1、毕业设计（论文）题 目: 小型太阳能充电器 专 业: 应用电子技术 2毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设
2、计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 3学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了
3、解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日4论 文 摘 要太阳能作为可再生能源和无污染能源已开始被广泛利用。目前太阳能的利用形式主要有光热、光伏发电、光化学转换三种，其中光伏发电是以电能作为最终表现形式，并且太阳能电池的原料、转化率、生产成本都具优越性，促进了太阳能光伏发电在能源、环境和人类社会未来发展中所占据的
4、重要地位。本文简要介绍了小型太阳能充电器的设计，根据太阳能电池的光伏特性，自动控制光电池的输出电压以便对蓄电池进行有效充电。关键词： 太阳能，光伏发电，蓄电池，充电AbstractSolar energy sources as renewable and pollution-free energy has started to be widely used. Currently the main using form of solar energy are photo-thermal, PV and 5photochemical conversion of three . Among PV a
5、s a final form with electricity, and solar batterys materials, conversion, production cost have superiority. To promote the solar photovoltaic power in energy, the environment and human society in the future development of the important position occupied by. This paper introduces the design of small
6、 solar charger, according to the characteristics of photovoltaic solar cells, automatic control the output voltage of photocell in order to effectively rechargeable storage battery.Key Words: solar energy, PV, storage battery, charging目 录论文摘要 .1关键词 .1ABSTRACT .2KEYWORDS.2目 录 .36第一章 绪论 .51.1 设计要求 .51
7、.2 关于太阳能电池 .51.2.1 太阳能电池的原理 .51.2.2 太阳能电池组件 .51.2.3 硅太阳能电池 .61.3 关于蓄电池 .81.3.1 蓄电池的概述 .81.3.2 铅酸蓄电池工作结构及原理 .91.3.3 铅酸蓄电池的容量 .101.3.4 铅酸蓄电池的充电方式 .111.4 太阳能电池与蓄电池的配接 .12第二章 主要元器件的介绍 .132.1 关于 LT3757 .132.1.1 LT3757 概述 .132.1.2 LT3757 性能概要 .132.1.3 LT3757 引脚说明及功能 .132.1.4 LT3757 典型工作电路及封装 .142.2 关于 LM3
8、39 .162.2.1 LM339 简介 .162.2.2 LM339 的封装及引脚功能 .162.2.3 LM339 的几种电路 .172.3 关于 TL431 .202.3.1 TL431 简介 .202.3.2 TL431 性能概要 .212.3.3 TL431 相关数据 .212.3.4 TL431 电路应用 .22第三章 Multisim9 在模拟电路中的应用 .243.1 Multisim9 概述 .243.2 绘制电路及仿真 .243.2.1 创建电路文件 .243.2.2 电路的仿真分析 .253.3 元件创建与编辑 .253.3.1 利用元件创建向导创建元件 .253.3.2
9、 编辑仿真元件 .25第四章 太阳能充电系统设计介绍 .274.1 系统基本组成简介 .274.2 工作原理介绍 .274.3 设计思路 .274.3.1 方案陈述及比较 .27总 结 .35参考文献 .367第一章 绪 论太阳光资源具有分散性，随处可得，太阳能电池发电系统特别适合作为独立电源使用。就太阳能充电器本身而言，十分具有价值。它的永久性、灵活性、干净清洁等优点给新能源开发带来了无限的创新空间。1.1 设计要求设计一个充电电路，由 12V/1A 光伏电池向蓄电池（电压 12V 容量 3Ah）充电。 强光下（光伏电池）输出12V，直接向蓄电池充电；8 弱光下（光伏电池）输出12V 自动转
10、换，由升压电路向电池充电。1.2 关于太阳能电池1.2.1 太阳能电池的原理太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太 阳 光 照 在 半 导 体 p-n 结 上 ， 形 成 新 的 空 穴 -电 子 对 ， 在 p-n 结 电 场 的 作用 下 ， 空 穴 由 n 区 流 向 p 区 ， 电 子 由 p 区 流 向 n 区 ， 接 通 电 路 后 就 形 成 电 流 。这 就 是 光 电 效 应 太 阳 能 电 池 的 工 作 原 理 。 太 阳 能 发 电 方 式 太 阳 能 发 电 有 两 种方 式 ， 一 种 是 光 热 电 转 换 方 式 ， 另 一 种 是
