太阳能发电系统论文

ⅡⅠ

第一章绪论

1.1背景

随着经济的发展、社会的进步,人类社会正面临着一系列重大的挑战,全球经济发展,人口迅速增加,需要提供更多的食物、住房和原料,因而对能源的需求量也不断增加。在过去20年中,全世界能源消耗量增加了40%,其中85%以上使用的是矿物燃料。这些矿物燃料燃烧时要产生大量温室气体,全球单是CO2排放量每年就超过500亿吨,而且还在不断扩大。形成的酸雨造成土壤退化,危害动植物。全球气候变暖可能会产生灾难性后果,必须采取坚决措施,减少温室气体的排放。因此,治理环境污染,已成为当务之急。同时,矿物燃料的储藏量是有限的,按目前探明的储藏与开发速度的比例计算,地球上可再开采的能源,石油为40年,天然气约为60年,煤炭为200年。如不采取有效措施,到本世纪中叶,人类必将面临矿物燃料枯竭的严重局面。

传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。

为了减少大气污染、保护人类生态环境、保证能源的长期稳定供应,必须实施可持续发展战略,逐步改变现有的能源结构,大力开发利用新能源。这已成为各国的共识。

丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。在新能源中,公认技术含量最高、最有发展前途的是太阳能光伏发电。利用光伏效应，使太阳光射到硅材料上产生电流直接发电。

从太阳光获得电力，需通过大阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：

①无枯竭危险；②绝对干净（无公害）；③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦获取能源花费的时间短。

不足之处是：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。

1.2发展现况

近几年国际上光伏发电快速发展，2008年全球光伏市场增至5.5GW，其中，按地区排名西班牙名列首位，德国第二。2008年，全球太阳能安装总量已累计达15GW，西班牙新装量为2.5GW，约占2008年新增安装量的一半。虽然受金融危机影响，德国、西班牙对太阳能光伏发电的扶持力度有所降低，但其它国家的政策扶持力度却在逐年加大。日本政府2008年11月发布了“太阳能发电普及行动计划”，确定太阳能发电量到2030年的发展目标是要达到2005年的40倍，并在3-5年后，将太阳能电池系统的价格降至目前的一半左右。2009年还专门安排30亿日元的补助金，专项鼓励太阳能蓄电池的技术开发。2008年9月16日，美国参议院通过了一揽子减税计划，其中将光伏行业的减税政策（ITC）续延2-6年。

优点：

(1)普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且勿须开采和运输。

(2)无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。

(3)巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。

(4)长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。

缺点：

(1)分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，则只有200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1／5左右，这样的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。

(2)不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。

(3)效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。

1.3 市场前景

1.3.1太阳能利用中的经济问题：

第一，世界上越来越多的国家认识到一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足社会需要，而又不危及后代人前途的社会。因此，尽可能多地用洁净能源代替高含碳量的矿物能源，是能源建设应该遵循的原则。随着能源形式的变化，常规能源的贮量日益下降，其价格必然上涨，而控制环境污染也必须增大投资。

第二，我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭约占商品能源消费结构的76％，已成为我国大气污染的主要来源。大力开发新能源和可再生能源的利用技术将成为减少环境污染的重要措施。能源问题是世界性的，向新能源过渡的时期迟早要到来。从长远看，太阳能利用技术和装置的大量应用，也必然可以制约矿物能源价格的上涨。

1.3.2户用系统市场

20世纪90年代，西部光伏市场开始启动并且迅速发展。1998年，在西藏、新疆、青海、甘肃、内蒙古、四川等6个省区，户用光伏系统的累计安装量已经达到9万套，共计1.8兆瓦。其中1998年当年的安装量就达到约5万套、1MWp。

进入21世纪以来，"送电到乡"等大规模集中电站建设项目开始实施，但户用系统市场不仅没有萎缩，而且仍然不断地发展。2002年的户用系统安装量达到8.3万套、1.5 MWp；2003年达到8.7万套、1.86 MWp。截至2003年底，上述6省区户用系统的累计安装量已经达到41万套、8.2 MWp。

预计在今后几年，西部户用系统市场仍将以每年10%－20%的速度增长。

户用系统的价格

1998年以来，光伏系统的价格开始迅速下降。户用光伏系统的市场销售价格从当时的80-100元/Wp下降到现在的50-60元/Wp，下降了35%-40%。与此对应，集中电站的建设价格也由120-140元/Wp下降到80-100元/Wp，下降了30%以上。

