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毕业论文 风光互补发电系统的研究 风光互补发电系统的研究系 别： 专 业： 学 号： 姓 名： 指 导 教 师： 指导教师职称： 年 月 日18风光互补发电系统的研究 摘要 风光互补发电系统近几年引起了许多专家学者的关注，也取得了一定的成果，并已经推广了日常生活中来。风光互补照明供电系统，充分利用清洁能源，实现零耗电、零排放、零污染，产品广泛应用于道路、景观、小区照明及监控、通讯基站、船舶等领域。本文通过对风光互补发电系统的现状分析，从其技术原理入手，将重点放在了风光互补的发电部分，主要通过对风光互补发电原理及电路分析，为风光互补发电系统提供了一个很好的基础。并通过对风光互补系统的逐步分析，对风光互补发电系统做了一个整体研究，通过研究得出，作为两种新型能源的充分利用系统，风光互补发电系统更加适合现在生活需要。关键词 风光互补发电系统；太阳能电池板；太阳能发电原理；风光系统Research on wind and solar power generation systemAbstract Summary of wind and solar power generation systems in recent years has aroused the concern of many experts and scholars, but also achieved some results, and has been extended to everyday life. Wind and solar powered lighting system, full use of clean energy, to achieve zero power, zero emissions, zero pollution, are widely used in roads, landscape, residential lighting and control, communication base stations, ships and other fields. Based on the status of wind and solar power system analysis, technical principles from start to focus on some of the wind and solar power generation, mainly wind and solar power through the principle and circuit analysis for wind and solar power generation system provides a good basis. And through the system step by step analysis of wind and solar, wind and solar power generation system to do on a comprehensive study, obtained through research, as two full advantage of new energy systems, wind and solar power generation system is more suitable for present needs.KEY WORDS Wind and solar power generation systems; solar panels; solar power principle; scenery system 目次1绪论 11.1 风光互补的发展历程 11.2风光互补技术原理 11.3风光互补的应用 22系统硬件设计 42.1 系统设计方案 42.2 系统各部分介绍 42.3 开关器件 123系统软件设计 123.1C语言程序的设计基础 123.2主程序设计 134测试结果分析 144.1测试结果分析 144.2电路总图 155 结 论17 参考文献 18 致 谢 191 绪论1.1 风光互补的发展历程风光互补，是一套发电应用系统，该系统是利用太阳能电池方阵、风力发电机（将交流电转化为直流电）将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。是风力发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同发电。最初的风光互补发电系统，就是将风力机和光伏组件进行简单的组合，因为缺乏详细的数学计算模型，同时系统只用于保证率低的用户，导致使用寿命不长。 