光伏电源系统的设计.doc

江汉大学毕业论文（设计）论 文论文题目 光伏电源系统的设计 （英 文） The design of photovoltaic power supply system 学 院 专 业 姓 名 学 号 指导教师 2012 年5月 日摘要系统利用52W太阳能板将太阳能转换为电能，用60Ah蓄电池将电能进行存储，通过所设计的控制器管理蓄电池的充放电，具有过充过放进行报警指示，以保护蓄电池的正常工作。电源具有直流输出和市电交流输出。为监控整个系统的储能和用电情况，设计电路对太阳能电池板输出的电流和电压，蓄电池工作时的电流和电压，逆变器输出的市电交流电流实时采样，低功耗的MSP430F149单片机对电路参数进行数据处理，利用液晶显示蓄电池的剩余电能，做到方便户外合理分配用电。本系统设定输出功率为100W，方便户外小型电器使用，如手提电脑、小电视、电风扇和台灯等。为适于户外需要，安装了热释电红外报警器、亮度可调的节能的LED照明灯，可调节温度的半导体保温垫。系统结构合理，装配简单，使用方便，功能多样，节能环保。为家庭户外使用提供了很好的电源保障。关键词太阳能发电；逆变器，控制器，蓄电池容量检测，户外用装置，单片机Abstract : System use the 52W solar energy board the solar energy transfer for electric power，with the 60Ah battery stores electrical energy. Through the proposed controllers management battery charging and discharging , has put in charge of the warning function , to protect the normal work of the battery . Besides, the syetem supply the dc output and the utility ac output.For monitoring the entire system of energy storage and electricity supply and the utility ac output , Real-time sampling circuit designed for olar panels of the output current and voltage , battery work of electric current and voltage , inverter output of alternating current to the utility . Of low power consumption MSP430F149 the monolithic integrated circuit to the circuit parameters for data processing . The rest of the liquid crystal display (LCD) battery power, be convenient outdoor reasonable allocation of electricity . This system set power output for 100 W, convenient small electrical appliances outdoor, such as laptops, small TV, electric fan and desk lamp, etc.For suitable for outdoor need, install the pyroelectric infrared alarm, brightness adjustable energy-saving LED lights, which can adjust the temperature semiconductor insulation pad.System structure is reasonable, the assembly simple and easy to use, functional diversity, energy conservation and environmental protection. For outdoor use family provides a good power supply security.Keywords : Solar power, Inverter, Controller, Storage battery capacity test, Outdoor use device, Microcontroller .1. 