2023年太阳能电池自动跟踪系统的研制.doc

本文由俸天承运奉献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 电子工程师 计 算 机 应 用 V ol. 27 N o. 12　2023 ΞΞΞ 太阳能电池自动跟踪系统的研制 D evelopm en t of the Automa tic Track ing System for Solar Cell 北方工业大学工学院　 ( 北京 100041) 　　张常年　赵红怡　吕　原 【摘　要】 　本系统以单片机技术为核心, 通过模数转换芯片对电池板发电电压进行采 样, 由软件对采样信号进行分析, 给出指令, 驱动直流电机转动电池板, 实现追踪太阳的效果, 到达提高发电效率的目的。 关键词: 光伏, 单片机, 模数转换 【Abstract】 T he sy stem is ba sed on ch ip m icrocom p u ter, sam p ling the vo ltage signa ls 　 of sillion by the COM S ch ip of m odu lu s. T he softw a re is u sed to ana lyze these signa ls and g ives in st ruct ion s to con t ro l the elect rom o to rs and m ake the ba t tery boa rd revo lve, so tha t the sy stem can t rack the sun and i p rove the pow er efficiency. m Keywords: photo volta ic, ch ip m icrocom puter, A D conversion 1　引　言 随着社会经济的开展, 能源和资源的消耗速度 越来越快。 节约能源, 保护环境已经成为人类可持续 开展的必要条件, 人们的注意力正转向再生能源的 利用和开发, 太阳能发电已成为全球开展速度最快 的技术。 国内外目前已有了很多光伏电站, 这些光伏 电站的太阳能电池板阵列根本上都是固定的, 没有 充分利用太阳能资源, 发电效率低下, 制约了大规模 电站的开展。 太阳能发电在我国多采用弹簧储能跟 踪式、 传感器跟踪式的系统, 发电本钱还很高, 不利 于跟踪系统的推广与开展。 提高发电效率是降低成 本的捷径, 我们开发的太阳能电池自动跟踪系统, 使 太阳能电池板始终对着太阳, 保持最大的发电效率, 具有本钱低、 免维护等优点, 有较好的推广应用价 值。 时作出调整, 以保证系统的正常运行; ( 3) 协调太阳能电池板、 蓄电池、 逆变器等设备, 取代计算机控制系统的工作, 构成光伏系统的核心。 太阳能电池自动追踪系统主要分为机械局部和 控制局部。 机械局部主要由电池板支架, 底座和直流 电机构成, 机械装置由电机驱动, 可以使电池板在水 平方向上的 360° 和垂直方向上的 0～ 85° 之间自由 旋转; 控制局部主要由单片机系统构成, 单片机系统 具有本钱低, 智能化程度高, 扩展性强等优点, 由 8051 和 0809 构成的单片机系统配合内部的逻辑芯 片和外围的电路元件, 实现对太阳能电池板的控制。 系统工作原理如图 2 所示。 2　系统的构成与工作原理 光伏系统的本质就是太阳能发电系统, 主要由 太阳能电池板阵列、 计算机控制系统、 全自动跟踪控 制器、 蓄电池组、 逆变器、 配电柜等组成。 其核心是计 算机控制系统和全自动跟踪控制器。 普通固定式光伏电站的发电效率过于低下, 跟 踪式光伏系统可以提高发电效率 50% 以上, 图 1 是 跟踪模式与非跟踪模式采样光强的比照。 全自动跟踪控制器主要有以下几个功能: ( 1) 实时控制太阳能电池板的方向与仰角, 实现 对太阳能的跟踪; ( 2) 根据外界的信息, 对整个系统进行监控, 适 Ξ 收稿日期: 2023—10—08 ΞΞ 北京市教育委员会科技开展方案资助项目 图 1　跟踪模式与非跟踪模式采样光强的比照 系统进入工作状态后, 控制水平方向的电机将 处于旋转状态, 8051 将对 0809 采样进来的电压信 号进行判断。 电池板可能朝向太阳旋转, 也可能背向 太阳旋转, 所以电压也有增大和减小两种可能。 26 张常年, 等: 太阳能电池自动跟踪系统的研制 判断, 自动开启或关闭跟踪模式, 这样可以防止夜间 无意义的跟踪, 减少电池的消耗。 单片机系统的功耗 在一瓦左右, 夜间单片机系统可继续开启, 不会浪费 电池太多的电力, 天亮后阳光增强时, 系统将自行启 动, 完全不需要人为干预, 当然也可以手动关闭单片 机系统, 节省电力。 蓄电池可随时提供照明或工农业用电, 当蓄电 池电压低于一定值时, 系统将发出警报, 并自动切断 供电电路, 以满足自身需要。 单片机系统由电机电源 统一供电。 电池参数由电压传感器采集。 还可以根 据需要, 增加温度传感器、 光强传感器、 风力传感器 等多种传感装置。 太阳能电池板有两个自由度, 控制机构将分别 对 X、 两方向进行调整。 单片机加电复位后, X 方 Y 向将处于旋转状态, 8051 将对 0809 采样进来的电 压信号进行判断, 电压有增大和减小两种可能, 如电 压增大, 那么让电池板继续转动, 一旦电压减小, 8051 将立即发出信号, 让电机反转, 实现电池板对太阳的 跟踪。 为了防止机械抖动, 当 8051 判断出电压第二 次减小时, 电机停止转动。 同理进行 Y 方向的判断 与调整, 两个方向的调整结束后, 太阳能电池板将停 止运动, 单片机经过延时后, 进入下一个采样周期。 