Solar electrical energy generation and Microcontroller introduction
Solar electrical energy generation
Along with economical development, society#39;s progress, the people to the energy proposed that more and more high request, seeks for the new energy to become the urgent topic which the current humanity faces. The existing energy mainly has 3 kinds, namely thermal power, water and electricity and nuclear power.
The thermal power needs to burn fossil fuels and so on bunker coal, petroleum. On the one hand the fossil fuel reserves limited, the fever are less, is facing the danger which dries up. It is estimated that the world oil resource will have 30 years then to dry up again. On the other hand the combustion fuel will discharge CO2 and the sulfur oxide compound, will therefore cause the greenhouse effect and the acid rain, will worsen the terrestrial environment.
The water and electricity must submerge the massive lands, has the possibility to cause the ecological environment to destroy, moreover large reservoir, once collapses, the consequence will be inconceivable. Moreover, country#39;s hydro-electric resources are also limited, moreover must receive the season influence.
The nuclear power in the normal condition no doubt is clean, but has the nuclear leakage accidentally, the consequence is similarly fearful. The former Soviet Union Chernobyl Nuclear Power Station accident, has caused 9,000,000 people to receive the varying degree harm, moreover this influence has not terminated.
These force the people to seek for the new energy. The new energy must simultaneously meet two conditions: First, the implication rich will not dry up; Second, is safe, is clean, will not threaten the humanity and the destruction environment. At present found the new energy mainly had two kinds：first, solar energy; second, fuel cell. Moreover, the wind power generation may also be the auxiliary new energy. And, the most ideal new energy is greatly positive energy.
1. The solar electrical energy generation is the most ideal new energy
Shines is huge on Earth#39;s solar energy, about 40 minutes shine on Earth#39;s solar energy, then sufficiently supplies global humanity one year energy the expense. It can be said that the solar energy is true inexhaustible, the inexhaustible energy. Moreover the solar electrical energy generation is absolutely clean, does not have the environmental damage. Therefore the solar electrical energy generation is honored as is the ideal energy.
Obtains the electric power from the solar energy, must carry on the electro-optical transformation through the greatly positive battery to realize. It completely was formerly different with other power source electricity generation principle, has the following characteristic: ①Non-depletion danger; ②Clean (does not have environmental damage) absolutely; ③It is not distributed the resources the region the limit; ④But is using electricity place nearby generates electricity; ⑤The energy quality is high; ⑥The user easy to accept from the sentiment; ⑦The gain energy expenditure#39;s time is short. The deficiency is:① The illumination energy distribution density is small, namely must take the huge area; ②Obtains the energy with four seasons, the day and nights and cloudy clear and so on meteorological conditions concerns. But generally speaking, the flaw does not cover the fine jade, takes the new energy, the solar energy has the enormous merit, therefore receives various countries the value.
Must enable the solar electrical energy generation to achieve the practical level truly; first, must raise the solar energy electro-optic conversion efficiency and reduce its cost; second, must realize the solar electrical energy generation with present#39;s electrical network networking.
At present, solar panels mainly has the mono-crystalline silicon, the polycrystalline silicon, the amorphous state silicon three kinds. The mono-crystalline silicon solar cell conversion efficiency is highest, has reached above 20%, but the price is also the most expensive. The amorphous state silicon solar cell conversion efficiency is lowest, but the price is the cheapest, from now on most will be hopeful uses in generally generating electricity will be this kind of battery. Once its big area module electro-optic conversion efficiency achieves 10%, each watt generating set price falls to 1-2 US dollars, then sufficiently compete with present#39;s electricity generation way. It is estimated that at the end of this century it may achieve this level.
Certainly, in the special use and the laboratory uses the solar cell efficiency must be much higher, if the US Boeing develops by the gallium arsenic semiconductor with the positive electricity place which to the stibium gallium semiconductor overlaps becomes, the electro-optic conversion efficiency may reach 36%, has caught up with the coal-burning electricity generation efficiency quickly. But because it is too expensive, at present can only be restricted on the satellite uses.
