光伏發(fā)電系統(tǒng)中追日模塊的單片機(jī)控制研究

張曉偉　許艷華

摘 要：文章采用光伏陣列，實(shí)現(xiàn)通過光照強(qiáng)度的檢測(cè)，自動(dòng)調(diào)整太陽能光板跟隨太陽運(yùn)動(dòng)，研究了太陽能光板的仰角與設(shè)備放置緯度的關(guān)系，和太陽能光板獲得最大發(fā)電能力同太陽能光板面與太陽光照射間夾角之間的關(guān)系。結(jié)果表明：太陽能光板面與太陽光照射間夾角為90°時(shí)，太陽能光板的發(fā)電能力最強(qiáng)，結(jié)合該結(jié)果，對(duì)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中追日模塊的軟硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；光伏發(fā)電系統(tǒng)；逆變器；追日系統(tǒng)；太陽能電池

傳統(tǒng)的能源燃料在逐漸減少，污染危害也日益顯著。此時(shí)，全球發(fā)達(dá)國(guó)家都把發(fā)展方向轉(zhuǎn)向了可再生能源，尋求能夠改變目前人類社會(huì)的能源結(jié)構(gòu)，維持長(zhǎng)遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展的方法。太陽能以其綠色、干凈的優(yōu)勢(shì)而得到人們重視。它一方面含量豐富，可再生無污染，另一方面廉價(jià)，人們可以隨意利用[1]。太陽輻射的能量，每秒鐘到達(dá)地面高達(dá)80萬kW，如果能把照射到地球表面0.01%的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率為5%，那么，每年光伏發(fā)電的發(fā)電量就可以達(dá)到5.6×1011 kW·h，相當(dāng)于目前世界上能耗的4倍[2]。

因此，在可再生能源中，太陽能是最有發(fā)展?jié)摿Φ?。?dāng)前，地球上能源燃料短缺，環(huán)境污染問題也與日俱增，光伏發(fā)電因?yàn)榍鍧?、安全、便利等特點(diǎn)，逐漸被各國(guó)關(guān)注，并成為重點(diǎn)發(fā)展的新產(chǎn)業(yè)。在此背景下，光伏發(fā)電的發(fā)展迅猛增長(zhǎng)，規(guī)模也不斷加大，同時(shí)產(chǎn)品成本不斷下降。國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)也得到迅猛發(fā)展，已成為我國(guó)可以參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的，并且有希望成為國(guó)際龍頭的行業(yè)[3]。

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體器件的光生伏特效應(yīng)，將光的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N新興技術(shù)。技術(shù)的核心設(shè)備就是太陽能電池。將太陽能電池串聯(lián)后，能夠大幅增大太陽能電池電壓，然后進(jìn)行封裝保護(hù)，就形成了太陽能電池組，與功率控制器等設(shè)備組合構(gòu)成光伏發(fā)電裝置[4]。

傳統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能光板是固定的，不能跟隨太陽的移動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，在太陽偏射時(shí)，發(fā)電效率低。追日系統(tǒng)是在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)過程中，模擬仿真每天太陽運(yùn)行的過程，能夠控制太陽能光板跟隨太陽運(yùn)動(dòng)，使太陽光板與太陽光線夾角始終是90°，從而能夠獲得最大的發(fā)電能力的系統(tǒng)。全球不同的緯度，太陽能光板的仰角是不一樣的[5]，其仰角的取值參考表1。

1 光伏陣列追日系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

光伏陣列追日系統(tǒng)主要是根據(jù)光照角度的變化，實(shí)現(xiàn)光伏陣列的實(shí)時(shí)跟蹤控制[6]。

1.1 HT7350穩(wěn)壓電路

HT7350穩(wěn)壓電路如圖1所示。

HT7350的輸入電壓最高是12 V，最大輸出電流250 mA，耗散功率是500 mW。

實(shí)驗(yàn)中給單片機(jī)供電的電壓是5 V，給舵機(jī)供的電壓經(jīng)檢測(cè)卻是6.6 V，所以這邊使用一個(gè)HT7350的穩(wěn)壓芯片，穩(wěn)壓5 V給單片機(jī)供電。

1.2 電壓調(diào)整電路

電壓調(diào)整電路如圖2所示。

太陽能板輸入電壓通過電路后，進(jìn)入AD采樣，可以對(duì)輸入電壓進(jìn)行調(diào)整，從而起到矯正的作用。

1.3 光傳感器模塊

光傳感器電路如圖3所示。

光傳感器模塊電路特點(diǎn)：（1）采用靈敏型光敏電阻傳感器。（2）采用比較器輸出，信號(hào)干凈，波形好，且驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，超過15 mA。（3）配備可調(diào)電位器，來調(diào)節(jié)檢測(cè)光線亮度。（4）工作電壓低：3.3～5 V。（5）輸出形式：DO開關(guān)量輸出（0和1），AO模擬量輸出（電壓）。（6）板子面積小，PCB尺寸：3.2 cm×1.4 cm。（7）使用了寬電壓比較器LM393。

