基于STC单片机的太阳能控制器设计_毕业设计论文.doc

基于单片机的太阳能控制器设计 （安徽农业大学工学院 电 合肥 230036） STC89C52单片机A／D采样获得数据对蓄电池充电过程进行监控，由单片机内部的PWM输出控制恒流、恒压和浮充三段式充电，并通过发光二极管显示各状态。 恒流充电阶段为大电流恒流充电，电流值I因蓄电池容量而异，一般为I=0．1C(C为蓄电池组的容量)。在恒流充电状态下，不断检测电池端电压，当电池电压达到饱和电压时，恒流充电状态终止。恒压充电阶段则保持充电电压14．8V不变，当充电电流下降到恒流充电状态下电流的1／lO时终止恒压充电。电池处于浮充电阶段时电压始终保持在10．8V，主要用于补充蓄电池自放电消耗的能量，浮充的开始标志着恒压充电状态的结束。 本次设计采用STC89C52单片机实现太阳能电池板对蓄电池的充放电控制，用到了上海如韵电子设计的一款针对铅酸电池的光伏充放电控制芯片CN3717，模块化的芯片设计不仅简化了开发的复杂程度，而且使得功能实现更加稳定。 本次设计所要解决的问题主要是离网型光伏发电过程中蓄电池的充放电的控制问题，对于提高光伏发电利用率和蓄电池的保护起到重要作用，从而在某种意义上对推广新能源起到积极的推动作用，帮助人类更有效地利用清洁能源和早日摆脱能源危机。 2 系统总体设计 系统设计主要分为两部分：硬件电路及软件程序。 该设计的系统总体框图如下图1所示： 图1 系统总体框图 3.系统硬件电路设计 3.1 PV板特性与等效电路 太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为4cm2到100cm2不等。太阳能电池单体的工作电压约为0.5V, 工作电流约为20－25mA/cm2, 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联组合安装在支架上，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 (见图2)。 （1）硅太阳能电池单体 常用的太阳能电池主要是硅太阳能电池。晶体硅太阳能电池由一个晶体硅片组成，在晶体硅片的上表面紧密排列着金属栅线，下表面是金属层。硅片本身是P型硅，表面扩散层是N区，在这两个区的连接处就是所谓的PN结。PN结形成一个电场。太阳能电池的顶部被一层抗反射膜所覆盖，以便减少太阳能的反射损失。 太阳能电池的工作原理如下： 光是由光子组成，而光子是包含有一定能量的微粒，能量的大小由光的波长决定，光被晶体硅吸收后，在PN结中产生一对对正负电荷，由于在PN结区域的正负电荷被分离，因而可以产生一个外电流场，电流从晶体硅片电池的底端经过负载流至电池的顶端。这就是“光生伏打效应”。 图2 太阳能电池单体、组件和方阵 将一个负载连接在太阳能电池的上下两表面间时，将有电流流过该负载，于是太阳能电池就产生了电流；太阳能电池吸收的光子越多，产生的电流也就越大。光子的能量由波长决定，低于基能能量的光子不能产生自由电子，一个高于基能能量的光子将仅产生一个自由电子，多余的能量将使电池发热，伴随电能损失的影响将使太阳能电池的效率下降。 （2）硅太阳能电池种类 目前世界上有3种已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。对于单晶硅太阳能电池，由于所使用的单晶硅材料与半导体工业所使用的材料具有相同的品质，使单晶硅的使用成本比较昂贵。多晶硅太阳能电池的晶体方向的无规则性，意味着正负电荷对并不能全部被PN结电场所分离，因为电荷对在晶体与晶体之间的边界上可能由于晶体的不规则而损失，所以多晶硅太阳能电池的效率一般要比单晶硅太阳能电池低。多晶硅太阳能电池用铸造的方法生产，所以它的成本比单晶硅太阳能电池低。非晶硅太阳能电池属于薄膜电池，造价低廉，但光电转换效率比较低，稳定性也不如晶体硅太阳能电池，目前多数用于弱光性电源，如手表、计算器等。 一般产品化单晶硅太阳电池的光电转换效率为 13――15 % 产品化多晶硅太阳电池的光电转换效率为 11――13 % 产品化非晶硅太阳电池的光电转换效率为 5――8 % （3）太阳能电池组件 一个太阳能电池只能产生大约0.5V电压，远低于实际应用所需要的电压。为了满足实际应用的需要，需把太阳能电池连接成组件。太阳能电池组件包含一定数量的太阳能电池，这些太阳能电池通过导线连接。一个组件上，太阳能电池的标准数量是36片（10cm×10cm），这意味着一个太阳能电池组件大约能产生17V的电压，正好能为一个额定电压为12V的蓄电池进行有效充电。 通过导线连接的太阳能电池被密封成的物理单元被称为太阳能电池组件，具有一定的防腐、防风、防雹、防雨等的能力，广泛应用于各个领域和系统。当应用领域需要较高的电压和电流而单个组件不能满足要求时，可把多个组件组成太阳能电池方阵