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 (1)

1.2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

4.1.2 LED驱动电路

4.2单片机的算法实现

4.3 DC/DC变换器式 (25)

4.3本系统采用的MPPT控制方式 (29)

4.3.1功率比较法 (29)

4.3.2最大功率的模糊控制 (32)

4.4本章小结 (33)

第五章太阳能LED照明系统光源优化的研究 (34)

5.1超高亮白光LED的原理和特性 (34)

5.1.1发光原理 (34)

5.1.2工作特性 (34)

5.2 LED照明系统光源亮度的提高方案 (35)

5.2.1光度量参数及其测量方法 (35)

5.2.2主要技术改进 (36)

5.2.3 LED的布板 (37)

5.3 LED照明光源散热问题的研究 (37)

5.3.1半导体制冷的工作原理 (38)

5.3.2半导体制冷的散热效果 (39)

5.3.3半导体制冷的设计 (40)

5.4本章小结 (40)

六章结束语 (41)

6.1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