太陽(yáng)能電池自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的研制

1、 本文由俸天承運(yùn)貢獻(xiàn) pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 電子工程師 計(jì) 算 機(jī) 應(yīng) 用 V ol. 27 N o. 122001 太陽(yáng)能電池自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的研制 D evelopm en t of the Automa tic Track ing System for Solar Cell 北方工業(yè)大學(xué)工學(xué)院 ( 北京 100041) 張常年趙紅怡呂原 【摘要】 本系統(tǒng)以單片機(jī)技術(shù)為核心, 通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對(duì)電池板發(fā)電電壓進(jìn)行采 樣, 由軟件對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行分析, 給出指令, 驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)電池板, 實(shí)現(xiàn)追蹤太陽(yáng)的效果, 達(dá)到提高發(fā)電效率的目的

2、。 關(guān)鍵詞: 光伏, 單片機(jī), 模數(shù)轉(zhuǎn)換 【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

3、 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 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 能源和資源的消耗速度 越來(lái)越快。 節(jié)約能源, 保護(hù)環(huán)境已經(jīng)成為人類(lèi)可持續(xù) 發(fā)展的必要條件, 人們的注意力正轉(zhuǎn)向再生能源的 利用和開(kāi)發(fā), 太陽(yáng)能發(fā)電已成為全球發(fā)展速度最快 的技術(shù)。 國(guó)內(nèi)外目前已有了很多光伏電站, 這些光伏 電站的太陽(yáng)能電池板陣列基本上

4、都是固定的, 沒(méi)有 充分利用太陽(yáng)能資源, 發(fā)電效率低下, 制約了大規(guī)模 電站的發(fā)展。 太陽(yáng)能發(fā)電在我國(guó)多采用彈簧儲(chǔ)能跟 蹤式、 傳感器跟蹤式的系統(tǒng), 發(fā)電成本還很高, 不利 于跟蹤系統(tǒng)的推廣與發(fā)展。 提高發(fā)電效率是降低成 本的捷徑, 我們開(kāi)發(fā)的太陽(yáng)能電池自動(dòng)跟蹤系統(tǒng), 使 太陽(yáng)能電池板始終對(duì)著太陽(yáng), 保持最大的發(fā)電效率, 具有成本低、 免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn), 有較好的推廣應(yīng)用價(jià) 值。 時(shí)作出調(diào)整, 以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行; ( 3) 協(xié)調(diào)太陽(yáng)能電池板、 蓄電池、 逆變器等設(shè)備, 取代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作, 構(gòu)成光伏系統(tǒng)的核心。 太陽(yáng)能電池自動(dòng)追蹤系統(tǒng)主要分為機(jī)械部分和 控制部分。 機(jī)械部分主要由電池板支

5、架, 底座和直流 電機(jī)構(gòu)成, 機(jī)械裝置由電機(jī)驅(qū)動(dòng), 可以使電池板在水 平方向上的 360° 和垂直方向上的 0 85° 之間自由 旋轉(zhuǎn); 控制部分主要由單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成, 單片機(jī)系統(tǒng) 具有成本低, 智能化程度高, 擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn), 由 8051 和 0809 構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)配合內(nèi)部的邏輯芯 片和外圍的電路元件, 實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能電池板的控制。 系統(tǒng)工作原理如圖 2 所示。 2系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理 光伏系統(tǒng)的本質(zhì)就是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng), 主要由 太陽(yáng)能電池板陣列、 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、 全自動(dòng)跟蹤控 制器、 蓄電池組、 逆變器、 配電柜等組成。 其核心是計(jì) 算機(jī)控制系統(tǒng)和全自動(dòng)跟蹤控制器