11、 光 电 直 接 转 换 方 式 。1.2.2 太阳能电池组件 一个太阳能电池只能产生约 0.5V 的电压，远远低于了实际应用所需要的电压。为了满足实际应用所需，就需要把太阳能电池连接成组件。太阳能电池组件包含一定数量的太阳能电池，这些太阳能电池通过导线连接。一个组件上，太阳能电池的标准数量是 36 片（10cm10cm）,这意味着一个太阳能电池组件大约能产生 17V 的电压，正好能为一个额定电压为 12V 的蓄电池进行有效充电。通过导线连接的太阳能电池被密封成的物理单元被称为太阳能电池组件，具有一定的防腐、防风、防雹、防雨等的能力，广泛应用于各个领域和系统。当应用领域需要较高的电压和电流而单
12、个组件不能满足要求时，可把多个组件组成太阳能电池方阵，以获得所需要的电压和电流。组件的电气特性主要是指电流电压输出特性，也称为 V-I 特性曲线，如图1-1 所示。 V-I 特性曲线可根据图 1-1 所示的电路装置进行测量。V-I 特性曲线显示了通过太阳能电池组件传送的电流 Im 与电压 Vm 在特定的太阳辐照度下的关系。如果太阳能电池组件电路短路即 V=0，此时的电流称为短路电流 Isc；如果电流开路即 I=0，此时的电压称为开路电压 Voc。太阳能电池组件的输出功率等于流经该组件的电流与电压的乘积，即 P=VI。当太阳能电池组件的电压上升时，例如通过增加负载的电阻值或组件的电压从零（短路条
13、件下）开始增加时，增加的输出功率亦从 0 开始增加；当电压达到一定值是，功率可达到最大，这是当阻值继续增加时，功率将跃过最大点，并逐渐减少至零，即电压达到开路电压 Voc。太阳能电池的内阻呈现出强烈的非线性。组件的输出功率达到最大点，称为最大功率点；该点对应的电压称为最大功率点电压 Vm（又称为最大工作电压） ；该点对应的电流称为最大功率点电流 Im（又称为最大工作电流） ；该点的功率称为最大功率 Pm。随着太阳能电池温度的增加，开路电压减少，大约每升高 1每片电池的电压减少 5mV，相当于再最大功率点的典型温度系数为-0.4%/C。也就是说，如果太阳能电池温度每升高 1C，则最大功率减少 0
14、.4%。所以，太阳直射的夏天，尽管太阳辐射量比较大，如果通风不好，导致太阳电池温度升过高，也可能不会输出很大的功率。由于太阳能电池组件的输出功率取决于体内辐照度、太阳能光谱的分布和太阳能电池的温度，因此太阳能电池组件的测量在标准条件下（STC）进行，测量条件被欧洲委员会定义为 101 号标准，其条件是：光谱福照度 1000W/大气质量系数 AM1.59太阳电池温度 25C在该条件下，太阳能电池组件所输出的最大功率被称为峰值功率，表示为Wp（peak watt） 。在很多情况下，组件的峰值功率通常用太阳模拟仪测定并和国际认证机构的标准化的太阳能电池进行比较。太阳能电池组件若被其它物体常时间遮挡，
15、被遮挡的组件将会严重发热，这就是“热斑效应” 。为防止太阳能电池由于热斑效应而被破坏，需要在太阳能电池组件的正负极间并联一个旁通二极管，以避免光照组件所产生的能量被遮蔽的组件所消耗。1.2.3 硅太阳能电池太阳能电池的种类较多，主要有硒光电池、砷化镓电池、硅电池等。常用的太阳能电池主要是硅太阳能电池。目前世界上有 3 种已经商品化的硅太阳能电池：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。单晶硅太阳能电池是当前开发得最快的，它的构造和生产工艺已定性，产品广泛用于空间和地面。由于它所使用的单晶硅材料与半导体工业所使用的材料具有相同的品质，使单晶硅的使用成本比较昂贵。为了降低生产成本，现
16、在地面采用的是太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。产品化单晶硅太阳能电池的光电转换效率为1315%。实验室成果也有 20%以上的。以下是各类型太阳能电池性征比较：单晶体硅 多晶硅 非晶硅薄膜初级生产过程 长形薄片状 铸成薄片 喷涂特征 圆形芯片 方形芯片 在惰性基质物料上加上涂层损耗量 需要循环 废弃物少 废弃物有限厚度 200 微米 240 微米 3 微米生产周期时间 长 中 短光电转换率 1518% 1316% 68%总成本/每 10 兆瓦 $3545mn $3040mn $1530mn在高温环境下的性能差 差 好在低光环境下性能 差 差 好根据设计要求，需要的是 12V/1A 的光
17、伏电池，向 12V/3AH 的蓄电池充电。经查证相关资料得知：需要的蓄电池为 12V，那么就需要 1518V 的太阳能电池板。单晶硅太阳能电池的最大功率有 5W、10W 、 15W、20W、25W 、30W 等。考虑到电路的电流问题，并且单晶硅太阳能电池的最大功率在 20W 以下的电流10都小于 1A。且一个组件上，太阳能电池的标准数量是 36 片（10cm10cm）,这意味着一个太阳能电池组件大约能产生 17V 的电压，正好能为一个额定电压为12V 的蓄电池进行有效充电。因此我选择了 20W 的单晶硅太阳能电池。以下是该太阳能电池的相关参数信息。20W 单晶硅太阳能电池组件参数：工作温度：-
18、45+80C相对湿度：100%组件尺寸 L W H：621 281 28（mm）孔径尺寸：4-6.4（mm）重量：2.2（ Kg）标称功率 Wp：20（W ）最佳工作电压 Vmp：18（V ）最佳工作电流 Imp：1.1（A）短路电流 Isc：1.18（A ）开路电压 Voc：21.6（V）V-I 特性曲线：1.3 关于铅酸蓄电池1.3.1 蓄电池的概述蓄电池是一种化学电源，也是一个可逆的低压直流电源。它的作用是能把有限的电能储存起或者向用电设备供电，它的工作原理就是把化学能转化为电能。 太 阳 能 电 池 充 电 对 所 用 蓄 电 池 的 基 本 要 求 是 ：1. 自 放 电 率 低 ；2. 使 用 寿 命 长 ；3. 深 放 电 能 力 强 ；4. 充 电 效 率 高 ；5. 少 维 护 或 免 维 护 ；Isc=1.18AIm=1.1A PmVoc=21.6VVm=18VIV图 1-1
