光伏發(fā)電單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）光伏發(fā)電單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 別控制工程學(xué)院專業(yè)名稱測控技術(shù)與儀器班級學(xué)號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2013 年 6 月 13 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 I I 頁光伏發(fā)電單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要世界能源危機(jī)和環(huán)境問題使得開發(fā)利用可再生能源和各種綠色能源以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展成為人類必須采取的措施。而隨著太陽能電池和電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，太陽能光伏發(fā)電得到了長足的發(fā)展并已成為新能源利用的主流之一。當(dāng)前，光伏發(fā)電不斷向低成本、高效率和高功率密度方向發(fā)展，太陽能光伏利用的主要形式將是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。高性能的數(shù)字信號處理器芯片的出現(xiàn)，使得一些先進(jìn)的控制策略應(yīng)用于光伏

2、并網(wǎng)的控制以提高太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率成為可能。一套基本的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是由太陽能電池板、太陽能控制器、逆變器和蓄電池(組)構(gòu)成。本文首先概述了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成，介紹了目前我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，并根據(jù)不同場合的需要，對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了分類。隨后，文章對光伏發(fā)電的一些理論進(jìn)行了研究，包括蓄電池的充電控制方法，光伏發(fā)電的最大功率點(diǎn)跟蹤，以及溫度和電流電壓的跟蹤。通過單片機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對光能的最大程度的利用和對蓄電池最短時(shí)間的充電，以最優(yōu)的方法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的及整體方案。關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電，單片機(jī)控制電路， 最大功率點(diǎn)跟蹤，蓄電池 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 IIII 頁Th

3、e Design of Photovoltaic Power Generation Single-chip Microcomputer Control SystemAbstractThe world energy crisis and environmental problems make the development and utilization of renewable energy and all kinds of green energy in order to realize the sustainable development become measures must be

4、taken by human. But along with solar battery and power electronic technology advances, solar photovoltaic power generation got rapid progress and has become the mainstream of the new energy use one. At present, photovoltaic power generation continuously to low cost, high efficiency and high power de

5、nsity direction, the main form of solar energy utilization will be combined to the grid system.High performance digital signal processor chip appearance, makes some advanced control strategy application light volt combined control in order to improve the efficiency of the solar photovoltaic power ge

6、neration system possible. A set of basic solar photovoltaic power generation system is generally by solar panels, solar controller, inverter and battery (group) constitute.This paper first outlines the composition of solar photovoltaic systems, describes the current generation of solar photovoltaic

7、technology, and according to the needs of different occasions, for solar photovoltaic systems are classified. Subsequently, the article some of the theories of photovoltaic power generation were studied, including battery charging control method, photovoltaic maximum power point tracking, as well as

8、 temperature and current and voltage tracking. By SCM control system to achieve the greatest degree of light energy utilization and minimum time for battery charging, to the best way to achieve the design goals and programs.Key Words： photovoltaic power generation system, SCM control, optimization 畢

9、業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 IIIIII 頁目 錄1 緒論.11.1 光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 .11.1.1 世界光伏發(fā)電的起源與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀.11.1.2 中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀.11.2 光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢及前景展望 .21.3 光伏發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn) .31.4 光伏發(fā)電的工作原理 .32 設(shè)計(jì)方案 .52.1 系統(tǒng)組成 .52.1.1 太陽能電池板.62.1.2 太陽能控制器.72.1.3 逆變器.92.1.4 蓄電池組.92.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分類 .102.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 .113 硬件設(shè)計(jì) .123.1 光伏電池 .123.1.1 太陽能電池的輸出特性.123.1.2 最大功率點(diǎn)跟

10、蹤 .143.2 關(guān)于蓄電池的研究 .193.2.2 VRLA 的充電控制方法.203.2.3 影響電池容量的因素 .213.3 AT89C52 單片機(jī) .223.3.1 AT89C52 原理簡介.223.3.2 外加電源與重置電路 .233.3.3 輸入與輸出接口 .243.3.4 指令簡介 .253.4 控制電路設(shè)計(jì) .253.4.1 總體設(shè)計(jì)方案 .253.4.2 電壓采樣模塊和電流采樣模塊 .263.4.3 蓄電池溫度采樣模塊.273.4.4 充放電模塊 .283.4.5 顯示模塊.304 軟件設(shè)計(jì) .324.1 軟件系統(tǒng)平臺.324.2 系統(tǒng)軟件流程圖.335 結(jié)論與展望 .39 畢

11、業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 IVIV 頁5.1 本文結(jié)論 .395.2 前景展望 .39參考文獻(xiàn) .40致 謝 .41附 錄 .42附錄 A .42附錄 B .44 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 0 0 頁1 緒論1.1 光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀1.1.1 世界光伏發(fā)電的起源與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀早在 1839 年，法國科學(xué)家貝克雷爾（Becqurel）就發(fā)現(xiàn)，光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象后來被稱為“光生伏特效應(yīng)” ，簡稱“光伏效應(yīng)” 。1954 年，美國科學(xué)家恰賓和皮爾松在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首次制成了實(shí)用的早在 1839 年，法國科學(xué)家貝克雷爾（Becqurel）就發(fā)現(xiàn)，光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生