现在，世界各国越来越多的屋顶上都安装了太阳能电池板。日本能源比较缺乏，所以日本人对太阳能十分重视。据日本有关部门估计，日本2100万户个人住宅中如果有80％装上太阳能发电设备，便可满足全国总电力需要的14％，如果工厂及

办公楼等单位用房也进行太阳能发电，则太阳能发电将占全国电力的30％—40％。日本政府力争于2010年实现太阳能发电量达到500万千瓦的目标。要实现这个宏伟的发展目标，需要在大约150万户人家的屋顶上安装太阳能发电装置。

1.3.3 应用领域

首先，利用太阳能光伏发电解决无电农村的照明和家用电源。全球目前尚有20亿左右的人口还未用上电，主要是在发展中国家。我国是最大的发展中国家，有8亿人口在农村，截至目前全国有2万个无电村、上千个无电岛屿，约有2300万的人口得不到正常的能源供应，这是太阳能电池首先要服务的对象。从2002年开始，国家有关部委启动“西部省区无电乡村通电计划”，通过光伏和小型风力发电解决西部7省区无电乡村的用电问题。这一项目的启动大大刺激了太阳能发电产业。

其次，太阳能并网发电。太阳能用于并网发电可减少白天高峰时的火力发电量，居民白天可以利用太阳能发电供自己使用，并将所发的富余电量卖给国家电网，这样一来就解决了主力电厂的调峰难题。随着太阳能电池及其组件制造技术的进步，光伏电池的光电转化率必将迅速提高，太阳能光伏系统将从原来的低级向高级、从小型的独立发电系统向大规模的太阳能发电站发展。

第三，太阳能发电在航标灯塔、铁路公路信号系统、微波中继站、高山气象站、边防哨卡独立电源等地域分散型用电领域都可发挥特殊作用。

1.4本课题的研究任务

本课题的研究任务是设计一个完整的，具有成本低，发电效率高，无污染特点的太阳能发电系统。

第二章太阳能发电系统整体概述

2.1 发电系统的基本原理

太阳能光伏发电是利用电池组件将太阳能直接转变成电能的装置。太阳能电池是利用半导体硅材料的电学特性实现P-V转换的装置，是太阳能发电系统的核心部件，又称光伏电池。其发电原理是光生伏打效应，即太阳光照射到太阳电池上时，电池吸收光能，产生光生电子—空穴对，在电池内建电场作用下，光生电子和空穴被分离，电池两端分别出现正负电荷的积累，即产生了电压，这就是“光生伏打效应”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就会有电流通过，从而获得功率输出。这样太阳的光能就直接变成可以被利用的电能。

2.2 发电系统的基本结构

太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池板，太阳能控制器，蓄电池，交直流逆变器和太阳能跟踪系统等组成。其中的核心元件是电池板和太阳能跟踪系统。各部件在系统中的作用是：

（一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。电池板板面为钢化玻璃封装，可承受冰雹冲击和12级强风的力量，使用温度为-40—+60℃。使用寿命一般为20至25年。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

（二）太阳能控制器：太阳能控制器对蓄电池的充放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳能电池板和蓄电池对负载的电能输出，它是整个系统的核心控制部分，保证系统能正常，可靠的工作。延长系统部件的使用寿命。它含有蓄电池过充、过放、负载过电流和防反充等保护电路。

（三）蓄电池：蓄电池是光伏发电系统中的关键部件，其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。目前我国还没有用于光伏系统的专用蓄电池，所以使用常规的铅酸蓄电池。

（四）交直流逆变器：由于它的功能是交直流转换。在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。因此这个部件最重要的指标是可靠性和转换效率。并网逆变器采用最大功率跟踪技术，最大限度地把光伏电池转换的电能送入电网。

（五）太阳跟踪控制系统：该系统的作用是最大限度的提高发电效率。由于地球的自转，相对于某一个固定地点的太阳能光伏发电系统，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化，有效的保证太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率才会达到最佳状态。

