一種基于單片機(jī)控制的太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳亞麗, 楊偉兵

(漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣電子工程系,河南 漯河 462000)

隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的不斷加速和工業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，能源問(wèn)題已成為人類需要迫切解決的問(wèn)題，大力發(fā)展新的可替代能源已成為當(dāng)務(wù)之急.太陽(yáng)能是一種取之不盡用之不竭的綠色能源，太陽(yáng)能發(fā)電具有充分的清潔性、絕對(duì)的安全性、資源的相對(duì)廣泛性和充足性、長(zhǎng)壽性及維護(hù)性等其它常規(guī)能源所不具備的優(yōu)點(diǎn).光伏發(fā)電雖然具有以上的優(yōu)勢(shì)，但是實(shí)際應(yīng)用中還存在很多的問(wèn)題.光伏發(fā)電的主要缺點(diǎn)之一是太陽(yáng)能電池的效率太低，怎樣跟蹤最大光照和怎樣達(dá)到最大效率一直是重點(diǎn)研究的問(wèn)題[1].其次，由于處于室外,所處環(huán)境較為惡劣，太陽(yáng)能板板面的清潔問(wèn)題也是需要注意的重點(diǎn).本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題，是針對(duì)上述存在的技術(shù)不足，提供了一種基于單片機(jī)控制的太陽(yáng)能電池板系統(tǒng).解決了傳統(tǒng)太陽(yáng)能板控制功能簡(jiǎn)單、效率低的技術(shù)問(wèn)題，達(dá)到了自動(dòng)監(jiān)測(cè)輸出電能、自動(dòng)清洗板面、全方位跟蹤光伏發(fā)電最大效率點(diǎn)的技術(shù)效果.

1 設(shè)計(jì)思路和方案

1.1 設(shè)計(jì)思路

以單片機(jī)單元為核心，把檢測(cè)、光能跟蹤、板面清潔、輸出控制設(shè)計(jì)成一體，以解決傳統(tǒng)太陽(yáng)能板控制功能簡(jiǎn)單、效率低的技術(shù)問(wèn)題，達(dá)到自動(dòng)監(jiān)測(cè)輸出電能、自動(dòng)清洗板面、全方位跟蹤光伏發(fā)電最大效率點(diǎn)的技術(shù)效果；采用無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控通信的設(shè)計(jì)方法，解決傳統(tǒng)太陽(yáng)能板需近距離觀察其工作狀態(tài)的技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、無(wú)線傳輸?shù)募夹g(shù)效果[2]；采用全自動(dòng)智能化系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)，達(dá)到控制裝置簡(jiǎn)易、自動(dòng)化無(wú)需人為管理、保持太能板電池系統(tǒng)高效、穩(wěn)定的技術(shù)效果.

圖1 系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖1所示，包括單片機(jī)單元、電源模塊和太陽(yáng)能板；單片機(jī)單元一側(cè)I/O連接位置驅(qū)動(dòng)模塊、板面清潔模塊和電能輸出控制模塊，單片機(jī)單元的另一側(cè)串口連接有通信模塊和傳感檢測(cè)模塊、位置驅(qū)動(dòng)模塊、板面清潔模塊、電能輸出控制模塊的輸出端；電能輸出控制模塊的輸出端連接太陽(yáng)能板.單片機(jī)單元1首先通過(guò)傳感檢測(cè)模塊5檢測(cè)光照環(huán)境，環(huán)境合宜則通過(guò)位置驅(qū)動(dòng)模塊2控制太陽(yáng)能板7來(lái)跟蹤最大光照點(diǎn)；其次，定時(shí)控制板面清潔模塊4來(lái)對(duì)太陽(yáng)能板板面7進(jìn)行清洗；并通過(guò)電能輸出控制模塊3對(duì)太陽(yáng)能板電池系統(tǒng)輸出的電能進(jìn)行整流逆變等；單片機(jī)單元1通過(guò)連接通信模塊6，與外界進(jìn)行無(wú)線通信，發(fā)送系統(tǒng)的工作狀態(tài)；電源模塊8為整個(gè)系統(tǒng)提供電能.

1.2 技術(shù)方案

(1)電能輸出控制模塊

圖1中的電能輸出控制模塊3結(jié)構(gòu)如圖2所示，電能輸出控制模塊包括整流電路31和調(diào)壓電路32，太陽(yáng)能板7的電能輸出側(cè)連接整流電路31的輸入側(cè)，整流電路31的輸出側(cè)連接調(diào)壓電路32的輸入側(cè)，調(diào)壓電路32的輸出側(cè)連接有逆變電路33.本太陽(yáng)能電池控制系統(tǒng)中的電能輸出控制模塊3對(duì)輸出電能進(jìn)行整流、調(diào)壓、逆變，可依靠用戶需求進(jìn)行自動(dòng)調(diào)壓、調(diào)頻，保證輸出電能的有效性.

圖2 電能輸出控制模塊結(jié)構(gòu)圖

(2)位置驅(qū)動(dòng)模塊

圖3 位置驅(qū)動(dòng)模塊結(jié)構(gòu)圖

圖1中位置驅(qū)動(dòng)模塊2的結(jié)構(gòu)如圖3所示，位置驅(qū)動(dòng)模塊包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸入側(cè)連接單片機(jī)單元，輸出控制端連接有X軸步進(jìn)電機(jī)和Y軸步進(jìn)電機(jī)，X軸步進(jìn)電機(jī)和Y軸步進(jìn)電機(jī)連接在太陽(yáng)能板上.可以發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)有X軸步進(jìn)電機(jī)22和Y軸步進(jìn)電機(jī)23兩電機(jī)對(duì)太陽(yáng)能板7進(jìn)行位置控制，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能板7的雙軸跟蹤，保證其工作的有效性.

