太阳能LED路灯控制器的设计与实现
太阳能LED路灯控制器的设计与实现[20191223125019]
摘要
随着能源危机的加重，世界各国都在探寻解决能源危机的办法。这时具有可再生，能耗少，清洁无污染等一些优点的新能源受到各国的亲睐。其中太阳能日益受到广泛关注。而太阳能LED照明是太阳能光伏发电的一个重要的应用领域。
本文主要研究太阳能LED路灯控制器的设计问题，介绍了太阳能电池、铅蓄电池和LED灯的基本工作原理及特性，根据太阳能发电系统的工作方式，设计由硬件锂电池充电板5v转4.2v模块对蓄电池充放电管理和保护的，光敏电阻和STC89C52RC单片机编写的软件对LED路灯的开关进行控制。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:过充保护、过放保护、光控
目录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1课题的背景与意义 1
1.2太阳能LED路灯的发展和现状 2
1.3论文的主要研究内容 6
第二章 太阳能路灯系统的基本构成和特性 7
2.1太阳能路灯系统典型结构 7
2.2 太阳能电池 7
2.3蓄电池 8
2.3.1蓄电池的工作原理 8
2.3.2 光伏电池对蓄电池的基本要求 8
2.4白光LED灯 9
2.4.1 LED的优点 9
2.4.2 白光LED灯发光原理 9
2.5太阳能路灯控制器 10
第三章 太阳能LED路灯控制器硬件设计与选择 11
3.1硬件的选择 11
3.2 主要硬件的介绍 14
3.2.1 STC89C52RC单片机简介 14
3.2.2光明电阻传感器 15
第四章 软件设计 18
4.1软件程序的设计 18
4.2程序代码： 19
第五章 总结 21
参考文献 22
致谢 23
附录实物图： 24
第一章 绪论
1.1课题的背景与意义
社会的发展离不开能源，随着社会的发展、人口的增长、科技的发展，对能源的依赖和需求也在不断增长。现如今世界各国已面临着能源需求量成倍增长而能源却不足的危机。现在的能源结构中，人类所利用的天然气、煤和石油等化石能源需求在不断的增长，总有一天将会被用尽而枯竭。根据目前已探明的储量与年开采量的计算，天然气大概还可以开采约39年、煤炭大概还可以开采约229年和石油大概还可以开采约29年[1]。非但如此，大量的使用化石能源还给环境带来了一定的危害。人们消耗化石能源产生了大量的二氧化碳，它是导致地球温室效应的最主要原因。现今世界各地每天产生的温室效应气体以亿吨计，如果不加以控制，那么气温将持续走高，两级冰山逐渐融化，海平面持续上升，我们人类的生活空间将面临巨大的危机。
因此，寻找可再生的绿色新能源来取代化石能源，从而降低环境污染保护全球环境已经成了各国的重点研究方向，并且在各种可再生绿色能源技术研究发面各国发展迅猛。太阳能是因为它是取之不尽的源泉，广泛存在和无污染的优点，在所有的研究的替代性能源中是最理想的清洁能源 [2]。如今太阳能发电主要有两种方法可行[3]：第一种方法是通过光电器件运用光生伏打原理直接将太阳能转化为电能，称之为太阳能光伏发电；另一种方法就是将太阳能转化为热能，再按常规方式发电，称之为太阳能热发电。
太阳能光伏发电不需要消耗燃料不会对环境产生污染，同时它还具有安全可靠安静的运行不会产生噪声、能量获取容易，不受地理位置的影响、不会轻易发生故障、维护简单方便、规模可大可小、不需要铺设专门的电路供电和可以简单完美的与建筑物融为一体等一些优点。因此，光伏发电成为太阳能研究领域中发展最快，最具竞争力的研究项目。太阳能应用领域中太阳能LED路灯是太阳能应用领域中一个具体而有价值的应用。
根据资料显示，每年用于照明的电力在3000亿度以上，假如选用LED照明，每年就比普通的照明灯节省大约三分之一 的照明用电[4]。因为太阳能电池板和LED都是直流电，两者结合不仅能提高了整个系统的效率，还能减少城市消费的部分，节约了部分市政消费，所以太阳能LED路灯越来越受到人们的青睐。
