太阳能电池板自动清洗与电能管理系统.doc

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太阳能电池板自动清洗与电能管理系统

摘要

太阳能是指太阳光的辐射能量，随着科技的发展，太阳能被广泛的应用于各个方面如发电。

并且太阳能是完全取于自然的天然能源，符合环保低碳的标准，是清洁的能源。

此次设计的主要目的就是利用太阳能的光——电转换的原理实现对太阳能的利用，主要用于路灯照明，解决远郊区，山区的道路照明。

设计由太阳能电池板蓄电与自动清洁系统两部分组成：

太阳能蓄电部分利用的是凌力尔特公司生产的LT3652芯片将太阳能电池板吸收的太阳辐射能直接转换为电能，整流后送往蓄电池中存储起来，带动负载工作。

第二部分是自动清洁部分，主要由AT89C2051单片机经过驱动芯片L298n来控制直流电机的动作从而带动雨刷进行太阳能电池板的自动清洗。

关键词：

太阳能；太阳能蓄电；自动清洁；LT3652；AT89C2051；L298n；

Self-cleaningsolarpanelsandenergymanagementsystem

Abstract

Solarradiationistheenergyofsunlight,Solarenergyiswidely

usedinvariousareassuchaspowergeneration.Andsolaris

completelynaturaltotakeinthenaturalenergy,Meetenvironmentalstandardsforlow-carbon,isacleansourceofenergy.Themainpurposeofthisdesignistheuseofsolarlight-theprincipleofelectricalconversionofsolarenergytoachieve.Mainlyusedforstreetlighting,solvetheoutersuburbs,mountainroadlighting.Designbysolarpanelspower-storageandautomaticcleaningsystemcomposedoftwoparts:

UseofsolarenergypowerstorageispartofLinearTechnology'sLT3652chipcompanysolarpanelsabsorbthesolarradiationdirectlyintoelectricity,rectifierandrushedstoredinbatteries,drivetheloadofwork.Thesecondpartisself-cleaning,MainlybytheAT89C2051microcontrollertocontrolthroughthedriverchipL298nDCmotordrivenwiperactiontobeself-cleaningsolarpanels.

KeyWords:

SolarEnergy；Solarpowerstorage；Automaticcleaning；LT3652；AT89C2051；L298n；

1.绪论

1.1课题背景

自从两次工业革命以后，煤、石油、天然气等化石燃料相继被广泛地应用到生产生活的各个方面。

随着社会经济的不断发展和人类文明的不断进步，人类对能源的需求量不断飞速增长。

然而，这些曾经被人们广泛应用并且现在还在被使用的基本都是不可再生能源。

其有限的储量与人类无限的需求之间构成了不可调和的矛盾。

其次，煤、石油、天然气等化石燃料燃烧后会产生大量的二氧化碳气体，造成温室效应，加速全球气候变暖，给人类及其他动植物的生存构成巨大挑战。

再者，这些不可再生能源的大量使用，还会产生环境污染、生态破坏等严重问题。

因此，开发一种储量巨大、清洁、无污染的可再生能源已经成为当今社会的广泛共识。

与常规能源相比，太阳能具有三大优势：

其一，它是人类可以利用的最丰富的能源。

据统计，在过去的漫长的十几亿年中，太阳只消耗了它本身能量的2%。

按照这种速度计算，太阳足以供给人类使用几十亿2%。

按照这种速度计算，太阳足以供给人类使用几十亿年，可谓取之不尽、用之不竭。

其二，在地球上，只要有光照的地方都有太阳能，这样我们就可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对于交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有实用价值。

其三，太阳能是一种十分清洁的能源。

在开发和利用太阳能时，不会产生废渣、废水和废气；也没有噪音，更不会产生大气污染、影响生态平衡等环境问题。

因此，太阳能是一种非常合适的新能源，研究和开发太阳能，对于我们人类今后的生产生活乃至生存，都具有十分重要的意义。

1.2国内现状

在我国，太阳能的利用也一直是最热门的话题，经过多年的发展，国内在集热器（含太阳能热水器）已成为太阳能应用最为广泛、产业化最迅速的产业之一。

1998年销售总额达到了35亿元，其产量位居世界榜首。

我国的太阳能产业已开始运作。

中国科学院宣布启动西部行动计划，将在两年内投入2.5亿元人民币开展研究，建立若干个太阳能发电、太阳能供热、太阳能空调等示范工程。

目前河北保定国家高新技术开发区正加快建设我国规模最大的多晶硅太阳能电池生产基地，该项目集太阳能电池、组件及应用系统等为一体，一期工程完成后可达到年产3兆瓦多晶硅太阳能电池的能力，填补了我国在太阳能开发应用方面多项空白，并将大大推动太阳能电池用低铁玻璃的生产、销售市场。

但从整体上分析，国内太阳能光伏发电系统由于起步较晚，尤其是在太阳能电池的开发、生产上还落后于国际水平，整体上仍处于产量小、应用面窄、产品单一、技术落后的初级阶段。