6、。 普通固定式光伏電站的發(fā)電效率過(guò)于低下, 跟 蹤式光伏系統(tǒng)可以提高發(fā)電效率 50% 以上, 圖 1 是 跟蹤模式與非跟蹤模式采樣光強(qiáng)的對(duì)比。 全自動(dòng)跟蹤控制器主要有以下幾個(gè)功能: ( 1) 實(shí)時(shí)控制太陽(yáng)能電池板的方向與仰角, 實(shí)現(xiàn) 對(duì)太陽(yáng)能的跟蹤; ( 2) 根據(jù)外界的信息, 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控, 適 收稿日期: 20011008 北京市教育委員會(huì)科技發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目 圖 1跟蹤模式與非跟蹤模式采樣光強(qiáng)的對(duì)比 系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)后, 控制水平方向的電機(jī)將 處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài), 8051 將對(duì) 0809 采樣進(jìn)來(lái)的電壓信 號(hào)進(jìn)行判斷。 電池板可能朝向太陽(yáng)旋轉(zhuǎn), 也可能背向 太陽(yáng)旋轉(zhuǎn), 所以電壓也有增大

7、和減小兩種可能。 26? 張常年, 等: 太陽(yáng)能電池自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的研制 判斷, 自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉跟蹤模式, 這樣可以防止夜間 無(wú)意義的跟蹤, 減少電池的消耗。 單片機(jī)系統(tǒng)的功耗 在一瓦左右, 夜間單片機(jī)系統(tǒng)可繼續(xù)開(kāi)啟, 不會(huì)浪費(fèi) 電池太多的電力, 天亮后陽(yáng)光增強(qiáng)時(shí), 系統(tǒng)將自行啟 動(dòng), 完全不需要人為干預(yù), 當(dāng)然也可以手動(dòng)關(guān)閉單片 機(jī)系統(tǒng), 節(jié)省電力。 蓄電池可隨時(shí)提供照明或工農(nóng)業(yè)用電, 當(dāng)蓄電 池電壓低于一定值時(shí), 系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào), 并自動(dòng)切斷 供電電路, 以滿(mǎn)足自身需要。 單片機(jī)系統(tǒng)由電機(jī)電源 統(tǒng)一供電。 電池參數(shù)由電壓傳感器采集。 還可以根 據(jù)需要, 增加溫度傳感器、 光強(qiáng)傳感器、 風(fēng)力傳

8、感器 等多種傳感裝置。 太陽(yáng)能電池板有兩個(gè)自由度, 控制機(jī)構(gòu)將分別 對(duì) X、 兩方向進(jìn)行調(diào)整。 單片機(jī)加電復(fù)位后, X 方 Y 向?qū)⑻幱谛D(zhuǎn)狀態(tài), 8051 將對(duì) 0809 采樣進(jìn)來(lái)的電 壓信號(hào)進(jìn)行判斷, 電壓有增大和減小兩種可能, 如電 壓增大, 則讓電池板繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng), 一旦電壓減小, 8051 將立即發(fā)出信號(hào), 讓電機(jī)反轉(zhuǎn), 實(shí)現(xiàn)電池板對(duì)太陽(yáng)的 跟蹤。 為了防止機(jī)械抖動(dòng), 當(dāng) 8051 判斷出電壓第二 次減小時(shí), 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 同理進(jìn)行 Y 方向的判斷 與調(diào)整, 兩個(gè)方向的調(diào)整結(jié)束后, 太陽(yáng)能電池板將停 止運(yùn)動(dòng), 單片機(jī)經(jīng)過(guò)延時(shí)后, 進(jìn)入下一個(gè)采樣周期。 當(dāng)電池板轉(zhuǎn)到盡頭時(shí), 采樣電壓不再

9、變化, 據(jù)此, 程 序?qū)⒆詣?dòng)反轉(zhuǎn)電池板, 以保護(hù)電機(jī)不受損害。 圖 2系統(tǒng)工作原理圖 如果電池板朝向太陽(yáng)旋轉(zhuǎn), 采樣電壓必然增大, 程序?qū)⒔o出繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的指令, 轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中, 8051 一 旦發(fā)現(xiàn)電壓減小, 將立即發(fā)出指令, 讓電池板反轉(zhuǎn)。 為防止機(jī)械抖動(dòng), 當(dāng)電池板電壓再次減小時(shí), 電機(jī)停 止轉(zhuǎn)動(dòng), 此時(shí)電池板正對(duì)著太陽(yáng)。 如果電池板一開(kāi)始就背向太陽(yáng)旋轉(zhuǎn), 采樣電壓 必然會(huì)減小, 電池板自然會(huì)反轉(zhuǎn), 這時(shí)就朝向太陽(yáng)方 向旋轉(zhuǎn)了, 當(dāng)電壓第二次減小時(shí), 也就說(shuō)明此時(shí)電池 板正對(duì)著太陽(yáng)了, 電池板停止, 水平方向的追蹤完 成。 在垂直方向上的跟蹤原理和步驟與水平方向的 完全一致, 只是電池板可能轉(zhuǎn)

