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长春市重大科技攻关计划项目申报书 (二)相关附件 1、企业法人营业执照; 2、企业上... (二)社会发展领域(支持重点六—八) 社会发展处:88777271,联系人:赵凯、吕燕...

附件 1： 新疆师范大学 2011 年 学生课外学术科技作品项目申报书 项 目 名 称 太阳能逆变电源控制器的研究 申 报 者 赵凯 物理与电子工程学院 15199143215 83785634@qq.com 所 在 学 院 联 系 电 话 电 子 信 箱 类 别 □ 自然科学类学术论文 □ 社会科学类社会调查报告和学术论文 □ 科技发明制作 新疆师范大学 2011 年 9 月 23 日 -1- 填 表 须 知 一、 新疆师范大学学生科研资助经费主要用于资助大学生在课外学术 科技活动中开展研究工作，以提高学生科学研究能力、创新能力 和实践动手能力。

二、新疆师范大学正式注册的全日制在校本、专科生和硕士研究生都 可以申报作品参赛。

三、申报参赛的作品分为自然科学类学术论文、社会科学类（不含文 学、历史两个学科）社会调查报告和学术论文、科技发明制作和 艺术设计四大类。请申报书封面上的作品类别上用“√”标明。

四、 申报立项的作品可以分为个人作品和集体作品。

申报个人作品的， 申报者必须承担申报作品 60％以上的研究工作，合作者必须是 学生且不得超过两人；凡作者超过三人的项目或者不超过三人， 但无法区分第一作者的项目，均须申报集体作品。集体作品作者 必须均为学生。凡有合作者的个人作品或集体作品，均按学历最 高的作者划分至专科生、本科生、硕士研究生类进行申报。

五、立项年限为一学年，部分项目由于课题的实际情况也可半年内完 成结题、答辩和资料成果汇编等工作。

六、跨学院的项目，由项目第一申请人向其所在学院申报。

七、项目申报表由学校统一制作发放；学生可从学院领取或直接从学 校网站上下载，复印有效。

八、教师推荐意见至少有一位教师填写。

九、申请人应认真填写本表，表内项目填写一律打印。本表一式三份交 学院汇总，学院初审后报送学校。 -2- 项目名称 太阳能逆变电源控制器的研究 赵凯 1987.6.5 申报人 性 别 男 出生年月 学 历 （ B ）A 专科生 B 本科生 C 硕士研究生 （ B ）A 个人项目 B 集体项目 类 别 （ B ）A 专科生类 B 本科生类 C 硕士研究生类 学 学 院 制 物理与电子工程 学院 四年 姓 合 杜梅凤 作 者 情 况 有无合作 者请在此 说明 □有 □无 女 名 专业 入学 时间 性别 电子信息科学与技 术 2008 年 9 月 备注 年 级 08 级 所在单位 （学院、 系、 学历 年龄 专业、年级） 物电学院电子系电 子信息 08-10 班 本科 23 -3- （ （ （ （ 作 （ 品 分 类 （ （ （ （ （ （ ）A、机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、 交通、建筑等） √）B、信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） ）C、数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） ）D、生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健康、卫生、 食品等） ）E、能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、 环保等） ）F、经济、管理 ）G、法学 ）H、教育 ）I、哲学、社会 ）J、发明制作 ）K、其他 一、研究太阳能控制器的目的 1、我国的太阳能资源分布 我国幅员辽阔，有着十分丰富的太阳能资源。全国各地的年太阳辐射总量 3340．8400MJ／m2，中值为5852MJ／m2。年日照时数在2200小时以上的地区约占国土 面积的2／3以上。新疆为我国太阳能资源最丰富地区之一，年太阳辐射总量为 6680．8400MJ／m2，相当于日辐射量5.1-6.4KWh／m2。这样的地区还包括宁夏北部、 甘肃北部、青海西部和西藏西部等地。充分利用当地丰富的太阳能资源，采用太阳光 发电技术，可以节约能源，发展经济，提高人民生活水平。

2、控制器的作用 通常，我们利用太阳能的方法是：太阳能极板将太阳能转变为电能后存储到储 能设备如蓄电池中，然后再由储能设备给用电设备提供电能。然而，一般太阳能极板 输出的电压高低是随太阳光的强弱而变化，很不稳定，不能直接应用于负载供电。而 控制器在这个过程中起着枢纽作用，其性能的好坏将会直接影响实际应用的效果。控 制器控制太阳能极板对蓄电池的充放电，为了延长蓄电池的使用寿命，必须对蓄电池 的充放电条件加以限制， 防止蓄电池过充电及深度充电。