1.2太阳能LED路灯的发展和现状
太阳能光伏发电发展过程：
1954年 在美国贝尔实验室由恰宾和皮尔松制成了实用的单晶太阳电池，效率为6%。同年，韦克尔制成了第一块薄膜太阳能电池。[5]
1955年 光电转换材料的效率设计由吉尼和罗非斯基进行优化[5]
1957年 硅太阳电池光的电转换效率可以达到8%[5]。
1958年 美国首次在太空应用太阳能电池。[5]
1959年 效率达到5%的多晶硅电池诞生。[5]
1960年 硅太阳电池首次实现并网运行。[5]
1962年 砷化镓太阳电池光电转换效率达13%，然后在1973年达到15%，接着在1995年高效聚光砷化镓电池效率达到32%。[5]
1969年 薄膜硫化镉太阳电池效率达8%。[5]
1972年 罗非斯基研制出效率达16%紫光电池。[5]
1974年 COMSAT研究所提出能使硅太阳电池效率达18%的无反射绒面电池。[5]
1975年 第一块非晶硅太阳电池诞生。[5]
1976年 多晶硅太阳电池效率达10%。[5]
1978年 美国建成100kWp太阳地面光伏电站，然后在1983年建成建成1MWp光伏电站，接着在1986年建成6.5MWp光伏电站。[5]
1980年 单晶硅太阳电池效率达20%，砷化镓电池达22.5%，多晶硅电池达14.5%，硫化镉电池达9.15%。[5]
目前，想要将太阳能光伏电池大规模应用亟需解决两大难题[6]：一是如何降低生产成本，以硅片为材料的第一代光伏太阳能电池虽然它的技术发展最成熟，但是生产成本却是最高的；二是如何提高光电转换效率，以薄膜为基础的第二代光伏太阳能电池是在硅以外的材料上涂敷一层很薄的光电材料，这样就极大的降低了半导体材料的消耗使用，而且其还可以自动化批量生产，从而降低了光伏太阳能电池的生产成本，但是其光电转换效率却还是不高。为了改善这两种电池的不足，大大提高光伏电池的光电转换效率，诞生了新结构新概念的太阳能电池，他们主要通过减少非光的能耗，降低光伏太阳能电池内部的电阻和增加光子有效的利用等一些方法来改善光电转换效率。目前研究人员主要研究理论光电转换效率可达93%的第三代太阳能电池，它主要是先进的薄膜技术为基础。目前的主要研究产品有染料敏华太阳能电池、有机聚合物电池、多层多结、纳米结构等一系列新型太阳能电池。他们都是在围绕上述两大难题在研究开发。下1.2.1表是国际光伏研究的光电转换效率。
表1.2.1国际光伏电池实验室效率（STC：AM1.5 1000Wp/m2,25℃）[7]
电池种类 转换效率 研究单位 备注
单晶硅太阳能电池 24.7±0.5； 澳大利亚新南威尔士大学 4cm2面积
背接触聚光单晶硅电池 26.8±0.8 美国SunPower公司 96倍聚光
GaAs多结电池 40.7±1.7 Spectrolab 聚光电池
多晶硅太阳能电池 20.3±0.5 德国弗朗霍夫研究所 1.002cm2面积
InGaAs 30.28±1.2 日本能源公司 4cm2面积
非晶硅太阳能电池 14.5（初始）±0.7 12.8（稳定）±0.7 美国USSC公司 0.27cm2面积
铜铟硒电池（CIS） 19.5±0.6 美国国家可再生能源实验室 0.410cm2面积
碲化镉电池（CdTe） 16.5±0.5 美国可再生能源实验室 1.032cm2
多晶硅薄膜电池 16.6±0.4 德国斯图加特大学 4.017cm2
纳米硅太阳能电池 10.1±0.2 日本钟渊公司 2μm厚膜
染料敏华电池 11.0±0.5 EPFL 0.25cm2面积
HIT 21.5 日本三洋公司
目前不仅国际实验室的光伏转换效率在提高，其组件产量也在大幅的增长，下图1.1和表1.2.2是近十几年来国际上太阳能电池和太阳能电池组件的年产量发展情况。
图1.1近年来世界太阳能电池/组件年产量发展情况（单位：MW）[7]
表1.2.2近年来世界太阳能电池/组件年产量发展情况（单位：MW）[7]
1990 1992 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
