多功能家庭太阳能装置

1、多功能家庭太阳能充电装置摘 要：由于全球变暖，冰川消融，海平面一直在上升，这直接危害到人类的生存！为了寻求替代能源，而太阳能无疑是最好的选择。太阳能充电器使用太阳能电池板，将太阳辐射光能转变为电能后，经升压、稳压、充电电路对电池进行充电，当电池充满后系统自动停止充电。该充电器输出电压稳定，采用模块式结构，应用范围广， 适用于多种型号电池的充电。关键词： 太阳能充电器 控制电路 模块式结构1 太阳能资源利用硅太阳电池的发展，始于1954年在,美国贝尔研究所试制成功，次年便被用做电信装置的电源，1958年又被美国首次应用和于“先锋1号”人造卫星。宇宙开发极大地促进了太阳电池的开发。与此同时，地面用

2、太阳电池的研究也在不断开展，特别是1973年的能源危机，又大大加速了地面太阳电池的发展。许多国家为开发、利用太阳能电池，为阳光发电的研究投入了相当数量的资金。迄今为止翱翔于太空的成千个飞行器中，大多数都配备了太阳能电池系统。第一颗人造卫星上天，是光伏技术开发利用的起点，经过近五十年的发展，它已形成一门新的光伏科学与光伏工程。无论是在宇宙飞行中的应用，还是作为地面发电系统的应用，从开发速度、技术成熟性和应用领域来看，光伏技术都是新能源中的佼佼者。 太阳电池作为有潜力的可再生能源，在地面上逐渐得到推广。太阳电池的成本及售价也在逐年下降，多年来太阳电池的产量一直以10-25%的增长率在增加。1990

3、年世界太阳能电池组件的产量70MW（兆瓦），我国为1.2MW，主要是用在太阳光照好的边远地区。到2001年全世界太阳电池的产量达到350MW，我国太阳能电池的实际产量已达到4.5MW，累计安装量已超过20MW。我国是个发展中国家，地域辽阔，有许多边远省份和经济欠发达地区。据统计目前我国尚有700万户（2800万人口），还没有用上电，60%的有电县严重缺电。这些地区在短期内不可能靠常规电力解决用电问题，光伏发电则是解决分散农、牧民用电的理想途径，市场潜力非常巨大。 光伏发电具有许多优点：如：安全可靠、无噪声、无污染、能量随处可得，不受地域限制，无须消耗燃料，无机械转动部件，故障率低，维护简便，可

4、以无人值守，建站周期短，规模大小随意，无须架输电线路，可以方便地与建筑物相结合等，这些优点都是其它发电方式所不及的。 目前国际上大量使用的电池为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池三种，这三种电池约各占1/3的市场，我国目前有7个太阳电池生产线，主要是生产单晶硅及非晶硅太阳电池，多晶硅太阳电池也有少量生产。我国生产单晶硅太阳电池的效率在12-13%，多晶硅太阳电池在10%，非晶硅太阳电池在5-6%。晶体硅太阳电池在研究上是朝着高效率化、薄片化、大面积化的方向发展。1995年我国晶体硅太阳电池组件的参考价格为45元/瓦，非晶硅太阳电池组件为25元/瓦，仍为常规能源的几倍，但在无电地区及

5、拉线不方便的地方，已产生了良好的经济效益。2系统设计方案太阳能电池在使用时由于太阳光的变化较大，其内阻又比较高，因此输出电压不稳定，输出电流较小，这就需要用充电控制电路将电池板输出的直流电压变换后供给电池充电。当光线条件适宜时，通过太阳能电池板吸收太阳光，将光能转换为电能。由于太阳能电池板输出电压不稳定，故增加了稳压电路，通过稳压电路、充电电路为负载电池充电，同时还可以为内部的蓄电池充电以备应急之需。当光线条件不好时，太阳能电池板输出电压较低，达不到充电电路的工作电压，因此增加了升压、稳压电路，为充电电路提供一个较稳定的工作电压。当遇到阴天、夜间等光线条件很差的情况时，可利用系统内部的蓄电池并

6、通过升压电路为后续设备充电。另外，该充电器还设计有照明灯，当夜间光线较暗时，通过蓄电池为照明灯供电，可供应急之需。3太阳能电池板的选用太阳能电池板是太阳能供电系统工作的基础，是该充电器的核心部分，其功能是将太阳光的辐射能量转化为电能，它的光电转化效率决定了供电系统的工作效率，故光电转化率是一个重要的参数。目前太阳能电池主要分为单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳能电池。其中单晶硅太阳能电池板的光电转换率为15%20%，甚至可达到24，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。多晶硅电池板的转化率约为12%左右，非晶硅约为10%左右，在能量转换效率和使用寿命

7、等综合性能方面，单晶硅、多晶硅电池优于非晶硅电池1，故本系统的太阳能电池板采用单晶硅电池。如今的便携式数码设备种类较多，所需电压电流不等，对于输入功率较大的设备，必须采用面积较大的电池板，而这又给携带带来不便。因此该设计采用模块式组合，根据不同充电负载的需要，将太阳能板进行组合以达到具有一定要求的输出功率和输出电压的一组光伏电池。本文以手机、MP3等常用小功率用电设备为例，说明其太阳能充电器的设计过程。所选用的太阳能电池板技术参数指标如下: 尺寸120mm×45mm，峰值电压6V，峰值电流100mA，标称功率0.6W。考虑被充电池的电流不同所需充电时间不等，采用四块相同参数电池板进行

