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可再生能源。
1.2.1世界光伏产业的新进展及应用特点。
1997年，美国提出“百万太阳能光伏屋顶”计划，预计2010年完成。
同年，日本“新阳光计划”，到2010年将生产43亿瓦光伏电池。
同年，欧盟提出“百万光伏屋顶计1999年，德国实施“十万光伏屋顶计划”，并实行低息贷款。
近年发达国家还制定了“研发路线图”。
在光伏应用和安装方面，德、日、美依然是世界上三个最主要的光伏应用市场。
年全球安装太阳电池组件1460MW，比前一年增长了34%。
德国安装837MW，比前一年增53%;占世界安装量的57%;日本安装292MW，比前一年增长了14%，占世界安装量的2美国安装102MW，占世界安装量的7%;欧洲其它地区安装88MW，占世界安装量的6%;其它地区安装146姗，占世界安装量的10%。
1.2.2我国光伏产业发展现状1958年，我国开始研究太阳电池。
1971年，首次将光伏电池成功应用于东方红2星。
1973年，开始太阳电池地面应用。
从上世纪70年代初到80年代末，由于成本高，阳电池在地面的应用非常有限。
90年代以后，随着成本的降低，太阳电池向工业领域和村电气化应用方向发展。
市场稳步扩大，国家和地方政府开始制订光伏计划。
2002年，家发改委启动了“送电到乡”项目，使得中国的光伏市场迅速发展起来，总装机容量从2年的23500kw迅速增长到2002年的45000kw，至2003年达到55000kw。
2003~2005年，德国巨大的市场需求影响，国内光伏企业产能迅速扩展，产量迅速增长。
1.3光伏电源具有以下优势(1)可靠。
光伏电源很少用到运动部件，工作可靠。
目前己有数千套光伏系统的运行验，晶体硅的寿命可达20年以上。
(2)安全、无噪声及其它公害。
不产生任何的固体，液体和气体有害废弃物，噪音几没有，无环境污染和公害问题。
(3)安装维护简单，运行成本低，适合无人值守等优点。
(4)兼容性好，光伏发电可以与其他能源配合使用，也可以根据需要而使光伏系统任增容。
(5)标准化程度较高，可由组件的串并联满足不同用电的需要，通用性强。
(6)太阳能无处不有，应用范围广。
1.4新一代照明光源一白光LED近年来，全球性的能源短缺和环境污染问题日益突出，人们迫切希望应用节能环保的新技术。
而半导体照明正是具有这种魅力的新技术。
所谓半导体照明，是以半导体发光二极管(Lightning EmittingDiode，LED)作为光源的照明。
应用半导体pN结发光原理制成LED问世于20世纪60年代初。
在早期，由于LED光色、发光效能、光通量、光功率和价格等方面的限制，主要应用于指示、显示领域，如电子电气、热工仪表、自动化系统、通信设置、宇航空间开发、家用电气、交通运输工具中作为指示灯、告示牌、警戒灯以及信息广告、显示牌等。
90年代以来，随着氮化稼为代表的第三代半导体的兴起，以及白色LED的成功研制，使LED照明成为可能。
白光LED被认为是21世纪最有价值的新光源，白光LED照明取代传统照明而成为人类照明的主要方式，将是大势所趋。
“绿色照明”是九十年代初国际上对节约电能、保护环境的照明系统的形象性说法。
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。
照明的质量和水平己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。
作为固体光源的白光LED，真正点燃了“绿色照明”的光辉。
白光LED照明的应用在全世界掀起了高潮，被寄予了厚望。
美国能源部预测，到2010年将会有55%的白炽灯和荧光灯被半导体灯替代，每年可节电350亿美元。
而我国科技部有关领导提出:我们要以2008年北京奥运会和2010年上海世博会为契机，推动半导体灯在城市景观照明的应用。
科技部“国家半导体照明工程”计划2007年半导体照明逐步取代白炽灯，2012年后取代荧光灯。
目前，白光LED在发光强度方面，轴向已达到ZOcd以上，光效达50一70lm/W;色温可在5000K一10000K之间任意选择;显色指数在80以上。
完全能符合普通照明之需要。
1.5论文的研究目的和意义在光伏应用领域，太阳能照明占有重要的地位和份额，而LED太阳能路灯是一个具体而有价值的应用。
太阳能与半导体LED照明的有机结合，能有效发挥二者的优势。
在该照明系统中，包括硬件和软件两方面，从硬件上来说，要配备性能可靠、价格合理的光伏配套部件，如太阳能电池、蓄电池、控制器及灯具等。
在软件方面，则要对光伏系统进行优化设计，包括确定合适的太阳能电池输出功率和蓄电池的容量、负载的大小、控制方式等。
这项工作十分重要，如果设计不当.即使光伏配套部件再好，结果要么光伏系统不能正常运行，要么就是容量过大，造成很大浪费。
所以，从一定意义上来讲，光伏系统设计要比光伏器件更加重要。
目前，光伏照明难以大面积推广的瓶颈不在于技术问题，而在于成本价格问题。