太陽能警示燈-四燈爆閃燈

1、武威職業(yè)學院專業(yè)（?？疲┊厴I(yè)設計（論文）題目太陽能警示燈-四燈爆閃燈姓名學號指導老師完成日期教學系能源工程系摘要人類社會生活水平的不斷提高，導致人類對能源的需求量也越來越大、能源 緊缺的問題也越來越明顯。而且隨著世界各國石油、煤炭等化石燃料的匱乏，全 國大部分地區(qū)為了對付缺電，實行了分地區(qū)分時段的拉閘限電措施。而交通燈作 為重要的指揮工具，如果因為斷電而不能正常工作，變會造成許多交通隱患。因 此，對如何更好的利用可再生資源成了全球關注的焦點本文主要介紹一種利用太陽能電池供電、用單片機程序控制的太陽能四燈爆 閃燈。首先介紹了太陽能四燈爆閃燈的工作過程及原理，其次對構成太陽能四燈 爆閃燈的太陽能光

2、伏電池板、控制器、蓄電池、單片機等做了詳細介紹，最后對 系統的容量設計及配置選型兩方面做了介紹。利用太陽能電池發(fā)出的電給太陽能 四燈爆閃燈供電，并將多余的電能儲存但蓄電池內，供太陽能四燈爆閃燈在夜晚 或者陰雨天使用，保障太陽能四燈爆閃燈可以長時間的工作。關鍵詞 太陽能四燈爆閃燈 太陽能電池板 蓄電池 控制器 單片機目 錄第1章太陽能四燈爆閃燈的設計方案 11.1 設計要求 11.2 設計方案 1第2章太陽能四燈爆閃燈 22.1 太陽能四燈爆閃燈的作用 22.2 太陽能四燈爆閃燈的組成 22.3 太陽能四燈爆閃燈的工作原理 2第3章 太陽能四燈爆閃燈的供電系統 43.1 太陽能電池組件 43.1

3、.1 電池組件的基本要求 43.1.2 太陽能電池原理 53.1.3 太陽能電池的特性 63.1.4 太陽能電池的分類 83.2 蓄電池 83.2.1 蓄電池的分類 93.2.2 蓄電池的工作原理 123.2.3 鉛酸蓄電池的型號識別 123.2.4 鉛酸蓄電池的使用維護要點 133.3 控制器 143.3.1 光伏控制器的主要技術參數 143.3.2 控制器接線 16第4章 太陽能四燈爆閃燈的控制系統 184.1 控制系統中的電子元器件 184.2 控制系統-單片機 19總結 22致謝 23參考文獻 24第1章 太陽能四燈爆閃燈的設計方案1.1 設計要求1 .通過太陽能電池板及其備用蓄電池對

4、太陽能四燈爆閃燈供電；2 .用計算機輔助設計軟件protel設計電路原理圖，用proteus仿真軟件對 電路進行仿真；3 .以單片機為核心芯片，通過控制紅藍兩色led燈在公路特殊路段起到警示作用；4 .論文主要包括清晰地電路原理圖、設計外觀圖、仿真圖；1.2 設計方案采用太陽能電池及備用蓄電池供電，確保太陽能四燈爆閃燈能在夜晚正常工 作，并且可以在連續(xù)10個陰雨天里正常工作，采用單片機自動控制 ledt的閃爍 頻率，由一面來工作，提高燈的閃爍頻率達到爆閃的效果。25第2章太陽能四燈爆閃燈2.1 太陽能四燈爆閃燈的作用太陽能四燈爆閃燈在工作生活中有以下的作用1 .公路養(yǎng)護作業(yè)面前放置，做到提醒司

5、機謹慎駕駛。2 .在公路上存有交通安全隱患的危險路段安裝提示司機或行人注意，有效的 起到警示作用，避免交通事故和意外事故的發(fā)生。 如公路交叉路口、彎道、橋梁 公路邊村莊路口、學校門口、住宅小區(qū)、廠區(qū)大門口等危險路段。如圖2.1所示為太陽能四燈爆閃燈。33ijv密時。4等【伊皂號*事,修*瑜卓事事注h金.罵h 絲二*css布小0*歲圖2.1太陽能四燈爆閃燈2.2 太陽能四燈爆閃燈的組成1 .采用密封組合及t組，每組由12個led燈組成；2 .聚碳酸酯燈罩抗沖擊、耐老化、透明度高；3 .閃光模式控制器，光控、過充、過放電保護。2.3 太陽能四燈爆閃燈的工作原理由太陽能電池組件及蓄電池供電、控制器控