当电池板转到尽头时, 采样电压不再变化, 据此, 程 序将自动反转电池板, 以保护电机不受损害。 图 2　系统工作原理图 如果电池板朝向太阳旋转, 采样电压必然增大, 程序将给出继续转动的指令, 转动过程中, 8051 一 旦发现电压减小, 将立即发出指令, 让电池板反转。 为防止机械抖动, 当电池板电压再次减小时, 电机停 止转动, 此时电池板正对着太阳。 如果电池板一开始就背向太阳旋转, 采样电压 必然会减小, 电池板自然会反转, 这时就朝向太阳方 向旋转了, 当电压第二次减小时, 也就说明此时电池 板正对着太阳了, 电池板停止, 水平方向的追踪完 成。 在垂直方向上的跟踪原理和步骤与水平方向的 完全一致, 只是电池板可能转到尽头而锁死, 此时采 样电压保持不变, 只要在程序中参加当采样电压不 变时, 电池板反转的指令即可。 采样后要有一延时, 延时在 0. 5 秒左右比拟适宜, 太大会影响精度, 太小 那么会造成采样电压不变, 程序误以为电池板锁死, 不 再跟踪太阳。 两个方向的追踪都完成后, 电池板将停 止运动, 这个停止时间可以在程序中自由设定, 实际 系统设定在 30 分钟左右比拟适宜, 这样既可以保持 较高的发电效率又可以防止过多的电能消耗在电机 上。 电机的旋转由继电器控制, 继电器的吸合靠 8051 的 P 1 口给出指令, 因为单片机的电流远远不 够驱动继电器, 所以中间要参加放大电路, 还要有电 源电路等外围设备。 8051 系统结构简单, 性能稳定, 价格低廉, 在大 型 电 站 中, 单 片 机 的 成 本 几 乎 可 以 不 计 算 在 内。 ADC0809 为一 8 路输入的 8 位 AD 转换装置。在试 验过程中, 经检测, 太阳能电池板的最高输出电压为 24V 左右, 转动太阳能板时, 每 1. 5 度电压变化约 0. 1V , 8 位 AD 共有 2E8= 256 个数值, 也就是说, 根本上能保持太阳能电池板的垂线与太阳光线夹角 在 1. 5 度以内, 完全可以满足精度的需要。 0809 的 输入只用了一路, 在其扩展系统中, 还可以进行其他 方面的控制与测量, 如风力、 温度、 电池状况、 负载变 化等, 因此, 本系统还拥有一定的扩展性。 当然, 也可 以用更经济的一路输入的 AD 芯片, 进一步降低成 本。 4　结束语 太阳能电池自动跟踪系统的开发与研究, 提高 了太阳能电池板的发电效率, 到达了低本钱、 高精 度、 使用灵活的要求, 为大规模使用太阳能发电, 合 理利用能源进行了有益的探索。 参　考　文　献 1 　蔡美琴等 M CS251 系列单片机系统及其应用 北京: 高 . . 等教育出版社, 1999 2 　北京半导体器件二厂翻译组 T TL 集成电路设计和应用 . 手册. 1982 3 　沈德金 单片机接口技术实验指导. 北京: 北京航空航天 . 大学出版社, 1993 4 　吴秀清等 微型计算机原理与接口技术. 合肥: 中国科学 . 技术大学出版社, 1996 5　曹仁贤 光伏系统的可靠性分析. 太阳能, 2023 ( 1) : 54 . 6　阎石 数字电子技术根底 北京: 高等教育出版社, 1997　 . . ■ 3　软件设计 跟踪模式的判断过程完全由软件实现, 灵活度 很高, 可以针对不同的地区和不同的气候进行调整, 尽量提高光伏电站的发电效率。 本系统为了满足全 自动的需要, 还可以根据太阳光线强弱的变化进行 欢送刊 登 广 告 27 1本文由俸天承运奉献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 电子工程师 计 算 机 应 用 V ol. 27 N o. 12　2023 ΞΞΞ 太阳能电池自动跟踪系统的研制 D evelopm en t of the Automa tic Track ing System for Solar Cell 北方工业大学工学院　 ( 北京 100041) 　　张常年　赵红怡　吕　原 【摘　要】 　本系统以单片机技术为核心, 通过模数转换芯片对电池板发电电压进行采 样, 由软件对采样信号进行分析, 给出指令, 驱动直流电机转动电池板, 实现追踪太阳的效果, 到达提高发电效率的目的。 关键词: 光伏, 单片机, 模数转换 【Abstract】 T he sy stem is ba sed on ch ip m icrocom p u ter, sam p ling the vo ltage signa ls 　 of sillion by the COM S ch ip of m odu lu s. T he softw a re is u sed to ana lyze these signa ls and g ives in st ruct ion s to con t ro l the elect rom o to rs and m ake the ba t tery boa rd revo lve, so tha t the sy stem can t rack the sun and i p rove the pow er efficiency. m Keywords: photo volta ic, ch ip m icrocom puter, A D conversion 1　引　言 随着社会经济的开展, 能源和资源的消耗速度 越来越快。 节约能源, 保护环境已经成为人类可持续 开展的必要条件, 人们的注意力正转向再生能源的 利用和开发, 太阳能发电已成为全球开展速度最快 的技术。 国内外目前已有了很多光伏电站, 这些光伏 电站的太阳能电池板阵列根本上都是固定的, 没有