近几年随着风光互补发电系统应用范围的不断扩大，保证率和经济性要求的提高，国外相继开发出一些模拟风力、光伏及其互补发电系统性能的大型工具软件包。通过模拟不同系统配置的性能和供电成本可以得出最佳的系统配置。其中colorado state university和national renewable energy laboratory合作开发了hybrid2应用软件。 hybrid2本身是一个很出色的软件，它对一个风光互补系统进行非常精确的模拟运行，根据输入的互补发电系统结构、负载特性以及安装地点的风速、太阳辐射数据获得一年8760小时的模拟运行结果。但是hybrid2只是一个功能强大的仿真软件，本身不具备优化设计的功能，并且价格昂贵，需要的专业性较强。 在国外对于风光互补发电系统的设计主要有两种方法进行功率的确定：一是功率匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的功率和风机的功率和大于负载功率，只要用于系统的优化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的发电量和风机的发电量的和大于等于负载的耗电量，主要用于系统功率设计。 目前国内进行风光互补发电系统研究的大学，主要有中科院电工研究所、内蒙古大学、内蒙古农业大学、合肥工业大学等。各科研单位主要在以下几个方面进行研究：风光互补发电系统的优化匹配计算、系统控制等。目前中科院电工研究所的生物遗传算法的优化匹配和内蒙古大学新能源研究中推出来的小型户用风光互补发电系统匹配的计算即辅助设计，在匹配计算方面有着领先的地位，而合肥工业大学智能控制在互补发电系统的应用也处在前沿水平。 据国内有关资料报道，目前运行的风光互补发电系统有：西藏纳曲乡离格村风光互补发电站、用于气象站的风能太阳能混合发电站、太阳能风能无线电话离转台电源系统、内蒙微型风光互补发电系统等1。1.2 风光互补技术原理1.2.1 风光互补技术原理简介风光互补是一套发电应用系统，该系统是利用太阳能电池方阵、风力发电机（将交流电转化为直流电）将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。是风力发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同发电。 风光互补发电站风光互补发电站采用风光互补发电系统，风光互补发电站系统主要由风力发电机、太阳能电池方阵、智能控制器、蓄电池组、多功能逆变器、电缆及支撑和辅助件等组成一个发电系统，将电力并网送入常规电网中。夜间和阴雨天无阳光时由风能发电，晴天由太阳能发电，在既有风又有太阳的情况下两者同时发挥作用，实现了全天候的发电功能，比单用风机和太阳能更经济、科学、实用。适用于道路照明、农业、牧业、种植、养殖业、旅游业、广告业、服务业、港口、山区、林区、铁路、石油、部队边防哨所、通讯中继站、公路和铁路信号站、地质勘探和野外考察工作站及其它用电不便地区2。1.2.2 风光互补系统发电结构风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交流直流负载等部分组成。该系统是集风能、太阳能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。 (1)风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能转换为电能，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电； (2)光伏发电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电，通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电； (3)逆变系统由几台逆变器组成，把蓄电池中的直流电变成标准的220v交流电，保证交流电负载设备的正常使用。同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量； (4)控制部分根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节：一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性； (5)蓄电池部分由多块蓄电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发电系统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用3。