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1、 本科毕业设计家庭式太阳能系统设计与实现系 院：姓 名：学 号：专 业：年 级：指导教师：职 称：完成日期：2012.05.01 摘 要20世纪70年代后，太阳能光伏发电在世界范围内受到高度重视并取得了长足进展。太阳能光伏发电技术作为太阳能利用的一个重要组成部分，并被认为是二十一世纪最具发展潜力的一种发电方式。太阳能光伏发电系统的研究对于缓解能源危机、减少环境污染以及减小温室效应具有重要的意义。本文主要从独立型家庭式太阳能照明系统来研究太阳能光伏发电的，以STC12C5410AD单片机为核心，对家庭式太阳能照明控制系统进行优化设计，解决了控制器如何对蓄电池及负载进行有效管理问题，充分提高太阳能
2、电池板的使用效率，延长蓄电池的使用寿命，防止因线路问题而造成的意外事件的发生；文中也详细介绍了太阳能发电系统的工作原理，还对家庭式太阳能光伏发电系统的各组成部分如太阳能电池，蓄电池，逆变器等各方面进行一个详细的分析，依据当地的气象参数对各部件进行相关的参数计算设计，计划实现能使100W以内的交流负载正常工作的家庭式太阳能发电系统，也计算出该系统每年节约用电量，以及所带来的环境效益，系统整体考虑比较周全，设计比较合理。关键词：光伏发电；家庭太阳能；节能环保；智能控制AbstractThesolar energy is inexhaustible,inexhaustibleandclean and
3、 safe,is an idealrenewable energy.After the 1970s,solar photovoltaicpower generationin the worldhas been attached to andmade considerable progress.Solar photovoltaic technologyastheutilization of solar energyis an importantpart ofand is consideredapower generationofthe twenty-first centurythe most d
4、evelopment potential.Solarphotovoltaic power generation systemtoalleviate the energy crisisand reduce environmental pollution, andreduce thegreenhouse effectis of great significance. In this paper,to studyfromhomesolar lightingsystems,stand-alonesolar photovoltaic power generationtoSTC12C5410ADmicro
5、controlleras the core of householdsolar lightingcontrol systemto optimize thedesign,toaddresshowthe controllerbatteryand loadmanagement issues, improve efficiency in the useofsolar panels, extending thebattery life,andtopreventtheoccurrenceofaccidentscaused due toline problems.Whichthefamilysolarpho
6、tovoltaic power generation system, an integral part ofsuchsolar cells,batteries, inverters,andother aspects ofa detailed analysis of thevariouspartswhentheparameters related tocomputational design,plan,100Wor lessAC loadpower generation systemofthenormalwork, calculatedeachyearto savepower consumpti
7、on, as well asenvironmentalbenefits, System as a wholetoconsidera more balanced,thedesignismore reasonableKeywords:photovoltaic;solar home;energy saving and environmental protection; Intelligent Control 目 录1 绪 论11.1 太阳能光伏发电的现状11.2 太阳能光伏发电利用的现状21.2.1 国外太阳能光伏发电利用状况21.2.2 国内太阳能光伏发电利用状况31.3.3 家庭式太阳能发电系统
8、的现状42 家庭式太阳能发电系统的组成和原理52.1 家庭式太阳能发电系统组成52.2 家庭式太阳能发电系统的工作原理52.3 家庭式太阳能发电系统的整体优点63 家庭式太阳能照明系统设计思路73.1 总体设计思路73.2家庭式太阳能照明系统组成原理框图73.3设计需要考虑的因素83.4 各数据计算83.4.1 所在地区的地理概况及基本气象资料83.4.2 太阳能电池组件计算93.4.3 蓄电池计算93.4.4 逆变器计算103.4.5 控制器计算103.4.6 太阳能电池组件安装103.4.7 系统收益(节电费用)分析114 各部件的组成及工作原理124.1太阳能电池组件的组成及其工作原理1