概述1.1. 系统设计背景 所谓光伏电源系统，就是利用太阳电池半导体材料的光生伏特效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统。“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。有了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流的回路进入70年代后，二次石油危机的影响，使人们认识到：现有的能源结构必须彻底改变，应加速向未来能源结构过渡。从而使许多国家重新加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持（尤其是工业发达国家）。我国是一个发展中的大国，同时是一个资源消耗大国，而人均资源储量又偏低。因此快速的工业化进程和巨大的消费性需求使我国对资源对外具有很强的依赖性。环境污染和能源短缺已经直接威胁我国的可持续发展。与此同时，我国很多居住在偏远地区的人们还没有用上电。这些客观条件迫使我们更加努力的寻找和开发新能源，而太阳能光伏发电就是其中之一。光伏电源系统相比其他发电系统有许多优点：（1）它的能源取之不尽用之不竭，而且无污染；（2）没有动作部件，不会产生噪声，运行可靠；（3）无论规模大小，其发电效率几乎是相同的；（4）分布及其广泛，凡是太阳能照到的地方就能发电；（5）轻便，易安装维护；（6）能在用电现场发电。近年来，以太阳光为能源的太阳能光伏电源技术不断发展，因其具有环保、节能双重优势，而得到广泛应用。针对边远地区农牧民、哨所和野外作业等，设计一种小型的太阳能光伏电源系统，配置必要的户外用装置，具有拆装移动方便、适于野外的中小功率电器使用和价格低廉等特点，同时对小型电源系统实时监控，显示蓄电池的剩余电能以方便合理使用。1.2. 系统设计思想系统由太阳能电池阵列、充电放电控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器、电流电压实时监控、户外用装置（报警器、照明灯和保温垫）等部分组成。其系统组成如图1所示： 图1 小型独立太阳能光伏电源系统框图各模块设计目标参数如表1所示：组成部分电气参数功能要求太阳能电池板52W太阳能电池单体串联并联结合的单晶硅电池板。蓄电池12V/60AH铅酸蓄电池，它需要定期加蒸馏水。逆变器100W输出为50Hz、220V5%的交流电（方波）。控制器12V/3A以MSP430F149为核心的控制和显示，具有过流短路保护、过充过放报警灯保护功能。直流输出+12V，+5V提供常用直流输出。实时监控%蓄电池工作时的剩余电能。户外用装置热释电红外报警器，亮度可调的节能LED照明灯，可调节温度的半导体保温垫。表1 基本设计指标2. 系统设计功率计算2.1. 太阳能电池板2.1.1. 光伏效应太阳能硅电池原理的基础是基于半导体PN结的光生伏特效应，就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光照射PN结时，在半导体内的原子由于获得了光能而释放电子，相应地还产生了电子空穴对。在势垒电场的作用下，电子被驱向N型区，空穴被驱向P型区，从而使N型区有过剩的电子，P型区有过剩的空穴。于是，就在PN结的附近形成了与势垒电场力方向相反的光生电场。光生电场的一部分抵消势垒电场，其余部分使P型区带正电，N型区带负电。从而，就使得在N型区与P型区之间的薄层产生了电动势，即光生伏特电动势，当接通外电路时便有电能输出，如图2所示：图2 光伏效应原理图在PN结内形成自n区向p区的光生电流，有式中：A为pn结面积，q是电子电量，w是势垒区宽度，、分别为电子、空穴的扩散长度，是量子产额，即每吸收一个光子产生的电子-空穴对数。