6、制供電時間段，由單片機程序對 太陽能四燈爆閃燈的閃爍進行控制，包括閃爍頻率和閃爍的程度。115vl 加f口-1led3blueled2-fblue.led4led!-bltjel 10計elvebe435hi01ll rr 亙 14 b 叵 r 叵iipl 0vccpl 1pop1jm.lpl 3p02pl4mpijp04pl fpcjpl7rstvpdpq7phceieeavpp3 1 tid almogp3l2intopenpj3 intipl7p34top2fp35 t1pl5r3la 器hpl號pilfxpl 3xt.4l2pl2xtallrigndplo40弱n37%343j 231

7、*if1726e24232211a9cs1圖2.2太陽能四燈爆閃燈電路圖第3章 太陽能四燈爆閃燈的供電系統在太陽能四燈爆閃燈的工作過程中，主要給燈具提供電能的有太陽能電池組 件以及配套的蓄電池組。3.1 太陽能電池組件太陽能電池組件也叫太陽能光伏組件，通常還簡稱為電池組件或光伏組件， 英文名稱為“ solar module ”或“ pv module”。電池組件是把多個單體的太陽電 池片根據需要用、并聯起來，并通過專用材料和專門生產工藝進行封裝后的產品。 目前易用的太陽能電池主要是晶體硅電池，分為單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽 能電池和非晶硅太陽能電池等幾種。圖3.1太陽能電池組件3.1.1 電

8、池組件的基本要求電池組件在應用中要滿足以下要求：能夠提供足夠的機械強度，是電池組件能經受運輸、安裝和使用過程中， 由于沖擊、震動等而產生的應力，能經受冰雹的沖擊力；具有良好的密封性，能夠防風、防水，隔絕大氣條件下對太陽電池片的腐 蝕；具有良好的電絕緣性能；抗紫外線輻射能力強；工作電壓和輸出功率可以按不同的要求進行設計，可以提供多種接線方 式，滿足不同的電壓、電流和功率輸出的要求；因太陽電池片用、并聯組合引起的效率損失?。惶栯姵仄g連接可靠；工作壽命長，要求電池組件在自然條件下能夠使用20年以上；在滿足前述條件下，封裝成本盡可能低3.1.2 太陽能電池原理(1)太陽能電池光伏效應：當光線照射太

9、陽能電池表面時，一部分光子被 硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在 p n吉兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有 電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質是：光子能量轉換成電 能的過程。如圖3-2所示圖3.2太陽能光伏發(fā)電原理(2)太陽能電池的光電轉換效率投射到太陽能電池整個光照面的光能只有一小部分可變成電能，這是因為它 受很多因素的影響。太陽光在外層空間的輻射基本是恒定的，但經過成分不同、 厚度不同的大氣層的吸收，其中包括含量大而且多變的水蒸氣的選擇性吸收，到 達地面的太陽能光譜隨時隨地都在發(fā)生變化。一般情況下，到達地面

10、的太陽光光 譜為0.34m實際上，太陽能電池的效率要比理論計算值低的多。因為太陽能電池在裝換 過程中有很多損失，其損失概括起來有以下幾點。 投射到電池表面的光，一部分被反射掉而沒有進入電池，這種反射損失是一種相當大的損失。純凈的硅表面的反射率在0.410波長范圍內約為30%而其他材料的反射率也相當高。為減少損失，在制造太陽能電池時會在純凈的硅 表面鍍一薄層氧化硅以減少反射，這些膜在光譜范圍內是透明的。光線進入電池后能量大于“禁帶”寬度的光子被太陽能電池吸收，產生 電子一空穴對，但還有一部分剩余能量在短時間內以熱的形式傳給了半導體品 格，也造成了損失；能量小于“禁帶”寬度的光子不能產生空穴對，而

11、在太陽能 電池中損失掉。對于硅太陽能電池，該損失占入射太陽能總能量的53% 光激發(fā)產生的少數載流子中有一部分以擴散方式流到pne它是對電流輸出有貢獻的一部分，而另一部分則遠離結位置并在電池表面和內部復合掉了。太陽能電池的開路電壓小于pn吉接觸電勢差，這項損失為電壓因素損失。 太陽能電池的最大功率與開路電壓和短路電流乘積之比通常用fe(或cf)表不：fe=imvm/i scvoc式中，i scvoc是太陽能電池的極限輸出功率；i mvm是太陽能電池的最大輸出功 率。太陽能電池在開路和短路時的損失稱為開路損失和短路損失。太陽能電池的串聯電阻、接觸電阻和薄膜層電阻也造成損失。3.1.3 太陽能電池的