模塊使用時(shí)的注意事項(xiàng)：

（1）光敏電阻模塊，對(duì)環(huán)境光線比較敏感，用于檢測(cè)周圍環(huán)境光線的亮度，觸發(fā)單片機(jī)，繼電器模塊等。

（2）當(dāng)環(huán)境光線亮度達(dá)不到設(shè)定閥值時(shí)，DO端輸出高電平；只有當(dāng)外界環(huán)境光線亮度超過設(shè)定閥值時(shí)，DO端才輸出低電平。

（3）DO輸出端與單片機(jī)直接相連，由單片機(jī)來檢測(cè)高低電平和環(huán)境的光線亮度改變。

（4）DO輸出端，直接驅(qū)動(dòng)本站繼電器模塊，組成光控開關(guān)。

（5）小板模擬量輸出AO和AD模塊相連，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換，獲得環(huán)境光照強(qiáng)度更精準(zhǔn)的數(shù)值。

2 光伏陣列追日系統(tǒng)軟件

光伏陣列追日系統(tǒng)主要通過光照強(qiáng)度檢測(cè)，使光伏陣列跟隨太陽運(yùn)動(dòng)[7]。下述程序是以光敏電阻為光感器件的檢測(cè)控制程序。

#include “STC15.h”

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

/***************函數(shù)聲明**************/

Void ADadjust（void）；

Void Timer0_Init（void）；

Void delay（unsigned int ms）；

Uint Get_ADC10bitResult（uchar channel）；

/************定義使用的I/O管腳***************/

Sbit _PWM = P4^1；

Sbit _PWM = P4^2；

Sbit IN_1=P0^0；

Sbit IN_2=P0^1；

Sbit IN_3=P0^2；

Sbit IN_4=P0^3；

Uchar ucCount=20；

Uchar ucCount2=20；

Uint uCout，uCount2；

Void main（）

{

P4M0=0X06；

P4M1=0X00；

P0M0=0X00；

P0M1=0X00；

Timer0_Init（）；

While（1）

{

ADadjust（）；

}

}

Void ADadjust（void）

{

If（IN_3==1&&IN_4==0）

{

ucCount2++；

uCoun2 = 0；

if（40 == ucCount2）

ucCount2 =39；

}

else if（IN_3==1&&IN_4==1）

{

ucCount2=ucCount2；

uCount2=0；

}

else if（IN_3==0&&IN_4==1）

{

ucCount2--；

uCount2 = 0；

if（9 == ucCount2）

ucCount2 = 10；

}

If（IN_1==1&&IN_2==0）

{

ucCount++；

uCount = 0；

if（40 == ucCount）

ucCount = 39；

}

else if（IN_1==0&&IN_2==1）

{

ucCount=ucCount；

uCount = 0；

}

Else if（IN_1==0&&IN_2==1）

{

ucCount--；

uCount = 0；

if（9 == ucCount）

ucCount = 10；

}

delay（10）；

}

void Timer0_Init（void）

{

TMOD =0x00；

TL0 = 0xd2；

TH0 =0xff；

TL1 = 0xd2；

TH1 = 0xff；

TR0 = 1；

TR1=1；

EA = 1；

ET0 = 1；

ET1=1；

}

Void Timer0（void） interruput 1 using 1

{

TL0 = 0xd2；

TH0 = 0xff；

If（uCount < ucCount）

_PWM = 1；

else

_PWM = 0；

uCount++；

uCount%=400；

}

……

3 結(jié)語

采用光伏陣列設(shè)計(jì)，通過光照強(qiáng)度檢測(cè)，利用單片機(jī)技術(shù)，通過編程來控制太陽能光板能實(shí)時(shí)地跟隨太陽運(yùn)動(dòng)，得到太陽光直射，從而能夠獲得最大的發(fā)電能力，使光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率由原來的16.2%增加到18.8%[8]，得到大幅提高。

[參考文獻(xiàn)]

[1]趙朝會(huì).光伏發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用前景[J].上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（2）：104-109.

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[3]寧亞東.光伏電子工程的設(shè)計(jì)與施工[M].北京：科學(xué)出版社，2016.

[4]杜新建，李莉華，杜火青，等.光伏發(fā)電實(shí)際應(yīng)用及案例分析[J].太陽能，2017（8）：18-21.

[5]曹仁賢，趙為，陳威.光伏發(fā)電與電網(wǎng)接入技術(shù)[J].中國(guó)電力企業(yè)管理，2009（7）：28-29.

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[8]張勇成，田介花.分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)探討[J].太陽能，2017（8）：25-27.