2.2 发电系统的技术要求

2.2.1太阳能电池组件

本系统采用的电池组件规格为1650mm*990mm，电池片的转换效率为16.7%。单个组件的发电功率为230W。其中额定参数如下，

开路电压Voc: 37V

短路电流Isc：8.4A

最大输出功率Pmax：230W

最佳工作电压Vmax：29.5V

最佳工作电流Imax：7.8A

2.2.2 蓄电池组

在选择蓄电池时，需要考虑放电率对蓄电池容量的影响，温度对蓄电池容量的影响，放电深度对蓄电池容量的影响等几个方面。所以一定要选用深循环的蓄电池，在进行并联连接时，需考虑各单体电池间的不平衡影响，通常情况下并联组数不宜超过四组。

2.2.3 控制器

控制器是整个系统中充当管理者的关键部件，它最大的功能是对蓄电池进行全面管理，好的控制器应当根据蓄电池的特性，设定各个关键参数点，比如蓄电池的过充点，过放点，恢复连接点及SOC放电控制等。如果参数设置不当，则会影响蓄电池和负载的使用寿命。

2.2.4 太阳能跟踪系统

太阳追踪系统，以四个光信号采集单元作为电信号源，控制太阳能利用装置的转动部件向指定的方向转动；光信号采集单元是只有一个方向通过开口接受太阳光线进入，其它各个方向封闭或因安装时向下或受其它东西阻挡而不能接受太阳光线进入的容器，里面安放一个光敏元件或热敏元件，四个光信号采集单元的开口分别朝向东西南北四个方向，开口向东的和开口向西的为一组，开口向南的和开口向北的为一组。光敏元件或热敏元件接受不同强度光照时的电学状态不同，

其电学状态转化为电信号，每组中的两个光敏元件或热敏元件的电信号输入一个比较电路进行比较，用其比较结果驱动转动装置向光照较强的方向转动。

第三章太阳能发电系统的设计

3.1 太阳能电池板的设计安装

原材料特点

电池片：采用高效率（16.7%以上）的多晶硅太阳能片封装，保证太阳能电池板发电功率充足。

玻璃：采用低铁钢化绒面玻璃(又称为白玻璃)，厚度3.2mm,在太阳电池光谱响应的波长范围内(320-1100nm)透光率达91%以上，对于大于1200 nm的红外光有较高的反射率。此玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐射，透光率不下降。

EVA：采用加有抗紫外剂、抗氧化剂和固化剂的厚度为0.78mm的优质EVA膜层作为太阳电池的密封剂和与玻璃、TPT之间的连接剂。具有较高的透光率和抗老化能力。

TPT：太阳电池的背面覆盖物―氟塑料膜为白色，对阳光起反射作用，因此对组件的效率略有提高，并因其具有较高的红外发射率，还可降低组件的工作温度，也有利于提高组件的效率。当然，此氟塑料膜首先具有太阳电池封装材料所要求的耐老化、耐腐蚀、不透气等基本要求。

边框：所采用的铝合金边框具有高强度，抗机械冲击能力强。

基本参数

标准测试条件：（AM1.5）辐照度=1000W/m2,电池温度=25℃

绝缘电压:≥600V

边框接地电阻:≤10hm

迎风压强:2400Pa

填充因子:73％

短路电流温度系数：+0.4mA/℃

开路电压温度系数:-60mV/℃

工作温度：-40℃～+90℃

组件接线说明

安装所需要的工具

M4一字螺丝刀，十字螺丝刀各一把。

接线盒盖的打开，将M4一字螺丝刀按照接线盒上的标示插入盒盖上的安装孔内，将其一脚轻轻抬起，如此这般先将边上四角抬起，即可打开盒盖。盒内有接线护盖，将其提起则可看到三个接线端子。

电池板的接线

在左右两个接线端子的旁边有正负极标志，它代表电池在工作状态下输出电压的正负极，按照用电需求正极接正接，负极接负极。

接线采用机械压紧方式，用M4十字螺丝刀将接线柱的压紧螺丝旋开，将电线去皮后穿过电缆密封接头，插入接线孔中，将线压紧。

电线接好后，将防护盖盖上，用M4十字螺丝刀将自攻螺丝拧入螺丝孔，固定好后在将接线盒盖盖上，即完成电池板的接线。

电池板的接地

在电池板的背面安装有接地螺丝，将接地线固定在接地螺丝上即可安全接地。

3.2 蓄电池组的设计安装

太阳能电池电源系统的储能装置主要是蓄电池。与太阳能电池方阵配套的蓄电池通常工作在浮充状态下,其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化。它的容量比负载所需的电量大得多。蓄电池提供的能量还受环境温度的影响。为了与太阳能电池匹配,要求蓄电池工作寿命长且维护简单。

