太陽(yáng)能電池板自動(dòng)清洗與電能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、太陽(yáng)能電池板自動(dòng)清洗與電能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案摘要太陽(yáng)能是指太陽(yáng)光的輻射能量，隨著科技的發(fā)展，太陽(yáng)能被廣泛的應(yīng)用于 各個(gè)方面如發(fā)電。 并且太陽(yáng)能是完全取于自然的天然能源， 符合環(huán)保低碳的標(biāo) 準(zhǔn)，是清潔的能源。此次設(shè)計(jì)的主要目的就是利用太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)換的原 理實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的利用，主要用于路燈照明，解決遠(yuǎn)郊區(qū)，山區(qū)的道路照明。 設(shè)計(jì)由太陽(yáng)能電池板蓄電與自動(dòng)清潔系統(tǒng)兩部分組成：太陽(yáng)能蓄電部分 利用的是凌力爾特公司生產(chǎn)的 LT3652 芯片將太陽(yáng)能電池板吸收的太陽(yáng)輻 射能直接轉(zhuǎn)換為電能，整流后送往蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)，帶動(dòng)負(fù)載工作。第二 部分是自動(dòng)清潔部分，主要由 AT89C2051 單片機(jī)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片 L2

2、98n 來(lái)控制 直流電機(jī)的動(dòng)作從而帶動(dòng)雨刷進(jìn)行太陽(yáng)能電池板的自動(dòng)清洗。關(guān)鍵詞 ：太陽(yáng)能；太陽(yáng)能蓄電；自動(dòng)清潔； LT3652； AT89C2051；L298n；Self-cleaning solar panels and energy management systemAbstractSolar radiation is the energy of sunlight, Solar energy is widely used in various areas such as power generation. And solar is completely natural to take in

3、the natural energy, Meet environmental standards for low-carbon ,is a clean source of energy. The main purpose of this design is the use of solar light - the principle of electrical conversion of solar energy to achieve. Mainly used for street lighting, solve the outer suburbs, mountain road lightin

4、g. Design by solar panels power-storage and automatic cleaning system composed of two parts:Use of solar energy power storage is part of Linear Technology's LT3652 chip company solar panels absorb the solar radiation directly into electricity, rectifier and rushed stored in batteries, drive the

5、load of work. The second part is self-cleaning, Mainly by the AT89C2051 microcontroller to control through the driver chip L298n DCmotor driven wiper action to be self-cleaning solar panels.Key Words : Solar Energy ；Solar power storage ； Automatic cleaning ；LT3652；AT89C2051；L298n；1. 緒論1.1 課題背景自從兩次工業(yè)

6、革命以后， 煤、石油、天然氣等化石燃 料相繼被廣泛地應(yīng)用 到生產(chǎn)生活的各個(gè)方面。隨著社會(huì)經(jīng) 濟(jì)的不斷發(fā)展和人類文明的不斷進(jìn)步， 人類對(duì)能源的需求 量不斷飛速增長(zhǎng)。 然而，這些曾經(jīng)被人們廣泛應(yīng)用并且現(xiàn) 在還在被使用 的基本都是不可再生能源。 其有限的儲(chǔ)量與人類無(wú)限的需 求之 間構(gòu)成了不可調(diào)和的矛盾。 其次，煤、石油、天然氣等化石燃料燃燒后會(huì)產(chǎn) 生大 量的二氧化碳?xì)怏w， 造成溫室效應(yīng)， 加速全球氣候變暖， 給人類及其他 動(dòng)植物的生存構(gòu)成巨大挑戰(zhàn)。 再者， 這些不可再生能源的大量使用， 還會(huì)產(chǎn)生 環(huán)境 污染、生態(tài)破壞等嚴(yán)重問(wèn)題。 因此，開(kāi)發(fā)一種儲(chǔ)量巨大、清潔、無(wú)污染 的可再生能 源已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)的

7、廣泛共識(shí)。 與常規(guī)能源相比， 太陽(yáng)能具有 三大優(yōu)勢(shì)： 其一，它是人類可以利用的最豐富的能源。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 在過(guò)去的漫 長(zhǎng)的十幾億年中，太陽(yáng)只消耗了它本身能量的 2%。按照這種速度計(jì)算，太陽(yáng) 足以供給人類使用幾十億 2%。按照這種速度計(jì)算， 太陽(yáng)足以供給人類使用幾 十億 年，可謂取之不盡、用之不竭。其二，在地球上，只要有光照的地方都 有太陽(yáng)能， 這 樣我們就可以就地開(kāi)發(fā)利用， 不存在運(yùn)輸問(wèn)題， 尤其對(duì)于 交通 不發(fā)達(dá)的農(nóng)村、海島和邊遠(yuǎn)地區(qū)更具有實(shí)用價(jià)值。 其三，太陽(yáng)能是一種十分 清潔的能源。在開(kāi)發(fā)和利用 太陽(yáng)能時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生廢渣、廢水和廢氣；也沒(méi)有 噪音，更 不會(huì)產(chǎn)生大氣污染、影響生態(tài)平衡等環(huán)境問(wèn)題。

