光伏发电系统照明系统的设计_毕业设计(编辑修改稿)

光伏发电系统照明系统的设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

电池等。 10 硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。 砷化镓（ GaAs） IIIV化合物电池的转换效率可达 28%， GaAs 化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率 ,抗辐照能力强 ,对热不敏感，适合于制造高效单结电池。 但是 GaAs 材料的价格不菲 ,因而在很大程度上限制了用 GaAs 电池的普及。 铜铟硒薄膜电池（简称 CIS）适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效率和多晶硅一样。 具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。 唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。 3. 聚合物多层修饰电极型太阳能电池 以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。 由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。 但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效 率都不能和无机材料特别是硅电池相比。 能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。 4. 纳米晶太阳能电池 纳米 TiO2 晶体化学能太阳能电池是新近发展的，优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。 其光电效率稳定在 10％以上，制作成本仅为硅太阳电池的 1/5～1/10．寿命能达到 2O 年以上。 但由于此类电池的研究和开发刚刚起步，估计不久的将来会逐步走上市场。 硅太阳能电池工作原理与结构 太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构 ，如 图。 图 11 图 中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。 当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参照图 所示。 图 图 中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。 而 实心的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有 3个电子，所以就会产生入图所示的 空心 的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成 P（ positive）型半导体。 同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得 非常活跃，形成 N（ negative）型半导体。 实心 的为磷原子核， 小 的为多余的电子 ，如图 所示。 图 PNE空间电荷区内电场 图 N 型半导体中含有较多的空穴，而 P 型半导体中含有较多的电子， 这 样，当 P型和 12 N 型半导体结合在一起时，就会在接触面 形 成电势差，这就是 PN 结。 如图 所示。 当 P 型和 N 型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层 )，界面的 P型一侧带负电， N型一侧带正电。 这是由于 P 型半导体多空穴， N型半导体多自由电子，出现了浓度差。 N 区的电子会扩散到 P 区， P 区的空穴会扩散到 N区，一旦扩散就形成了一个由 N指向 P的 “ 内电场 ” ，从而阻止扩散进行。 达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是 PN 结。 当晶片受光后， PN结中， N型半导体的空穴往 P型区移动，而 P 型区中的电子往 N型区移动，从而形成从 N 型区到 P 型区的电流。 然后在 PN 结中形成 电 势 差，这就形成了电源 ， 如图 所示。 前电极（ ）后电极（ + ）n 型（ p+ ）p 型（ B ）太阳光防反光涂层电流 图 由于半导体不是电的良导体，电子在通过 p－ n 结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。 但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖 p－ n 结 ， 如 图 ，以增加入射光的面积。 另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。 为此，科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜 ， 如图 ，将反射损失减小到 5％甚至更小。 一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限，于是人们又将很多电池（通常是 36个）并联或串联起来使用，形成太阳能光电板。 蓄电池的组成及工作原理 太阳能照明必须配备蓄电池才能工作，这是因为： 13 （ 1） .太阳能电池只能在白天进行光电转化工作，电能在夜晚才能用于照明，因此必须储备在蓄电池内，储备的容量要足够当地连续几个阴天的照明需 要。 （ 2） .太阳能电池板的输出能量极不稳定，配备蓄电池后，太阳能灯等负荷才能正常工作。 蓄电池的种类和应用 化学电源是人类目前可以利用的高效能源之一。 蓄电池也称作二次电源，它是一种把化学反应所释放出来的能量直接转变成直流电能的装置。 蓄电池按照其电解液的不同，通常分为酸性电池和碱性电池。 近几十年来，由于交通。 通讯。 计算机产业的高速发展，其产品系列。 产品种类。 产品性能发生了巨大变化，以此满足不同用途的需要。 目前，蓄电池主要应用于各种车辆。 船舶。 飞机等内燃机的起动以及照明。 蓄能。 不间断电源。 移动通讯。 便携式电动五金 |工具。 电动玩具当中。 总之，蓄电池在国防。 工农业生产。 交通运输。 电力。 电子。 通讯。 教学。 科研。 医疗卫生以及人们日常生活中被广泛应用。 常用的蓄电池有铅酸蓄电池。 镉镍蓄电池。 铁镍蓄电池。 金属氧化物蓄电池。 锌银蓄电池。 锌镍蓄电池。 氢镍蓄电池。 锂离子蓄电池等。 常用蓄电池介绍 ： 1．铅酸蓄电池 铅酸蓄电池负极为铅，正极为二氧化铅，电解液为稀硫酸，主要有起动型。 固定型。 牵引型。 动力型和便携型，常为开口或防酸式 (GF),少量为胶体电解液蓄电池 (GEL)。 近年来，特别是 VRLA(ValveRegulatedLeadAcidBattery)蓄电池的出现，在某些领域已经能够取代碱性蓄电池和干电池，使铅酸蓄电池发挥更大的作用。 由于铅酸蓄电池价格低廉，适于低温高倍率放电，因此应用广泛，是我国的电信行业中后备电源的主要产品。 但同时由于铅酸蓄电池比能量偏低，生产过程有毒。 污染环境等不利因素，一定程度上影响了其使用范围。 2．镉镍蓄电池 镉镍蓄电池负极为镉，正极为氧化镍，电解液为氢氧化钾水溶液。 常见外形是方形。 扣式和圆柱形，其有开口。 密封和全密封三种结构。 按极板制造方式又分有极板盒式。 烧结式。 压成式和拉浆式。 镉镍蓄电池 具有放电倍率高。 低温性能好，循环寿命长等特点。 14 3．金属氢化物镍蓄电池 金属氢化物镍蓄电池是新开发出来的新产品，负极为吸氢稀土合金，正极为氧化镍，电解液为氢氧化钾。 氢氧化锂水溶液，比能量是镉镍蓄电池 ，具有可快速充电。 优良的高倍率放电性能和低温放电性能，价格便宜，无污染，被称为绿色环保电池。 4．铁镍蓄电池 铁镍蓄电池负极为铁粉，正极为氧化镍，电解液为氢氧化钾或氢氧化钠水溶液。 具有结构坚固。 耐用。 寿命长等特点，比能量较低，多用于矿井运输车动力电源。 5．锌银蓄电池 锌银蓄电池负极为锌，正极为氧化银，电解液为氢氧化钾水溶液，具有较高的比能量及优良的高倍率放电性能，但价格偏高，多用于军事工业及武器系统。 6．锌镍蓄电池 锌镍蓄电池负极为锌，正极为氧化镍，电解液为氢氧化钾水溶液，具有高比能量，价格较低；但寿命较短，近年来锌镍蓄电池的循环寿命有了较大提高，预计随着循环寿命的提高将获得更广泛应用。 7．锂离子蓄电池 锂离子蓄电池负极是碳 (石墨 ),正极是氧化钴锂，由于采用有机电解质液，具有电压高。 比能量高及优良的循环寿命，安全无污染，被称为绿色电源。 常作为通讯工具和便携器材的电源。 总之，我国的蓄电池工业随着各行各业的发展获得了迅速发展机会。 至今目前，我国从事蓄电池生产的企业已达千家之多。 同时，免维护。 阀控密封式铅酸蓄电池。 金属氧化物物镍蓄电池。 锂离子蓄电池等新型蓄电池也各有侧重的应用于各行各业中。 铅酸蓄电池的工作原理 由于太阳能路灯采用的是铅酸蓄电池，所以这里只对铅 酸蓄电池 进行分析。 铅 酸蓄电池充、放电化学反应的原理方程式如下： ： 蓄电池从其他直流电源获得电能叫做充电。 充电时，在正、负极板上的硫酸铅会被分解还原成硫酸、铅和氧化铅，同时在负极板上产生氢气，正极 板产生氧气。 电解液中酸的浓度逐渐增加，电池两端的电压上升。 当正、负极板上的硫酸铅都被还原成原来的活性物质时，充电就结束了。 15 在充电时，在正、负极板上生成的氧和氢会在电池内部 “ 氧合 ” 成水回到电解液中。 化学反应过程如下： （正极） （电解液） （负极） （正极） （电解液） （负极） PbSO4 + 2H2O + PbSO4 → PbO2 + 2H2SO4 + Pb （充电反应） (硫酸铅 ) （水） （硫酸铅） 蓄电池对外电路输出电能时叫做放电。 蓄电池 连接外部电路放电时， 硫酸会与正、负极板上的活性物质产生反应，生成化合物 “ 硫酸铅 ” ，放电时间越长，硫酸浓度越稀薄，电池里的 “ 液体 ” 越少，电池两端的电压就越低。 化学反应过程如下： （正极） （电解液） （负极） （正极） （电解液）（负极） PbO2 + 2H2SO4 + Pb → PbSO4 + 2H2O + PbSO4 （放电反应） (过氧化铅 ) （硫酸） （海绵状铅） 从以上的化学反应方程式中可以看出，铅酸蓄电池在放电时，正极的活性物质二氧化铅和负极的活性物质金属铅都与硫酸 电解液反应，生成硫酸铅，在电化学上把这种反应叫做 “ 双硫酸盐化反应 ”。 在蓄电池刚放电结束时，正、负极活性物质转化成的硫酸铅是一种结构疏松、晶体细密的结晶物，活性程度非常高。 在蓄电池充电过程中，正、负极疏松细密的硫酸铅，在外界充电电流的作用下会重新还原成二氧化铅和金属铅，蓄电池就又处于充足电的状态。 正是这种可逆转的电化学反应，使蓄电池实现了储存电能和释放电能的功能。 电源控制器的组成及工作原理 系统硬件结构 太阳能路灯智能控制系统硬件结构 ，如图 所示，该 以 STC12C5410AD 单片机为核 心，外围电路主要由电压采集电路、负载输出控制与检测电路、 LED 显示电路及键盘电路等部分组成。 电压采集电路包括太阳能电池板和蓄电池电压采集，用于太阳能光线强弱的识别及蓄电池电压的获取。 单片机的 P3 口的两位作为键盘输入口，用于工作模式参数的设置。