表示以光子数计算的平均光强度（即单位时间内单位面积被半导体材料吸收的光子数），式中d是pn结的厚度，为半导体材料的吸收系数，是在pn结表面的激励光强度。根据爱因斯坦关系式，电子和空穴的扩散长度和可表示为，式中：为波尔兹曼常数，T为开氏温度，、分别为电子、空穴迁移率。2.1.2. 太阳能电池阵列太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为4cm到100 cm不等。太阳能电池单体的工作电压约为0.5V，工作电流约为2025mA/ cm，一般不能单独作为电源使用。将太阳能电池单体进行串并联封装后，就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串并组合安装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，可以满足负载所要求的输出功率。太阳能电池的输出特性如图3所示，从图中可以看出，太阳能电池的伏安特性具有强烈的非线性。 图3 太阳能电池的伏安特性2.1.3. 太阳能电池组件选型单晶硅太阳能电池,以高纯度的单晶硅棒为原料，是当前开发得最快的一种太阳能电池。它的构造和生产工艺目前已经定型，并且产品已广泛用于空间和地面。随着太阳能技术的发展，单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好等特点，而且成本在持续降低。考虑到以上因素，本系统选择单晶硅材料的太阳能电池板。为了使太阳能发电系统能为负荷提供足够的电源，就要根据用电器的功率，合理选择部件。设计要求负载输入220V交流功耗200W，每天工作时数8h，保证连续阴雨天23天正常工作，负载日耗电量7.3Ah。一般年均辐射量105Kcal/cm,经简单计算峰值日照时数约为4h。所需要的太阳能组件的总充电电流为1.057.31.34（40.9）=2.85A，其中设两个连续阴雨天之间的最短天数为20天，系数为1.34，太阳能电池组件系统综合损失系数为1.05，蓄电池充电效率为0.9。则太阳能组件的最少功率数为17.52.85=50W，选用太阳能电池板峰值输出功率为52W，应该可以保证系统正常运转。经测试，当太阳能电池板与水平面的夹角为50度时，太阳能电池板的电压最大。考虑到太阳光的照射角度随着季节变化，从30度到60度，为了使阳光能尽可能多地垂直照射，同时倾斜角越大，电池板上的灰尘杂物越容易滑落下来，本系统固定太阳能电池板与水平面的夹角为50度。2.2. 蓄电池的选型蓄电池组是光伏系统的贮能装置，它将太阳能电池方阵从太阳辐射能转换来的直流电转换为化学能贮存起来。适用于光伏系统的电池被称为蓄电池或深循环电池。有两种类型的深循环电池：一是铅酸蓄电池，它需要定期加水；二是固态电解质（或称凝胶电池）电池，这种免维护。太阳能电池方阵配用的蓄电池组通常是在半浮充电状态下长期工作，它的电能量比用电负荷所需要的电能量要大，因此多数时间是处于浅放电状态。并且考虑到太阳能光伏电源系统对蓄电池有以下要求：(1) 自放电率低；(2) 价格低廉；(3) 充电效率高；(4) 深放电能力强；(5) 使用寿命长；(6) 工作温度范围宽；(7) 少维护或免维护。综上考虑，本系统选择固定式铅酸蓄电池，该电池性能优良、质量稳定、容量较大、价格较低,是我国光伏电站目前选用的主要贮能装置。铅酸蓄电池的化学反应示意图如图4所示：图4 铅酸蓄电池的化学反应示意图蓄电池组容量的计算公式为： 式中： C-蓄电池容量，Wh；E0-平均每天负荷用电量，Wh；D-蓄电池自给放电天数； -蓄电池放电效率（取0.9）。据以上参数所得到的蓄电池的容量为Wh，要换成蓄电池的常用单位还要除以系统电压。另外，在选容量是还要考虑温度等因素，所以应适当选取容量大一点的蓄电池。根据日用电量200Wh计算，要求蓄电池自给天数为3天，由公式 蓄电池电压为12V则蓄电池容量为666.67/12=55.56Ah ，选取容量大一点的为65Ah。蓄电池的输入特性曲线接近太阳能电池方阵的最大功率线，两者本质上具有良好的匹配特性。因此在小型户用系统中要合理选择太阳能电池的串并级数，使阵列在最大功率点附近的运行电压近似于蓄电池的端电压，使太阳能电池阵列和蓄电池直接耦合，就可以获得蓄电池和太阳能电池方阵之间的电压最佳匹配，从而省去MPPT和CVT控制器，降低系统成本，提高系统的可靠性，有利于小型户用系统的推广应用。