(3)板面清潔模塊

圖1中的板面清潔模塊4如圖4所示，板面清潔模塊包括開(kāi)關(guān)電路41、電子水閥45和鼓風(fēng)機(jī)44，開(kāi)關(guān)電路41的信號(hào)輸入側(cè)連接單片機(jī)單元1的I/O口，控制輸出側(cè)連接有接觸器A 42和接觸器B 43，電源模塊8為接觸器A 42和接觸器B 43提供電能；接觸器A 42連接控制電子水閥45，接觸器B 43連接控制鼓風(fēng)機(jī)44；電子水閥45連接有進(jìn)水管46和出水管47，出水管47連接在太陽(yáng)能板7上，鼓風(fēng)機(jī)44出風(fēng)口連接在太陽(yáng)能板7上；清潔時(shí)，首先通過(guò)接觸器A 42打開(kāi)電子水閥45，對(duì)板面進(jìn)行水洗，其次通過(guò)接觸器B 43打開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)44對(duì)板面進(jìn)行清理，保證太陽(yáng)能板板面的清潔性，提高其工作效率.

圖5 傳感檢測(cè)模塊結(jié)構(gòu)圖

圖6 系統(tǒng)的工作流程圖

(4)圖1中的傳感器模塊5結(jié)構(gòu)如圖5所示，傳感檢測(cè)模塊5包括A/D轉(zhuǎn)換器51，A/D轉(zhuǎn)換器51的輸入側(cè)連接有X軸光伏傳感器A 52、X軸光伏傳感器B 53、Y軸光伏傳感器A 54和Y軸光伏傳感器B 55，A/D轉(zhuǎn)換器51的輸出側(cè)連接單片機(jī)單元1的I/O口；四只光伏傳感器，對(duì)光照情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過(guò)單片機(jī)單元1計(jì)算出最大工作點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)最大工作點(diǎn)的跟蹤.

圖1～5所示為本系統(tǒng)所包含的全部模塊，具體實(shí)施方式位置驅(qū)動(dòng)模塊、板面清潔模塊和電能輸出控制模塊輸入端與單片機(jī)的I/O的一側(cè)連接，位置驅(qū)動(dòng)模塊、板面清潔模塊和電能輸出控制模塊的輸出端連接太陽(yáng)能板，單片機(jī)單元的另一側(cè)串口連接有通信模塊和傳感檢測(cè)模塊；電源模塊輸出側(cè)連接單片機(jī)單元；所述的位置驅(qū)動(dòng)模塊包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸入側(cè)連接單片機(jī)單元，輸出控制端連接有X軸步進(jìn)電機(jī)和Y軸步進(jìn)電機(jī)，X軸步進(jìn)電機(jī)和Y軸步進(jìn)電機(jī)連接在太陽(yáng)能板上.本太陽(yáng)能電池控制系統(tǒng)中四只光伏傳感器，對(duì)光照情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過(guò)單片機(jī)單元計(jì)算出最大工作點(diǎn)，控制X軸步進(jìn)電機(jī)和Y軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)最大工作點(diǎn)的跟蹤.太陽(yáng)能電池板把光能轉(zhuǎn)化為電能，電能輸出控制模塊對(duì)輸出電能進(jìn)行整流、調(diào)壓、逆變，可依靠用戶需求進(jìn)行自動(dòng)調(diào)壓、調(diào)頻，保證輸出電能的有效性[3].

2 系統(tǒng)工作流程

圖6為本系統(tǒng)的工作流程圖，首先檢測(cè)光照是否適宜，繼而跟蹤最大光照點(diǎn)；并定時(shí)對(duì)本系統(tǒng)板面清洗，并控制輸出電壓，且本系統(tǒng)具有無(wú)線信息傳輸功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)控太陽(yáng)能電池板狀態(tài)并反饋用戶.

3 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的一種基于單片機(jī)控制的太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)太陽(yáng)能板電池控制系統(tǒng)具有定時(shí)自動(dòng)清掃板面塵土、灰漬的功能，隨時(shí)保持板面清潔，使系統(tǒng)發(fā)電效率一直保持在高狀態(tài)；(2)太陽(yáng)能電池控制系統(tǒng)對(duì)輸出電能進(jìn)行整流、調(diào)壓、逆變，可依靠用戶需求進(jìn)行自動(dòng)調(diào)壓、調(diào)頻，保證輸出電能的有效性；(3)系統(tǒng)具有無(wú)線信息傳輸功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)控太陽(yáng)能電池板狀態(tài)并反饋用戶.

[1] 李永霞，李戰(zhàn)，劉暢,等.基于STC單片機(jī)的太陽(yáng)能電池板自動(dòng)追日系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2013,33(s2):331-332.

[2] 劉瑞歌，宋峰，吳汝坤.基于AVR的太陽(yáng)能電池板自動(dòng)追日系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2013,35(12):121-123.

[3] 李丹．太陽(yáng)能發(fā)電工程中追日系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D]．蘇州：蘇州大學(xué)，2012．