12、電位差。這種現(xiàn)象后來被稱為“光生伏特效應(yīng)” ，簡稱“光伏效應(yīng)” 。光伏發(fā)電 3954 年，美國科學(xué)家恰賓和皮爾松在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首次制成了實(shí)用的單晶硅太陽電池，誕生了將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)。 ，誕生了將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)1。傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，對環(huán)境造成的危害日益突出，同時(shí)全球還有 20億人得不到正常的能源供應(yīng)。這個(gè)時(shí)候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能夠改變?nèi)祟惖哪茉唇Y(jié)構(gòu)，維持長遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展。這之中太陽能以其獨(dú)有的優(yōu)勢而成為人們重視的焦點(diǎn)。豐富的太陽輻射能是重要的能源，是取之不盡、用之不竭的、無污染、廉價(jià)、人類能夠自由利用的能源。

13、太陽能每秒鐘到達(dá)地面的能量高達(dá) 80 萬千瓦，假如把地球表面 0.1%的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率 5%，每年發(fā)電量可達(dá)5.61012 千瓦小時(shí)，相當(dāng)于世界上能耗的 40 倍2。近幾年國際上光伏發(fā)電快速發(fā)展，世界上已經(jīng)建成了 10 多座兆瓦級光伏發(fā)電系統(tǒng)，6 個(gè)兆瓦級的聯(lián)網(wǎng)光伏電站。美國是最早制定光伏發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃的國家。1997 年又提出“百萬屋頂”計(jì)劃。日本 1992 年啟動了新陽光計(jì)劃，到 2003 年日本光伏組件生產(chǎn)占世界的 50%，世界前 10 大廠商有 4 家在日本。而德國新可再生能源法規(guī)定了光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)，大大推動了光伏市場和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使德國成為繼日本之后世界光伏發(fā)電發(fā)展最快的國家

14、。瑞士、法國、意大利、西班牙、芬蘭等國，也紛紛制定光伏發(fā)展計(jì)劃，并投巨資進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和加速工業(yè)化進(jìn)程。1.1.2 中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)于 20 世紀(jì) 70 年代起步，90 年代中期進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展時(shí)期。太陽 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 1 頁電池及組件產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。經(jīng)過 30 多年的努力，已迎來了快速發(fā)展的新階段。在“光明工程”先導(dǎo)項(xiàng)目和“送電到鄉(xiāng)”工程等國家項(xiàng)目及世界光伏市場的有力拉動下，我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。到 2007 年年底，全國光伏系統(tǒng)的累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到 10 萬千瓦（100MW） ，從事太陽能電池生產(chǎn)的企業(yè)達(dá)到 50 余家，太陽能電池生產(chǎn)能力達(dá)到 290 萬千瓦（

15、2900MW） ，太陽能電池年產(chǎn)量達(dá)到 1188MW，超過日本和歐洲，并已初步建立起從原材料生產(chǎn)到光伏系統(tǒng)建設(shè)等多個(gè)環(huán)節(jié)組成的完整產(chǎn)業(yè)鏈，特別是多晶硅材料生產(chǎn)取得了重大進(jìn)展，突破了年產(chǎn)千噸大關(guān)，沖破了太陽能電池原材料生產(chǎn)的瓶頸制約，為我國光伏發(fā)電的規(guī)?；l(fā)展奠定了基礎(chǔ)。2007 年是我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的一年。受益于太陽能產(chǎn)業(yè)的長期利好，整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了前所未有的投資熱潮3。圖 1.1 光伏發(fā)電設(shè)備外觀1.2 光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢及前景展望太陽能光伏發(fā)電在不遠(yuǎn)的將來會占據(jù)世界能源消費(fèi)的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。預(yù)計(jì)到 2030 年，可再生能源在總

16、能源結(jié)構(gòu)中將占到 30%以上，而太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中的占比也將達(dá)到 10%以上；到 2040 年，可再生能源將占總能耗的 50%以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上；到 21 世紀(jì)末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到 80%以上，太陽能發(fā)電將占到 60%以上。這些數(shù)字足以顯示出太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領(lǐng)域重要的戰(zhàn)略地位。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 2 頁在當(dāng)今油、碳等能源短缺的現(xiàn)狀下，各國都加緊了發(fā)展光伏的步伐。美國提出“太陽能先導(dǎo)計(jì)劃”意在降低太陽能光伏發(fā)電的成本，使其 2015 年達(dá)到商業(yè)化競爭的水平；日本也提出了在 2020 年達(dá)到 28GW 的光伏發(fā)電總量；歐洲

17、光伏協(xié)會提出了“setfor2020”規(guī)劃，規(guī)劃在 2020 年讓光伏發(fā)電做到商業(yè)化競爭。在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的大背景下，各國政府對光伏發(fā)電的認(rèn)可度逐漸提高4。根據(jù)可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃 ，到 2020 年，我國力爭使太陽能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到 1.8GW（百萬千瓦） ，到 2050 年將達(dá)到 600GW（百萬千瓦） 。預(yù)計(jì)，到 2050 年，中國可再生能源的電力裝機(jī)將占全國電力裝機(jī)的 25%，其中光伏發(fā)電裝機(jī)將占到 5%。未來十幾年，我國太陽能裝機(jī)容量的復(fù)合增長率將高達(dá) 25%以上5。1.3 光伏發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)與常用的火力發(fā)電系統(tǒng)相比，光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：無枯竭危險(xiǎn)；安全可靠，無噪聲，無污染排放