蓄电池的参数为12V，60Ah，蓄电池的容量为720Wh。计算满电瓶时220V交流负载的工作时间，逆变器的功率为100W，笔记本电脑的功率为90W，逆变器的输入电流为190/12=15.8A，工作时间为60/15.8=3.8h;小电视的功率为20W，能够工作6h；电风扇的功率为40W，能够工作5.1h；台灯的功率为25W，能够工作5.8h。计算满电瓶时12V直流负载的工作时间，亮度可调的节能LED照明灯10W，可调节温度的半导体保温垫12W，总共22W，总共的工作电流22/12=1.8A，工作的时间为60/1.8=33.3h。2.3. 充放电控制器的设计52W的太阳能电池出板最大输出电流为2.85A， 因此应该选取充电电流至少为的充电控制器。铅酸蓄电池已普遍应用于太阳能光伏电源系统。铅酸蓄电池的使用寿命与是否过充电或过放电有很大关系，只要在太阳能光伏电源系统工作过程中保持蓄电池不过充电，也不过放电，就能延长使用寿命，让其正常工作5年以上。控制器还具有负载过流、短路保护、防反冲保护功能。采用电压比较法，设计并制作太阳能电池充放电控制器，可有效地防止蓄电池过充电和过放电，电路图如图5所示。图5 充放电控制器电路示意图当太阳光照射的时候，硅太阳电池组件产生的直流电流经过J1-1常闭触点和R1，使LED1发光，等待对蓄电池进行充电；K闭合，三端稳压器输出V电压，电路开始工作，过充电压检测比较控制电路和过放电压检测比较控制电路同时对蓄电池端电压进行检测比较。当蓄电池端电压小于预先设定的过充电压值时，A1的脚电位高于脚电位，脚输出低电位使Q1截止，Q2导通，LED2发光指示充电，J1动作，其接点J1转换位置，硅太阳电池组件通过D对蓄电池充电，蓄电池逐渐被充满。当其端电压大于预先设定的过充电压值时，A1的脚电位低于脚电位，脚输出高电位使Q1导通，Q2截止，LED2熄灭，J1释放，J1-1断开充电回路，LED1发光，指示停止充电。当蓄电池端电压大于预先设定的过放电压值时，A2的脚电位高于脚电位，脚输出高电位使Q3导通，Q4截止，LED3熄灭，J2释放。其常闭触点J2闭合，LED4发光，指示负载工作正常，蓄电池对负载放电时端电压会逐渐降低。当端电压降低到小于预先设定的过放电压值时，A2的脚电位低于脚电位，脚输出低电位使Q3截止，Q4导通，LED3发光指示过放电，J2动作，其接点J2-1断开，正常指示灯LED4熄灭。另一常闭接点J2-2（电路中未使用）也断开，切断负载回路，避免蓄电池继续放电。闭合K，蓄电池又充电。3. 逆变器的设计3.1. 方波逆变电路的设计基于性价比和本系统的研究性出发，选择了简单的方波逆变电路设计方案。电路图如图6所示：图6 逆变电源电路图SG3525A集成脉宽调制芯片将蓄电池输出的直流电压转换成频率为50Hz的SPWM波，以MOSFET 模块组成的推挽电路，通过滤波电感和电源变压器将其转换为220V的交流方波电压，采用这种方式系统结构简单，易于实现。SG3525内置了5.1V精密基准电源，微调至 1.0%，在误差放大器共模输入电压范围内，无须外接分压电组。SG3525还增加了同步功能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。在CT引脚和Discharge引脚之间加入一个电阻就可以实现对死区时间的调节功能。由于SG3525内部集成了软启动电路，因此只需要一个外接定时电容。CT(引脚5)：振荡器定时电容接入端。RT（引脚6）：振荡器定时电阻接入端。Discharge(引脚7)：振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，构成放电回路。11 脚和14 脚输出相位相差180的方波信号，可直接驱动N型场效应功率管，拉电流和灌电流峰值达200mA。由于存在开闭滞后，使输出和吸收间出现重迭导通。在重迭处有一个电流尖脉冲，起持续时间约为100ns。可以在13 脚处接一个约0.1uf 的电容滤去电压尖峰。SG3525的振荡频率表达式 本设计中取： = 0.47f， = 10k， 电位器=118k， 3.2. 变压器的设计在低频、大功率的情况下，采用硅钢片铁芯。