10、到盡頭而鎖死, 此時(shí)采 樣電壓保持不變, 只要在程序中加入當(dāng)采樣電壓不 變時(shí), 電池板反轉(zhuǎn)的指令即可。 采樣后要有一延時(shí), 延時(shí)在 0. 5 秒左右比較合適, 太大會(huì)影響精度, 太小 則會(huì)造成采樣電壓不變, 程序誤以為電池板鎖死, 不 再跟蹤太陽(yáng)。 兩個(gè)方向的追蹤都完成后, 電池板將停 止運(yùn)動(dòng), 這個(gè)停止時(shí)間可以在程序中自由設(shè)定, 實(shí)際 系統(tǒng)設(shè)定在 30 分鐘左右比較合適, 這樣既可以保持 較高的發(fā)電效率又可以防止過(guò)多的電能消耗在電機(jī) 上。 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)由繼電器控制, 繼電器的吸合靠 8051 的 P 1 口給出指令, 因?yàn)閱纹瑱C(jī)的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)不 夠驅(qū)動(dòng)繼電器, 所以中間要加入放大電路, 還要有電

11、源電路等外圍設(shè)備。 8051 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 性能穩(wěn)定, 價(jià)格低廉, 在大 型 電 站 中, 單 片 機(jī) 的 成 本 幾 乎 可 以 不 計(jì) 算 在 內(nèi)。 ADC0809 為一 8 路輸入的 8 位 AD 轉(zhuǎn)換裝置。在試 驗(yàn)過(guò)程中, 經(jīng)檢測(cè), 太陽(yáng)能電池板的最高輸出電壓為 24V 左右, 轉(zhuǎn)動(dòng)太陽(yáng)能板時(shí), 每 1. 5 度電壓變化約 0. 1V , 8 位 AD 共有 2E8= 256 個(gè)數(shù)值, 也就是說(shuō), 基本上能保持太陽(yáng)能電池板的垂線(xiàn)與太陽(yáng)光線(xiàn)夾角 在 1. 5 度以?xún)?nèi), 完全可以滿(mǎn)足精度的需要。 0809 的 輸入只用了一路, 在其擴(kuò)展系統(tǒng)中, 還可以進(jìn)行其他 方面的控制與測(cè)量, 如風(fēng)力

12、、 溫度、 電池狀況、 負(fù)載變 化等, 因此, 本系統(tǒng)還擁有一定的擴(kuò)展性。 當(dāng)然, 也可 以用更經(jīng)濟(jì)的一路輸入的 AD 芯片, 進(jìn)一步降低成 本。 4結(jié)束語(yǔ) 太陽(yáng)能電池自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與研究, 提高 了太陽(yáng)能電池板的發(fā)電效率, 達(dá)到了低成本、 高精 度、 使用靈活的要求, 為大規(guī)模使用太陽(yáng)能發(fā)電, 合 理利用能源進(jìn)行了有益的探索。 參考文獻(xiàn) 1 蔡美琴等 M CS251 系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用 北京: 高 . . 等教育出版社, 1999 2 北京半導(dǎo)體器件二廠(chǎng)翻譯組 T TL 集成電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用 . 手冊(cè). 1982 3 沈德金 單片機(jī)接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo). 北京: 北京航空航天 . 大學(xué)出版

13、社, 1993 4 吳秀清等 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù). 合肥: 中國(guó)科學(xué) . 技術(shù)大學(xué)出版社, 1996 5曹仁賢 光伏系統(tǒng)的可靠性分析. 太陽(yáng)能, 2001 ( 1) : 54 . 6閻石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 北京: 高等教育出版社, 1997 . . 3軟件設(shè)計(jì) 跟蹤模式的判斷過(guò)程完全由軟件實(shí)現(xiàn), 靈活度 很高, 可以針對(duì)不同的地區(qū)和不同的氣候進(jìn)行調(diào)整, 盡量提高光伏電站的發(fā)電效率。 本系統(tǒng)為了滿(mǎn)足全 自動(dòng)的需要, 還可以根據(jù)太陽(yáng)光線(xiàn)強(qiáng)弱的變化進(jìn)行 歡迎刊 登 廣 告 27? 1本文由俸天承運(yùn)貢獻(xiàn) pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 電子工