1.蓄电池的选用

能够和太阳能电池配套使用的蓄电池种类很多,目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种。国内目前主要使用铅酸免维护蓄电池,因为其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点,很适合用于性能可靠的太阳能电源系统,特别是无人值守的工作站。普通铅酸蓄电池由于需要经常维护及其环境污染较大,所以主要适于有维护能力或低档场合使用。碱性镍镉蓄电池虽然有较好的低温、过充、过放性能,但由于其价格较高,仅适用于较为特殊的场合。

2.蓄电池组容量的计算

蓄电池的容量对保证连续供电是很重要的。在一年内,方阵发电量各月份有很大差别。方阵的发电量在不能满足用电需要的月份,要靠蓄电池的电能给以补足;在超过用电需要的月份,是靠蓄电池将多余的电能储存起来。所以方阵发电量的不足和过剩值,是确定蓄电池容量的依据之一。同样,连续阴雨天期间的负载用电也必须从蓄电池取得。所以,这期间的耗电量也是确定蓄电池容量的因素之一。

因此,蓄电池的容量BC计算公式

为:BC=A×QL×NL×TO/CC Ah?穴1?雪

式中: A为安全系数,取1.1~1.4之间;

QL为负载日平均耗电量,为工作电流乘以日工作小时数;

NL为最长连续阴雨天数;

TO为温度修正系数,一般在0℃以上取1, -10℃以上取1.1, -10℃以下取1.2; CC为蓄电池放电深度,一般铅酸蓄电池取0.75,碱性镍镉蓄电池取0.85。

3.3控制器的设计安装

3.3.1 太阳能电池的输出特性

由它的输出特性曲线(见图1) 可知，太阳能电池的伏安特性具有很强的非线性，即当日照强度改变时，其开路电压不会有太大的改变，但所产生的最大电流会有相当大的变化，所以其输出功率与最大功率点会随之改变。然而当光强度一定时，电池板输出的电流一定，可以认为是恒流源。因此，必须研究和设计性能优良的太阳能发电控制器，才能更有效地利用太阳能。

3.3.2 系统的硬件结构

太阳能控制器硬件结构图如图2所示。该控制器以AVR mega 32为控制核心，外围电路主要由蓄电池电压及环境温度检测与充放电控制电路、电池板电压

检测与分组切换电路、负载电流检测与输出控制电路、状态显示电路、串口数据上传和键盘输入电路构成。

电压检测电路用于识别光照的强度和获取蓄电池端电压。温度检测电路用于蓄电

池充电温度补偿。该系统采用PWM方式驱动充电电路，控制蓄电池的最优充放电。

电池板分组切换控制电路用于不同光强度和充电模式下电池板的切换，该系统实

现对3组电池板阵列控制。负载电流检测电路用于过流保护及负载功率检测。状

态显示电路用于系统状态的显示，包括电压、负载状况及充放电状态的显示。串

行口上传数据电路用于系统运行参数的上传，实现远程监控。键盘输入电路用于

充电模式设定及LCD背光开启。该控制器在有阳光时接通电池板，向蓄电池充电；

当夜晚或阴天阳光不足时，蓄电池放电，以保证负载不停电。

3.3.3 AVR单片机

AVR微处理器是Atmel公司的8位嵌入式RISC处理器，具有高性能、高保密性、低功耗等优点。程序存储器和数据存储器可独立访问的哈佛结构，代码执行效率高。系统采用的mega 32处理器包含有32 KB片内可编程FLASH程序存储器；1 KB的E2PROM和2 KBRAM；同时片内集成了看门狗；8路10位ADC；3路可编程PWM输出；具有在线系统编程功能，片内资源丰富，集成度高，使用方便。AVR mega 32可以很方便地实现外部输入参数的设置，蓄电池及负载的管理，工作状态的指示等。