18、外，絕對干凈（無公害）；不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢；例如，無電地區(qū)，以及地形復(fù)雜地區(qū)；無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電；能源質(zhì)量高；使用者從感情上容易接受；建設(shè)周期短，獲取能源花費(fèi)的時(shí)間短。缺點(diǎn)：照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān)。發(fā)電成本高。1.4 光伏發(fā)電的工作原理光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是較少受地域限制，因?yàn)殛柟馄照?/p>

19、大地;光伏系統(tǒng)還具有安全可靠、無噪聲、低污 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 3 頁染、無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設(shè)周期短的優(yōu)點(diǎn)。光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。不論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件，所以,光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉，可靠穩(wěn)定壽命長、安裝維護(hù)簡便。理論上講，光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場合，上至航天器,下至家用電源，大到兆瓦級電站，小到玩具，光伏電源 無處不在。太陽能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽能電池（片），有單晶硅、多晶硅、非晶

20、硅和薄膜電池等。目前，單晶和多晶電池用量最大，非晶電池用于一些小系統(tǒng)和計(jì)算器輔助電源等6。圖 1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖1.5 研究內(nèi)容在光照條件下，太陽電池組件產(chǎn)生一定的電動勢，通過組件的串并聯(lián)形成太陽能電池方陣，使得方陣電壓達(dá)到輸入電壓的要求。再通過充放電控制器對蓄電池進(jìn)行充電，將由光能轉(zhuǎn)換而來的電能貯存起來。晚上，蓄電池組為逆變器提供輸入電能，通過逆變器的作用，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，控制器采用 AT89C52 為控制器，擴(kuò)展電流、電壓等檢測接口電路，對蓄電池的充放電進(jìn)行最優(yōu)控制，保證蓄電池的使用壽命和充放電效率。同時(shí)根據(jù)負(fù)載需求，使太陽能電池方陣輸出功率達(dá)到最大功率點(diǎn)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

21、 第 4 4 頁2 設(shè)計(jì)方案2.1 系統(tǒng)組成太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能電池的光伏效應(yīng)，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。一套基本的光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是由太陽能電池板、太陽能控制器、逆變器和蓄電池(組)構(gòu)成。下面是各個(gè)組成部分的具體分析:1)太陽能電池板。太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負(fù)載工作。太陽能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。2)太陽能控制器。太陽能控制器在整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中有著很重要的作用。太陽能控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快

22、速、平穩(wěn)、高效的為蓄電池充電，并在充電過程中減少損耗、盡量延長蓄電池的使用壽命;同時(shí)保護(hù)蓄電池，避免過充電和過放電現(xiàn)象的發(fā)生。如果用戶使用的是直流負(fù)載，通過太陽能控制器可以為負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電(由十天氣的原因，太陽電池方陣發(fā)出的直流電的電壓和電流不是很穩(wěn)定)。3)逆變器。逆變器的作用就是將太陽能電池陣列和蓄電池提供的低壓直流電按照要求逆變成 220 伏交流電，供給交流負(fù)載使用。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。4)蓄電池(組)。蓄電池(組)的作用是將太陽能陣列發(fā)出的直流電直接儲存起來，供負(fù)載使用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池處于浮充放電狀態(tài)，當(dāng)光照量大時(shí)，除了供給負(fù)載用電外，還對蓄電池充電;當(dāng)

23、光照量小時(shí)，這部分儲存的能量將逐步放出。5)DC/DC。DC/DC 就是指直流轉(zhuǎn)直流電源。是指將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，也稱為直流斬波器。這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制，同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能，并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(2030)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源)， 同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 5 頁太陽能電池板DC/DC控制器蓄電池逆變器直流負(fù)荷交流負(fù)荷圖 2.1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖太陽能電池板電壓蓄電池電壓電壓檢測傳感器LC

24、D顯示屏A/D轉(zhuǎn)換模塊單片機(jī)控制電路圖 2.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)檢測及顯示結(jié)構(gòu)框圖2.1.1 太陽能電池板光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是較少受地域限 制，因?yàn)殛柟馄照沾蟮?光 c 伏系統(tǒng)還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設(shè)周期短的優(yōu)點(diǎn)。光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理,利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。不論是獨(dú)立使用還是并 網(wǎng)發(fā)電,光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太

25、陽能電池板（組件） 、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件,所以,光伏發(fā)電 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 6 頁設(shè)備極為精 煉,可靠穩(wěn)定壽命長、安裝維護(hù)簡便。理論上講,光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場合：上至航天器,下至家用電源,大到兆瓦級電站,小到玩具,光伏電源 無處不在。太陽能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽能電池（片） ，有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。目前，單晶和多晶電池用量最大，非晶電池用于一些小系 統(tǒng)和計(jì)算器輔助電源等。國產(chǎn)晶體硅電池效率在 10 至 13%左右，國外同類產(chǎn)品效率約 18 至 23%。由一個(gè)或多個(gè)太陽能電池 片組成的太陽能電池板稱為光

26、伏組件。目前，光伏發(fā)電產(chǎn)品主要用于三大方面：一是為無電場合提供電源，主要為廣大無電地區(qū)居民生活生產(chǎn)提供電力，還有微波中 繼電源、通訊電源等，另外，還包括一些移動電源和備用電源；二是太陽能日用電子產(chǎn)品，如各類太陽能充電器、太陽能路燈和太陽能草坪燈等；三是并網(wǎng)發(fā)電，這 在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)大面積推廣實(shí)施。我國并網(wǎng)發(fā)電還未起步，不過，2008 年北京奧運(yùn)會部分用電由太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電提供。 圖 2.3 太陽能光伏電池板2.1.2 太陽能控制器太陽能控制器全稱為太陽能充放電控制器，是用于太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，控制多路太陽能電池方陣對蓄電池充電以及蓄電池給太陽能逆變器負(fù)載供電的自動控制設(shè)備。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

