太阳能照明系统的研究和开发——单片机系统设计【文献综述】

毕业设计开题报告

电气工程及其自动化

太阳能照明系统的研究和开发——单片机系统设计

1前言部分

在能源紧缺的今天———煤荒、电荒、燃油涨价、天然气紧缺,开发、推广可再生能源已成为热门话题,新型替代能源、可再生能源前所未有地受到消费者的关注。随着经济的发展,社会的进步,人们对能源提出了越来越高的要求,寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。由于太阳能发电具有火电、水电、核电所无法比拟的清洁性、安全性、资源的广泛性和充足性等优点,太阳能被认为是21世纪最重要的能源。

可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源,对环境无害或危害极小,而且资源分布广泛,适宜就地开发利用。除太阳能以外,可再生能源主要还有风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。太阳能是可再生能源中的一种。太阳能是指太阳所负载的能量,它的计量一般是阳光照射到地面的辐射总量,包括太阳的直接辐射和天空散射辐射。当前,能源危机越演越烈。据统计,我国现有的空调如果同时全部运行,仅此一项就要耗电90 GW,几乎相当于5座三峡电站的装机容量。如果为了满足用电的需求而一味地新建水电站或火电站,将会严重破坏生态环境;使本来已经储量不多的煤炭和石油快速耗尽,提前枯竭。届时,人类如果尚未有效突破新型电能的供给技术,如核聚变发电、可再生能源发电等,人类的生存将会面临危机。目前,应对能源危机的主要途径:一是有效节能;二是快速发展太阳能、风能等可再生的自然能源发电技术。节约用电与用电设备和工程的节能设计,已成为当前社会发展的主题之一。可再生能源的利用已成为当务之急。[1]

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的巨大能源。太阳注入地球表面的能量（热和光）密度，在转换为电功率后约为1kW／m2，总功率可达1．25×108GW。太阳能发电站已从过去的人造卫星、无电区域照明、海洋灯塔等领域，扩大应用到电力工业。太阳电池（光伏电池）是美国于1954年发明的，最早是用于人造卫星。

由于美苏进行宇宙开发竞争，太阳电池不断改进，但仍因价格高、能量转换效率低而不能广泛普及，地上应用仅限于作为无人灯塔、无人中继站的电源。

直到1973年，由于石油危机，太阳能作为代替能源备受关注，世界各国相继研究开发太阳能电池，并在道路交通标识、街道路灯、电子计算机、时钟等领域推广应用。直到1997年7月成功地在火星上着陆的卫星上应用了以Ge为基板的高效率新材料GaAs太阳能电池。特别是1997年12月发生的气候变化非常复杂，而且出现了酸雨和地球转暖现象，这种地球环境问题驱使人类不断探索、开发新能源，迎来了太阳能崛起的新时代。美、日、德、英等国加大投资力度发展太阳能发电站，中国的阳光发电系统已经用于铁路交通领域。日本的阳光发电容量30年后将超过水力发电。全球的阳光发电系统将加入洲际电力系统互联网络。[2]

2主题部分

1 发展现状

太阳能发电技术的发展虽然已有半个世纪的历史，但是它的崛起和飞速发展却是最近几年的事。总的趋势是从小规模的民用到大规模电力工业应用，小的仅数lOW，大的已达6.5MW。

1.1 小规模应用

东南亚、非洲等地的尚未供电区域，已将阳光发电系统用作电灯和无线电的电源，太阳电池容量较小。如大洋洲和太平洋岛屿的基里巴斯共和国的太阳能发电装置只有120W的太阳电池、12V、100Ah的蓄电池和充放电控制装置三部分组成，其中充放电控制装置却是最关键的部分。

1.2 中规模应用

主要集中在发展中国家未供电区域。例如叙利亚阿拉伯共和国的阳光发电系统，则是由太阳电池(35kW)、蓄电池(240V、1400Ah)及其充放电控制装置、逆变器(30kW)、三相四线制配电线路(220V)等部分组成。我国甘肃省榆中县的一座10kW独立电源型阳光发电系统是由日本提供的全套设备，其中包括太阳电池、蓄电池、控制器、逆变器等。1998年又在河北、内蒙、甘肃、新疆等地建设14个4kW 的阳光发电系统，1999年在宁夏、西藏等地建4个6kW的阳光发电系统，皆由日方提供设备。

1.3 大规模应用

阳光发电系统主要是利用学校、体育馆、其它建筑物以屋顶、墙壁、商业街的拱廊、铁道的站台等以及其它现有地上设施装设太阳电池来发电的，如果这种阳光发电系统的屋顶装设增加到1万座以上时便被列为大规模应用。比如日本的西条阳光发电系统容量为1000kW，是由1000kW的太阳电池、500V直流母线、3个逆变器(分别为200kW、400kW和400kW)、6．6kV交流母线、6．6kV配电线和15MW 的变电所组成。现在全世界已有6个MW级的而且已经实现联网的阳光发电系统，其中最大容量为6．5MW。日本于2000年采用50MW的大型阳光发电设备。

1.4 宏伟的计划

为了加速太阳能的开发、应用，世界各国都制定了宏伟的发展计划，有的已接近于完成。阳光发电设备的装机容量方面，日本2000年为400MW，2010年为4600MW，到2030年将达到40000MW，这相当于日本总装机容量的11％，超过了水力发电(水电占10％)。英国从1994年起实施一项计划，2000年达到装机1000MW。奥地利从1992年起以每年增加10MW的速度在发展。瑞士从1990年起计划实现50MW ／年的速度。德国1990年起实施1000座屋顶的计划。荷兰在2000年装机达到

250MW。美国从1997年实施一项计划，到2010年完成100万座屋顶的阳光发电设备。

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2 太阳能LED 照明系统

进入20 世纪90 年代,随着氮化物L ED 的发明,L ED 的发光效率有了质的飞跃,而组成白光的重要原色蓝光,也在1992 年由日本著名L ED 企业日亚化学的中村修二发明。这样整个可见光领域的单色L ED 已经完整,能够满足各种单色发光的应用场所。作为光源,L ED 优势体现在3 个方面:节能、环保和长寿命。L ED 不依靠灯丝发热来发光,能量转化效率非常高,理论上可以达到白炽灯10 %的能耗,相比荧光灯,L ED 也可以达到50 %的节能效果。太阳能与L ED 光源组成的照明系统框图1 所示,其优点是太阳能电池板和L ED 光源均为固体器件,系统可靠性高;使用寿命长、节能、环保。由于太阳能受天气条件的制约,其系统发电量会受到限制,会影响到照明的稳定性。