12、特性(1)太陽能電池的光電特性當光照到太陽能電池上時，在電池負載電阻rh和電池內部，分別流過電流i利ij。其中，ij為通過pn吉的正向電流。當光照恒定時，光電流ip=ir+ij也恒定。光電流在太陽能電池內、外的流動，可用等效電路表示，光電池端的電壓vj應與電阻上的電壓vrf目等，光電池的電流ij隨vj的變化呈指數關系：i j=ipeqvj/akt-1式中，q為電子電荷，取值1.6x10-10c； t為絕對溫度，單位為k;k為玻爾茲曼 常數，取值1.380 x 10-23j/k或0.86 x 10-4ev/k;a為太陽能電池的有效面積，單位為 2 mvm負載電阻r的電流和電壓關系為v=i rr從

13、上式可得出負載電阻上的電流和電壓之間的關系為 r=v/i ,負載電阻上的 電壓降和結電壓相等，負載電阻 rh得到的電功率為ivj0太陽能電池要獲得高的 轉換效率就必須在一定的太陽輻射下輸出盡可能大的功率 ivj。(2)太陽能電池的光譜特性太陽能電池的光譜特性是指太陽能電池在太陽光輻射能量相同時，其先生電流隨輻射光波長變化的關系。在太陽能電池中，只有那些能量大于其材料“禁帶” 寬度的光子才能在被吸收時在光伏材料中產生電子一空穴對，而那些能量小于“禁帶”寬度的光子即使被吸收也不能產生電子一空穴對。光伏材料對光的吸收 存在一個截止波長。理論分析表明，對太陽光而言，能得到最佳工作性能的光伏 材料應有1

14、.5ev的“禁帶”寬度，當“禁帶”寬度增加時，被光伏材料吸收的總太 陽能就會越來越多。每種太陽能電池對太陽光都有自己的光譜曲線，它表明太陽能電池對不同波 長光的靈敏度（光電轉換能力）。表 3-1給出了不同光伏材料的截止波長和太陽 能吸收效率。當太陽光照到太陽能電池上時，某一波長的光和太陽能電池相對于 該波長波的光譜靈敏度，決定該波長波的光生電流值，而太陽能電池總的光生電 流值是各個波長光的光生電流值得總和。表3.1光伏材料特性材料禁帶寬度/ev截止波長/即太陽能吸收效率/%硅1.11.176神化錢1.350.965磷化鈿1.250.9769硫化鎘1.450.8461硒1.50.8158（3）太

15、陽能電池的i v特性太陽能電池組件的電氣特性主要是指iv輸出特性，也稱伏安特性曲線，如 圖3-3所示。圖3-3太陽能電池i-v特性曲線太陽能電池的iv#性與二極管的特性相似，一般稱為iv曲線特性。在太陽能 iv8線中，短路電流（isc）、開路電壓（voc）及最大功率（pmpp是太陽能 電池的主要技術參數。（4）太陽能電池的主要技術參數光電轉換效率？。光電轉換效率是評估太陽能電池性能的重要指標，太陽能電池的光電轉換效率是指太陽能電池將接收到的光能轉換成電能你的比率，即?=p0/ex 100%式中，？為光電轉換效率；p0為輸出功率；e為太陽能電池板被照射的太陽能量。太陽能電池組件的光電轉換效率是決

16、定太陽能電池是否具有使用價值的重要因素。晶體硅類太陽能電池的理論光電轉換效率極限為29%而現在的太陽能電池的光電轉換效率為17% 19%因此，太陽能電池在技術上還有很大的發(fā)展空 問。單體太陽能電池的輸出電壓 皿0.40.6v,喲偶材料物理特性決定。填充因子f支評估太陽光電池帶負載能力的重要指標，而ff=(imx vm)/(isc x voc)式中，im為短路電流；vmfc開路電壓；isc為最佳工作電流；voc為最佳工作 電壓。太陽能電池的功率輸出能力與其面積大小密切相關，面積越大，在相同的光 照條件下輸出功率也越大。太陽能呢電池的優(yōu)劣主要由開路電壓和短路電流這兩 項指標來衡量。3.1.4 太陽