27、第 7 7 頁太陽能控制器采用高速 CPU 微處理器和高精度 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是一個(gè)微機(jī)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測控制系統(tǒng)。既可快速實(shí)時(shí)采集光伏系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)，隨時(shí)獲得 PV 站的工作信息，又可詳細(xì)積累 PV 站的歷史數(shù)據(jù)，為評估 PV 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性及檢驗(yàn)系統(tǒng)部件質(zhì)量的可靠性提供了準(zhǔn)確而充分的依據(jù)。此外，太陽能控制器還具有串行通信數(shù)據(jù)傳輸功能，可將多個(gè)光伏系統(tǒng)子站進(jìn)行集中管理和遠(yuǎn)距離控制。太陽能控制器通常有 6 個(gè)標(biāo)稱電壓等級：12V、24V、48V、110V、220V、600V .太陽能控制器的功能包括：1. 功率調(diào)節(jié)功能。2. 通信功能： 1 簡單指示功能 2 協(xié)議通訊功能 如 RS485

28、 以太網(wǎng),無線等形式的后臺管理。3. 完善的保護(hù)功能：電氣保護(hù) 反接,短路,過流等。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 8 頁圖 2.4 太陽能控制器及其外部連接2.1.3 逆變器 太陽能交流發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成；太陽能 太陽能逆變器直流發(fā)電系統(tǒng)則不包括逆變。逆變器是一種電源轉(zhuǎn)換裝置，逆變器按激勵方式可分為自激式振蕩逆變和他激式振蕩逆變。主要功能是將蓄電池的直流電逆變成交流電。通過全橋電路，一般采用 SPWM 處理器經(jīng)過調(diào)制、濾波、升壓等，得到與照明負(fù)載頻率、額定電壓等相匹配的正弦交流電供系統(tǒng)終端用戶使用。有了逆變器，就可使用直流蓄電池為電器提供交流電。逆變器的

29、首要功能是把輸入的 DC 電壓轉(zhuǎn)換為一穩(wěn)定的值。該功能通過升壓轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)，并需要升壓開關(guān)和升壓二極管。在第一種結(jié)構(gòu)中，升壓級之后是一個(gè)隔離的全橋變換器。全橋變壓器的作用是提供隔離。輸出上的第二個(gè)全橋變換器是用來從第一級的全橋變換器的直流 DC 變換成交流 (AC) 電壓。其輸出再經(jīng)由額外的雙觸點(diǎn)繼電器開關(guān)連接到 AC 電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)之前被濾波，目的是在故障事件中提供安全隔離及在夜間與供電電網(wǎng)隔離。第二種結(jié)構(gòu)是非隔離方案。其中，AC 交流電壓由升壓級輸出的 DC 電壓直接產(chǎn)生。第三種結(jié)構(gòu)利用功率開關(guān)和功率二極管的創(chuàng)新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，把升壓和 AC 交流產(chǎn)生部分的功能整合在一個(gè)專用拓?fù)渲斜M管太陽能電池板的

30、轉(zhuǎn)換效率非常低，讓逆變器的效率盡可能接近 100% 卻非常重要。2.1.4 蓄電池組太陽能蓄電池是蓄電池在太陽能光伏發(fā)電中的應(yīng)用，目前采用的有鉛酸免維護(hù)蓄電池、普通鉛酸蓄電池,膠體蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池四種。 國內(nèi)目前被廣泛使用的太陽能蓄電池主要是：鉛酸免維護(hù)蓄電池和膠體蓄電池,這兩類蓄電池，因?yàn)槠涔逃械摹懊狻本S護(hù)特性及對環(huán)境較少污染的特點(diǎn),很適合用于性能可靠的太陽能電源系統(tǒng)。白天太陽光照射到太陽能組件上，使太陽能電池組件產(chǎn)生一定幅度的直流電壓，把光能轉(zhuǎn)換為電能，再傳送給智能控制器，經(jīng)過智能控制器的過充保護(hù)，將太陽能組件傳來的電能輸送給蓄電池進(jìn)行儲存；而儲存就需要有蓄電池，所謂蓄電池即是貯存化

31、學(xué)能量，于必要時(shí)放出電能的一種電氣化學(xué)設(shè)備。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 9 頁圖 2.5 蓄電池組2.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分類太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)按照應(yīng)用的基本形式可分為二大類:獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)(離網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng))、微網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。未與公共電網(wǎng)連接的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng);與偏遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立運(yùn)行的電網(wǎng)相連接的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為微網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng);與公共電網(wǎng)相連接的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)按照系統(tǒng)功能又可以分為兩類:不含蓄電池環(huán)節(jié)的“不可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)”和含有蓄電池組的“可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)” 。并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系

