转化成的硫酸铅是一种结构疏松、晶体细密的结晶物，活性程度非常高。在蓄电池充电过程中，正、负极疏松细密的硫酸铅，在外界充电电流的作用下会重新复原成二氧化铅和金属铅，蓄电池就又处于充足电的状态。正是这种可逆转的电化学反应，使蓄电池实现了储存电能和释放电能的功能。
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系统硬件结构
太阳能路灯智能控制系统硬件结构，，该 以STC12C5410AD单片机为核心，外围电路主要由电压采集电路、负载输出控制与检测电路、LED显示电路及键盘电路等部分组成。电压采集电路包括太阳能电池板和蓄电池电压采集，用于太阳能光线强弱的识别及蓄电池电压的获取。单片机的P3口的两位作为键盘输入口，用于工作模式参数的设置。
蓄电池电压采集，用于蓄电池工作电压的识别。利用微控制器的PWM功能，对蓄电池进行充电管理。蓄电池开路保护：万一蓄电池开路，假设在太阳能电池正常充电时，控制器将关断负载，以保证负载不被损伤，假设在夜间或太阳能电池不充电时，控制器由于自身得不到电力，不会有任何动作。
电压采集与电池管理
太阳能电池板电压采集用于太阳光线强弱的判断，因而可以做为白天、黄昏的识别信号。同时本系统支持太阳能板反接、反充保护。
蓄电池电压采集用于蓄电池工作电压的识别。利用微控制器PWM功能对蓄电池进行充电管理。假设太阳能电池正常充电时蓄电池开路，控制器将关断负载，以保证负载不被损伤，假设在夜间或太阳能电池不充电时蓄电池开路，控制器由于自身得不到电力，不会有任何动作。当充电电压高于保护电压〔15V〕时，自动关