17、能電池的分類制作太陽能電池主要以半導體材料為基礎，其工作原理是利用光電材料吸收 光能后發(fā)生的光電轉換效應。根據材料不同，太陽能電池分類如圖3-4所示。ci ysullhetliin filmthla filmciyullintthia film圖3.4太陽能電池的分類3.2 蓄電池在太陽能光伏發(fā)電系統中，常用的儲能電池及器件有鉛酸蓄電池、堿性蓄電 池、鋰離子蓄電池和磷酸鐵鋰蓄電池、鍥氫蓄電池及超級電容器等，他們分別應 用與太陽能光伏發(fā)電的不同場合或產品中。由于性能及成本的原因，目前應用最 多、最廣泛的還是鉛酸蓄電池。太陽能光伏發(fā)電系統對蓄電池的基本要求：自放電率低；使用壽命長；深放電能力強；少

18、維護或面維護；充電效率高；工作溫度范圍寬；價 格低廉。3.2.1 蓄電池的分類（1）蓄電池的分類就目前市場上的主流產品而言，有四類蓄電池：鉛酸蓄電池、鋰離子蓄電池、 鍥氫蓄電池、鎘鍥蓄電池。蓄電池能夠反復運用，符合經濟實用原則，這是最大 優(yōu)點；蓄電池還具有電壓穩(wěn)定、供電可靠、移動方便等優(yōu)點。因此蓄電池廣泛的 應用與發(fā)電廠、變電站、通信系統、電動汽車、航空航天等領域。下圖為太陽能 蓄電池圖圖3.5太陽能蓄電池蓄電池的性能參數很多，主要有四個指標：工作電壓，蓄電池放電曲線上的平臺電壓。蓄電池容量，常用安時（a.h）或毫安時（ma.h）表示。工作溫區(qū)，蓄電池正常放電的溫度范圍。循環(huán)壽命，蓄電池正常工

19、作的充放電次數。普通蓄電池由于具有使用壽命短、效率低、維護復雜所產生的酸霧污染環(huán)境等問題，其使用范圍很有限，目前已逐漸被淘汰。vrlaf電池（閥控密封式鉛酸蓄電池）整體才用密封結構，不存在普通鉛酸蓄電池的氣漲、電解液滲漏等現象, 使用安全可靠、能量高、成本低、壽命長（十年）、容量大（是普通鉛酸蓄電池 的兩倍）、不漏液、安全、不污染、可回收、使用方便，正常運行時無需對點解 進行檢測盒調酸加水。vrlas電池已被廣泛應用到店里、郵電通信、船舶交通、 應急照明等許多領域。vrlas電池的基本結構如圖3-6所示。它由正負極板、隔 板、電解液、安全閥、氣塞、外殼等部分組成。負極板. tonrhnalk.

20、域料槽 (camaiiw)中a (cow負極點 imvgaliw安全閥 mvy wm圖3.6蓄電池的基本結構正極點2）蓄電池技術指標（1）蓄電池的容量蓄電池在一定的放電條件下所能給出的電量稱為蓄電池的容量，常用 糜示。 然而，蓄電池作為電源，由于其端電壓是一個變值，選用安培小時（ a.h）表示 蓄電池的電源特性，更為準確。蓄電池容量的定義為q = ；0 idt理論上，t可以趨于無窮，但實際上，當蓄電池放電低于終止電壓時，蓄電 池就無法為負載提供正常工作的電壓，這可能孫桓蓄電池，故對t值有限制。所謂終止電壓指蓄電池低于這一規(guī)定的電壓時，蓄電池就無法為負載提供正 常工作的電壓。換言之，蓄電池在低于

21、總之電壓的情況下繼續(xù)放電使用，可能會 造成蓄電池永久性損壞。在蓄電池行業(yè)中，一小時或分鐘表示蓄電池可持續(xù)放電時間， 常見的有：c24 c20、g0、c8、g、g等標稱容量值。蓄電池容量可分為理論容量、額定容量、實際 容量。理論容量是吧活性物質的質量按法拉第定律計算而得到的最高理論值。實際容量是指蓄電池在一定條件下所能輸出的電量。它等于放電電流與放 電時間的乘積，具值小于理論容量。額定容量也稱標稱容量、保證容量，按國家或有關部門頒發(fā)的標準，保證 蓄電池在一定的放電條件下應該放出的最低限度的容量。固定型蓄電池一般采用 10小時率所放出的容量為蓄電池的額定容量，并用來標定蓄電池的型號。例如， 額定容

22、量為6a.h的蓄電池，c=6a.h;額定容量為24a.h的蓄電池，c=24a.h。（2）蓄電池的電壓開路電壓。蓄電池在開路狀態(tài)下的端電壓稱為開路電壓。蓄電池的開路電 壓等于蓄電池在外電路斷路時（即沒有電路通過兩極時）蓄電池的正極電位與負 極電位之差。蓄電池的開路電壓用 v表示，即vk=ez-ef式中，g為蓄電池正極電位；ef為蓄電池負極電位。工作電壓。指蓄電池接通負荷后在放電過程中顯示的電壓，又稱負荷(載)電壓或放電電壓。常用v表示，即v=v-i(r 0+r)式中，i為蓄電池放電電壓；r為蓄電池的歐姆電阻；r為蓄電池的極化電阻。初始電壓。蓄電池放電初始時的工作電壓稱為初始電壓。充電電壓。充電電