1.2.3 风光互补系统发电技术优势风光互补发电系统由太阳能光电板、小型风力发电机组、系统控制器、蓄电池组和逆变器等几部分组成，发电系统各部分容量的合理配置对保证发电系统的可靠性非常重要。 由于太阳能与风能的互补性强，风光互补发电系统在资源上弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷。同时，风电和光电系统在蓄电池组和逆变环节是可以通用的，所以风光互补发电系统的造价可以降低，系统成本趋于合理。1.3 风光互补的应用(1) 无电农村的生活、生产用电中国现有9亿人口生活在农村，其中5%左右目前还未能用上电。在中国无电乡村往往位于风能和太阳能蕴藏量丰富的地区。因此利用风光互补发电系统解决用电问题的潜力很大。采用已达到标准化的风光互补发电系统有利于加速这些地区的经济发展，提高其经济水平。另外，利用风光互补系统开发储量丰富的可再生能源，可以为广大边远地区的农村人口提供最适宜也最便宜的电力服务，促进贫困地区的可持续发展。 我国已经建成了千余个可再生能源的独立运行村落集中供电系统，但是这些系统都只提供照明和生活用电，不能或不运行使用生产性负载，这就使系统的经济性变得非常差。可再生能源独立运行村落集中供电系统的出路是经济上的可持续运行，涉及到系统的所有权、管理机制、电费标准、生产性负载的管理、电站政府补贴资金来源、数量和分配渠道等等。但是这种可持续发展模式，对中国在内的所有发展中国家都有深远意义。 (2)半导体室外照明中的应用世界上室外照明工程的耗电量占全球发电量的12%左右，在全球日趋紧张的能源和环保背景下，它的节能工作日益引起全世界的关注。 基本原理是：太阳能和风能以互补形式通过控制器向蓄电池智能化充电，到晚间根据光线强弱程度自动开启和关闭各类led室外灯具。智能化控制器具有无线传感网络通讯功能，可以和后台计算机实现三遥管理(遥测、遥讯、遥控)。智能化控制器还具有强大的人工智能功能，对整个照明工程实施先进的计算机三遥管理，重点是照明灯具的运行状况巡检及故障和防盗报警。 室外道路照明工程主要包括： 车行道路照明工程(快速道/主干道/次干道/支路)； 小区(广义)道路照明工程(小区路灯/庭院灯/草坪灯/地埋灯/壁灯等)。 目前已被开发的新能源新光源室外照明工程有：风光互补led智能化路灯、风光互补led小区道路照明工程、风光互补led景观照明工程、风光互补led智能化隧道照明工程、智能化led路灯等。 (3)航标上的应用我国部分地区的航标已经应用了太阳能发电，特别是灯塔桩，但是也存在着一些问题，最突出的就是在连续天气不良状况下太阳能发电不足，易造成电池过放，灯光熄灭，影响了电池的使用性能或损毁。冬季和春季太阳能发电不足的问题尤为严重。 天气不良情况下往往是伴随大风，也就是说，太阳能发电不理想的天气状况往往是风能最丰富的时候，针对这种情况，可以用以风力发电为主，光伏发电为辅的风光互补发电系统代替传统的太阳能发电系统。风光互补发电系统具有环保、无污染、免维护、安装使用方便等特点，符合航标能源应用要求。在太阳能配置满足春夏季能源供应的情况下，不启动风光互补发电系统；在冬春季或连续天气不良状况、太阳能发电不良情况下，启动风光互补发电系统。由此可见，风光互补发电系统在航标上的应用具备了季节性和气候性的特点。事实证明，其应用可行、效果明显。 (4)监控摄像机电源中的应用目前，高速公路道路摄像机通常是24小时不间断运行，采用传统的市电电源系统，虽然功率不大，但是因为数量多，也会消耗不少电能，采用传统电源系统不利于节能；并且由于摄像机电源的线缆经常被盗，损失大，造成使用维护费用大大增加，加大了高速公路经营单位的运营成本。 应用风光互补发电系统为道路监控摄像机提供电源，不仅节能，并且不需要铺设线缆，减少了被盗了可能，有效防盗。但是我国有的地区会出现恶劣的天气情况，如连续灰霾天气，日照少，风力达不到起风风力，会出现不能连续供电现象，可以利用原有的市电线路，在太阳能和风能不足时，自动对蓄电池充电，确保系统可以正常工作。 (5)通信基站中的应用目前国内许多海岛、山区等地远离电网，但由于当地旅游、渔业、航海等行业有通信需要，需要建立通信基站。这些基站用电负荷都不会很大，若采用市电供电，架杆铺线代价很大，若采用柴油机供电，存在柴油储运成本高，系统维护困难、可靠性不高的问题。 要解决长期稳定可靠地供电问题，只能依赖当地的自然资源。而太阳能和风能作为取之不尽的可再生资源，在海岛相当丰富，此外，太阳能和风能在时间上和地域上都有很强的互补性，海岛风光互补发电系统是可靠性、经济性较好的独立电源系统，适合用于通信基站供电。