基于stc单片机的太阳能控制器设计

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1、基于单片机的太阳能控制器设计第33页共33页基于单片机的太阳能控制器设计作者：朱庆丰指导教师：马德贵（安徽农业大学工学院09电气工程及其自动化专业合肥230036）摘要：传统能源消耗殆尽，低碳的生活模式深入人心，开发新能源迫在眉睫，太阳能的研究与使用的重要性不说自明。世界各地大型光伏电站的投建，为人类提供了一种新的能源解决方案。另外，小型的离网系统由于其具有简单灵活的特点，在未来也必定会成为光伏发电举足轻重的一个领域，所以研究离网型的太阳能充放电系统也很有必要。本文设计的是基于单片机的光伏蓄电池的充放电控制器，单片机采用STC89C52，蓄电池采用铅酸蓄电池。本文从研究

2、PV阵列在不同状态下的发电功率入手，结合铅酸蓄电池本身的充放电原理，意在使PV阵列最大效率转化太阳能、使蓄电池安全合理地充放电、使负载稳定可靠地工作。关键词：STC89C52；CN3717；铅酸蓄电池；充放电；1引言随着地球资源的日益贫乏，太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭”的安全、洁净的新能源，正被广泛地应用。控制器是太阳能路灯照明系统的核心部件，其功能的好坏直接影响着太阳能路灯的使用寿命。为适应不同场合和各种负载的应用需要，本设计利用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

3、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

4、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。基于单片机的太阳能控制器设计第33页共33页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。而硬件电路又可分为PV阵列电气连接部分，单片机的外围电路，CN3717的典型应用电路图。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3.1PV板特性与等效电路太阳能电池单体是

5、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

6、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基于单片机的太阳能控制器设计第33页共33页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

7、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