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  能源是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，因此開發(fā)新型能源是緩解能源緊缺狀況、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和保護(hù)環(huán)境的重要措施。在目前眾多可再生能源與新能源技術(shù)開發(fā)中潛力最大、最具開發(fā)價(jià)值的是風(fēng)能和太陽能，并且太陽能和風(fēng)能具有極強(qiáng)的互補(bǔ)性。本作品就是以風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電作為控制對(duì)象而設(shè)計(jì)的，本控制器具有可靠性高，能源利用率高，成本低等特點(diǎn)。
首先介紹國內(nèi)開發(fā)新能源的背景及風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r，提出了研制風(fēng)光互補(bǔ)控制系統(tǒng)的可行性，并確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。
其次介紹風(fēng)光互補(bǔ)控制系統(tǒng)硬件組成、系統(tǒng)各個(gè)功能以及系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，著重介紹了系統(tǒng)的主電路原理圖，控制電路原理圖，軟件設(shè)計(jì)的流程圖以及技術(shù)亮點(diǎn)。
  最后系統(tǒng)概括了本控制器的狀態(tài)顯示和功率切換等創(chuàng)新點(diǎn)，以及結(jié)合當(dāng)前市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)預(yù)計(jì)該控制器說的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：風(fēng)光互補(bǔ)，狀態(tài)顯示，功率切換,高可靠性，高利用率
國內(nèi)開發(fā)新能源的背景
改革開放30多年來，中國經(jīng)濟(jì)有了飛速發(fā)展，也付出了相當(dāng)大的資源和環(huán)境代價(jià)。發(fā)達(dá)國家工業(yè)化200多年遇到的環(huán)境問題，在我國30多年的快速發(fā)展中集中出現(xiàn)，使我國，能源供應(yīng)日益緊張，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，常規(guī)能源面臨日益枯竭的窘境。改變不可持續(xù)的發(fā)展方式，開發(fā)新能源已成為當(dāng)務(wù)之急。
2005年，我國在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“十一五”規(guī)劃綱要中，首次提出約束性的量化節(jié)能減排目標(biāo)：到2010年，我國單位GDP能耗由2005年的1.22噸標(biāo)準(zhǔn)煤下降到1噸標(biāo)準(zhǔn)煤以下，降低20%左右；單位工業(yè)增加值用水量降低30%。主要污染物排放總量減少10%。去年，我國政府再次提出了新的目標(biāo)，即到2020年單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%至45%，非化石能源占一次能源消費(fèi)的比重達(dá)到15%左右。
能源是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，因此開發(fā)新型能源是緩解能源緊缺狀況、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和保護(hù)環(huán)境的重要措施。在目前眾多可再生能源與新能源技術(shù)開發(fā)中潛力最大、最具開發(fā)價(jià)值的是風(fēng)能和太陽能。風(fēng)能和太陽能具有極強(qiáng)的互補(bǔ)性，但是風(fēng)能和太陽能發(fā)電的功率會(huì)隨著外部環(huán)境的變化而變化，因此在風(fēng)能和太陽能的利用過程中迫切需要控制器來使風(fēng)能和太陽能的輸出功率和電壓維持在一個(gè)比較穩(wěn)定的范圍內(nèi)，提高風(fēng)能和太陽能的利用率。
本設(shè)計(jì)就是一款基于單片機(jī)作為處理器的具有電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的高效控制器。
一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖
本系統(tǒng)的主要功能如下：
（1）主電路具有短路保護(hù),過載保護(hù)，系統(tǒng)安全可靠性高。
（2）輸出電壓穩(wěn)定，可以有效利用的電壓范圍廣。
（3）實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地控制輸出電壓，并帶有故障檢測(cè)和顯示功能。
（4）蓄電池和負(fù)載所需的功率可以通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏電池提供，也可以切換到電網(wǎng)。