由于基站有基站维护人员，系统可配置柴油发电机，以备太阳能与风能发电不足时使用。这样可以减少系统中太阳电池方阵与风机的容量，从而降低系统成本，同时增加系统的可靠性。 (6)抽水蓄能电站中的应用风光互补抽水蓄能电站是利用风能和太阳能发电，不经蓄电池而直接带动抽水机实行补丁时抽水蓄能，然后利用储存的水能实现稳定的发电供电。这种能源开发方式将传统的水能、风能、太阳能等新能源开发相结合，利用三种能源在时空分布上的差异实现期间的互补开发，适用于电网难以覆盖的边远死去，并有利于能源开发中的生态环境保护4。2 系统硬件设计2.1 系统设计方案2.1.1 系统组成 一套完整的风光互补系统应该包括发电部分、蓄电池、风光互补控制部分、负载部分等组成。系统框图如图1所示3。风光互补控制部分蓄电池 部分太阳能电池板风力发电机负载输出图1 风光互补系统框图2.2 系统各部分介绍2.2.1 风光互补控制部分在风光互补发电系统中最主要也是最重要的就是其控制部分。控制部分需要实时检测太阳能电池板和风机的电压，同时也要检测蓄电池的电压防止蓄电池出现过充而减小蓄电池的寿命，及防止蓄电池出现过访而直接导致蓄电池损坏。同时还要采集周围的环境温度对蓄电池进行充电补偿等问题。在本文中控制芯片采用AT89S52芯片作为控制芯片。采用ADC0809A/D转换芯片来采集个点电压。2.2.1.1 AT89S52AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微处理控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上拥有灵巧的8位CPU和系统可编程Flash，同时它具有内部看门狗。可以是系统运行更加的稳定，持久5。AT89S52单片机引脚及其功能图2 89S52管脚图1. 主电源引脚l VCC：接+5V电源l VSS：接电源地2. 时钟电路引脚l XTAL2：接外部晶体的一端。在单片机内部，它是反相放大器的输入端，该放大器构成了片内振荡器。在采用外部时钟电路试，对于HMOS单片机，此引脚必须接地；对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。l XTAL2：接外部晶体的另一端。在单片机内部，它是反相放大器的输出端。若采用外部时钟电路时，对于HMOS单片机，该引脚输入外部时钟脉冲；对于CHMOS单片机，此引脚应悬空。3. 控制信号引脚l RST/VPD：复位、备用电源输入脚。单片机上电后，只要在该引脚上输入24个振荡周期（2个机器周期）宽度以上的高电平就会时单片机复位。RST/VPD具有复用功能，可接上+5V备用电源。当VCC下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围内时，VPD就向片内RAM提供备用电源，以保持片内RAM中的信息不丢失7。l ALE（Address Latch Enable）：低8位地址锁存使能输出端。当CPU访问外部存储器时，ALE可向低8位地址锁存器输出锁存控制信号；当不访问外部存储器时，ALE端仍以时钟振荡频率的1/6固定地输出正脉冲。因此，它可用作外部定时或其他需要。但要注意的是：每当访问外部数据存储器时会丢失一个脉冲。ALE端可驱动8个LSTTL负载。l （Program Store Enable）：外部程序存储器读选通信号。CPU在访问外部程序存储器期间，每个机器周期， 信号两次有效。当访问外部数据存储器时，则不会出现信号。端可以驱动8个LSTTL负载。l （Enable Address）：外部程序存储器地址允许使能端。当端输入高电平时，CPU从片内程序村痴情开始执行程序，当程序计数器PC的值超过内部程序存储器的最高地址（对于8051位0FFFFH）时，将自动转向片外程序存储器取指令并执行。当输入低电平时，CPU仅访问片外程序存储器。对于8031来说，由于片内无程序存储器，所以端必须接低电平。4. 并行I/O引脚l P0.0P0.7：P0口是一个漏极开路的8位双向复用I/O端口。l P1.0P1.7：P1口是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O端口。l P2.0P2.7：P2口是一个内部带上拉电阻的8位准双向复用I/O端口。l P3.0P3.7：P3口是一个内部带上拉电阻的8位多功能双向I/O端口。P3口除可作为通用I/O使用外，其主要的功能是它的第二功能，P3口的每一条引脚均可独立定义位第一功能的输入输出或第二功能。作为第二功能使用时各引脚的定义见表1所示。P3口能驱动4个LSTTL负载。