2. Solar electrical energy generation application
Although solar electrical energy generation day and nights, clear and rain, season influence, but may carry on scattered, therefore it is suitable for various each household minute to carry on the electricity generation severally, moreover must join in the power supply network, causes each family when the electric power is wealthy may sold it to the Electricity company, when the insufficiency be possible from the Electricity company to buy up. Realizes this pointrsquo;s technology not to be difficult to solve, the key lies in must have the corresponding legal safeguard. Now the US, Japan and so on developed country has made the corresponding law, guaranteed that carries on the solar electrical energy generation the family benefit, encourages the family to carry on t
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太阳能发电及微控制器简介
太阳能发电
随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。现有能源主要有3种，即火电、水电和核电。
火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧燃料将排出CO2和二氧化硫，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。
水要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。
核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害，而且这一影响并未终止。
这些都迫使人们去寻找新能源。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。目前找到的新能源主要有两种，一是太阳能，二是燃料电池。另外，风力发电也可算是辅助性的新能源。其中，最理想的新能源是大阳能。
1.太阳能发电是最理想的新能源
照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。
从太阳能获得电力，需通过大阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：①无枯竭危险；②绝对干净（无公害）；③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦获取能源花费的时间短。不足之处是：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。
要使太阳能发电真正达到实用水平，一是要提高太阳能光电变换效率并降低其成本，二是要实现太阳能发电同现在的电网联网。
目前，太阳能电池板主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳能电池变换效率最高，已达20％以上，但价格也最贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到10％，每瓦发电设备价格降到1－2美元时，便足以同现在的发电方式竞争。估计本世纪末便可达到这一水平。
当然，特殊用途和实验室中用的太阳电池效率要高得多，如美国波音公司开发的由砷化镓半导体同锑化镓半导体重叠而成的太阳电池，光电变换效率可达36％，快赶上了燃煤发电的效率。但由于它太贵，目前只能限于在卫星上使用。
2.太阳能发电的应用