铁芯截面积,设定变压器额定功率P=100W，则K取值1.25，计算铁芯截面积S=12.5cm2。初级绕组两端电压与铁心截面积和工作频率等参数的关系可以用公式表示如下：V=4.4410-8SKFBN式中 S - 铁心截面积（平方厘米）；K - 硅钢片间隙系数（0.90.95）；F - 逆变器工作频率（赫兹）；B - 饱和磁通密度（T）；N - 线圈的匝数（圈）；V - 初级绕组的电压（伏特）。K的数值与硅钢片的厚度以及片与片之间的间隙有关，铁心层迭越紧，K值越高，一般K取0.9即可。逆变器的工作频率，主要由内部选择的铁心决定。采用硅钢片铁心，逆变器工作频率低于2KHZ。采用不同的铁氧体磁心，工作频率在2KHZ40KHZ之间。如果工作频率超出了磁心的固有频率，则高频损耗十分严重。饱和磁通密度B，对不同规格的硅钢片，其值不相同，一般在0.51.4T之间。硅钢片薄而质地脆，则磁性好，B可取大些；硅钢片厚而质地软，则磁性差，B可取小些。初级绕组双线并绕，绕制变压器时，使用每伏匝数，可用下式表达：每伏匝数 N =2500/SKFB ；式中K为硅钢片间隙系数（0.90.95）；线 径 D(mm)=0.715。本设计采用规格为100W的JBK电源变压器，初级线圈直径为1.45mm,双线并绕24匝，头尾相接；次级线圈直径为0.38mm,400匝。3.3. 逆变器的效率分析功率转换是逆变器的核心，也是整个系统设计的重点，它把12V 的直流电变换成50 Hz、220 V 的交流电，其关键部件为两只大功率MOS场效应晶体管和一只12V220V高效变压器。本系统设计的是方波逆变器，场效应管工作在开关状态，记录下5组测量数据，计算出电路效率的平均值；记录结果见表2：表2 五组功率记录结果输入电流Ii/A输入功率Pi/W输出电流Io/A输出功率Po/W效率2.428.80.0817.661.1%2.3628.320.07215.8455.9%2.2226.640.07516.561.9%2.25270.07817.1663.5%2.4429.280.08218.0461.6%电路效率的平均值为：=60.8%逆变器的类型有两种：开关型（非线性）、线性。我们通常说的“甲类”电路，属于线性逆变器，因此它的工作效率也是比较低的。开关型逆变器的最后输出级是工作于高频开关状态，从理论上说效率高达100%，但实际电路由于存在开关损耗和电磁损耗，所以一般效率为90%，并不奇怪。逆变器得工作原理就是利用三极管作甲类放大器,在电源一接通的瞬间,相当于有一信号送至三极管放大,放大的信号又被反馈回来放大产生自激,最后由变压器传出,只能说是甲类放大器,效率最大只有50%,而实际只有30%,这是实验证明了的,不可能大于50%,因为三极管工作在甲类,主要是为了保证得到圆滑的正弦交流波电压,三极管虽然是开关管,可是却工作是放大区,甲类放大器的效率较低,如果工作在开关区,虽然效率提高,可是电压波形就不是正弦波了,对一般的家电是有危害的。目前，非正弦逆变器效率可以达到97.2%左右，继续提高的效率空间也极其有限。一些公司尝试以其他方式改善太阳能发电的效率，其中以TI推出的“微逆变器”和NS的“电源优化器”最具代表。所以，本系统所设计的逆变器效率较低，而且不是正弦波输出，有待今后改进。逆变器的波形图如图7，8所示，变压器输出220V通过电阻串联分压1/45，得到采样点的电压Vp-p=10V, 频率50Hz。 图7 逆变器空载波形 图8 逆变器带负载波形4. 系统的智能控制系统以低功耗的MSP430F149单片机为控制核心，实现对蓄电池的科学充放电管理，指示蓄电池过压、 欠压等运行状态。为监控整个系统的储能和用电情况，设计电路对太阳能电池板输出的电流和电压，蓄电池工作时的电流和电压，逆变器输出的市电交流电流实时采样，单片机对电路参数进行数据处理，利用液晶显示蓄电池的剩余电能，做到方便户外合理分配用电。4.1. 直流负载电压采样采用简单方便，对整个电路影响较小的，大电阻并联分压的方案，进行电压采样。取样电阻选1M与100k串联分压，然后取电压的十分之一进行测量(在0.8V1.8V之间)。两路电压取样点，连接到单片机A/D转换通道的P6.0和P6.1。4.2. 直流负载电流采样康锰铜电阻丝是电流测量中很常用取样电阻，其特点在于温度漂移量非常小。