表1 P3各口线的第二功能表口线第二功能名称P3.0RXD串行数据接收端P3.1TXD串行数据发送端P3.2INT0外部中断0申请输入端P3.3INT1外部中断1申请输入端P3.4T0定时器0计数输入端P3.5T1定时器1计数输入端P3.6WR外部RAM写选通P3.7RD外部RAM读选通2.2.1.2 ADC0809ADC0809是一个精度为8位的模数转换芯片。它是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。其主要技术指标和特性如下。（1） 分辨率： 8位。（2） 总的不可调误差：ADC0809其误差为±1LSB。（3） 转换时间： 取决于芯片时钟频率，如CLK=500kHz时，TCONV=128s。（4）单一电源： +5V。（5）模拟输入电压范围： 单极性05V；双极性±5V,±10V(需外加一定电路)。（6）具有可控三态输出缓存器。（7）启动转换控制为脉冲式(正脉冲)，上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使A/D转换开始。（8）使用时不需进行零点和满刻度调节6。2.2.1.2 温度采样由铅蓄电池的电压与温度的关系可知：温度每升高1，单格电池的电压将下降4mV，也就是说，铅蓄电池的电压具有负温度系数。其值为-3-7mV/节。一般取-4mV/。由此可知，环境温度为25时，工作很理想的充电器，当环境温度降到0时，电池就不能充足电，当环境温度为50时，电池将因严重过充而缩短寿命。因此，为了保证在很宽的温度范围内都使电池刚好充足电，充电器的各种转换电压必须随电池电压的温度系数而变。在本文中采用温度传感器DS18B20来采集温度。DS18B20的主要特征如下：（1） 全数字温度转换输出。（2） 先进的单总线数据通信。（3） 最高12位分辨率，精度可达到±0.5摄氏度。（4） 12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。（5） 可选择寄生工作方式。（6） 检测温度范围为-55+125（-67 F+257C F）。（7） 内置EEPROM，限温报警功能。（8） 64位光刻ROM,内置产品序号，方便多机挂接。（9） 多样封装形式，适应不同硬件系统7。 其与单片机的接线图如下图所示。图3 DS18B20与单片机接线2.2.2 发电部分发电部分主要包括太阳能电池板和风力发电机组成。如图1所示。由于白天光照强时风弱，夜间或阴天光弱时风强，时间上的互补性使得风光互补发电系统在资源分布上具有很好的匹配性，为风光互补电源系统建立提供了能源保障。太阳能电池组件，要求用高透光率低铁钢化玻璃，外加阳极化优质铝合金边框，具有效率高、寿命长、安装方便、抗风、抗冰雹能力等特性；风力发电机产生交流电在选型时要求风力发电机是低速型风机，具有发电效率高、结构简单、质量稳定、维护量低、在恶劣的天气情况下自动偏航保护等特性。1. 现在的太阳板大多采用硅太阳能电池。其工作原理是：硅原子的外层 电子壳层中有4个电子。在太阳辐照时，会摆脱原子核的束缚而成为自由电子，并同时在原来位置留出一个空穴。电子带负电；空穴带正电。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中搀入能够俘获电子的3价杂质，如：硼，鋁，镓或铟等，就成了空穴型半导体，简称p型半导体。如果在硅晶体中搀入能够释放电子的磷，砷，或锑等5价杂质，就成了电子型半导体，简称n型半导体。若将这两种半导体结合在一起，由于电子和空穴的扩散，在交界面处便会形成p-n结，并在结的两边产生内建电场，又称势垒电场。如图4所示图4 p-n结内建电场当太阳光（或其他光）照射到太阳电池上时，电池吸收光能，能量大于禁带宽度的光子，穿过减反射膜进入硅中，激发出光生电子孔穴对，并立即被内建电场分离，光生电子被送进n区，光生孔穴则被推进p区，这样在内建电场的作用下，光生电子-孔穴对被分离，在光电池两端出现异号电荷的积累，即产生了“光生电压”，这就是“光生伏打效应”（简称光伏）。在内建电场的两侧引出电极并接上负载，在负载中就有“光生电流”流过，从而获得功率输出8。2. 风力发电机超低速风力发电机为一由转动盘、固定盘、风轮叶片、固定轮、立竿、集电环盘、舵杆、尾舵和逆变器组成的系统。转动盘和固定盘构成该系统的发电机，逆变器包括50赫正弦波振荡器、整形电路、低压输出电路和倒相推挽电路。本系统中的发电机的优点，一是具有超低速建压特点，能在叶片转速低于每分钟100转时正常发电，为弱风地区风力资源的开发利用提供了新途径；二是结构简易，铁芯无开槽，也无电枢绕组，易维修，使用寿命长。结构如图5所示。图5 风机结构图把风能转变为电能是风能利用中最基本的一种方式。