摘要
随着能源危机的加重，世界各国都在探寻解决能源危机的办法。这时具有可再生，能耗少，清洁无污染等一些优点的新能源受到各国的亲睐。其中太阳能日益受到广泛关注。而太阳能LED照明是太阳能光伏发电的一个重要的应用领域。
本文主要研究太阳能LED路灯控制器的设计问题，介绍了太阳能电池、铅蓄电池和LED灯的基本工作原理及特性，根据太阳能发电系统的工作方式，设计由硬件锂电池充电板5v转4.2v模块对蓄电池充放电管理和保护的，光敏电阻和STC89C52RC单片机编写的软件对LED路灯的开关进行控制。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:过充保护、过放保护、光控
目录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1课题的背景与意义 1
1.2太阳能LED路灯的发展和现状 2
1.3论文的主要研究内容 6
第二章 太阳能路灯系统的基本构成和特性 7
2.1太阳能路灯系统典型结构 7
2.2 太阳能电池 7
2.3蓄电池 8
2.3.1蓄电池的工作原理 8
2.3.2 光伏电池对蓄电池的基本要求 8
2.4白光LED灯 9
2.4.1 LED的优点 9
2.4.2 白光LED灯发光原理 9
2.5太阳能路灯控制器 10
第三章 太阳能LED路灯控制器硬件设计与选择 11
3.1硬件的选择 11
3.2 主要硬件的介绍 14
3.2.1 STC89C52RC单片机简介 14
3.2.2光明电阻传感器 15
第四章 软件设计 18
4.1软件程序的设计 18
4.2程序代码： 19
第五章 总结 21
参考文献 22
致谢 23
附录实物图： 24
第一章 绪论
1.1课题的背景与意义
社会的发展离不开能源，随着社会的发展、人口的增长、科技的发展，对能源的依赖和需求也在不断增长。现如今世界各国已面临着能源需求量成倍增长而能源却不足的危机。现在的能源结构中，人类所利用的天然气、煤和石油等化石能源需求在不断的增长，总有一天将会被用尽而枯竭。根据目前已探明的储量与年开采量的计算，天然气大概还可以开采约39年、煤炭大概还可以开采约229年和石油大概还可以开采约29年[1]。非但如此，大量的使用化石能源还给环境带来了一定的危害。人们消耗化石能源产生了大量的二氧化碳，它是导致地球温室效应的最主要原因。现今世界各地每天产生的温室效应气体以亿吨计，如果不加以控制，那么气温将持续走高，两级冰山逐渐融化，海平面持续上升，我们人类的生活空间将面临巨大的危机。
因此，寻找可再生的绿色新能源来取代化石能源，从而降低环境污染保护全球环境已经成了各国的重点研究方向，并且在各种可再生绿色能源技术研究发面各国发展迅猛。太阳能是因为它是取之不尽的源泉，广泛存在和无污染的优点，在所有的研究的替代性能源中是最理想的清洁能源 [2]。如今太阳能发电主要有两种方法可行[3]：第一种方法是通过光电器件运用光生伏打原理直接将太阳能转化为电能，称之为太阳能光伏发电；另一种方法就是将太阳能转化为热能，再按常规方式发电，称之为太阳能热发电。
太阳能光伏发电不需要消耗燃料不会对环境产生污染，同时它还具有安全可靠安静的运行不会产生噪声、能量获取容易，不受地理位置的影响、不会轻易发生故障、维护简单方便、规模可大可小、不需要铺设专门的电路供电和可以简单完美的与建筑物融为一体等一些优点。因此，光伏发电成为太阳能研究领域中发展最快，最具竞争力的研究项目。太阳能应用领域中太阳能LED路灯是太阳能应用领域中一个具体而有价值的应用。
根据资料显示，每年用于照明的电力在3000亿度以上，假如选用LED照明，每年就比普通的照明灯节省大约三分之一 的照明用电[4]。因为太阳能电池板和LED都是直流电，两者结合不仅能提高了整个系统的效率，还能减少城市消费的部分，节约了部分市政消费，所以太阳能LED路灯越来越受到人们的青睐。
1.2太阳能LED路灯的发展和现状
太阳能光伏发电发展过程：
