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1、1户用型太阳能水泵的设计学 生： 指导老师： 由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD 图纸等，联系摘 要：可再生资源的综合利用对我国社会经济的可持续发展和环境保护起着极为重要的作用。太阳能具有无污染、资源丰富、无区域限制等优点，因此作为一种可再生利用的新能源得到了广泛应用。在电能作为主要能量消耗形式的当今社会，综合考虑太阳能水泵是一种经济合理的灌溉方式。该光伏水泵在解决边远地区的用电需求问题中发挥积极的作用。 关键词：太阳能；逆变器；控制器；单片机The Design of the Solar Pump for FamilyAuthor:Yang ZhenhuiTutor:Ku
2、ang Yingchun(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha )Abstract: Utilization of renewable resources plays a very important to our social and economic sustainable development. Solar power has been used widely because of a lot of advantages such as clean, abundant
3、 and no regional restrictions and so on. In todays society. Considering the solar system must be 2an economical power supply as we use electricity as our primary energy consumption. Which play an active role to solve the problem of electricity demand in remote areas.Key words: solar energy ; inverte
4、r ; controller ; single-chip microcomputer1 前言随着社会科技和经济的高速发展，能源问题作为困扰人类长期稳定发展的一大因素摆在了人类面前，而且越来越迫切，如何解决能源问题，是每个国家都必须面临的问题，随着不可再生能源如煤、石油、天然气的消耗量不断增加，不仅使人类面临资源枯竭的压力，同时也严重威胁着人类的生存环境，可再生能源的开发利用也就显得越来越重要。随着可再生能源的开发利用，太阳能已经逐渐走入了人类的生活，并且将发挥越来越重要的作用。1.1 光伏水泵的研究意义图 1 太阳能水泵工作图Fig1 Solar energy water pump worki
5、ng drawing太 阳 能 水 泵 系 统 是 近 若 干 年 来 迅 速 发 展 起 来 的 光 机 电 一 体 化 系 统 1， 它 利 用太 阳 电 池 发 出 的 电 力 ， 通 过 最 大 功 率 点 跟 踪 以 及 变 换 、 控 制 等 装 置 驱 动 直 流 、 永 磁 、无 刷 、 无 位 置 传 感 器 、 定 转 子 双 塑 封 电 机 或 高 效 异 步 电 机 或 高 速 开 关 磁 阻 电 机 带 动高 效 水 泵 ， 将 水 从 地 表 深 处 提 至 地 面 供 农 田 灌 溉 或 人 畜 饮 用 。 发 展 这 种 新 型 环 保 节能 产 品 无 疑 将
6、 会 对 发 展 产 业 、 发 展 经 济 ， 特 别 是 发 展 干 旱 地 区 的 现 代 农 业 ， 带 来 巨3大 良 好 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益 ， 它 特 别 符 合 建 设 “资 源 节 约 型 ”及 “环 境 友 好 型 ”社 会 的 发 展 战 略 。 光 伏 水 泵 利 用 太 阳 能 ， 在 无 需 任 何 外 来 能 源 的 情 况 下 可 以 机 动 灵活 地 用 于 农 田 灌 溉 、 提 供 洁 净 人 畜 饮 水 、 发 展 庭 院 经 济 、 美 化 园 区 、 构 造 彩 色 喷 泉 、为 养 鱼 、 养 虾 池 增 氧 、 海 滨 盐 场
7、 供 排 水 等 。 此 外 大 量 国 际 订 货 意 向 表 明 ， 这 种 高 技术 产 品 的 国 际 市 场 前 景 令 人 十 分 鼓 舞 。 光 伏 水 泵 系 统 作 为 一 个 刚 刚 崭 露 头 角 的 产 业 ，十 分 符 合 我 国 可 持 续 发 展 的 战 略 。其次,太阳能动力水泵对于农村居民点十分分散和离电力网较远的地区来说，具有特别重大的意义。因为，如果采用传统水泵，就必须向边远地区运输大量的石油燃料，这在经济上是不合算的 2。此外，在边远地区，维修燃油发动机的条件相当困难。考虑到这些情况，要解决边远地区的灌溉动力问题，就必须考虑到当地自然资源的利用问题。再有
8、就是常规矿物能源是有限的，燃烧会污染环境的不可再生资源，太阳能是新型的可再生的取之不竭的可持续发展能源。因此，太阳能动力水泵是解决我国广大农村能源和节约燃料的重要手段之一。1.2 太阳能资源及其分布我国幅员辽阔，有着十分丰富的太阳能资源。据统计 3，全国各地太阳年辐射总量达 335837kJ/cm2年，中值为 586 kJ/cm2年。年日照时数在 2200 小时以上的地区约占国土面积 2/3 以上。从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省西南部等广大地区的太阳辐