14、程師 計(jì) 算 機(jī) 應(yīng) 用 V ol. 27 N o. 122001 太陽(yáng)能電池自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的研制 D evelopm en t of the Automa tic Track ing System for Solar Cell 北方工業(yè)大學(xué)工學(xué)院 ( 北京 100041) 張常年趙紅怡呂原 【摘要】 本系統(tǒng)以單片機(jī)技術(shù)為核心, 通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對(duì)電池板發(fā)電電壓進(jìn)行采 樣, 由軟件對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行分析, 給出指令, 驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)電池板, 實(shí)現(xiàn)追蹤太陽(yáng)的效果, 達(dá)到提高發(fā)電效率的目的。 關(guān)鍵詞: 光伏, 單片機(jī), 模數(shù)轉(zhuǎn)換 【Abstract】 T he sy stem is ba sed on

15、 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

16、 and i p rove the pow er efficiency. m Keywords: photo volta ic, ch ip m icrocom puter, A D conversion 1引言 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 能源和資源的消耗速度 越來(lái)越快。 節(jié)約能源, 保護(hù)環(huán)境已經(jīng)成為人類(lèi)可持續(xù) 發(fā)展的必要條件, 人們的注意力正轉(zhuǎn)向再生能源的 利用和開(kāi)發(fā), 太陽(yáng)能發(fā)電已成為全球發(fā)展速度最快 的技術(shù)。 國(guó)內(nèi)外目前已有了很多光伏電站, 這些光伏 電站的太陽(yáng)能電池板陣列基本上都是固定的, 沒(méi)有 充分利用太陽(yáng)能資源, 發(fā)電效率低下, 制約了大規(guī)模 電站的發(fā)展。 太陽(yáng)能發(fā)電在我國(guó)多采用彈簧儲(chǔ)

17、能跟 蹤式、 傳感器跟蹤式的系統(tǒng), 發(fā)電成本還很高, 不利 于跟蹤系統(tǒng)的推廣與發(fā)展。 提高發(fā)電效率是降低成 本的捷徑, 我們開(kāi)發(fā)的太陽(yáng)能電池自動(dòng)跟蹤系統(tǒng), 使 太陽(yáng)能電池板始終對(duì)著太陽(yáng), 保持最大的發(fā)電效率, 具有成本低、 免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn), 有較好的推廣應(yīng)用價(jià) 值。 時(shí)作出調(diào)整, 以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行; ( 3) 協(xié)調(diào)太陽(yáng)能電池板、 蓄電池、 逆變器等設(shè)備, 取代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作, 構(gòu)成光伏系統(tǒng)的核心。 太陽(yáng)能電池自動(dòng)追蹤系統(tǒng)主要分為機(jī)械部分和 控制部分。 機(jī)械部分主要由電池板支架, 底座和直流 電機(jī)構(gòu)成, 機(jī)械裝置由電機(jī)驅(qū)動(dòng), 可以使電池板在水 平方向上的 360° 和垂直方向上

18、的 0 85° 之間自由 旋轉(zhuǎn); 控制部分主要由單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成, 單片機(jī)系統(tǒng) 具有成本低, 智能化程度高, 擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn), 由 8051 和 0809 構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)配合內(nèi)部的邏輯芯 片和外圍的電路元件, 實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能電池板的控制。 系統(tǒng)工作原理如圖 2 所示。 2系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理 光伏系統(tǒng)的本質(zhì)就是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng), 主要由 太陽(yáng)能電池板陣列、 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、 全自動(dòng)跟蹤控 制器、 蓄電池組、 逆變器、 配電柜等組成。 其核心是計(jì) 算機(jī)控制系統(tǒng)和全自動(dòng)跟蹤控制器。 普通固定式光伏電站的發(fā)電效率過(guò)于低下, 跟 蹤式光伏系統(tǒng)可以提高發(fā)電效率 50% 以上, 圖 1 是 跟蹤模式

