太阳能LED照明系统的设计(最终方案)

I目录中文摘要ABSTRACT第一章引言1.1选题的背景和意义................................11.2国内外光伏发电发展现状......................1.2.1世界光伏产业的新进展及应用特点..............1.2.2我国光伏产业发展现状........................1.3光伏电源具有以下优势......................1.4新一代照明光源-白光LED......................1.5论文的研究目的和意义......................第二章太阳能LED照明系统的总体设计...................2.1太阳能LED照明系统的基本结构...................2.2控制器的整体结构第三章太阳能电池板3.1太阳能的工作原理和特性3.1.1太阳能电池的基本原理3.1.2太阳能电池的特性曲线3.2太阳能电池的最大功率跟踪3.2.1最大功率点跟踪原理3.3本系统采用的MPPT控制方式3.3.1功率比较法3.3.1.1功率比较法原理3.3.1.2功率比较法的算法设计3.4本章小结第四章主体电路的设计4.1整体电路设计4.1.1电源电路设计4.1.2LED驱动电路4.2单片机的算法实现4.3DC/DC变换器式............................................................................254.3本系统采用的MPPT控制方式...................................................................................294.3.1功率比较法.............................................................................................................294.3.2最大功率的模糊控制...........................................................................................324.4本章小结........................................................................................................................33第五章太阳能LED照明系统光源优化的研究.................................................................345.1超高亮白光LED的原理和特性..................................................................................345.1.1发光原理.................................................................................................................345.1.2工作特性................................................................................................................345.2LED照明系统光源亮度的提高方案.........................................................................355.2.1光度量参数及其测量方法.....................................................................................355.2.2主要技术改进.........................................................................................................365.2.3LED的布板..........................................................................................................375.3LED照明光源散热问题的研究.................................................................................375.3.1半导体制冷的工作原理..........................................................................................385.3.2半导体制冷的散热效果..........................................................................................395.3.3半导体制冷的设计.................................................................................................405.4本章小结......................................................................................................................40六章结束语......................................................................................................................416.1本文所做的工作及得到的结论........................................................41有待于进一步研究的问题...........................................................................................41考文献..................................................................................................................................43谢......................................................................................................................................46录......................................................................................................................................47学期间发表的学术论文和参加的科研情况......................................................................52第一章引言1.1选题的背景和意义在世界能源短缺,环境污染日益严重的今天,充分开发并利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策。太阳能LED照明系统以其不用专人管理和控制，安装一次性投资无需日后电费开支，无需架设输电线路或挖沟铺设电缆，可以方便安装在广场、校园、公园、街道等多方面的优点而越来越受重视。我国在1996年提出了“绿色照明工程”，主要就是为了解决与照明相关的能源供应和经济效益问题。绿色照明的科学定义为：绿色照明是指通过科学的照明设计采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品（电光源、灯用电器附近、灯具、配线器材，以及调光控制和控光器件），改善提高人们工作、学习、生活的条件和质量，从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境并充分体现现代文明的照明。许多发达国家和部分发展中国家先后制订了“绿色照明工程”计划，并取得了显著效果。照明的质量和水平已成为人类社会现代化程度的一个重要标志之一，成为人类社会可持续发展的一项重要的措施。作为固体光源的LED发光二极管，真正点燃了“绿色照明”的光辉，被认为是21世纪最有价值的新光源，将取代白炽灯和日光灯成为照明市场的主导，使照明技术面临一场新的革命，从而一定程度上改善人类的生产和生活方式。LED照明的应用前景在全世界掀起了高潮，被给予了厚望。目前照明消耗约占整个电力消耗的20%，大幅降低照明用电是节约能源的重要途径。开发和应用更高效，可靠，安全，使用寿命长的新型太阳能节能光源势在必行。一般的太阳能LED照明系统如下图1-1所示，其实质是一个小的独立光伏系统，主要由几大部分组成，即太阳能电池、蓄电池、控制器、LED光源。图1-1太阳能LED照明系统结构图太阳能路灯控制器主要采用脉宽调制充电方式，具有过充、过放、短路保护和过充点的温度自动补偿功能。在独立太阳能发电系统中，为了降低成本、提高效率和可靠性，应该既保证光伏阵列处于最佳工作状态，又要使蓄电池正确充放电，同时还要最大限度地利用所发电能。但在目前的光伏系统中，这三者的实现存在矛盾，在设计充电控制时通常只顾及到一个方面，如何兼顾三者的关系，寻求最优充电控制策略，是一个设计难点。针对目前的太阳能照明路灯系统所存在的问题，本文通过对典型的照明控制器进行优化设计，将最大功率跟踪技术引入太阳能LED照明系统中，保证光伏阵列工作在最佳工作状态，以提高系统的工作效率。从而使整个路灯系统的可靠性得以提高。研究和开发光效更高、更节能、更能适合太阳能灯具发展的LED新型发光源就显得势在必行。新型LED发光源的开发与利用，可以提高光源亮度，降低功率消耗，提高发光效率，降低整体太阳能灯具的功率匹配，从而降低太阳能灯具成本，使其性价比提高，在节能环保和太阳能灯具的市场普及方面具有重大的现实意义。1.2国内外光伏发电发展现状1839年法国学者贝克勒尔发现光伏效应，1954年美国贝尔实验室的三位科学家首次制成实用的单晶硅太阳电池。在可再生能源中，太阳能光伏发电产业是全球发展最快的新兴产业之一。最近10年太阳电池产量年平均增长率为37%，最近五年的年平均增长率为45%。发展可再生能源的时代己经到来传统的化石能源日益枯竭，并且利用过程中严重污染环境制约了世界经济的可持续发展。能源的需求有增无减，能源资源已成为重要的战略物资。而太阳能是最有发展前景的太阳能电池板蓄电池LED光源控制器可再生能源。1.2.1世界光伏产业的新进展及应用特点。1997年，美国提出“百万太阳能光伏屋顶”计划，预计2010年完成。同年，日本“新阳光计划”，到2010年将生产43亿瓦光伏电池。同年，欧盟提出“百万光伏屋顶计1999年，德国实施“十万光伏屋顶计划”，并实行低息贷款。近年发达国家还制定了“研发路线图”。在光伏应用和安装方面，德、日、美依然是世界上三个最主要的光伏应用市场。年全球安装太阳电池组件1460MW，比前一年增长了34%。德国安装837MW，比前一年增53%;占世界安装量的57%;日本安装292MW，比