9、24.1.1太阳能电池的分类124.1.2硅太阳能电池工作原理与结构124.2 蓄电储能系统144.3 逆变器的工作原理154.4 电源控制器的组成及工作原理164.4.1 系统硬件结构164.4.2 电压采集与电池管理174.4.3 负载输出控制与检测电路174.4.4 硬件设计中的注意点184.4.5 系统软件设计18总 结22参考文献23致 谢24附 录251 绪 论1.1 太阳能光伏发电的现状随着常规能源的大量消耗，使得可再生能源越来越多的受到21世纪人类的关注。对能源资源消耗所引发的气候变化等一系列问题，不仅是对中国提出的挑战也是对世界提出的挑战。能源短缺使太阳能光伏发电越来越受青睐
10、。太阳能之所以受到世界各国越来越多的关注主要是因为其具有以下优点：(1)太阳的历史寿命长，与人类的历史(约30万年)相比，太阳具有长得多的寿命所以对人类来讲太阳能几乎是无限的能源：(2)太阳是十强大的能源供应体，太阳光大约以40G幽的功率倾注于地球，其30min内赐予地球的能量如果能够都为人类所利用的话，估计就能满足全世界一年的能源消耗；(3)太阳能不会造成环境污染、能源损失等社会问题，(4)能量获取简单直接。在使用现场就能从太阳光获得能量。1839年，法围科学家贝克雷尔(Bccquml)发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差这种现象后来被称为“光生伏打效应简称“光伏效席”。1954
11、年，美国科学家恰宾和皮尔挫在美圈贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。在太阳能的有效利用当中，太阳能光电利用是近些年来发展最快最具活力的研究领域之也是其中最受瞩目的项目之一。太阳能光伏发电具有水电、火电、核电所不能比拟的清洁性、安全性、普及性等优点。随着科学进步，光伏发电技术已可用于任何需要电力且有光照的场合。太阳能光伏发电技术是将太阳辐射能转换为电能的发电技术太阳能逆变电源具有寿命长、可靠性高、使用维护简单、安全性能好等特点。 据国际能源署预测，到2020年，全球光伏发电量将占总发电量的2。最近5年，德国、西班牙、日本等许多国家都在鼓励发展包括
12、太阳能光伏在内的可再生能源，光伏电池产量年平均增长率超过40。迅速“发酵”的国际市场也拉动了我国光伏产业的发展。据统计，目前我国已经成为全球第一大光伏电池生产国，太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但将替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50以上，太阳能光伏发电将占总电力的20以上；到2l世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80以上，太阳能发电将占到60以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源
13、领域重要的战略地位1。中国已成为继美国之后的世界第二大电力消费大国，但电力对中国经济发展的制约作用已开始显现，国内数以百万计的企业亟待进行节电改造。随着人们生活水平不断提高，社会经济活动和交流日益频繁与扩大，照明用电不断增加，充分利用电能、节约电能、保障电力品质，可以有效支持社会生产和满足人民对高品位生活的需求。随着太阳能光伏发电在人们生活中被逐步认识和大量应用，广泛使用绿色能源对减少二氧化碳和其它有毒气体的排放，防治大气污染，保护生态环境具有重要意义。因此，研究开发太阳能发电的绿色能源具有强烈的紧迫性6。1.2 太阳能光伏发电利用的现状1.2.1 国外太阳能光伏发电利用状况在化石能源日益稀缺
14、的背景下，各国均大力发展太阳能利用，其中日本、欧洲国家(德国)和美国等经济发达、能源消耗大的国家起步较早，在技术和应用上都处于领先地位。由于太阳能发电成本较传统能源高，因此需要政府给予政策扶持。从20世纪90年代末开始，欧美、日本等国家纷纷实行“阳光计划”，在太阳能发电的价格、税收、发展基金等方面给予较大优惠，同时，在政府资助下，欧洲一些高水平的研究机构也加大了太阳能利用的研究。欧美、日本等国家还制定了长期的能源发展战略，对太阳能的发展进行了长期规划。1997年6月美国提出“百万太阳能屋顶计划”，计划到2010年将在100万个屋顶或建筑物其他可能的部位安装太阳能系统，包括太阳能光伏发电系统、太
15、阳能热水系统和太阳能空气集热系统。欧洲也于1997年左右也宣布了百万屋顶计划，其中，在太阳能利用领域领先的德国联合政府在欧洲百万屋顶的框架下于1998年10月提出了计划在6年内安装10万套太阳能屋顶系统，总容量在300-500MW，每个屋顶约3-5KW。日本政府的计划目标是，到2010年安装500MW屋顶光伏发电系统2。 在各国政府的扶持下，世界太阳能电池产量快速增长，1995-2005年间，全球太阳能电池产量增长了17倍。2005年，全球太阳能电池年产量达到了1650兆瓦，累计装机发电容量超过5GW，其中，日本太阳能电池产量达到762兆瓦，增长率为27%；欧洲产量增加48%，达到了464兆瓦；美国增加12%，达到了156兆瓦；世界其他地区增加96%，达到了274兆瓦。我们预计，2010年全球太阳能电池的年产量有望达到10400兆瓦，较2005年的年产