风力发电机一般有风轮、发电机（包括装置）、调向器（尾翼）、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。风力发电机的工作原理比较简单，风轮在风力的作用下旋转，它把风的动能转变为风轮轴的机械能。发电机在风轮轴的带动下旋转发电。       风轮是集风装置，它的作用是把流动空气具有的动能转变为风轮旋转的机械能。一般风力发电机的风轮由2个或3个叶片构成。在风力发电机中，已采用的发电机有3种，即直流发电机、同步交流发电机和异步交流发电机。   风力发电机中调向器的功能是使风力发电机的风轮随时都迎着风向，从而能最大限度地获取风能。一般风力发电机几乎全部是利用尾翼来控制风轮的迎风方向的。尾翼的材料通常采用镀锌薄钢板。    限速安全机构是用来保证风力发电机运行安全的。限速安全机构的设置可以使风力发电机风轮的转速在一定的风速范围内保持基本不变。    塔架是风力发电机的支撑机构，稍大的风力发电机塔架一般采用由角钢或圆钢组成的桁架结构。风力机的输出功率与风速的大小有关。由于自然界的风速是极不稳定的，风力发电机的输出功率也极不稳定。风力发电机发出的电能一般是不能直接用在电器上的，先要储存起来。目前风力发电机用的蓄电池多为铅酸蓄电池。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。      风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机充电器数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能9。2.2.3 蓄电池部分 在风光互补发电系统中的蓄电池大多使用铅蓄电池。1. 铅蓄电池的工作原理铅蓄电池的充放电过程是可逆的。电池充满电时，正极板活性物质为二氧化铅(PbO2)，负极板的活性物质为海绵状纯铅(Pb);放电时，正、负极板的活性物质都逐渐变为硫酸铅(PbS04)，消耗电解液中的硫酸而产生水。其反应方程式为: 2. 铅蓄电池的容量 铅蓄电池的容量是在规定条件下，充足电的蓄电池所能输出的电量，用C来表示，单位是安培小时(A·h)，容量C等于放电电流与放电时间的乘积: C=If·t式中:C容量; If放电电流; t放电时间。 起动型铅蓄电池的容量可分为额定容量与储备容量两种。(1)额定容量蓄电池的额定容量与每片极板的面积和每单格电池极板的片数成正比，与单格电池数无关。国产蓄电池极板已经标准化，每片正极板的额定容量可按15A·h估算。一般地，说某蓄电池是N片的，是指它每单格电池内共有N片极板，其中正极板的片数为(N-1)/2，则该电池的额定容量可按下式估算: (2)储备容量指完全充足电的蓄电池在电解液温度为25±2时，以25 A电流放电，至6V蓄电池端电压下降到(5.25±0.02)V，或12 V蓄电池端电压下降到10. 5±0.05V时，放电所持续的时间，用氏表示，单位为min(分钟)。储备容量说明当汽车电源系统失效时，蓄电池能提供25 A电流的时间。 储备容量与20 h放电率容量之间的关系，按下式进行换算: 当 Cm>=480min或C20>200A.h时，上式不适用。 (3)影响铅蓄电池容量的因素影响铅蓄电池容量的因素，一个是单格电池内极板的片数和结构等方面的因素，另一个是使用方面的因素，我们主要讨论使用因素的影响。 (a)放电电流放电电流越大，蓄电池愉出的容量越小。在使用起动机时，必须严格控制起动时间，每次接入起动机的时间不得超过5s，两次起动应间隔5s以上。 (b)电解液温度电解液温度降低，蓄电池愉出的容量减小。一般地，在正常范围内，电解液温度每下降1，容量约下降1%(但温度过高，将造成极板拱曲变形、活性物质脱落、诱发电池自放电等故障，所以蓄电池电解液温度不宜过高)。由于上述原因，冬季起动时，蓄电池的端电压将会大幅度降低，往往导致起动、点火困难，因此冬季应注意对蓄电池的保温。 (c)电解液的相对密度实践证明，采用较低的电解液相对密度，可以提高蓄电池愉出大电流的能力和大电流放电时的容量。从提高蓄电池的起动能力来看，采用偏低的电解液密度为好。电解液相对密度对容量的影响。2.2.4 负载输出部分在风光互补发电系统中由于使用的铅蓄电池常用的是12V和24V。故其输出也是12V或24V电压。输出电源可供两路使用，一路就是最常用的直接给器件（如直流灯，直流电机等）；一路就是送如逆变器转成交流电，供家用交流器件使用。下面简单的介绍下逆变器。 1. 逆变器简单地说，逆变器就是一种将低压（12或24伏或48伏）直流电转变为220伏交流电的电子设备。因为我们通常是将220伏交流电整流变成直流电来使用，而逆变器的作用与此相反，因此而得名。我们处在一个“移动”的时代，移动办公，移动通讯，移动休闲和娱乐。