小型风光互补发电系统研究报告

摘要巨太阳能与风能是地球上最常见的的绿色可再生能源，太阳能具有普遍

性，

大性，等特点，但也同时具有能量不稳定，能量密度低等特性。太阳能只能在白而且晚间风力发电效果较好，才能够发电，而风能不分昼夜，天阳光充足的时候，因此为解决太阳能发电环境影响更大，但是相对于太阳能而言，风能更不稳定，并使发出的电能能够方便使用互补风力发电的优势，不稳定且不能在晚上发电，等问题，本文设计了一种以51单片机为控制核心的低成本智能风光互补充电控制器。硬件方面本设计采用PWM调波控制buck降压电路，来稳定太阳能输出；采用UC3906铅酸蓄电池专用充电芯片为蓄电池充电，使铅酸蓄电池充电更合理；采用两块铅酸蓄电池作为出能源原件；由于采用集成芯片提高了系统的稳定性，简化了电路缩减了成本。同时控制器还具有防雷击保护电路，放蓄电池反接保护电路，太阳能电池板防反接保护电路，过流保护电路，并内置双轴太阳跟踪器驱动电路。软件方面，本设计采用三种可选用电模式：默认模式（模式一），蓄电池持续供电模式（模式二），太阳能电池板供电模式（模式三）和一种单蓄电池工作模式（模式四）。

Abstract

引言

太阳能与风能是地球上的清洁能源，利用太阳能风能发电可以保护环境还减少化石能源的使用。但是风能于太阳能同样存在不稳定，容易受到天气，季节，纬度等各种地理上、环境上的因素影响。太阳能是以光辐射的形式传播到地球上的，因此太阳能的能量密度低，不便于利用。风能的原动力来自于太阳，可以说风能是太阳能的另一种存在形式，虽然能够昼夜发电，不分阴晴，但是与太阳能相比，发电能量波动性更大，为提高太阳能风能的利用率人们不断改进太阳能电池板与风力发电机的性能，已获得最大的能量转换。

但仅仅改进太阳能电池板与风力机是不够的，虽然采用风能与太阳能互补发电的模式已经可以昼夜连续发电，但在不加任何处理的风光互补发电装置发出的电能一样不稳定，会受各种因素影响，使电压电流时刻波动。众所周知，我们所采用的用电负载都是在稳定电压下才会正常工作的，电压不稳就会严重影响设备的正常运行，因此需要加入控制器，将不稳定的输出电压经过稳压后在连接到负载上，是解决这一问题的有效方法。

风光互补控制器的作用是稳定风光发电系统的电压输出，使其能为蓄电池充电，也可以作为直接供电系统为辅在供电。有恒定的电压才会使风光互补发电系统得到广泛的应用。在新疆，可以利用当地丰富的太阳能，风能资源不仅节约了有限的煤炭资源还为当地人民带来了方便。风光互补发电系统还可以用在一些不易架设电源线的野外为通信设备，检测设备提供独立电源。还可以用在一些小型设备上做充电器电源使用。

这些设备都有一个共同的特点不仅需要独立发电系统为其供电，最主要的还可以为这些设备内置的蓄电池充电。而如今所使用的蓄电池不外铅酸蓄电池，锂电池，或者镍镉电池等等。这些电池都有其独特的充电特性曲线，不一样的充电条件，

不一样的欠电压过电压阈值点，仅仅依靠发电系统本身是无法很好的完成而太阳能控制器可以通过内部集成电路的运作满足这些蓄电池不同的这项任务，

充电要求。

1课题背景及意义

太阳能：太阳能是地球上清洁能源之一，太阳能还可为人类提供50亿年的能量，可以说太阳能是取之不尽用之不竭的绿色能源。据统计地球赤道上的平均太阳辐射强度为1369w/㎡。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得2，地球表面某一点1kw/m173000TW。在海平面上的标准峰值强度为的能量可达24h 的年平均辐射强度为0.20kw/㎡，相当于有102000TW 的能量。太阳能还可以转换成生物能、风能、海洋能、水能等，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。

根据太阳能的利用方式又可分为三大类：太阳能热利用技术，太阳能热发电技术和太阳能光伏技术。本文所研究的课题利用太阳能发电的太阳能光伏技术。

太阳能是地球万物的能量源泉，可以说取之不尽用之不绝。太阳通过其内部不断发生的核聚变，向外部辐射能量。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。

风能：在中国距地10米的高度，风能资源总储量约为32.26亿千瓦，可实际开发利用的风能资源储量为2.53亿千瓦。虽然可以利用的风能占总储量很小的一部分，但是2.53亿千瓦的能量仍然不是个小数目。

据统计，东南沿海及其附近岛屿是风能资源丰富地区，有效风能密度大于或等于200瓦/平方米的等值线平行于海岸线；新疆北部、内蒙古、甘肃北部也是中国风能资源丰富的地区，有效风能密度为200～300瓦/平方米；而黑龙江、吉林东部、河北北部及辽东半岛的风能资源也较好，有效风能密度在200瓦/平方米以上；但是在云南、贵州、四川、甘肃、陕西南部、河南、湖南西部、福建、广东、广西的山区及新疆塔里木盆地和西藏的雅鲁藏布江，为风能资源贫乏地区，有效风能密度在50瓦/平方米以下，全年中风速大于和等于3米/秒的时数在2000小时以下，全年中风速大于和等于6米/秒的时数在150小时以下，风能潜力很低。虽然并不是在全国各地都适合利用风能发电，但是在风能资源少的地方却可以充分利用太阳能发电，风光互补发电可以克服这种不足，通过调配风力机与太阳能电池板的功率配比达到最佳发电效果。

在当今随着现代文明的日益发展，人们的生活中也越来越多的需要能源。大到工业生产所需的能源，小到人们的日常生活，虽然能量形式不一，但追奔溯源还是利用地球上的自然资源。但这些资源却并不是取之不尽用之不竭的，煤炭，石油，天然气，这些蕴藏在地球上的自然资源是经过数亿年自然界古生物对太阳能的积累才形成的。然而在人类工业化的几百年时间里，这些资源就已经趋于枯竭。在人类工业化，现代的同时，不仅消耗了大量的能源，还造成了环境的污染。温室效应，酸雨，臭氧层空洞这些灾害都是伴随人类的发展而产生的。

因此绿色能源环保等新概念因运而生，人开始保护环境，节约资源。但是节约资源并不等于创造资源，像化石能源就是不可再生资源。而现代工业又过分依赖于这些不可再生能源，因此开发一种绿色可再生能源来取代这些不可再生能源是人类当前研究的新课题。

在绿色可再生能源利用方面，出现了风能，水力能，潮汐能等等，但追本溯源这