能源是發(fā)展國民經(jīng)濟和提高人民生活水平的重要物質基礎，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)濟效益和保護環(huán)境的重要措施。在目前眾多可再生能源與新能源技術開發(fā)中潛力最大、最具開發(fā)價值的是風能和太陽能，并且太陽能和風能具有極強的互補性。本作品就是以風力發(fā)電和光伏發(fā)電作為控制對象而設計的，本控制器具有可靠性高，能源利用率高，成本低等特點。
首先介紹國內開發(fā)新能源的背景及風光互補發(fā)電的發(fā)展狀況，提出了研制風光互補控制系統(tǒng)的可行性，并確定系統(tǒng)的總體設計方案。
其次介紹風光互補控制系統(tǒng)硬件組成、系統(tǒng)各個功能以及系統(tǒng)的軟件設計，著重介紹了系統(tǒng)的主電路原理圖，控制電路原理圖，軟件設計的流程圖以及技術亮點。
  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，以及結合當前市場的發(fā)展趨勢預計該控制器說的應用前景。
關鍵詞：風光互補，狀態(tài)顯示，功率切換,高可靠性，高利用率
國內開發(fā)新能源的背景
改革開放30多年來，中國經(jīng)濟有了飛速發(fā)展，也付出了相當大的資源和環(huán)境代價。發(fā)達國家工業(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，能源供應日益緊張，環(huán)境污染日趨嚴重，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)新能源已成為當務之急。
2005年，我國在社會經(jīng)濟發(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：到2010年，我國單位GDP能耗由2005年的1.22噸標準煤下降到1噸標準煤以下，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，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的比重達到15%左右。
能源是發(fā)展國民經(jīng)濟和提高人民生活水平的重要物質基礎，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)濟效益和保護環(huán)境的重要措施。在目前眾多可再生能源與新能源技術開發(fā)中潛力最大、最具開發(fā)價值的是風能和太陽能。風能和太陽能具有極強的互補性，但是風能和太陽能發(fā)電的功率會隨著外部環(huán)境的變化而變化，因此在風能和太陽能的利用過程中迫切需要控制器來使風能和太陽能的輸出功率和電壓維持在一個比較穩(wěn)定的范圍內，提高風能和太陽能的利用率。
本設計就是一款基于單片機作為處理器的具有電壓實時監(jiān)測的小型風光互補發(fā)電系統(tǒng)的高效控制器。
一、系統(tǒng)總體設計框圖
本系統(tǒng)的主要功能如下：
（1）主電路具有短路保護,過載保護，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）實時準確地控制輸出電壓，并帶有故障檢測和顯示功能。
（4）蓄電池和負載所需的功率可以通過風力發(fā)電機和光伏電池提供，也可以切換到電網(wǎng)。
（5）電路簡單，成本低，供電可靠性高。
（6）電路強弱電可靠隔離，安全系數(shù)高。
   該控制器采用單片機對風力發(fā)電機和光伏電池組的輸出電壓進行實時監(jiān)測，根據(jù)輸入電壓的大小確定電力MOSFET的導通時間，使負載輸出電壓和蓄電池的充電電壓快速穩(wěn)定，提高了風能和太陽能的利用率，實現(xiàn)能源的高效率用。
二、控制器技術亮點
1 可充電的電壓范圍廣，風光互補性強
  風力發(fā)電機和光伏電池板輸出電壓為0－18V，當風力發(fā)電機或者光伏電池板輸出電壓達到7V時就可以給12V的蓄電池和負載供電，風光互補性強，可充電電壓低，實現(xiàn)了風能和太陽能的高效利用。
2可以在風光發(fā)電和電網(wǎng)之間自由切換
  在正常情況下，由風力發(fā)電機和光伏電池給蓄電池和負載供電，當天氣條件非常惡劣時，比如連續(xù)幾天的陰雨天氣和風速很低時，蓄電池儲存的能量耗盡，為了使系統(tǒng)和負載正常工作，將由電網(wǎng)給負載供電。減小了外界氣候條件對系統(tǒng)的影響，提高了負載供電的可靠性。
3 系統(tǒng)各個部分均設有狀態(tài)檢測和狀態(tài)顯示
  系統(tǒng)的各個部分都設有相應的LED燈來顯示當前系統(tǒng)各個部分運行的狀態(tài)。可以很方便的幫助系統(tǒng)的操作人員了解系統(tǒng)的運行狀態(tài)。
三、作品結構原理圖
1 系統(tǒng)硬件結構圖
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、作品實物外形照片
主電路實物照片
控制電路實物照片
系統(tǒng)的實物照片
五、創(chuàng)新點及預計應用前景
  狀態(tài)顯示和功率切換是本控制器的最大亮點和創(chuàng)新點，通過單片機對系統(tǒng)的各個部分進行檢測進而通過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)的運行狀態(tài)。而功率在風光發(fā)電和電網(wǎng)之間的自由切換減小了外界氣候條件對系統(tǒng)的影響，提高了負載供電的可靠性。控制器采用單片機作為主控制芯片，成本比較低，市場競爭里比較強。
在眾多可再生能源與新能源技術開發(fā)中潛力最大、最具開發(fā)價值的是風能和太陽能，并且風能和太陽能具有極強的互補性，風能和太陽能的利用技術發(fā)展迅速，風光發(fā)電系統(tǒng)在邊遠地區(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等小功率用電場合有著廣泛的應用。目前，國家正在大力號召和扶持風能和太陽能產(chǎn)業(yè)，風能和太陽能發(fā)電在未來的能源應用中將會發(fā)揮越來越重的作用，若本控制器拖入到市場中，將會發(fā)揮巨大的經(jīng)濟效益和社會價值。
參 考 文 獻
[1] 王兆安、劉進軍.電力電子技術（第五版） 北京：機械工業(yè)出版社，2009.5
[2] 華茂英 童詩白主編 模擬電子技術基礎（第四版）北京：高等教育出版社，2008.5
[3] 李小堅 等編著 Protel DXP電路設計與制作實用教程（第二版）北京：人民郵電出版社，2009.2              
[4] 李朝青編著 單片機原理及接口技術.北京：北京航空航天大學出版社，2005.9
[5] 譚浩強編著 C程序設計 北京：清華大學出版社，2008.6
[6] 于海生 等.計算機控制技術.北京：北京機械工業(yè)出版社，2007.5
[7] 鐘炎平著 電力電子電路設計 出版社:武漢市：華中科技大學出版社 出版日期:2010.04