32、統(tǒng)的工作原理是太陽能通過光伏組件組成的光伏陣列轉(zhuǎn)換成直流電，經(jīng)過二相逆變器(DC-AC)轉(zhuǎn)換成二相交流電，再通過升壓變壓器轉(zhuǎn)換成符合公共電網(wǎng)要求的交流電，直接接入公共電網(wǎng)。離網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是太陽能通過光伏組件組成的光伏陣列轉(zhuǎn)換成直流電，通過控制器控制蓄電池、逆變器或 DC/DC 變換器的工作狀態(tài)。離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中的直流負(fù)載可以直接通過 DC/DC 變換器變換為合適電壓的直流電工作，交流負(fù)載則需要經(jīng)過離網(wǎng)逆變器逆變后的單相或二相交流電才能使用。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1010 頁2.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以安裝在各種不同的地點(diǎn)和場合，而不同的光伏發(fā)電系統(tǒng)由于其

33、安裝地點(diǎn)、當(dāng)?shù)貧庀髤?shù)以及負(fù)載情況都有所不同。在設(shè)計(jì)之前，應(yīng)該首先收集當(dāng)?shù)氐臍庀髤?shù)，在此基礎(chǔ)上估算太陽能光伏電池的發(fā)電量;然后進(jìn)行具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模擬仿真、安裝可能性判斷和施工問題檢查等。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總原則是在滿足負(fù)載供電需要的前提下，通過使用最少的太陽能光伏電池板來盡量減少系統(tǒng)的初始投資，避免由于不恰當(dāng)系統(tǒng)配置導(dǎo)致的投資增加或不能滿足負(fù)載需求。為了有效的節(jié)省線纜成本、減少發(fā)電量在線纜上的損失，大規(guī)模光伏電站一般以 1MWp 為一個(gè)小的發(fā)電單元，這個(gè)小的光伏發(fā)電單元叫做了方陣。每個(gè)了方陣由若十路太陽能電池組件串并聯(lián)組成(每個(gè)太陽能電池組串由若十個(gè)太陽能電池組件串聯(lián)而成)。光伏組件

34、串經(jīng)線纜連接進(jìn)入光伏專用防雷匯流箱，匯流后接入逆變器直流側(cè)進(jìn)行逆變，逆變后的交流電經(jīng)由配電柜并入低壓電網(wǎng)。對于升壓到10KV 或是 35KV 的系統(tǒng)，需要增加升壓裝置。此外，根據(jù)負(fù)荷及不同用戶對電能質(zhì)量要求不同，有的還需要增加無功補(bǔ)償裝置及電力監(jiān)測裝置。在太陽能電池陣列子方陣設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：太陽能電池板串聯(lián)形成的組串，其輸出電壓的變化范圍必須在逆變器正常工作的允許輸入電壓范圍內(nèi)。每個(gè)子方陣的總功率應(yīng)不超過逆變器的最大允許輸入功率。太陽能電池板串聯(lián)后，其最高輸出電壓不允許超過太陽電池組件自身要求的最高允許系統(tǒng)電壓。各太陽能電池板至逆變器的直流部分通路應(yīng)盡可能短，以減少直流損耗。 畢業(yè)設(shè)計(jì)

35、（論文） 第 1111 頁3 硬件設(shè)計(jì)3.1 光伏電池3.1.1 太陽能電池的輸出特性（1）標(biāo)準(zhǔn)測試條件下太陽能電池的輸出特性光伏電池的輸出特性是指在一定的溫度和日照強(qiáng)度條件下，光伏電池所呈現(xiàn)的伏安特性，即輸出電壓和輸出電流之間的對應(yīng)關(guān)系，通常簡稱為 I-U 特性曲線。由于電池溫度、日照強(qiáng)度等因素都會對光伏電池的特性產(chǎn)生影響，因此，在測試光伏電池性能時(shí)，需要定義標(biāo)準(zhǔn)測試條件。我國應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)測試條件為：日照強(qiáng) 1000W/m2，電池溫度為 25，太陽輻射光譜為 AM1.5。標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的光伏電池 I-U 和 P-U 輸出特性曲線如下圖所示。510152025303540000.511.522.

36、533.51224364860720 84PmImIscUmUocI(A)P(W)U(V)圖 3.1 光伏發(fā)電輸出特性其中各參數(shù)定義如下：開路電壓(UOC)：標(biāo)準(zhǔn)條件下所能輸出的最大電壓；最大功率點(diǎn)電壓(Um)：標(biāo)準(zhǔn)條件下最大功率點(diǎn)的電壓；短路電流(ISC)：標(biāo)準(zhǔn)條件下所能輸出的最大電流；最大功率點(diǎn)電流 Im)：標(biāo)準(zhǔn)條件下最大功率點(diǎn)的電流；最大功率點(diǎn)功率(Pm)：標(biāo)準(zhǔn)條件下輸出最大功率。*mmmPIU由圖 3.2 可以看出：光伏電池既不是恒流源也不是恒壓源。但是，當(dāng)光伏電池輸出電壓較小時(shí)，隨著電壓的變化，輸出電流的變化很小，光伏電池近似為一個(gè)恒流源；當(dāng)光伏電池輸出電壓超過 Um時(shí)，輸出電流急劇

37、下降，光伏電池又可以近似為一恒壓源。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1212 頁在光照強(qiáng)度和電池溫度一定時(shí)有唯一的最大輸出功率點(diǎn) Pm(其左側(cè)為近似恒流源段，右側(cè)為近似恒壓源段)。（2）日照強(qiáng)度和溫度對光伏電池輸出特性的影響光伏電池的 I-U 特性曲線與日照強(qiáng)度和電池溫度有關(guān)。圖 3.3 是溫度一定時(shí)，日照強(qiáng)度分別為200W/m2、400W/m2、600W/m2、800W/m2、1000W/m2時(shí)太陽能光伏電池的輸出特性曲線。可以看出，當(dāng)溫度一定時(shí)，光伏電池短路電流 Isc 隨日照強(qiáng)度的增加而增加，并與日照強(qiáng)度成正比；開路電壓隨日照強(qiáng)度的增加略有增加，但增加幅度很小。2200/Wm2400/Wm260