19、與非跟蹤模式采樣光強(qiáng)的對(duì)比。 全自動(dòng)跟蹤控制器主要有以下幾個(gè)功能: ( 1) 實(shí)時(shí)控制太陽(yáng)能電池板的方向與仰角, 實(shí)現(xiàn) 對(duì)太陽(yáng)能的跟蹤; ( 2) 根據(jù)外界的信息, 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控, 適 收稿日期: 20011008 北京市教育委員會(huì)科技發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目 圖 1跟蹤模式與非跟蹤模式采樣光強(qiáng)的對(duì)比 系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)后, 控制水平方向的電機(jī)將 處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài), 8051 將對(duì) 0809 采樣進(jìn)來(lái)的電壓信 號(hào)進(jìn)行判斷。 電池板可能朝向太陽(yáng)旋轉(zhuǎn), 也可能背向 太陽(yáng)旋轉(zhuǎn), 所以電壓也有增大和減小兩種可能。 26? 張常年, 等: 太陽(yáng)能電池自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的研制 判斷, 自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉跟蹤模式, 這樣可以

20、防止夜間 無(wú)意義的跟蹤, 減少電池的消耗。 單片機(jī)系統(tǒng)的功耗 在一瓦左右, 夜間單片機(jī)系統(tǒng)可繼續(xù)開(kāi)啟, 不會(huì)浪費(fèi) 電池太多的電力, 天亮后陽(yáng)光增強(qiáng)時(shí), 系統(tǒng)將自行啟 動(dòng), 完全不需要人為干預(yù), 當(dāng)然也可以手動(dòng)關(guān)閉單片 機(jī)系統(tǒng), 節(jié)省電力。 蓄電池可隨時(shí)提供照明或工農(nóng)業(yè)用電, 當(dāng)蓄電 池電壓低于一定值時(shí), 系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào), 并自動(dòng)切斷 供電電路, 以滿(mǎn)足自身需要。 單片機(jī)系統(tǒng)由電機(jī)電源 統(tǒng)一供電。 電池參數(shù)由電壓傳感器采集。 還可以根 據(jù)需要, 增加溫度傳感器、 光強(qiáng)傳感器、 風(fēng)力傳感器 等多種傳感裝置。 太陽(yáng)能電池板有兩個(gè)自由度, 控制機(jī)構(gòu)將分別 對(duì) X、 兩方向進(jìn)行調(diào)整。 單片機(jī)加電復(fù)位后,

21、 X 方 Y 向?qū)⑻幱谛D(zhuǎn)狀態(tài), 8051 將對(duì) 0809 采樣進(jìn)來(lái)的電 壓信號(hào)進(jìn)行判斷, 電壓有增大和減小兩種可能, 如電 壓增大, 則讓電池板繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng), 一旦電壓減小, 8051 將立即發(fā)出信號(hào), 讓電機(jī)反轉(zhuǎn), 實(shí)現(xiàn)電池板對(duì)太陽(yáng)的 跟蹤。 為了防止機(jī)械抖動(dòng), 當(dāng) 8051 判斷出電壓第二 次減小時(shí), 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 同理進(jìn)行 Y 方向的判斷 與調(diào)整, 兩個(gè)方向的調(diào)整結(jié)束后, 太陽(yáng)能電池板將停 止運(yùn)動(dòng), 單片機(jī)經(jīng)過(guò)延時(shí)后, 進(jìn)入下一個(gè)采樣周期。 當(dāng)電池板轉(zhuǎn)到盡頭時(shí), 采樣電壓不再變化, 據(jù)此, 程 序?qū)⒆詣?dòng)反轉(zhuǎn)電池板, 以保護(hù)電機(jī)不受損害。 圖 2系統(tǒng)工作原理圖 如果電池板朝向太陽(yáng)旋轉(zhuǎn), 采