8、串、并联，实测电池板的输出电压最大值为10.8V,电流最大可达212mA，总标称功率为2.4W左右,实际输出可根据不同的被充电对象进行平滑调整。另外，由于在不同的时间、地点太阳光照强度不定,使太阳能电池输出的电压、电流不稳定,故本设计加入相应的升压、稳压等控制环节。4太阳能电池（1）太阳能电池的种类太阳能光伏发电系统是利用光生伏打效应原理制成的太阳能电池将太阳能直接转换成电能的。太阳能电池单体是用于光电转换的最小单元。它的尺寸约4平方厘米到100平方厘米。太阳能电池单体工作电压为0.45一0.50伏，一般不能单独作为电源使用。将姗能电池单体进行串联，并联和封装后，就成为太阳能电池组件。它的功率

9、从几瓦到几百瓦，可以单独作为电源使用。太阳能电池再经过串联，并联并装在支架上，就构成了大阳能电池方阵。它可以输出几百瓦，凡千瓦或更大的功率，是光伏电站的电能产生器。常用的太阳能电池主要是硅太阳能电池。目前世界上有三种己经商品化的硅太阳能电池: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。单晶硅太阳电池是当前开发最快的一种太阳电池，它的结构和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999%。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。单晶硅太阳能电池的制造成本最高，但光电转化效率也最高，最高的

10、达到24%。目前多晶硅太阳电池使用的多晶硅材料，多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅材料和冶金级硅材料熔化浇铸而成，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后，即得多晶硅锭。这种硅锭可铸成立方体，以便切片加工成方形太阳电池片，可提高材料利用率和方便组装。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，其光电转换效率约12%左右，稍低于单晶硅太阳电池，但其材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。 （2）太阳能电池的保护光伏系统在运行中要注意对太阳能电池组件(俗称太阳能板)的保护。这种保护分为两类机械化学方面的保护和电方面的保护。机械化学方面的保护是指在封装及安装太阳能板的

11、时候要考虑其防腐，防风，防雹，防雨的能力电方面的太阳能光伏发电系统的基本组成与基本原理保护是指连接旁路二极管，连接防反充二极管等。在一定的条件下，一个串联支路中被遮蔽的太阳能电池组件，将被当作负载消耗其它有光照的太阳能电池组件所产生的能量。被屏蔽的太阳能电池组件将发热，这叫热斑效应。为了防止太阳能电池组件由于热斑效应而受到破坏，需要在太阳能电池组件的正负极间并联一个旁路二极管。在太阳能板的保护中还用到一种防反充二极管，又称阻塞二极管，其作用是避免由于太阳能板在阴雨天和夜间不发电时，或太阳能板出现短路故障时，蓄电池组通过太阳能板放电。防反充二极管串联在太阳能板中起单向导电作用。大型系统中还要防雷

12、。5单片机电路介绍单片机控制电路图本次设计本人采用了STC12C5408AD单片机.该单片机是宏晶科技生产的单时钟机器周期的单片机，是高速低功耗超强抗干扰是新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路，四路PWM，8位高速10位A/D转换，针对电机控制，超强抗干扰。 STC12C5408DA管脚图管脚说明图 6铅蓄电池的充电特性锂蓄电池选用锂离子电池。锂电池具有重量轻容量大无记忆效应等优点，因而得到普遍应用。锂电池的能量密度很高，它的容量是同重量的镍氢电池的1.5-2倍，而且具有很低的自放电率。此外，锂电池似乎没有记忆效应以及不含有毒

13、物质等优点。但是对于锂电池的充电过程，要求是比较严格的。影响蓄电池寿命的因素有:放电深度，过充电程度等。在光伏系统中蓄电池的放电深度不是恒定的，它随天气状况和季节而变。在天气晴朗的夏日，蓄电池放电深度小;在天气阴沉的冬日，蓄电池放电深度大。过充电程度也随季节天气变化，在冬季，蓄电池可能从没充满过，在夏天，蓄电池可能经常是满的。为了延长蓄电池的寿命，必须合理的控制蓄电池的放电与充电。当蓄电池放电到一定程度时，应停止放电，防止过放电减少蓄电池寿命;当蓄电池充电到一定程度时要停止充电和减小充电电流，防止不合理的过充电对蓄电池造成损害。锂蓄电池的充电曲线如图2-2图2-2 锂蓄电池充电曲线锂蓄电池的充

14、电过程：（1）如果开始充电时，电池电量很低，那么必须用小电流（大概0.24A）开始充电，即涓流充电。如果电压高于5V就不必进行这个步骤。（2）当电池电压大于5V可以开始大电流充电，恒流充电。随着充电的进行，电池电压逐渐升高。（3）当电池电压达到或接近充满电压（如5V左右）时，则要开始转入恒压充电：当电流减少到大概0.25A左右，则停止充电。致谢本课题在选题及研究过程中得到*老师的悉心指导。老师们多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拔、热忱鼓励。老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅受我以文，而且教我做人，对老师的感激之情是无法用语言来表达的。通过这次实训设计，是我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入可提到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！最后我再次感谢指导老师的关心和帮助以及在本次实训中帮助我的所有