3.3.4 蓄电池的充放电控制

阀控密封铅酸蓄电池具有蓄能大，安全和密封性能好，寿命长，免维护等优点，在光伏系统中被大量使用。由阀控密封铅酸蓄电池充放电特性图(见图3)可知，蓄电池充电过程有3个阶段：初期(OA)电压快速上升；中期(ABC)电压缓慢上升，延续时间较长；C点开始为充电末期，电压开始上升；接近D点时，蓄电池中的水被电解，应立即停止充电，防止损毁电池。所以对蓄电池充电，通常采用的方法是在初期、中期快速充电，恢复蓄电池的容量；在充电末期采用小电流长期补充电池因自放电而损失的电量。

蓄电池放电过程主要有三个阶段：开始(OE)阶段电压下降较快；中期(EFG)电压缓慢下降且延续较长的时间；在最后阶段G点后，放电电压急剧下降，应立即停止放电，否则将会给蓄电池照成不可逆转的损坏。因此，如果对阀控密封铅酸蓄电池充放电控制方法不合理，不仅充电效率降低，蓄电池的寿命也会大幅缩短，造成系统运行成本增加。在蓄电池的充放电过程中，除了设置合适的充放电阈值外，还需要对充放电阈值进行适当的温度补偿，并进行必要的过充电和过放电保护。

根据阀控密封铅酸蓄电池的特点，控制器利用MCU的PWM功能对蓄电池进行充电管理。若太阳能电池正常充电时蓄电池开路，控制器将关断负载，以保证负载不被损伤；若在夜间或太阳能电池不充电时蓄电池开路，由于自身控制器得不到电力，不会有任何动作。当充电电压高于保护电压(15 V)时，自动关断对蓄电池的充电；此后当电压掉至维护电压(13．2 V)时，蓄电池进人浮充状态，当低于维护电压(13．2 V)后，浮充关闭，进入均充状态。当蓄电池电压低于保护电压(10．8 V)时，控制器自动关闭负载，以保护蓄电池不受损坏。若出现过放，应先进行提升充电，使蓄电池的电压恢复到提升电压后再保持一定时间，防止蓄电池

出现硫化。通过PWM控制充电电路(智能三阶段充电)，可使太阳能电池板发挥最大功效，提高系统充电效率。

3.3.5 温度补偿

采用数字温度传感器DS18820检测蓄电池环境温度。对蓄电池的充电阈值电压温度补偿系数取-4mV／(℃·单体)。补偿后的电压阈值可以用以下公式表示：Ve=V+(t-25)αn。其中，Ve为补偿后的电压阈值；V为25℃下的电压阈值；t为蓄电泄环境温度；α为温度补偿系数；n为串联的单体数。控制器对过放电压阈值不做补偿。

3.3.6 MOSFET驱动电路

设计的控制器属于串联型，即控制充电的开关是串联在电池板与蓄电池之间的。串联型控制器相对于并联型控制器能够更有效地利用太阳能，减少系统的发热量。设计中用MOSFET实现开关。MOSFET是电压控制单极性金属氧化物半导体场效应晶体管，所需驱动功率较小。而且MOSFET只有多数载流子参与导电，不存在少数载流子的复合时间，因而开关频率可以很高，特别适合作为PWM控制充电开关。为此，设计中采用P沟道MOSFET。P沟道MOSFET的导通电压Vth<0，由图4可以实现MOSFET的驱动。当Q2导通时，由于Q2的Vce很小，可以认为Q1的G 极接地，Vgs<0，当Vin达到一定值时，Q1导通。

3.3.7 键盘电路

采用单按键的输入方式，用于开液晶背光和设定充电模式。初始化时将PC7输出高电平，在程序运行过程中，通过定时中断检测是否有按键按下。当有按键按下时间不超过10 s时，则打开液晶背光，10 s后背光关闭。当有按键按下时间超过10s时，进入模式设定。在设定模式下，每按一次模式加1，按下按键10 s 后或者10 s按键无任何动作，模式保存到E2PROM中，退出设定模式。

3.3.8 状态显示和告警电路

控制器用LCD1602液晶显示系统的状态信息，包括蓄电池电压、负载功率等。 LCD1602采用7线驱动法，Vo接1 kΩ电阻到地，用于调节液晶显示对比度。显示数据和指令通过LCD1602的DB4～DB7写入，同时具备有声光告警功能。当出现过压或过放时，相应的发光二极管闪烁以及蜂鸣器告警，同时相应告警继电器接通。