22、樣電壓必然增大, 程序?qū)⒔o出繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的指令, 轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中, 8051 一 旦發(fā)現(xiàn)電壓減小, 將立即發(fā)出指令, 讓電池板反轉(zhuǎn)。 為防止機(jī)械抖動(dòng), 當(dāng)電池板電壓再次減小時(shí), 電機(jī)停 止轉(zhuǎn)動(dòng), 此時(shí)電池板正對(duì)著太陽(yáng)。 如果電池板一開(kāi)始就背向太陽(yáng)旋轉(zhuǎn), 采樣電壓 必然會(huì)減小, 電池板自然會(huì)反轉(zhuǎn), 這時(shí)就朝向太陽(yáng)方 向旋轉(zhuǎn)了, 當(dāng)電壓第二次減小時(shí), 也就說(shuō)明此時(shí)電池 板正對(duì)著太陽(yáng)了, 電池板停止, 水平方向的追蹤完 成。 在垂直方向上的跟蹤原理和步驟與水平方向的 完全一致, 只是電池板可能轉(zhuǎn)到盡頭而鎖死, 此時(shí)采 樣電壓保持不變, 只要在程序中加入當(dāng)采樣電壓不 變時(shí), 電池板反轉(zhuǎn)的指令即可。 采樣后要有

23、一延時(shí), 延時(shí)在 0. 5 秒左右比較合適, 太大會(huì)影響精度, 太小 則會(huì)造成采樣電壓不變, 程序誤以為電池板鎖死, 不 再跟蹤太陽(yáng)。 兩個(gè)方向的追蹤都完成后, 電池板將停 止運(yùn)動(dòng), 這個(gè)停止時(shí)間可以在程序中自由設(shè)定, 實(shí)際 系統(tǒng)設(shè)定在 30 分鐘左右比較合適, 這樣既可以保持 較高的發(fā)電效率又可以防止過(guò)多的電能消耗在電機(jī) 上。 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)由繼電器控制, 繼電器的吸合靠 8051 的 P 1 口給出指令, 因?yàn)閱纹瑱C(jī)的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)不 夠驅(qū)動(dòng)繼電器, 所以中間要加入放大電路, 還要有電 源電路等外圍設(shè)備。 8051 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 性能穩(wěn)定, 價(jià)格低廉, 在大 型 電 站 中, 單 片 機(jī) 的 成

24、本 幾 乎 可 以 不 計(jì) 算 在 內(nèi)。 ADC0809 為一 8 路輸入的 8 位 AD 轉(zhuǎn)換裝置。在試 驗(yàn)過(guò)程中, 經(jīng)檢測(cè), 太陽(yáng)能電池板的最高輸出電壓為 24V 左右, 轉(zhuǎn)動(dòng)太陽(yáng)能板時(shí), 每 1. 5 度電壓變化約 0. 1V , 8 位 AD 共有 2E8= 256 個(gè)數(shù)值, 也就是說(shuō), 基本上能保持太陽(yáng)能電池板的垂線(xiàn)與太陽(yáng)光線(xiàn)夾角 在 1. 5 度以?xún)?nèi), 完全可以滿(mǎn)足精度的需要。 0809 的 輸入只用了一路, 在其擴(kuò)展系統(tǒng)中, 還可以進(jìn)行其他 方面的控制與測(cè)量, 如風(fēng)力、 溫度、 電池狀況、 負(fù)載變 化等, 因此, 本系統(tǒng)還擁有一定的擴(kuò)展性。 當(dāng)然, 也可 以用更經(jīng)濟(jì)的一路輸入的

25、AD 芯片, 進(jìn)一步降低成 本。 4結(jié)束語(yǔ) 太陽(yáng)能電池自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與研究, 提高 了太陽(yáng)能電池板的發(fā)電效率, 達(dá)到了低成本、 高精 度、 使用靈活的要求, 為大規(guī)模使用太陽(yáng)能發(fā)電, 合 理利用能源進(jìn)行了有益的探索。 參考文獻(xiàn) 1 蔡美琴等 M CS251 系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用 北京: 高 . . 等教育出版社, 1999 2 北京半導(dǎo)體器件二廠(chǎng)翻譯組 T TL 集成電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用 . 手冊(cè). 1982 3 沈德金 單片機(jī)接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo). 北京: 北京航空航天 . 大學(xué)出版社, 1993 4 吳秀清等 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù). 合肥: 中國(guó)科學(xué) . 技術(shù)大學(xué)出版社, 1996 5曹仁