（5）電路簡(jiǎn)單，成本低，供電可靠性高。
（6）電路強(qiáng)弱電可靠隔離，安全系數(shù)高。
該控制器采用單片機(jī)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏電池組的輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)輸入電壓的大小確定電力MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間，使負(fù)載輸出電壓和蓄電池的充電電壓快速穩(wěn)定，提高了風(fēng)能和太陽能的利用率，實(shí)現(xiàn)能源的高效率用。
二、控制器技術(shù)亮點(diǎn)
1 可充電的電壓范圍廣，風(fēng)光互補(bǔ)性強(qiáng)
  風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏電池板輸出電壓為0－18V，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)或者光伏電池板輸出電壓達(dá)到7V時(shí)就可以給12V的蓄電池和負(fù)載供電，風(fēng)光互補(bǔ)性強(qiáng)，可充電電壓低，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)能和太陽能的高效利用。
2可以在風(fēng)光發(fā)電和電網(wǎng)之間自由切換
  在正常情況下，由風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏電池給蓄電池和負(fù)載供電，當(dāng)天氣條件非常惡劣時(shí)，比如連續(xù)幾天的陰雨天氣和風(fēng)速很低時(shí)，蓄電池儲(chǔ)存的能量耗盡，為了使系統(tǒng)和負(fù)載正常工作，將由電網(wǎng)給負(fù)載供電。減小了外界氣候條件對(duì)系統(tǒng)的影響，提高了負(fù)載供電的可靠性。
3 系統(tǒng)各個(gè)部分均設(shè)有狀態(tài)檢測(cè)和狀態(tài)顯示
  系統(tǒng)的各個(gè)部分都設(shè)有相應(yīng)的LED燈來顯示當(dāng)前系統(tǒng)各個(gè)部分運(yùn)行的狀態(tài)。可以很方便的幫助系統(tǒng)的操作人員了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。
三、作品結(jié)構(gòu)原理圖
1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
系統(tǒng)的主電路原理圖
系統(tǒng)的控制電路原理圖
2系統(tǒng)程序框圖
四、作品實(shí)物外形照片
主電路實(shí)物照片
控制電路實(shí)物照片
系統(tǒng)的實(shí)物照片
五、創(chuàng)新點(diǎn)及預(yù)計(jì)應(yīng)用前景
  狀態(tài)顯示和功率切換是本控制器的最大亮點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，通過單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行檢測(cè)進(jìn)而通過LED燈顯示出來，很方便的幫助系統(tǒng)的操作人員了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。而功率在風(fēng)光發(fā)電和電網(wǎng)之間的自由切換減小了外界氣候條件對(duì)系統(tǒng)的影響，提高了負(fù)載供電的可靠性。控制器采用單片機(jī)作為主控制芯片，成本比較低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)里比較強(qiáng)。
在眾多可再生能源與新能源技術(shù)開發(fā)中潛力最大、最具開發(fā)價(jià)值的是風(fēng)能和太陽能，并且風(fēng)能和太陽能具有極強(qiáng)的互補(bǔ)性，風(fēng)能和太陽能的利用技術(shù)發(fā)展迅速，風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)在邊遠(yuǎn)地區(qū)的照明用電，城市路燈照明系統(tǒng)，通信基站以及海上浮標(biāo)等小功率用電場(chǎng)合有著廣泛的應(yīng)用。目前，國家正在大力號(hào)召和扶持風(fēng)能和太陽能產(chǎn)業(yè)，風(fēng)能和太陽能發(fā)電在未來的能源應(yīng)用中將會(huì)發(fā)揮越來越重的作用，若本控制器拖入到市場(chǎng)中，將會(huì)發(fā)揮巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。
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指示燈	藍(lán)燈	紅燈	黃燈
閃爍	蓄電池過放	風(fēng)機(jī)輸入欠壓	光伏電池出入欠壓
常亮	蓄電池正常	風(fēng)機(jī)輸入正常	光伏電池輸入正常
不亮	無	風(fēng)機(jī)輸入過低	光伏輸入過低