经粗略统计表明，国内目前仅建有5个（单晶硅）太阳能电池生产厂，年产量约有4.5兆瓦（注：

1兆瓦（MW）为1000千瓦），工厂设施仍停留在已有引进的生产线上。

而国外不少企业已把眼光瞄准更为先进的薄膜晶体太阳能电池的开发与生产上。

这种新一代的先进的薄膜晶体太阳能电池其转换效率可高达18.3％，比目前平均转换效率提高了3个百分点。

据业内人士介绍，我国太阳能电池平均转换效率不高，其主要原因是专用材料国产化程度低，如封装玻璃就完全依赖进口，低铁含量的高透过率基板玻璃市场仍不能满足需求，科研成果还没有迅速及完全转化为产业优势。

1.3课题基本内容

（1）电能管理系统我用的是LT3652，它接受4.95V-34V的宽输入范围，具有40V的绝对最大额定值以增加系统裕度。

该器件可以为各种配置的电池组充电，充电电流可编程至2A。

并且在非充电时从电池吸取<1uA的电流，是电池处于动态充电状态，从而大大增加了电池的使用寿命。

（2）自动清洁系统，主要利用的是单片机控制电机。

用单片机编程内部定时，固定的时间是单片机给直流电机信号，从而使电机带动齿轮转动，齿轮带动传送带使轨道上雨刷上升进行第一次清洁，到达行程开关处单片机给电机一个反向电压，从而使电机反转使雨刷下降完成第二次清洁，到达行程开关处停止。

系统结构图如图1.1

图1.1 系统结构方框图

1.4预期目标

1、实现白天的日照能够对蓄电池进行充电。

2、实现电池板的自动清洗功能。

2.硬件设计

2．1硬件选取及构成

2.1.1太阳能电池的原理及选用

太阳能电池是一个巨大的PN结，它把太阳能转换为电能，对于单片太阳能电池来说，它是一个小的PN结，除了当太阳光照射在上面时，它能够产生电能外，它还具有PN结的一切特性。

在标准光照条件下，它的额定输出电压为0.48V。

在太阳能照明灯具使用中的太阳能电池组件都是由多片太阳能电池连接构成的。

它具有负的温度系数，温度每上升一度，电压下降2mV。

对于多片太阳能电池组成的太阳能电池组件，太阳能电池一般都如下参数：

Isc是短路电流，Im是峰值电流，Voc是开路电压。

Vm是峰值电压，Pm是峰值功率。

在使用中，太阳能电池开路或者短路都不会造成损坏，实际上我们也正是利用它的这个特性对系统蓄电池充放电进行控制的。

太阳能电池的选择：

我们所说的太阳能电池输出功率Wp是标准太阳光照条件下，即：

欧洲委员会定义的101标准，辐射强度1000W/m2，大气质量AM1.5，电池温度25℃条件下，太阳能电池的输出功率。

这个条件大约和平时晴天中午前后的太阳光照条件差不多，（在长江下游地区只能接近这个数值）这并不象有些人想象的那样，只要有阳光就会有额定输出功率，甚至认为太阳能电池在夜晚日光灯下也可以正常使用。

这就是说，太阳能电池的输出功率是随机的，在不同的时间，不同的地点，同样一块太阳能电池的输出功率是不同的。

太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”，因此太阳能电池又称为“光伏电池”，用于太阳能电池的半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成，半导体硅原子的外层有4个电子，按固定轨道围绕原子核转动。

当受到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的位置上留下一个“空穴”，在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。

如果在硅晶体中掺入硼、镓等元素，由于这些元素能够俘获电子，它就成了空穴型半导体，通常用符号P表示；如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号N代表。

若把这两种半导体结合，交界面便形成一个P－N结。

太阳能电池的奥妙就在这个“结”上，P－N结就像一堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。

当太阳能电池受到阳光照射时，电子接受光能，向N型区移动，使N型区带负电，同时空穴向P型区移动，使P型区带正电。

这样，在P－N结两端便产生了电动势，也就是通常所说的电压。

这种现象就是上面所说的“光生伏打效应”。

如果这时分别在P型层和N型层焊上金属导线，接通负载，则外电路便有电流通过，如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。

制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。

目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。

太阳能电池就是利用光伏效应将太阳能直接转换为电能的一种装置。

常规太阳电池简单装置如左图所示。

当N型和P型两种不同型号的半导体材料接触后，由于扩散和漂移作用，在界面处形成由P型指向N型的内建电场。

当光照在太阳电池的表面后，能量大于禁带宽度的光子便激发出电子和空穴对，这些非平衡的少数载流子在内电场的作用下分离开，在电池的上下两极累积，这样电池便可以给外界负载提供电流。

设计选用的是CanadianSolar公司生产的YJ0177-1型单晶硅太阳能电池板。

超级直线型结构的单晶硅太阳能电池板。

其转化率较高能达到14-20%，光电转换效率不易随时间衰退，结构上有良好的耐久性、可靠性，不会过重且价格适中。

输出电压：

18伏特（可给12伏蓄电池充电）

最大开路电压：

20伏特

重量：

0.5千克

外形尺寸：

185*135*25mm

2．1．2储能专用铅酸蓄电池的介绍与选用

近年来，太阳电池的光伏发电技术得到了世界各国的高度重视。

从欧美的太阳能光伏“屋顶计划”到我国的西部光伏发电项目以及“光明工程”。

太阳能光伏发电已经显示了其强劲