23、壓是指蓄電池在充電時，外電源加在蓄電池兩端的電壓o浮充電壓。蓄電池的浮充電壓為充電器對蓄電池進行浮充電時設定的電壓 值。蓄電池要求充電器應有精確而穩(wěn)定的浮充電壓值，浮充電壓值高以為著儲存 能量大，質量差的蓄電池浮充電壓值一般較小，人為的提高浮充電壓值對蓄電池 有害而無益。終止電壓。蓄電池放電終止電壓是蓄電池放電時電壓下降到不能再繼續(xù)放 電的最低工作電壓，一般規(guī)定固定型蓄電池 10小時率放電時，單體蓄電池放電的 終止電壓為1.8v (相對于單體2vs電池)。(3)蓄電池充放電曲線蓄電池電壓隨充電時間變化的曲線稱充電曲線；蓄電池電壓隨放電時間變化 的曲線稱放電曲線。(4)放電時率與放電倍率放電時率

24、。蓄電池的放電時率是以放點時間長短來表示蓄電池放電的速 率，即蓄電池在規(guī)定的放電時間內，以規(guī)定的電流放出的電量。放電倍率。放電倍率是放電電流為蓄電池額定容量的一個倍數。(5)能量和比能量能量。蓄電池的能量是指在一定的放電制度下，蓄電池所能給出的電能， 通常用wft示，其單位為瓦時(w.h)。蓄電池的能量分為理論能量和實際能量， 理論能量可用理論容量和電動勢的乘積表示，而蓄電池的實際能量為一定放電條 件下的實際容量與平均工作電壓的乘積。比能量。蓄電池的比能量是的單位體積或單位重量的蓄電池所給出的能 量，分別稱為體積比能量或重量比能量，單位用w.h/l和w.h/kg。(6)功率和比功率功率。蓄電池

25、的功率是指蓄電池在一定的放電制度下，在單位時間內所給 出能量的大小，常用p8示，單位為瓦(vv。蓄電池的功率分為理論功率和實際 功率，理論功率為一定放電條件下的放電電流和電動勢的乘積，而蓄電池的實際功率為一定放電條件下的放電電流和平均工作電壓的乘積。比功率。蓄電池的比功率是指單位體積或單位質量的蓄電池輸出的功率， 分別稱為體積比功率（w/l）或質量比功率（w/kg）。比功率是蓄電池重要的性 能技術指標，蓄電池的比功率大，表示它承受大電流放電的能力強。3.2.2 蓄電池的工作原理這里主要介紹應用最廣泛的鉛酸蓄電池的工作原理，它正常充、放電的化學 反應式為pbo+2h2so+pb=2pbs4+2h

26、2o以上正常充、放電化學方程式為理想化的原理方程式，似乎只要不受到機械 損傷，一塊鉛酸蓄電池可以無休止的使用下去，完成充、放電過程。在充電時，正極由硫酸鉛（pbso）轉化為二氧化鉛（pbo）后將電能轉化為化學能儲存在正極板中；負極由硫酸鉛（pbsq轉化為海綿狀鉛后，將電能 轉化為化學能儲存在負極板中。在放電時，正極由二氧化鉛（pbo）變成硫酸鉛（pbsq ,將化學能轉化成電能向負載供電，負極由海綿狀鉛變成硫酸鉛（pbsq ,將化學能轉化成電 能向負載供電。3.2.3 鉛酸蓄電池的型號識別根據部頒標準jb 2599 1993的有關規(guī)定，鉛酸蓄電池的名稱由單體蓄電池 的格數、型號、額定容量、電池功

27、能和形狀等組成。通常分為三段表示。第1段為數字，表示單體電池的串聯數。每個單體蓄電池的標稱電壓為2v,當單體蓄電池串聯數為1時，第1段可省略，6v、12v#電池分別用3和6表示。第2段為24個 漢語拼音字母，表示蓄電池的類型、功能和用途等。第3段表示電池的額定容量。 蓄電池常用漢語拼音字母的含義如表3.2所示。表3.2蓄電池常用漢語拼音字母含義第1個字母含義第2、3、4個字母含義q啟動用a干荷電式g固定用f防酸式d電瓶用fm閥控式密封n內燃機車w無需維護t鐵路客車j膠體m摩托車用d帶液式ks礦燈酸性j激活式jc艦船用q氣詫式b航標用h濕荷式tk坦克用b半密閉式s閃光燈y液獴式3.2.4 鉛酸蓄