另外， 在温差较大的地方(这 个问题在新疆尤为突出)，控制器还应具备温度补偿功能，在高温和低温条件下，输 出电压恒定。控制器同时负责蓄电池是否对负载供电，当蓄电池的电压在正常范围内 时，控制器控制开关接通，蓄电池给负载供电；当蓄电池的电压处于欠压或是过放状 态时，控制器控制开关截止，蓄电池停止对负载的供电，在这个过程中控制器起着至 关重要的作用，保护负载和蓄电池。

3、太样能充电控制器现状 要充分利用太阳能资源，需要通过太阳能电池板把太阳能转换成电能，其 核心技术就是太阳能转换控制器，转换控制器的性能优劣决定了太阳能的利用率。目 前，市场上有各种各样的太阳能控制器，这些控制器的主要问题是：(1)转换效率不 作品撰 写的目 的和基 本 思 路（可 加 附 页） -4- 高，一般在70%-80%左右。(2)对蓄电池的充放电控制方式不够完善，不合适的充放电 方式导致蓄电池的损坏达90%，使蓄电池的使用寿命降低。所以，如何改善太阳充电 控制器的充放电方式及提高控制的转换效率，开发出性能优良的控制器，是综合利用 太阳能的一个重要研究方向。

从长远来看，太阳能光伏系统的前景很好，在国家大力提倡和支持的背景下，在 未来十年后可能会普及，成为未来能源行业的发展趋势。在能源紧张、拉闸限电的城 市及用电困难的边远地区，有着很强的可推广性。 二、研究太阳能控制器的基本思路 1、根据产品功能要求和目前已有相关产品实现方法，查阅太阳能逆变电源控制器设 计相关资料及相关论文发表情况，收集本产品可采用的各种设计方案。

2、分析各种方案，在太阳能逆变电源控制器的性能 (实用性、制造加工成本、使用 寿命、转换率等) 方面，太阳能对蓄电池的充电方式、控制器的功能要求和实际应用 方面做全面分析。

3、采用单片机 STC12C5410AD 做主控制器，该芯片是宏晶科技生产的单时钟/机器周 期的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容 以前的 8051 单片机，但是运行速度快 8-12 倍，内部集成 MAX810 专用复位电路，4 路 PWM，8 路高速 10 位 A/D 转换，价格低廉，满足系统的要求。

4、通过单片机采集太阳能极板两端电压、蓄电池两端电压和负载电流后，经过单片 机内部的控制算法软件的运算，从单片机的输出端口输出控制信号，控制信号将实现 对功率开关器件 MOS 管开通与关断的控制， 从而实现太阳能极板是否对蓄电池的充电， 蓄电池是否对负载供电。

5、在给蓄电池充电的过程中有恒流充电法、阶段充电法和恒压充电法、PWM(脉宽调 制)模式和 MPPT(最大功率跟踪技术)等几种模式。

通过对蓄电池两端电压的监测,分析 对比各种算法的优缺点，从中选择合适的充电方式，达到延长蓄电池的使用时间。

6、借助计算机进行辅助设计，通过仿真软件 protues 进行电路方面的性能测试及相 关参数的优化，通过 altium designer 专业 PCB 绘制软件完成硬件电路的设计，并制 作出实物，通过软件编写程序实现其功能。

7、根据最终完善后的电路及软件程序进行控制器样品的加工，并进行性能测试， 检验其是否高效。 1、充电方式的改进 目前市场上太阳能逆变电源控制器的主要问题是由于对于蓄电池的保护不够充 分， 不能有效的检测当前蓄电池的状态是欠压、 过压还是过充， 不合适的充电方式(恒 流充电法、阶段充电法和恒压充电法)将会导致蓄电池的损坏，通过对蓄电池的工作 原理和对影响蓄电池使用寿命因素的分析， 本项目提出PWM(Pulse Width Modulation) 脉宽调制充电方法。脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控 制的一种非常有效的技术， 广泛应用在从测量、 通信到功率控制与变换的许多领域中。