8、 因此，太陽(yáng)能是一 種非常合適的新能源，研究和開(kāi)發(fā) 太陽(yáng)能，對(duì)于我們?nèi)祟惤窈蟮纳a(chǎn)生活乃 至生存，都具有 十分重要的意義。1.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀在我國(guó)，太陽(yáng)能的利用也一直是最熱門(mén)的話題，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)在集 熱器 （含太陽(yáng)能熱水器） 已成為太陽(yáng)能應(yīng)用最為廣泛、 產(chǎn)業(yè)化最迅速的產(chǎn) 業(yè)之一。 1998 年銷售總額達(dá)到了 35 億元， 其產(chǎn)量位居世界榜首。 我國(guó)的 太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)已開(kāi) 始運(yùn)作。中國(guó)科學(xué)院宣布啟動(dòng)西部行動(dòng)計(jì)劃，將在兩年內(nèi)投 入 2.5 億元人民幣開(kāi) 展研究，建立若干個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電、太陽(yáng)能供熱、太陽(yáng)能 空調(diào)等示范工程。目前河 北保定國(guó)家高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)正加快建設(shè)我國(guó)規(guī)模最 大的多晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)

9、 基地，該項(xiàng)目集太陽(yáng)能電池、組件及應(yīng)用系統(tǒng)等 為一體，一期工程完成后可達(dá)到 年產(chǎn) 3 兆瓦多晶硅太陽(yáng)能電池的能力， 填 補(bǔ)了我國(guó)在太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面多項(xiàng)空 白，并將大大推動(dòng)太陽(yáng)能電池用低鐵 玻璃的生產(chǎn)、銷售市場(chǎng)。但從整體上分析， 國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)由于起 步較晚，尤其是在太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)上還 落后于國(guó)際水平，整體上仍 處于產(chǎn)量小、應(yīng)用面窄、產(chǎn)品單一、技術(shù)落后的初級(jí) 階段。經(jīng)粗略統(tǒng)計(jì)表明， 國(guó)內(nèi)目前僅建有 5 個(gè)（單晶硅）太陽(yáng)能電池生產(chǎn)廠，年 產(chǎn)量約有 4.5 兆瓦（注：1兆瓦（MW ）為1000千瓦）,工廠設(shè)施仍停留在已 有引進(jìn)的生產(chǎn)線 上。 而國(guó)外不少企業(yè)已把眼光瞄準(zhǔn)更為先進(jìn)的薄膜

10、晶體太陽(yáng)能電 池的開(kāi)發(fā)與 生產(chǎn)上。 這種新一代的先進(jìn)的薄膜晶體太陽(yáng)能電池其轉(zhuǎn)換效率可高達(dá) 18.3 ，比目前平均轉(zhuǎn)換效率提高了 3 個(gè)百分點(diǎn)。據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，我國(guó)太 陽(yáng)能 電池平均轉(zhuǎn)換效率不高，其主要原因是專用材料國(guó)產(chǎn)化程度低，如封裝 玻璃就完 全依賴進(jìn)口，低鐵含量的高透過(guò)率基板玻璃市場(chǎng)仍不能滿足需求， 科研成果還沒(méi) 有迅速及完全轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。1.3 課題基本內(nèi)容（1）電能管理系統(tǒng)我用的是LT3652,它接受4.95V-34V的寬輸入范圍， 具有40V的絕對(duì)最大額定值以增加系統(tǒng)裕度。該器件可以為各種配置的電池組 充電，充電電流可編程至2A。并且在非充電時(shí)從電池吸取1uA的電流，是電 池處于動(dòng)

11、態(tài)充電狀態(tài)，從而大大增加了電池的使用壽命。（ 2 ）自動(dòng)清潔系統(tǒng)，主要利用的是單片機(jī)控制電機(jī)。 用單片機(jī)編程內(nèi)部定時(shí)， 固定的時(shí)間是單片機(jī)給直流電機(jī)信號(hào)， 從而使電機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)， 齒輪帶動(dòng)傳 送帶使軌道上雨刷上升進(jìn)行第一次清潔， 到達(dá)行程開(kāi)關(guān)處單片機(jī)給電機(jī)一個(gè)反 向電壓，從而使電機(jī)反轉(zhuǎn)使雨刷下降完成第二次清潔，到達(dá)行程開(kāi)關(guān)處停止。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 1.1圖 1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖1.4 預(yù)期目標(biāo)1、實(shí)現(xiàn)白天的日照能夠?qū)π铍姵剡M(jìn)行充電。2、實(shí)現(xiàn)電池板的自動(dòng)清洗功能2. 硬件設(shè)計(jì)21 硬件選取及構(gòu)成2.1.1 太陽(yáng)能電池的原理及選用太陽(yáng)能電池是一個(gè)巨大的 PN 結(jié)，它把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，對(duì)于單片