38、0/Wm2800/Wm21000/WmI(A)U(V)圖 3.2 溫度一定時(shí)日照強(qiáng)度對輸出特性的影響圖 3.4 是日照強(qiáng)度一定，不同電池溫度時(shí)，光伏電池的輸出特性曲線?？梢钥闯觯S著電池溫度的升高，光伏電池的短路電流 Isc略微增加，而光伏電池開路電壓降低。I(A)V(V)25 C35 C45 C圖 3.3 日照強(qiáng)度一定時(shí)溫度對輸出特性的影響 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1313 頁3.1.2 最大功率點(diǎn)跟蹤為追蹤光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)，我們在參考國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)和方法的基礎(chǔ)上，依據(jù)太陽能電池的輸出特性，得出下列最大功率點(diǎn)的追蹤方法。并選用導(dǎo)納微增法。（1） 恒定電壓追蹤法圖 1 為太陽能電池的 U-I 曲

39、線圖,其中曲線 L 為負(fù)載特性曲線,它與伏安特性曲線的交點(diǎn)(A,B,C,D,E)即為光伏陣列的工作點(diǎn)2。如果最大限度地提高光伏陣列的發(fā)電效率,從電路的匹配角度看,就需要一個(gè)阻抗變換器。為了實(shí)現(xiàn)這一阻抗變化,即設(shè)法將光伏陣列的工作點(diǎn)移至光伏陣列伏安特性曲線的最大功率點(diǎn) A,B,C,D,E。對于大多數(shù)太陽電池組件來說,溫度保持固定值時(shí),最大功率點(diǎn)基本在一根垂線的兩側(cè),即在開路電壓的(782)%處。這樣就可以把最大功率跟蹤器簡化為一個(gè)穩(wěn)壓器,來實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤。但此法忽略了溫度對開路電壓的影響。以常規(guī)單晶硅太陽能電池而言,每當(dāng)環(huán)境溫度升高 1時(shí),其開路電壓下降率約為 0.35%0.45%。該方法

40、的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)工作電壓穩(wěn)定性較好，而且控制簡單，易于實(shí)現(xiàn)。該方法也有明顯的缺點(diǎn)，其最大功率點(diǎn)跟蹤精度差，當(dāng)系統(tǒng)外界環(huán)境條件改變時(shí)，對最大功率點(diǎn)變化適應(yīng)性差，系統(tǒng)工作電壓的設(shè)置對系統(tǒng)工作效率影響大。但這個(gè)因溫度的變化而帶來的能耗不容忽視,然而,這個(gè)問題卻是恒定電壓追蹤法無法克服的。輸 出 電 流I/A輸出電壓U/V21000/W m2800/W m2600/W m2400/W m2200/W mLABCDEABCDEmUPmax圖 3.4 光伏電池的 U-I 特性曲線圖（2）干擾觀察法通過改變光伏電池陣列的輸出電壓，并實(shí)時(shí)采樣輸出電壓和電流，計(jì)算輸出功率，然后與前一次所得的功率相比較。如果大了，說

41、明擾動方向是正確的，維持原來的方 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1414 頁向；如果比原來的功率小了，說明輸出功率降低了，應(yīng)使光伏電池的輸出電壓減少，如此反復(fù)的擾動、觀察比較，使光伏電池陣列最終工作在最大功率點(diǎn)上。具體的方法是，在逆變器開始工作前,測定其開路電壓,取開路電壓的(782)%處作為逆變器開始工作的跟蹤電壓 Uref,這樣逆變器開始工作就在最大功率點(diǎn)附近。當(dāng)逆變器工作點(diǎn)穩(wěn)定之后,給系統(tǒng)一個(gè)電壓擾動U,若此時(shí)逆變器輸出功率的變化為P,根據(jù)P-U 特性曲線圖(圖 2)可知,當(dāng)P/U=0,系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率點(diǎn);當(dāng)P/U0,系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率左邊;當(dāng)P/UP old保持?jǐn)_動方向改變擾動方向P old

42、=P new圖 3.6 干擾觀察法控制流程圖（3） 電導(dǎo)增量法電導(dǎo)增量法（Incremental Conductance）是最大功率點(diǎn)跟蹤控制中常用的算法之一11。通過比較光伏陣列的瞬時(shí)電導(dǎo)和電導(dǎo)的變化量來實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。從圖 3.1 可以看出光伏電池特征，在最大功率點(diǎn)處的斜率為零，所以有： 3-(1)maxPUI 3-(2)0dPdIIUdUdU 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1616 頁 3-(3)dIIdUU 從 3-(1)式可以看出，是電導(dǎo)的變化量，而是輸出電導(dǎo)，當(dāng)兩者得數(shù)相反時(shí)，dIdUIU光伏陣列運(yùn)行在最大功率點(diǎn)上。電導(dǎo)增量法的程序流程圖如圖所示。Un、In為檢測到光伏陣列當(dāng)前電壓、電流