28、電池的使用維護要點蓄電池的安裝使用(1)蓄電池在安裝前應檢查外觀有無破裂、漏酸。檢查接線端子極柱是否 有彎曲和損壞。(2)用銅刷輕輕處理電池端子，是端子的接線部位露出金屬光澤，并用軟 布擦拭電池表面的鉛屑和灰塵。(3)在電池連接過程中，請戴好防護手套。(4)蓄電池在多只并聯使用時，按電池標識正、負極性依次排列，且連接 電要擰緊，以防產生火花和接觸不良。(5)電池柜或架要放在實現確定的位置，注意電池柜與電池柜、墻壁及其 他設備之間要留有5070cm勺維修距離，并注意地板的承重能力是否滿足要求。(6)電池間的安裝距離通常為1015cm)以便對流冷卻。(7)蓄電池應放在遠離熱源和容易產生火花的地方，

29、不能在電池系統附近 吸煙或使用明火。(8)將蓄電池和外部設備連接之前，要使設備處于關斷狀態(tài)，并且再次檢 查蓄電池的連接極性是否正確，然后再將蓄電池的正極連接設備的正極端，蓄電 池的負極連接設備的負極端，并緊固好連接線。(9)蓄電池或電池組需要并聯使用，一般不能超過 4只(組)并聯。(10)不要單獨增加電池組中某幾個單體蓄電池的負載，否則將造成單體電 池間容量的不平衡。(11)蓄電池間連接電纜應盡可能短，不能僅考慮容量輸出來選擇電纜的大 小規(guī)格，電纜的選擇還因考慮不能產生過大的電壓降。(12)特別提示：不同容量、不同廠家或不同新舊程度的蓄電池嚴禁連接在起使用(13)不準拆開或重新裝配蓄電池，也不

30、能拆卸電池排泄閥或向電池中加入 任何物質。(14)如遇火災不能用二氧化碳滅火器，可用干粉滅火器和1211滅火器。(15)條件許可的較大型光伏發(fā)電場(站)，蓄電池室最好配備空調和凈化 通風設備，使環(huán)境溫度維持在2025c 03.3控制器在太陽能電池與蓄電池給太陽能四燈爆閃燈供電的過程中，還需要一個重要 連接樞紐一一控制器?？刂破魇翘柲芄夥l(fā)電系統的核心部件之一。在小型 光伏發(fā)電系統中，控制器主要用來保護蓄電池。在大中型系統中，控制器起著平 衡光伏系統能量、保護蓄電池及整個系統正常工作和顯示系統工作狀態(tài)等重要作 用。控制器可以單獨使用，也可以和逆變器等合為一體。常見的蓄電池如圖4.1所示。圖4.

31、1常見的光伏控制器光伏控制器應具有以下功能：防止蓄電池過充電或過放電，延長蓄電池壽 命；防止電池板或光伏方陣、蓄電池極性反接；防止負載、控制器、逆變器 和其他設備內部短路；具有防雷擊引起的擊穿保護；具有溫度補償的功能； 顯示光伏發(fā)電系統的各種狀態(tài)，包括蓄電池(組)電壓、負載狀態(tài)、光伏方陣 工作狀態(tài)、輔助電源狀態(tài)、環(huán)境溫度狀態(tài)、故障報警等。3.3.1 光伏控制器的主要技術參數(1)系統電壓系統電壓也叫額定工作電壓，是指光伏發(fā)電系統的直流工作電壓，電壓一般 為12v?口24v,中、大功率控制器也有 48v、110v、220可。（2）最大充電電流最大充電電流是指太陽電池組件或方陣輸出的最大電流，根據

32、功率大小分為5a 6a、8a、10a、12a、15a、20a、30a、40a、50a、70a 100a、150a 200a 300期多種規(guī)格。有些廠家用太陽電池組件最大功率來表示這一內容，間接地體 現了最大充電電流這一技術參數。（3）太陽電池方陣輸入路數小功率光伏控制器一般都是單路輸入，而大功率光伏控制器都是由太陽電池 方陣多路輸入，一般大功率光伏控制器可輸入 6路，最多的課輸入12路、18路。（4）電路自身損耗控制器的電路自身損耗也是其主要技術參數之一，也叫空載損耗（靜態(tài)電流）或最大自消耗電流。為了降低控制器的損耗，提高光伏電源的轉換效率，控制器 的電路自身損耗要盡可能低?？刂破鞯淖畲笞陨頁p