在移动的状态中，人们不但需要由电池或电瓶供给的低压直流电，同时更需要我们在日常环境中不可或缺的220伏交流电，逆变器就可以满足我们的这种需求。2. 逆变器的分类主要分两类，一类是正弦波逆变器，另一类是方波逆变器。正弦波逆变器输出的是同我们日常使用的电网一样甚至更好的正弦波交流电，因为它不存在电网中的电磁污染。方波逆变器输出的则是质量较差的方波交流电，其正向最大值到负向最大值几乎在同时产生，这样，对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响。同时，其负载能力差，仅为额定负载的4060，不能带感性负载（详细解释见下条）。如所带的负载过大，方波电流中包含的三次谐波成分将使流入负载中的容性电流增大，严重时会损坏负载的电源滤波电容。针对上述缺点，近年来出现了准正弦波（或称改良正弦波、修正正弦波、模拟正弦波等等）逆变器，其输出波形从正向最大值到负向最大值之间有一个时间间隔，使用效果有所改善，但准正弦波的波形仍然是由折线组成，属于方波范畴，连续性不好。总括来说，正弦波逆变器提供高质量的交流电，能够带动任何种类的负载，但技术要求和成本均高。准正弦波逆变器可以满足我们大部分的用电需求，效率高，噪音小，售价适中，因而成为市场中的主流产品。方波逆变器的制作采用简易的多谐振荡器，其技术属于50年代的水平，将逐渐退出市场。 逆变器根据发电源的不同，分为煤电逆变器，太阳能逆变器，风能逆变器，核能逆变器。根据用途不同，分为独立控制逆变器，并网逆变器。如同上文所述，逆变器在工作时其本身也要消耗一部分电力，因此，它的输入功率要大于它的输出功率。逆变器的效率即是逆变器输出功率与输入功率之比。如一台逆变器输入了100瓦的直流电，输出了90瓦的交流电，那么，它的效率就是90。目前世界上太阳能逆变器，欧美效率较高，欧洲标准是97.2%，但价格较为昂贵，国内其他的逆变器效率都在90%以下，但价格比进口要便宜很多.除了功率，波形以外，选择逆变器的效率也非常重要，效率越高则在逆变器身上浪费的电能就少，用于电器的电能就更多，特别是你是小功率系统时这点的重要性更迫确。2.2 开关器件在本文中控制充放电的开关可以有很多种，可以用继电器，三极管，MOS管等，但是MOS管其开关效率高，性能稳定，常用来做风光互补控制之气的开关器件，故这里采用MOS。同时设计的控制器属于串联型，即控制充电的开关是串联在电池板与蓄电池之间的。串联型控制器相对于并联型控制器能够更有效地利用太阳能，减少系统的发热量。设计中用MOSFET实现开关。MOSFET是电压控制单极性金属氧化物半导体场效应晶体管，所需驱动功率较小。而且MOSFET只有多数载流子参与导电，不存在少数载流子的复合时间，因而开关频率可以很高，特别适合作为PWM控制充电开关。为此，设计中采用P沟道MOSFET。P沟道MOSFET的导通电压Vth<0，由图6可以实现MOSFET的驱动。当Q2导通时，由于Q2的Vce很小，可以认为Q1的G极接地，Vgs<0，当Vin达到一定值时，Q1导通10。图6 PMOS开关电路3 系统软件设计3.1 C语言程序的设计基础3.1.1 C语言程序的设计方法编写单片机的汇编语言程序，就是按照实际问题的要求和单片机的特点，决定应采用的计算方法和计算公式（也就是一般所说的算法），然后根据单片机的指令系统，按照尽可能节省数据存储单元、缩短程序长度和加快运行时间三个原则编写程序。程序设计步骤：1. 对实际问题进行抽象化处理，提炼成数学模型。 2. 确定解决该数学模型的算法。3. 程序模块分析。在分析复杂的实际问题时，往往需要把整个问题分成若干个功能块，画出层次图，确定各模块间的通信。4. 画出程序流程图，以图示形式表示解决具体问题的思路和方法。5. 分配内存工作单元和寄存器，即安排数据存放和进行运算处理的地方。6. 根据流程图编写程序。 7. 上机调试、修改，直至通过11。3.2 主程序设计在本文中主程序里面就是不断的检测太阳板、风机、蓄电池电压及环境温度并进行相关的判断，并通过单片端口发出相应指令。其程序流程图分为充电和放电部分。分别如下图所示。开始初始化蓄电池电压<上限停止充电否否太阳板电压>电池电压关闭太阳能充电否否是否打开太阳能充电是否风机电压>电池电压关闭风机充电是否否否是否打开风机充电结束图7 充电流程图开始初始化蓄电池电压<下限关闭负载打开负载是否否否结束图8 放电流程图 4 测试结果分析4.1 测试结果分析1.控制器在为蓄电池进行充电时的跟踪曲线如图9所示。图 9蓄电池充电曲线2.风机为蓄电池充电时的电流如图10所示。图 10风机充电器充电电流波形由图可知，系统能够有效地工作在阵列的最大功率点，而且误差很小，说明控制方法可行。图5所示的风机充电器充电电流波形是在风速为8m/s的情况下获得的，风