1954年 在美国贝尔实验室由恰宾和皮尔松制成了实用的单晶太阳电池，效率为6%。同年，韦克尔制成了第一块薄膜太阳能电池。[5]
1955年 光电转换材料的效率设计由吉尼和罗非斯基进行优化[5]
1957年 硅太阳电池光的电转换效率可以达到8%[5]。
1958年 美国首次在太空应用太阳能电池。[5]
1959年 效率达到5%的多晶硅电池诞生。[5]
1960年 硅太阳电池首次实现并网运行。[5]
1962年 砷化镓太阳电池光电转换效率达13%，然后在1973年达到15%，接着在1995年高效聚光砷化镓电池效率达到32%。[5]
1969年 薄膜硫化镉太阳电池效率达8%。[5]
1972年 罗非斯基研制出效率达16%紫光电池。[5]
1974年 COMSAT研究所提出能使硅太阳电池效率达18%的无反射绒面电池。[5]
1975年 第一块非晶硅太阳电池诞生。[5]
1976年 多晶硅太阳电池效率达10%。[5]
1978年 美国建成100kWp太阳地面光伏电站，然后在1983年建成建成1MWp光伏电站，接着在1986年建成6.5MWp光伏电站。[5]
1980年 单晶硅太阳电池效率达20%，砷化镓电池达22.5%，多晶硅电池达14.5%，硫化镉电池达9.15%。[5]
目前，想要将太阳能光伏电池大规模应用亟需解决两大难题[6]：一是如何降低生产成本，以硅片为材料的第一代光伏太阳能电池虽然它的技术发展最成熟，但是生产成本却是最高的；二是如何提高光电转换效率，以薄膜为基础的第二代光伏太阳能电池是在硅以外的材料上涂敷一层很薄的光电材料，这样就极大的降低了半导体材料的消耗使用，而且其还可以自动化批量生产，从而降低了光伏太阳能电池的生产成本，但是其光电转换效率却还是不高。为了改善这两种电池的不足，大大提高光伏电池的光电转换效率，诞生了新结构新概念的太阳能电池，他们主要通过减少非光的能耗，降低光伏太阳能电池内部的电阻和增加光子有效的利用等一些方法来改善光电转换效率。目前研究人员主要研究理论光电转换效率可达93%的第三代太阳能电池，它主要是先进的薄膜技术为基础。目前的主要研究产品有染料敏华太阳能电池、有机聚合物电池、多层多结、纳米结构等一系列新型太阳能电池。他们都是在围绕上述两大难题在研究开发。下1.2.1表是国际光伏研究的光电转换效率。
表1.2.1国际光伏电池实验室效率（STC：AM1.5 1000Wp/m2,25℃）[7]
电池种类 转换效率 研究单位 备注
单晶硅太阳能电池 24.7±0.5； 澳大利亚新南威尔士大学 4cm2面积
背接触聚光单晶硅电池 26.8±0.8 美国SunPower公司 96倍聚光
GaAs多结电池 40.7±1.7 Spectrolab 聚光电池
多晶硅太阳能电池 20.3±0.5 德国弗朗霍夫研究所 1.002cm2面积
InGaAs 30.28±1.2 日本能源公司 4cm2面积
非晶硅太阳能电池 14.5（初始）±0.7 12.8（稳定）±0.7 美国USSC公司 0.27cm2面积
铜铟硒电池（CIS） 19.5±0.6 美国国家可再生能源实验室 0.410cm2面积
碲化镉电池（CdTe） 16.5±0.5 美国可再生能源实验室 1.032cm2
多晶硅薄膜电池 16.6±0.4 德国斯图加特大学 4.017cm2
纳米硅太阳能电池 10.1±0.2 日本钟渊公司 2μm厚膜
染料敏华电池 11.0±0.5 EPFL 0.25cm2面积
HIT 21.5 日本三洋公司
目前不仅国际实验室的光伏转换效率在提高，其组件产量也在大幅的增长，下图1.1和表1.2.2是近十几年来国际上太阳能电池和太阳能电池组件的年产量发展情况。
图1.1近年来世界太阳能电池/组件年产量发展情况（单位：MW）[7]
表1.2.2近年来世界太阳能电池/组件年产量发展情况（单位：MW）[7]
1990 1992 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
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