康锰铜两种电阻丝的性能用途无本质区别，二者的电阻率相差不多，康铜的工作温度范围较宽，约是锰铜的5倍以上，但康铜的电阻温度系数却是锰铜的4倍以上，另外由于康铜的镍含量较高，估计锡焊时，采用普通助焊剂不如锰铜易于焊接。总体而言，二者均可用做制造精密电阻的材料，但电阻增大则电路效率下降，本系统选用电阻为0.06，过电流能力在10A以上的康铜丝作为电流取样电阻，来产生取样电压，取样电压最多不超过0.18V，采用INA128来放大产生的取样电压，如图9所示： 图9 直流电流取样电路 电流取样时将电流转化为电压，并放大到单片机可进行A/D转换的电压范围。两路电流取样点，连接到单片机A/D转换通道的P6.2和P6.3。4.3. 交流负载电流采样电流互感器原理是依据电磁感应效应的。电磁感应效应可以用麦克斯韦电磁理论来解释，即由式知道交变电流会在其周围空间产生交变电磁场，稳恒电流会在其周围空间产生稳恒磁场，在一次绕组线路中有交变电流，产生了交变的磁场，通过磁铁传给二次绕组线路。由式知道变化的磁场能够产生变化的电流，在二次绕组线路的回路中就有变化磁场，就会感应出电流，这就是电磁感应。电流互感器的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，流过它的电流会很小，如图10所示：图10 电流互感器原理图图中电压的关系为：，一次绕组的功率为，二次绕组的功率为。在不考虑能量损耗的情况下，有，即，得到。从电流与线圈匝数的关系可知，电流大小与线圈匝数成反比，二次绕组的线圈多，从而电流小，起到了保护电路的作用。通过电流互感器L1把电路中的电流感应到检测电路中，转换比例是5A/5mA，感应电流与电阻R1的乘积为感应到的电压，然后将感应电压送入OP37放大器，放大器的放大倍数为10倍，放大后的电压送入AD637，起作用是将感应到的交流电压转换成直流，这样输出电压就可以送给单片机，让单片机采样进行检测。如图11所示： 图11 交流电流取样电路图4.4. 蓄电池实际容量的检测蓄电池的实际容量是电池的一个重要指标。蓄电池在放电的条件下，由于外电路放电的需要，导致内部电解液中离子的运动。离子的运动有趋极效应，即在电池的内部的正负极附近，有不同浓度的离子存在，形成浓差极化。电化学极化是化学电极在电化学反应时的特征，即在放电时电极电位会自动向减少位差的方向偏移。在两种极化作用下，导致正极电极电位下降，负极电极电位上升。总的结果，使电池的端电压下降，宏观上表现出电池内阻增大。蓄电池的动态内阻值，与蓄电池的实际容量直接相关。用适当的检测电流，检测电池的负载电压，本质就是测量电池的动态内阻，通过对负载电压的测量，可快速测量出电池的实际容量。为保障蓄电池的安全运行，采用可信度较高负载电压法检测蓄电池的实际容量。负载电压法即对电池施加一个电流进行放电，记录其特定时间的电压值，其电压值与电池实际容量的对应关系很好，根据这一原理可以测定电池实际容量。用CS-4001电池容量测试仪对系统的铅酸蓄电池测试，得出的数据如表3所示， 其曲线图如图12所示。表3 负载电压和容量的对应关系表容量 %1009080706050403020100电压/V12.0111.7111.4011.0910.8110.4910.189.929.529.128.71 图12 负载电压和容量的对应关系图将负载电压和容量的对应关系表存入单片机，当单片机检测到蓄电池的负载电压时，通过查表，显示蓄电池的实际容量。图13是液晶实时显示效果图。图13 液晶实时显示效果图4.5. 软件流程图为实时显示电压，剩余电量以及可用时间，用MSP430F149单片机进行实时采样。MSP430F149单片机集处理能力强，运算速度快，超低功耗，片内资源丰富，方便高效的开发环境等显著优点于一体。程序设计流程为，先进行时序控制的设计，然后等待采样数据，最后显示数据。采用A/D中断，可以实时监控电流电压的变化，流程图如图14所示：图14 软件流程图5. 户外用装置为方便户外以及偏远地方的使用，该系统特意设计以下户外装置，更方便，实用。5.1. 直流输出电路为给直流用电器供电，设计可提供5V、+12V直流电压。+12V直流电压可以直接来自蓄电池，然后分别送给7806、7805和7812三个稳压芯片，得到+6V、+5V和+12V稳压电源，+6V、+5V和+12V可以给外接直流电器供电。