12、太陽(yáng) 能電池來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)小的 PN結(jié)，除了當(dāng)太陽(yáng)光照射在上面時(shí)，它能夠產(chǎn)生 電能外，它還具有PN結(jié)的一切特性。在標(biāo)準(zhǔn)光照條件下，它的額定輸出電壓 為0.48V。在太陽(yáng)能照明燈具使用中的太陽(yáng)能電池組件都是由多片太陽(yáng)能電池 連接構(gòu)成的。它具有負(fù)的溫度系數(shù)，溫度每上升一度，電壓下降2mV。對(duì)于多片太陽(yáng)能電池組成的太陽(yáng)能電池組件，太陽(yáng)能電池一般都如下參 數(shù)：Isc是短路電流，Im是峰值電流，Voc是開(kāi)路電壓。Vm是峰值電壓，Pm 是峰值功率。 在使用中， 太陽(yáng)能電池開(kāi)路或者短路都不會(huì)造成損壞， 實(shí)際上我 們也正是利用它的這個(gè)特性對(duì)系統(tǒng)蓄電池充放電進(jìn)行控制的。太陽(yáng)能電池的選擇：我們所說(shuō)的太陽(yáng)能電池輸出

13、功率Wp是標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光照條件下，即：歐洲委員會(huì)定義的101標(biāo)準(zhǔn)，輻射強(qiáng)度1000W/m2大氣質(zhì)量AM1.5, 電池溫度25C條件下，太陽(yáng)能電池的輸出功率。這個(gè)條件大約和平時(shí)晴天中 午前后的太陽(yáng)光照條件差不多， （在長(zhǎng)江下游地區(qū)只能接近這個(gè)數(shù)值）這并不 象有些人想象的那樣， 只要有陽(yáng)光就會(huì)有額定輸出功率， 甚至認(rèn)為太陽(yáng)能電池 在夜晚日光燈下也可以正常使用。 這就是說(shuō)，太陽(yáng)能電池的輸出功率是隨機(jī)的， 在不同的時(shí)間，不同的地點(diǎn)，同樣一塊太陽(yáng)能電池的輸出功率是不同的。太陽(yáng)能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽(yáng)的輻射光通過(guò)半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)?電能的一種器件，這種光電轉(zhuǎn)換過(guò)程通常叫做“光生伏打效應(yīng)” ，因此太陽(yáng)能 電

14、池又稱為“光伏電池” ，用于太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體材料是一種介于導(dǎo)體和絕 緣體之間的特殊物質(zhì)， 和任何物質(zhì)的原子一樣， 半導(dǎo)體的原子也是由帶正電的 原子核和帶負(fù)電的電子組成， 半導(dǎo)體硅原子的外層有 4個(gè)電子，按固定軌道圍 繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)受到外來(lái)能量的作用時(shí)， 這些電子就會(huì)脫離軌道而成為自由 電子，并在原來(lái)的位置上留下一個(gè)“空穴” ，在純凈的硅晶體中，自由電子和 空穴的數(shù)目是相等的。 如果在硅晶體中摻入硼、 鎵等元素， 由于這些元素能夠 俘獲電子，它就成了空穴型半導(dǎo)體，通常用符號(hào)P表示；如果摻入能夠釋放電子的磷、砷等元素，它就成了電子型半導(dǎo)體，以符號(hào) N代表。若把這兩種半導(dǎo) 體結(jié)合，交界面便形成

15、一個(gè)P N結(jié)。太陽(yáng)能電池的奧妙就在這個(gè)“結(jié)”上，P -N結(jié)就像一堵墻，阻礙著電子和空穴的移動(dòng)。當(dāng)太陽(yáng)能電池受到陽(yáng)光照射時(shí)， 電子接受光能，向N型區(qū)移動(dòng)，使N型區(qū)帶負(fù)電，同時(shí)空穴向P型區(qū)移動(dòng)，使 P型區(qū)帶正電。這樣，在 P N結(jié)兩端便產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)，也就是通常所說(shuō)的電 壓。這種現(xiàn)象就是上面所說(shuō)的“光生伏打效應(yīng)”。如果這時(shí)分別在P型層和N 型層焊上金屬導(dǎo)線，接通負(fù)載，則外電路便有電流通過(guò)，如此形成的一個(gè)個(gè)電 池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來(lái)，就能產(chǎn) 生一定的電壓和電流，輸出功率。制造太 陽(yáng)電池的半導(dǎo)體材料已知的有十幾種，因 此太陽(yáng)電池的種類也很多。目前，技術(shù)最 成熟，并具有商業(yè)價(jià)值的太陽(yáng)電池要算硅 太陽(yáng)電池。太陽(yáng)能電池就是利用光伏效應(yīng)將太 陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種裝置。常規(guī)太 陽(yáng)電池簡(jiǎn)單裝置如左圖所示。當(dāng)N型和P 型兩種不同型號(hào)的半導(dǎo)體材料接觸后，由 于擴(kuò)散和漂移作用，在界面處形成由P型指向N型的內(nèi)建電場(chǎng)