33、耗不得超過其額定充電電流的 1%e0.4w。根據電路不同自身損耗一般為520ma（5）蓄電池的過充電保護電壓（hvd蓄電池的過充電保護電壓也叫充滿斷開或過電壓關斷電壓，一般根據需要及 蓄電池類型的不同，設定在 14.114.5v （12v系統）、28.229v （24v系統）和 56.458v（48v系統）之間,典型值分別為14.4v、28.8v和57.6v。蓄電池過充電保 護的關斷恢復電壓（hvr 一般設定在13.113.4v （12vs統）、26.226.8v （24v 系統）和52.453.6v （48vk統）之間，典型值分別為13.2v、26.4v和52.8v。（6）蓄電池的過放電保護

34、電壓（lvd蓄電池的過放電保護電壓也叫欠電壓斷開或欠電壓關斷電壓，一般可根據需 要及蓄電池類型的不同，設定在（7）蓄電池的充電浮充電壓蓄電池的充電浮充電壓一般為13.7v （12vk統）、27.4v （24/統）和54.8v （48vk 統）。（8）溫度補償控制器一般都具有溫度補償功能，以適應不同的環(huán)境工作溫度，為蓄電池設 置更為合理的充電電壓?？刂破鞯臏囟妊a償系數應滿足蓄電池的技術要求，其溫 度補償值一般為-20-40mv/ c。（9）工作環(huán)境溫度控制器的使用或工作環(huán)境溫度范圍隨廠家不同一般在-20+50c之間。（10）其他保護功能控制器輸入、輸出短路保護功能?？刂破鞯妮斎搿⑤敵鲭娐范家哂?/p>

35、短路 保護短路，提供短路保護功能。防反充保護功能?？刂破饕哂蟹乐剐铍姵叵蛱栯姵胤聪虺潆姷谋Ｗo功極性反接保護功能。太陽電池組件或蓄電池接入控制器，當極性接反時， 控制器要具有保護電路的功能。防雷擊保護功能?？刂破鬏斎攵藨哂蟹览讚舻谋Ｗo功能，避雷器的類型 和額定值應能確保吸收預期的沖擊能量。耐沖擊電壓和沖擊電流保護。在控制器的太陽電池輸入端施加 1.25倍的標 稱電壓持續(xù)1h,控制器不應該損壞。使控制器充電回路電流達到標稱電流的 1.25 倍并持續(xù)1h,控制器也不應該損壞。3.3.2控制器接線epd型雙路輸出控制器面板如圖5-1所示。在對控制器接線時應使用多股銅 芯絕緣導線。先確定導線長度，

36、在保證安裝位置的情況下，盡可能減小連線長度， 以減少電能損耗。應按照4a/mm的電流密度選擇銅導線截面積。接線時先連接控制器端的蓄電池接線端子，再接蓄電池端，接線時注意正、 負極不要反接。如果連接正確，控制器面板上的蓄電池指示燈應亮，可通過按鍵 對控制器進行檢查。否則，需檢查接線是否正確。如果發(fā)生反接，不會燒熔斷器 及損壞控制器任何部件。因熔斷器只作為控制器本身內部電路短路的最終保護。連接太陽能電池導線時，先連接控制器端的太陽能電池接線端子，再接太陽 能電池端，接線時注意正、負極不要接反，如果有陽光，控制器面板上的充電指 示燈應亮。否則，需檢查接線是否正確。最后將負載的連線接入控制器上的負載

37、輸出端，接線時注意正、負極不要反接。當系統連接正常且有陽光照射到太陽能電池上時，控制器面板上的充電綠色 指示燈為長亮，表示系統充電電路正常；當充電綠色指示燈出現快速閃爍時，說 明系統過電壓。蓄電池充電過程中使用了 pwm制方式，如果發(fā)生過放保護動作， 再恢復充電時，控制器先要提升充電電壓到設定值，并保持 10min,而后降到直 沖電壓，保持30min,以激活蓄電池，避免蓄電池硫化結晶，最后降到浮充電壓， 并保持浮充電壓。如果沒有發(fā)生過放，將不會進入提升充電電壓方式，以防蓄電 池失水。這些自動控制過程將使蓄電池達到最佳充電效果并保證或延長其使用壽 命。蓄電池電壓在正常范圍時，狀態(tài)指示燈為綠色常亮