在传统的充电方式的基础上，加入PWM充电方式，当蓄电池处于正常状态时，使用这 种充电法不仅遵循蓄电池固有的充电接受率，而且能够提高蓄电池充电接受率。在蓄 电池处于老化、内部化学物质处于硫化结晶状态时，需要用大电流恒压充电的方式， 用以激活蓄电池，通过这些方式从而有效的保护蓄电池，延长其寿命，通过以上方式 能很好的保护蓄电池，提高其使用年限。 作品的 科学性 先进性 及独特 之处 （可加 附页） 2、放电方式的改进 针对目前市场上的太阳能充电控制器当蓄电池给负载供电时，没有时刻检测蓄电 -5- 池的电压，很容易导致蓄电池的深度放电这个问题，提出时刻在线检测蓄电池电压来 避免蓄电池发生过放现象， 保护蓄电池， 当放电电流过大时， 加入电流限制保护措施， 超过一定范围时，使控制器自动与负载断开，达到保护控制器的作用，从而提高控制 器使用寿命。 3、电路设计的改进 在新疆由于野外气候恶劣，个别地方冬天能到零下 40 度以下，夏天能到零上 50 度以上，昼夜温差很大，考虑到温度对蓄电池的影响较大，为此在设计控制电路时， 加入实时温度补偿电路，使外界温度对蓄电池的影响减小到最低。为防止接反烧坏控 制器，电路中加入了防反接保护电路用以保护控制器不被烧坏。由于太阳能逆变电源 控制器一般都工作在室外，还要考虑到雷电对控制器的影响，为此在电路中加入防雷 击保护措施。 一、理论意义 我国幅员辽阔、人口众多、化石燃料中石油资源量不足，煤炭资源丰富，在能 源消中占75%以上，不可避免地带来了一系列环境问题，发展可再生能源对改善生态 环境解决缺能地区能源和资源有效利用都有着重要意义， 而且随着我国经济的快速发 展，对电力资源的需求也在不断增加，尤其是在夏季，在一些工业相对发达的省份经 常会出现用电荒的现象，这就会给居民的日常生活造成一定的不便，因此，国家前期 批准出台了《可再生能源中长期发展规划》 ，作为对新能源行业的全力支持，规划中 指出将积极推进风力发电、太阳能发电、生物质发电等可再生能源技术的发展，以规 模化建设带动产业化发展，在政策面力挺和市场前景广阔的背景下，研究太阳能光伏 发电有很长远的前景，而太阳能逆变电源控制器的研究又是光伏发电中的核心技术。 作品理 论意义 和现实 意义 （可加 附页） 二、现实意义 在新疆由于地广人稀，在许多偏远地区的油田、农业中的滴灌，高速公路上的路 标牌、LED点阵屏、诱导标、雷达测速，无人区域的气象监测站等等，都需要用到电， 而往往向这些偏远地区以及高速公路上单独拉供电电缆成本太高， 并且需要人长期维 护。新疆的温差很大，野外气候环境恶劣，长距离的电缆会存在安全隐患，太阳能供 电系统的使用，即可以节省成本，而且环保无污染，又解决了偏远用电难地区的生活 用电问题。与此同时，逆变电源控制器还可以带动电脑、彩电、CD/VCD/DVD播放机等 电子产品，除此之外，它还可以用于应急抢险、野外作业、移动办公、公安部队、驾 车出游（车载电池）等其他方面。因此，该产品的应用范围相当广泛，前景非常可观。 -6- 一、任务分工 1、赵凯主要负责电路原理图、PCB 图的绘制，主要程序的研发。

2、杜梅凤主要负责前期的准备工作（国内外相关资料的查找，数据的分析） ， 电路板的焊接、调试，以及中后期测量数据的具体分析，性能优劣的评估等。 二、时间安排 现在-2011 年 12 月 完成相关技术资料的收集、分析工作。设计出电路原理图。

2011 年 12 月-2011 年 1 月 对逆变电源控制器的电路、控制策略的分析，并用计算机辅助软件仿真。确定 最终电路方案。

2012 年 2 月到 2012 年 3 月 电路原理图、PCB 图的绘制以及电路板的制作、调试过程。

2012 年 3 月-2012 年 5 月 编写程序，调试程序阶段，对测量的各种数据进行分析。

2012 年 5 月-2012 年 6 月 程序以及产品性能的优化，测试工作。

2012 年 6 月 准备结项工作。 作品的 任务分 工及时 间安排 申请经 费数额 2400 元 预计完 成时间 2012.6 预期成 果形式 制作成成品逆变电源 电路板 75W 太阳能板（二手） ：900 元（新太阳能板 28 元/瓦） UPS 铅蓄电池 12V/100AH：500 元 高频变压器：150 元 电路元器件：500 元 制版费：350 元 经费预 算安排 -7- 姓 名 刘楚湘 性 别 男 职 称 副教授 工作单位 指导教 师情况 通讯地址 新疆师范大学物电学院 新疆师范大学 邮政编码 830054 单位电话 0991-4332444 住宅电话 0991-4333036 指导教 师意见 签字 姓 名 性 别 职 年 称 月 日 工作单位 指导教 师情况 通讯地址 邮政编码 单位电话 住宅电话 指导教 师意见 -8- 签字 年 月 日 学 院 意 见 签字（盖章） 年 月 日 专 家 组 评 审 意 见 签字（盖章） 年 月 日 -9- 学 校 意 见 签字（盖章） 年 月 日 新疆师范大学制 - 10 - 

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