太阳能发电虽受昼夜、晴雨、季节的影响，但可以分散地进行，所以它适于各家各户分激进行发电，而且要联接到供电网络上，使得各个家庭在电力富裕时可将其卖给电力公司，不足时又可从电力公司买入。实现这一点的技术不难解决，关键在于要有相应的法律保障。现在美国、日本等发达国家都已制定了相应法律，保证进行太阳能发电的家庭利益，鼓励家庭进行太阳能发电。
日本已于1992年4月实现了太阳能发电系统同电力公司电网的联网，已有一些家庭开始安装太阳能发电设备。日本通产省从1994年开始以个人住宅为对象，实行对购买太阳能发电设备的费用补助三分之二的制度。要求第一年有1000户家庭、2000年时有7万户家庭装上太阳能发电设备。
据日本有关部门估计日本2100万户个人住宅中，如果有80％装上太阳能发电设备，便可满足全国总电力需要的14％，如果工厂及办公楼等单位用房也进行太阳能发电，则太阳能发电将占全国电力的30％－40％。当前阻碍太阳能发电普及的最主要因素是费用昂贵。为了满足一般家庭电力需要的3千瓦发电系统，需600万至700万日元，还未包括安装的工钱。有关专家认为，至少要降到100万到200万日元时，太阳能发电才能够真正普及。降低费用的关键在于太阳电池提高变换效率和降低成本。
不久前，美国德州仪器公司和SCE公司宣布，它们开发出一种新的太阳电池，每一单元是直径不到1毫米的小珠，它们密密麻麻规则地分布在柔软的铝箔上，就像许多蚕卵紧贴在纸上一样。在大约50平方厘米的面积上便分布有1，700个这样的单元。这种新电池的特点是，虽然变换效率只有8％—10%，但价格便宜。而且铝箔底衬柔软结实，可以像布帛一样随意折叠且经久耐用，挂在向阳处便可发电，非常方便。据称，使用这种新型太阳电池，每瓦发电能力的设备只要1.5至2美元，而且每发一度电的费用也可降到14美分左右，完全可以同普通电厂产生的电力相竞争。每个家庭将这种电池挂在向阳的屋顶、墙壁上，每年就可获得一二千度的电力。
3.太阳能发电的前景
太阳能发电有更加激动人心的计划。一个是日本提出的创世纪计划。准备利用地面上沙漠和海洋面积进行发电，并通过超导电缆将全球太阳能发电站联成统一电网以便向全球供电。据测算，到2000年、2050年、2100年，即使全用太阳能发电供给全球能源，占地也不过为 65.11万平方公里、 186.79万平方公里、829.19万平方公里。829.19万平方公里才占全部海洋面积 2.3％或全部沙漠的 51.4％，甚至才是撒哈拉沙漠的 91.5％。因此这一方案是有可能实现的。
另一个是太空发电方案。早在1980年美国宇航局和能源部就提出在空间建设太阳能发电站设想，准备在同步轨道上放一个长10公里、宽5公里的大平板，上面布满太阳能电池，这样便可提供500万千瓦电力。但这需要解决向地面无线输电问题。现已提出用微波束、激光束等各种方案。目前虽已用模型样机实现了短距离、短时间、小功率的微波无线输电，但离真正实用还有漫长的路程。
随着我国（太阳能）技术的发展，在2006年，中国有三家企业进入了全球前十名，标志着中国将成为全球新能源科技的中心之一，世界上太阳能光伏的广泛应用，导致了目前原材料的缺乏和价格的上涨，我们需要将技术推广的同时，必须采用新的技术，以便大幅度降低成本，为这一新能源的长远发展提供原动力！
太阳能的使用主要分为几个方面：家庭用小型太阳能电站、大型并网电站、建筑一体化光伏玻璃幕墙、太阳能路灯、风光互补路灯、风光互补供电系统等，现在主要的应用方式为建筑一体化和风光互补系统。
世界目前已有近200家公司生产太阳能电池，但生产设备厂主要在日企之手。
近年来韩国三星、LG都表示了积极参与的愿望，中国海峡两岸同样十分热心。据报道，我国台湾2008年结晶硅太阳能电池生产能力达2．2GW，以后将以每年1GW生产能力扩大，当年并开始生产薄膜太阳能电池，今年将大力增强，台湾期待向欧洲“太阳能电池大国”看齐。2010年各国及地区有1GW以上生产计划的太阳能电池厂商有日本Sharp，德国Q—Cells，Scho~Solar，RWESolar，中国SuntechPower等5家公司，另外还有7家具有年产500MW以上生产能力的公司。
近年世界太阳能电池市场高歌猛进，一片大好，但百年不遇的金融风暴带来的经济危机，同样是压在太阳能电池市场头上的一片乌云，主要企业如德国Q—Cells的业绩应声下调，预计今年世界太阳能电池市场也会因需求疲软、石油价格下降而竞争力反提升等不利因素而下挫。但与此同时，人们也看到美国．奥巴马上台后即将施行GreenNewDeal政策，包括其内的绿色能源计划可有1500亿美元的补助资金，日本也将推行补助金制度来继续普及太阳能电池的应用。
4.太阳能电池发电原理
太阳能电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体硅为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。
当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。