3.3.9 数据上传

控制器用RS 232串行口将系统电压、温度、充放电状态以及负载情况数据上传，实现远程监控。

2 控制器的软件流程图

主程序主要完成对I／O、定时器和PWM的初始化，同时根据电池板和蓄电池的状态调用相应的充放电子程序。控制器参数的测量主要由中断服务程序完成。

3.4 自动跟踪系统设计

太阳追踪系统，以四个光信号采集单元作为电信号源，控制太阳能利用装置的转动部件向指定的方向转动；光信号采集单元是只有一个方向通过开口接受太阳光线进入，其它各个方向封闭或因安装时向下或受其它东西阻挡而不能接受太阳光线进入的容器，里面安放一个光敏元件或热敏元件，四个光信号采集单元的开口分别朝向东西南北四个方向，开口向东的和开口向西的为一组，开口向南的和开口向北的为一组。光敏元件或热敏元件接受不同强度光照时的电学状态不同，其电学状态转化为电信号，每组中的两个光敏元件或热敏元件的电信号输入一个比较电路进行比较，用其比较结果驱动转动装置向光照较强的方向转动。

如图所示，双运放LM358与R1、R2构成两个电压比较器，参考电压为VDD(+12V)的1／2。光敏电阻RT1、RT2与电位器RP1和光敏电阻RT3、RT4与电位器RP2分别构成光敏传感电路，该电路的特殊之处在于能根据环境光线的强弱进行自动补偿。如下图所示，将RT1和RT3安装在垂直遮阳板的一侧，RT4和RT2安装在另一侧。当RT1、RT2、RT3和RT4同时受环境自然光线作用时，RP1和RP2的中心点电压不变。如果只有RT1、RT3受太阳光照射，RT1的内阻减小，LM358的3脚电位升高，1脚输出高电平，三极管VT1饱和导通，继电器K1导通，其转换触点3与触点1闭合，同时RT3内阻减小，LM358的5脚电位下降，K2不动作，其转换触点3与静触点2闭合，电机M正转；同理，如果只有RT2、RT4受太阳光照射，继电器K2导通，K1断开，电机M反转。当转到垂直遮阳板两侧面的光照度相同时，继电器K1、K2都导通，电机M才停转。在太阳不停地偏移过程中，垂直遮阳板两侧光照度的强弱不断地交替变化，电机M转-停、转-停，使太阳能接收装置始终面朝太阳。4只光敏电阻这样交叉安排的优点是：LM358的3脚电位升高时，5脚电位则降低，LM358的5脚电位升高时，3脚电位则降低，可使电机的正反转工作既干脆又可靠。可直接用安装电路板的外壳兼作垂直遮阳板，避免将光敏电阻RT2、RT3引至蔽阴处的麻烦。使用该装置，不必担心第二天早晨它能否自动返回。早晨太阳升起时，垂直遮阳板两侧的光照度不可能正好相等，这样，上述控制电路就会控制电机，从而驱动接收装置向东旋转，直至太阳能接收装置对准太阳为止。

结论

经过了几个月的学习和设计基本上完成了太阳能发电系统的设计工作，在工作之余，经常到其他车间参观太阳能组件的生产过程，工艺流程以及完整太阳能发电系统的结构。

经过了前期的市场调查研究，了解了当前国内外太阳能发电的基本状况以及该系统的市场前景。根据该系统广泛的应用领域和广阔的市场前景以及为改善地球环境和能源结构作出的贡献得出结论。该系统具有很高的应用价值。在设计的过程中由于时间紧迫和本人能力经验不够，该系统有很多不足之处需要在以后的生产应用过程中进一步改善。

参考文献

[1] 阎石. 数字电子技术基础. 第四版.高等教育出版社

[2] 乌云高娃，温希东，王明福. C语言程序设计. 高等教育出版社

[3] 张运波，刘淑荣 .工厂电气控制技术. 第二版.高等教育出版社

致谢

经过了几个月的实习生活，我的毕业设计也即将结束。本论文是由李鑫老师的指导下完成的。经过同学，同事的帮助和这利用大学三年积累的知识，终于完成了本系统的设计工作。

向在论文完成过程中给予我支持和帮助的老师，同学，同事们表示感谢。