43、值，Un-1，In-1為上一控制周期的采樣值。讀進(jìn)新值后先計(jì)算電壓之差，判斷 dU 是否為零(因后面做除法時(shí)分母不得為零)；若不為零，再判斷式 4-(1)是否成立，如果成立則表示功率曲線斜率為零，達(dá)到最大功率點(diǎn)；若電導(dǎo)變化量大于負(fù)電導(dǎo)值，則表示功率曲線斜率為正，Ur值將增加；反之 Ur將減少。再來討論電壓差值為零的情況，這時(shí)可以暫不處理 Ur，進(jìn)行下一個(gè)周期的檢測，直到檢測到電壓差值不為零。電導(dǎo)增量法優(yōu)缺點(diǎn)的分析增量電導(dǎo)法的優(yōu)點(diǎn)是：控制效果好，控制穩(wěn)定度高。在日照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，太陽能電池陣列輸出電壓能以平穩(wěn)的方式追隨其變化，而且當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，其電壓振蕩比較小。增量電導(dǎo)法的缺點(diǎn)：控制算法較

44、復(fù)雜，對控制系統(tǒng)硬件要求較高。光伏電池陣列可能在局部存在一個(gè)最大功率點(diǎn)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定在這個(gè)局部的最大功率點(diǎn)上；增量電導(dǎo)法步長的變化也是固定的，這一點(diǎn)和干擾觀察法很相似。步長過小的話，跟蹤速度過于緩慢，而步長太大，又會加劇系統(tǒng)的振蕩，跟蹤的精度會受到很大的影響。電導(dǎo)增量法另一個(gè)缺點(diǎn)就是對硬件的要求較高，要求系統(tǒng)各部分的響應(yīng)速度要快，同時(shí)要求傳感器的精度要高。由于其控制算法的復(fù)雜，這樣 A/D 轉(zhuǎn)換就增加了難度，在MPPT 的過程中，花費(fèi)的時(shí)間就會增多，需要采用高速的微處理器來實(shí)現(xiàn)對跟蹤控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)跟蹤。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1717 頁開始dU=Un-UbdI=In-Ib讀入U(xiǎn)n,InD

45、u=0dI/dU=-In/UndI/dU-In/UnUr=Ur+UUr=Ur-UUb=UnIb=In返回YYNNYN圖 3.7 導(dǎo)納微增法控制流程圖3.2 關(guān)于蓄電池的研究鑒于負(fù)載特點(diǎn)和小型戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)，系統(tǒng)選用閥控式密封免維護(hù)鉛酸蓄電池（Valve Regulated Lead-Acid Battery, VRLA）作為儲能元件。它與傳統(tǒng)的蓄電池相比容量大、價(jià)格低廉、壽命長、免維護(hù)、自放電率低，在使用、維護(hù)和管理上有著明顯的優(yōu)點(diǎn)。3.2.1 VRLA 的工作原理（1）電動勢的產(chǎn)生：鉛酸蓄電池充電后，正極板是二氧化鉛（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化鉛與水生成可離解

46、的不穩(wěn)定物質(zhì)氫氧化鉛（Pb（OH）2），氫氧根離子在溶液中，鉛離子（Pb）留在正極板上，故正極板上缺少電子。鉛酸蓄電池充電后，負(fù)極板是鉛（Pb），與電解液中的硫酸（H2SO2）發(fā)生反應(yīng)，變成鉛離子（Pb+2），鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中，負(fù)極板上留下多余的兩個(gè)電子（2e）。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1818 頁 可見，在未接通外電路時(shí)（電池開路），由于化學(xué)作用，正極板上缺少電子，負(fù)極板上多余電子，兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差，這就是電池的電動勢。（2）放電過程的電化反應(yīng)：A）鉛酸蓄電池放電時(shí)，在蓄電池的電位差作用下，負(fù)極板上的電子經(jīng)負(fù)載進(jìn)入正極板形成電流 I ，同時(shí)在電池內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。B）負(fù)極板上

47、每個(gè)鉛原子放出兩個(gè)電子后，生成的鉛離子（Pb+2）與電解液中的硫酸根離子（SO4-2）反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛（PbSO4）。C）正極板的鉛離子（Pb+4）得到來自負(fù)極的兩個(gè)電子（2e）后，變成二價(jià)鉛離子（Pb+2）與電解液中的硫酸根離子（SO4-2）反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛（PbSO4）。正極板水解出的氧離子（O2）與電解液中的氫離子（H+）反應(yīng)，生成穩(wěn)定物質(zhì)水. D）電解液中存在的硫酸根離子和氫離子在電力場的作用下分別移向電池的正負(fù)極，在電池內(nèi)部形成電流，整個(gè)回路形成，蓄電池向外持續(xù)放電。E）放電時(shí) H2SO4 濃度不斷下降，正負(fù)極上的硫酸鉛（PbSO2）增加，電池內(nèi)阻增大（硫

48、酸鉛不導(dǎo)電），電解液濃度下降，電池電動勢降低?；瘜W(xué)反應(yīng)式為： 3-（4）22442222PbOH SOPbPbSOH O（4） 充電的過程和放電的過程相反。3.2.2 VRLA 的充電控制方法 本文采取三段式充電方式：三段式充電法的充電電壓、電流曲線,如圖 2 所示。它根據(jù)充電可接受電流曲線,將充電過程分為 3 個(gè)階段:(1)恒流充電階段(t0t1)。以恒定電流充電,充電過程中隨著蓄電池電壓的變化調(diào)整電流使之恒定不變,能縮短充電時(shí)間。(2)恒壓充電階段(t1t2)。經(jīng)恒流充電后,改用恒定的電壓對電池充電,能夠保證充電電流自動減小,避免氣體的析出。(3)涓流充電階段(t2t3)。經(jīng)恒壓充電后,蓄