5.晶体硅太阳能电池的制作过程
硅是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。自从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。20世纪末，我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。生产过程大致可分为五个步骤：a、提纯过程 b、拉晶棒过程 c、切片过程 d、制电池过程 e、封装过程。
6.太阳能电池的应用
上世纪60年代，科学家们就已经将太阳能电池应用于空间技术——通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势。
微控制器
英特尔8742的核心, 片上集成12 MHz的CPU, 128字节的RAM, 2048字节EPROM, 以及I/O设备。
微控制器，也称单片机是一种在单个集成电路上包含一个控制器核心，内存和可编程输入/输出外设的小型计算机。类型为NOR Flash或OTP ROM的存储器也往往包括在芯片上，以及通常少量的RAM。微控制器(MCU)是专为嵌入式应用，而相比之下，个人电脑或其他一般用途的应用中使用微控制器(CPU)。
微控制器用于自动控制产品和设备，如汽车发动机控制系统，植入式医疗设备，遥控器，办公设备，家用电器，电动工具，玩具。比起使用一个单独的微控制器，内存和输入/输出设备，微控制器通过降低尺寸和成本来更经济地数控更多的设备和流程。混合信号微控制器是很常见的，整合了需要控制非数字电子系统的模拟组件。
有些微控制器可使用四位字长，操作频率的时钟速率低至4 kHz来实现低功耗（毫瓦或微瓦）。他们通常在等待一个事件，如按一个按钮或其它中断时进入节能状态，处于节能状态（CPU时钟和大部分的外设关闭）时功耗可能只有纳瓦级别，使得他们很适合用电池供电长期工作。其他微控制器，像数字信号控制器（DSP），可能需要注重性能，他们有更大的计算量，更高的时钟速度和更大的功耗。
历史
在1971年第一款单片机4位英特尔4004被发布, 在随后的数年时间里英特尔8008和其它功能更为强大微控制器也开始出现。然而,控制器需要外部芯片来实现某工作方式,这就提高了整个系统的成本,使它不能成为经济的电子器件。
史密森尼学会表示Gary Boone 和 Michael Cochran工程师在1971年成功地创造了第一款单片机。他们的研究成果TMS 1000在1974年就已经商业化。它在一块芯片中集合了只读存储器、读/写内存、控制器和时钟芯片,是在嵌入式系统中使用。
部分原因是出于对单芯片TMS1000的考虑,英特尔公司开发了一种基于优化控制芯片应用的计算机系统, 在1977年英特尔8048的商业化有部分开始运营了部。英特尔8048将只读存储器和随机存储器组合在一块芯片上。该芯片将会在超过十亿个计算机键盘和其它许多应用上找到用武之地。在那时，英特尔公司董事长Luke Jbull;Valenter声称在公司历史上微控制器是最为成功的,且它使部门的预算超过了25%。
在这个时候大多数微控制器有两个变体。有一个可擦除可编程只读存储器的程序存储器,这明显比只能编程一次的可编程只读存储器更加昂贵。可擦除可编程只读存储器的擦除需要通过一个透明石英的盖子暴露于紫外线光。一次性部分可以在低成本的不透明的塑料包装中制作。
在1993年,电可擦可编程只读存储器的引入使微控制器 (从芯片PIC16x84开始)能快速地实现电擦，而不必像可擦除可编程只读存储器一样需要昂贵的包装,且允许在系统编程中快速成型。同年, Atmel公司首次推出使用闪速存储器的单片机，其它公司迅速跟进,推出具有同样存储类型的单片机。
随着时间的推移，微控制器成本急剧下降,在2009年，最便宜的8位微控制器只需花费不到0.25美金就可以大量获得,且类似的数量的一些32位微控制器也只需1美元左右就可以获得。
如今微控制器很便宜,这使得爱好者更容易获得,且针对某些控制器有许多的网上论坛。
在不久的将来, 非挥发性的磁性随机存储器因其具有很长的耐久力和半导体晶片工艺成本较低的特点，很可能被用于微控制器中。
容量
在世界上销售cpu中大约有55%属于8位微控制器和微控制器。根据Semico所述,2006年8位微控制器销量超过四十亿。
在发达国家有些家可能只有四个通用微控制器,但确拥有大约三打微控制器。一辆典型的中档汽车有多达30或更多的微控制器。它们也可以在诸如洗衣机、微波炉和电话等许多电气设备上找到。
嵌入式设计
微控制器可以被认为是自包含的控制器、内存和外围设备，可作为嵌入式系统中使用。今天的多数微控制器嵌入在其他设备里，如汽车，电话，家用电器
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