38、；充滿后狀態(tài)指示燈為綠 色慢閃；當蓄電池電壓降低到欠壓時狀態(tài)指示燈變?yōu)槌赛S色；當蓄電池電壓繼續(xù) 降低到過放電壓時，狀態(tài)指示燈變?yōu)榧t色，此時控制器將自動關閉輸出。當蓄電 池電壓恢復到正常工作范圍內時，將自動使能輸出開關電路導通，狀態(tài)指示燈變 為綠色。當負載接通時，控制器面板上的負載指示燈常亮。如果負載電流超過了控制 器1.25倍的額定電流60s時，或負載電流超過了控制器1.5倍的額定電流5s時，指 示燈為綠色慢閃，表示過載，控制器將關閉輸出。當負載或負載側出現短路故障 時，控制器將立即關閉輸出，負載指示燈快閃。出現上述現象時，應當仔細檢查 負載連接情況，斷開有故障的負載后，按一次按鍵，30s后恢

39、復正常工作，或等到第二天可以正常工作。第4章太陽能四燈爆閃燈的控制系統太陽能四燈爆閃燈主要通過由單片機、電阻、電容等器件構成的電路來控制 的，其中單片機是主要的控制器件，它控制了太陽能四燈爆閃燈的閃爍。4.1 控制系統中的電子元器件在控制系統內主要有電阻、電容、晶閘管等組成（1）電容 電容（capadtance ）亦稱作“電容量”，是指在給定電位差下 的電荷儲藏量，記為c,國際單位是法拉（f） o 一般來說，電荷在電場中會受力 而移動，當導體之間有了介質，則阻礙了電荷移動而使得電荷累積在導體上，造 成電荷的累積儲存，儲存的電荷量則稱為電容。電容是指容納電場的能力。任何靜電場都是由許多個電容組成

40、，有靜電場就 有電容，電容是用靜電場描述的。一般認為：孤立導體與無窮遠處構成電容，導 體接地等效于接到無窮遠處，并與大地連接成整體。一個電容器，如果帶1庫的電量時兩級間的電勢差是1伏，這個電容器的電容 就是1法拉，即：c=q/u。但電容的大小不是由q （帶電量）或u （電壓）決定的, 即電容的決定式為：c=e s/4：tkd。其中，e是一個常數，s為電容極板的正對 面積，d為電容極板的距離，k則是靜電力常量。常見的平行板電容器，電容為 c=e s/d （ e為極板間介質的介電常數，s為極板面積，d為極板間的距離）。圖5.1電容圖（2）電阻 電阻（resistance ,通常用“ r表示），是一

41、個物理量，在物 理學中表示導體對電流阻礙作用的大小。電阻元件的電阻值大小一般與溫度，材 料，長度，還有橫截面積有關，衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數， 其定義為溫度每升高1c時電阻值發(fā)生變化的百分數。電阻的主要物理特征是變電能為熱能，也可說它是一個耗能元件，電流經過 它就產生內能。電阻在電路中通常起分壓、分流的作用。對信號來說，交流與直 流信號都可以通過電阻。圖5.2簡單的電阻圖片(3)晶閘管 晶閘管(thyristor )是晶體閘流管的簡稱，又可稱做可控硅 整流器，以前被簡稱為可控硅；1957年美國通用電器公司開發(fā)出世界上第一款品 閘管產品，并于195必將其商業(yè)化；品閘管是pnp網層

42、半導體結構，它有三個極： 陽極，陰極和門極；晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應用于可控整流、交流調壓、無觸點電 子開關、逆變及變頻等電子電路中。品閘管導通條件為：加正向電壓且門極有觸發(fā)電流；其派生器件有：快速品 閘管，雙向品閘管，逆導晶閘管，光控晶閘管等。它是一種大功率開關型半導體 器件,在電路中用文字符號為“ v、vt表示(舊標準中用字母 scr表示)。品閘管(thyristor )是一種開關元件，能在高電壓、大電流條件下工作， 并且其工作過程可以控制、被廣泛應用于可控整流、交流調壓、無觸點電子開關、 逆變及變頻等電子電路中，是典型的小電流控制大電流的設備。4.2 控制系統-單片機在太陽能四燈爆閃燈的控制中，單片機具有相當重要的作用，它對太陽能四 燈爆閃燈的控制主要是對燈具的閃爍控制。在太陽能四燈爆閃燈的控制中，我們主要采用的是 at89c5律片機。at89c51 是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器( fpermfalsh programmable and erasable read only memory )的低電壓，高性能 cmos8微處理器，俗稱單 片機。該器件采用atmel密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的mcs-51 指令集和輸出管腳相兼