+6V电源之后接一个DC/DC模块，DC/DC为4.59V输入，可以得到稳定的+5V和-5V输出，其中+5V和-5V电源可以给放大电路供电，也可以给外接直流用电器供电，如图15所示：图15 直流输出电路5.2. 热释电红外报警器热释电红外报警是利用红外光敏器件将活动生物体发出的微量红外线转换成相应的电信号，并进行放大、处理，对被监控的对象实施控制。它能可靠的识别运动着的生物体，同时还具有监控范围大、隐蔽性好、抗干扰能力强和误报率低等特点。传感器前安装的菲涅尔透镜可以像凸透镜那样把接收到的红外辐射信号聚集起来，起到放大信号的作用，能接收较远距离的红外信号。热释电红外报警器主要由光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大、信号处理和报警电路等几部分组成。图16所示的是将待测目标、菲涅尔透镜、热释电红外传感器相结合使用时的工作原理示意图。图16 热释电红外报警器整体框图 菲涅尔透镜可以将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上，同时也产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元要求信号不断变化的特性； 热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用； 信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为报警功能的实现打下基础。电路图如图17，18所示，热释电红外传感器采集到微小变化的红外线信号后，经电容滤波传到红外热释电处理芯片BISS0001，将微小信号放大，再把该信号通过74LS123单稳态触发器延时，最后经三极管放大驱动扬声器工作。图17 信号处理电路图18 信号放大电路5.3. 温度可调的半导体保温垫半导体制冷片是根据珀尔帖效应做成的，即当电流流经两个不同导体形成的接点时，接点处会产生放热和吸热现象，放热或吸热大小由电流的大小来决定。珀尔帖效应的产生原因是由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。接通直流电源后，电子由负极(-)出发，首先经过 P 型半导体，在此吸收热量，到了 N 型半导体，又将热量放出， 每经过一个NP 模组，就有热量由一边被送到另外一边，造成温差，从而形成冷热端。利用半导体制冷片设计了半导体保温垫，设计电路实现了温度可调，以适于户外环境。电路中，78L05能够稳5V的电压，TL431能够稳2.5V的电压，两者串起来就能够稳7.5V的电压。稳定电压通过运算放大器加到R5上面，运算放大器起到隔离的作用，流过R5的电流超过1A，并且是一个稳定值。三极管保证流过R5的恒定电流通过半导体制冷片，使其正常工作。实际测试达到了很好效果，调节R3使输出电流值在01.10A可调。电路图如图19所示：图19 温度可调的LED灯电路图5.4. 亮度可调的LED灯电路分析：TL431稳压管输出的稳定电压经过运算放大器隔离，加到R3上面，使通过R3的电流为稳定值，再通过三极管加到灯泡的一端，使其正常工作。经测试，LED灯的电流变化范围：00.45A，通过调节R4，可以调节LED的亮度。电路图如图20所示：图20 亮度可调的LED灯电路图6. 结束语我国是一个发展中的大国，同时是一个资源消耗大国，而人均资源储量又偏低。 因此快速的工业化进程和巨大的消费性需求使我国对资源对外具有很强的依赖性。环境污染和能源 短缺已经直接威胁我国的可持续发展。与此同时，我国很多居住在偏远地区的人们还没有用上电。这些客观条件迫使我们更加努力的寻找和开发新能源，而太阳能光伏发电就是其中之一。光是一种清洁、可再生能源，并且太阳能资源在我国广泛分布。由于我国是一个能源消耗大国，并且人口分布极不合理，因此发展太阳能光伏发电系统对于我国的可持续发展、保持能源供给的独立 性和安全性，以及分散人口地区居民用电具有重要意义。对能源的需求，对新技术的追求以及人们不断提高的物质文化的需要，都将促使太阳能光伏技术成为关键技术，而家用太阳能光伏发电系统也必会走进千家万户。踉踉跄跄地忙碌了两个月，我的毕业设计课题也终将告一段落。也基本达到预期的效果，虚荣的成就感在没人的时候也总会