49、電池容量基本達(dá)到額定容量,此后改用小電流充電,以彌補(bǔ)蓄電池的自放電。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1919 頁充充電電電電流流（A）充電電壓（V）14.5V13.8V恒壓充電浮充恒流充電5A充電時(shí)間/t充電電流曲線充電電壓曲線0圖 3.8 三段式充電曲線3.2.3 影響電池容量的因素（1）放電電流對容量的影響。根據(jù)蓄電池放電原理可知，在大電流放電的情況下，蓄電池正負(fù)極板表面上的活性物質(zhì)的空隙會被生成的硫酸鉛堵塞，這樣外部的硫酸就難以滲入孔隙，而極板內(nèi)層的活性物質(zhì)不能參加化學(xué)反應(yīng)，因此放電電流越大，則放電的時(shí)間就會越短，蓄電池的容量就越小。（2）電解液的密度對容量的影響。適當(dāng)?shù)募哟箅娊庖旱拿芏龋梢蕴?/p>

50、高蓄電池電解液的滲透速度的蓄電池的電動勢，延長了蓄電池的放電時(shí)間，從而提高了蓄電池的容量。但是，當(dāng)蓄電池電解液的密度過大時(shí)，電解液的粘度也增大，使電解液的滲透速度降低，內(nèi)阻增大，蓄電池容量減小。綜合考慮電解液密度對容量的影響，電解液的密度選在1.261.29之間較為合適。（3）電解液溫度對容量的影響。由于解液的溫度降低時(shí),其粘度增加,這樣滲入極板內(nèi)部比較困難，極板內(nèi)的活性物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)速度減慢,從而使蓄電池容量減小。同時(shí)由于電解液粘度增大，電阻也增大，這樣就增加了蓄電池的內(nèi)阻，增加的內(nèi)阻消耗了一定的電動勢，蓄電池端電壓降低，因此蓄電池容量減小。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2020 頁3.3 AT89

51、C52 單片機(jī)3.3.1 AT89C52 原理簡介AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，AT89C52 單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。AT89C52 為 8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 8xc52 相同，其主要用于會聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對會聚主

52、 IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù) RAM 及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號 IR 的接收解碼及與主板 CPU 通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和 XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。RST/Vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40 腳）和 VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V 電源的正負(fù)端。P0P3 為可編程通用 I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中，P0 端口（3239 腳）被定義為 N1 功能控制端口，分別與 N1 的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為 IR 輸入端，10

53、 腳和 11 腳定義為 I2C 總線控制端口，分別連接 N1 的 SDAS（18 腳）和 SCLS（19 腳）端口，12 腳、27 腳及 28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板 CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2121 頁XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P

54、1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427圖 3.9 AT89C52 管腳分布3.3.2 外加電源與重置電路AT89C52 的工作電壓為 5V，其晶振的震動頻率為 11.0592M ,按下 Reset 后，內(nèi)部指令重頭開始執(zhí)行，系統(tǒng)重新運(yùn)作。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2222 頁XTAL218XTAL119ALE30EA3

55、1PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427X211.

56、0592MC620pfC720pfR1810kC8220nR1910kR2010k圖 3.10 外加電源與重置電路3.3.3 輸入與輸出接口P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口， 也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對端口 P0 寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash 編程時(shí)，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O

57、 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流(IIL)。與 AT89C51 不同之處是，P1.0 和 P1.1 還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX） ，F(xiàn)lash 編程和程序校驗(yàn)期間，P1 接收低 8 位地址。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2323 頁P(yáng)2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門

58、電路。對端口 P2 寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流(IIL)。在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR 指令）時(shí)，P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX RI 指令）時(shí)，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)，P2 亦接收高位地址和一些控制信號。P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對 P3

59、口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL） 。P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。3.3.4 指令簡介AT89C51 常用的語言有匯編語言與 C 語言兩種，匯編語言是將每一個(gè)機(jī)器碼使用一個(gè)文字代號代表，比較接近處理器真正動作模式；而 C 語言是比較符合人們的 使用習(xí)慣，事先將匯編語言組合成 C 語言形式，使用較為方便，但是 C 語言所組譯的機(jī)器碼程序通常比較大，且組譯軟件通常需要額外購買。以下簡介匯編語言相關(guān)指令與一套 C

60、 語言組譯軟件。3.4 控制電路設(shè)計(jì)3.4.1 總體設(shè)計(jì)方案太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能電池的光伏效應(yīng)，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。一套基本的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是由太陽能電池陣列、太陽能控制器、逆變器和蓄電池(組)構(gòu)成。在幾個(gè)組成部分中，控制器的作用是對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，控制整個(gè)系統(tǒng)充放電回路的狀態(tài)，保證供電系統(tǒng)能在長期無人值守的情況下可靠地運(yùn)行，配以輸入、輸出、顯示、控制等外圍電路，組成一個(gè)實(shí)用控制系統(tǒng)?？刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)框 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2424 頁圖如下圖所示。控制器的核心是PIC16F877單片機(jī)。該單片機(jī)內(nèi)置的各種轉(zhuǎn)換和驅(qū)動模塊可免接大部分的