9、射总量很大。尤其是青藏高原地区最大，那里平均海拔高度在 4000 米以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。我国太阳能资源分布的主要特点有 4：太阳能高值和低值中心都处在北纬 22 35这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；太阳年辐射总量西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低于北部；由于南部多数地区云雾雨天气多，在北纬 3040地区，太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反，太阳能不是随着纬度的增加而减少，而是随着纬度的增加而增长。按接受太阳辐射量的大小，我国大致可分为表 1 所示五类地区。表 1 我国太阳能年辐射量的地区分布Tab
10、le 1 Annual our country solar energy radiant quantity area classifies地区分类 全年日照时数 太阳年辐射总量 所属地区1 3200-3300 6700-8400 宁夏及甘肃北部，新疆南部，青藏高原42 3000-3200 5900-6700 河北及山西北部，内蒙古，宁夏，青海西藏3 2800-3000 5000-5900 山东，河北，北京，广东，辽宁，云南451400-22001000-14004200-50003400-4200江苏，湖北，湖南，江西，广西，浙江四川，贵州1.3 国内外太阳能研究与利用现状石定寰：子 2004
11、 年以来，国际光伏市场和产业发生了巨大的变化 5；光伏发电系统的累计安装量增加一倍（2004 年约 4.2GWp，2006 年为 8.4GWp） ，太阳电池/组件产量翻了一番（2004 年 1.2GWp，2006 年为 2.4GWp） 。我国光伏产业在世界光伏市场拉动下快速、健康发展。太阳电池产量 2006 年是 2004 年的 6 倍，仅次于日本、欧洲，已成为世界光伏产业发展最快的国家之一，为世界瞩目。但我国光伏市场发展相对迟缓，2005 年我国 95%以上的光伏产品出口国外，光伏产业缺乏必要的国内市场支持。希望光伏界同仁共同关注和思考这个重大问题，共同呼吁对光伏发电尽早实施已经颁布的可再生
12、能源法 ，制定和实施相关配套政策，启动和培育国内市场；同时，进一步增强自主创新能力，在解决晶硅电池原材料、光伏产业技术装备、以及在为提高转换效率、降低成本的新工艺、新技术、新材料开发等方面取得更多的突破。以保证我国光伏产业持续健康发展，为经济社会全面协调可持续发展作出更大贡献。高鹏：硅薄膜电池已经发展到第四代 6非晶硅/微晶硅双结叠层电池,而这种非晶硅与微晶硅叠层的基本结构将成为未来硅薄膜电池的主流发展趋势。基于流态重构的低能耗 CFB 燃料技术，一举克服了厂用电高和磨损问题。实践证实，占厂用电率最大的一次风机，压头可以降低到 10KPa 以下。对 300MWe 的 CFB 锅炉，厂用电至少可
13、以降低 1%，年节约电费 1000 万以上。我国 CFB 燃料发电容量超过 55GW，该技术推广可带来极大节能效益。概算可知，按年平均可用率 5000 小时，至少节电25 亿千瓦时，节约标准煤约 700 万吨每年，节省人民币 35 亿元每年，减少二氧化碳排放约 3000 万吨每年。锅炉磨损的降低使得可用率增加，检修维护费用降低，使CFB 锅炉能在厂用电和可用率方面与煤粉炉相媲美，在污染物排放方面甚至更具竞争力。太阳能热动力泵按工作温度划分有低温、中温和高温三类。到 1981 年，全世界已安装太阳能热动力水泵 100 多台，这些水泵主要分布在第三世界国家。80 年代，非洲曾计划建造 5000 台
14、太阳能热动力水泵 7，印度计划在 1985 年前兴建 2000 座太阳能热动力水泵。美国也计划建造 1000 个太阳能热动力灌溉系统。法国5有几家公司生产太阳能热动力水泵，能提供 6-83kW 水泵系列产品，但太阳能热动力水泵 系统复杂，制造成本高，广泛应用受到限制。1.4 本课题的任务(1) 根据户用型水泵的要求，设计太阳能供电系统的结构；(2) 设计电路原理图；(3) 合理选用电路各元器件参数和型号。整个系统的控制一是通过人力，手动启动水泵工作以及关闭水泵的工作，其次是同志单片机来控制实现的，单片机的主要工作包括以下几点：一是采用最大功率点跟踪算法来优化太阳能电池板的工作效率；二是针对蓄电
15、池的充放电控制蓄电池是充电还是放电；三是保证光伏水泵驱动电路的恒流输出；四是结合控制器实现系统正常安全的运行。2 户用型太阳能水泵整体方案论证在分析国内外户用型太阳能水泵的一些成品以及新的研究成果的基础上，借鉴他们的成功经验，根据国内现有产品的现状，以及现有的技术水平，我们设计了基于单片机控制的户用型太阳能水泵。在系统设计中，结合实验的实际需要，完成了太阳能到电能的转变用于光伏水泵灌溉。2.1 系统总体结构设计图2 光伏水泵结构示意图Fig2 Photovoltaic pump structure schematic drawing光伏水泵系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，自动太
16、阳能跟踪系统、水泵等设备组成，下面简单介绍系统各部分设备 8：（1）太阳能电池方阵6在有光照（无论是太阳光，还是其它发光体产生的光照）情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生光生电压，这就是光生伏打效应。在光生伏打效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，是能量转换的器件。太阳能电池一般为硅电池，分为单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。此处已删除Fig8 Maintenance Free Battery3.3.1 蓄电池简介太阳能蓄电池是蓄电池在太阳能光伏发电中的应用 19，目前采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池，胶体蓄电池和碱性镍镉蓄电池四种。国内目前被广泛使用的太阳能蓄电池主要是：铅酸免维护蓄电池和胶体蓄电池，这两类蓄电池，因为其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点,很适合用于性能可靠的太阳能电源系统,特别是无人值守的工作站。白 天 太 阳 光 照 射