26、賢 光伏系統(tǒng)的可靠性分析. 太陽(yáng)能, 2001 ( 1) : 54 . 6閻石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 北京: 高等教育出版社, 1997 . . 3軟件設(shè)計(jì) 跟蹤模式的判斷過(guò)程完全由軟件實(shí)現(xiàn), 靈活度 很高, 可以針對(duì)不同的地區(qū)和不同的氣候進(jìn)行調(diào)整, 盡量提高光伏電站的發(fā)電效率。 本系統(tǒng)為了滿(mǎn)足全 自動(dòng)的需要, 還可以根據(jù)太陽(yáng)光線(xiàn)強(qiáng)弱的變化進(jìn)行 歡迎刊 登 廣 告 27? 1本文由俸天承運(yùn)貢獻(xiàn) pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 電子工程師 計(jì) 算 機(jī) 應(yīng) 用 V ol. 27 N o. 122001 太陽(yáng)能電池自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的研制 D evelop

27、m en t of the Automa tic Track ing System for Solar Cell 北方工業(yè)大學(xué)工學(xué)院 ( 北京 100041) 張常年趙紅怡呂原 【摘要】 本系統(tǒng)以單片機(jī)技術(shù)為核心, 通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對(duì)電池板發(fā)電電壓進(jìn)行采 樣, 由軟件對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行分析, 給出指令, 驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)電池板, 實(shí)現(xiàn)追蹤太陽(yáng)的效果, 達(dá)到提高發(fā)電效率的目的。 關(guān)鍵詞: 光伏, 單片機(jī), 模數(shù)轉(zhuǎn)換 【Abstract】 T he sy stem is ba sed on ch ip m icrocom p u ter, sam p ling the vo ltage signa l

28、s 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 vo

29、lta ic, ch ip m icrocom puter, A D conversion 1引言 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 能源和資源的消耗速度 越來(lái)越快。 節(jié)約能源, 保護(hù)環(huán)境已經(jīng)成為人類(lèi)可持續(xù) 發(fā)展的必要條件, 人們的注意力正轉(zhuǎn)向再生能源的 利用和開(kāi)發(fā), 太陽(yáng)能發(fā)電已成為全球發(fā)展速度最快 的技術(shù)。 國(guó)內(nèi)外目前已有了很多光伏電站, 這些光伏 電站的太陽(yáng)能電池板陣列基本上都是固定的, 沒(méi)有 充分利用太陽(yáng)能資源, 發(fā)電效率低下, 制約了大規(guī)模 電站的發(fā)展。 太陽(yáng)能發(fā)電在我國(guó)多采用彈簧儲(chǔ)能跟 蹤式、 傳感器跟蹤式的系統(tǒng), 發(fā)電成本還很高, 不利 于跟蹤系統(tǒng)的推廣與發(fā)展。 提高發(fā)電效率是降低成 本的捷

30、徑, 我們開(kāi)發(fā)的太陽(yáng)能電池自動(dòng)跟蹤系統(tǒng), 使 太陽(yáng)能電池板始終對(duì)著太陽(yáng), 保持最大的發(fā)電效率, 具有成本低、 免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn), 有較好的推廣應(yīng)用價(jià) 值。 時(shí)作出調(diào)整, 以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行; ( 3) 協(xié)調(diào)太陽(yáng)能電池板、 蓄電池、 逆變器等設(shè)備, 取代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作, 構(gòu)成光伏系統(tǒng)的核心。 太陽(yáng)能電池自動(dòng)追蹤系統(tǒng)主要分為機(jī)械部分和 控制部分。 機(jī)械部分主要由電池板支架, 底座和直流 電機(jī)構(gòu)成, 機(jī)械裝置由電機(jī)驅(qū)動(dòng), 可以使電池板在水 平方向上的 360° 和垂直方向上的 0 85° 之間自由 旋轉(zhuǎn); 控制部分主要由單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成, 單片機(jī)系統(tǒng) 具有成本低, 智能化程度高

31、, 擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn), 由 8051 和 0809 構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)配合內(nèi)部的邏輯芯 片和外圍的電路元件, 實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能電池板的控制。 系統(tǒng)工作原理如圖 2 所示。 2系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理 光伏系統(tǒng)的本質(zhì)就是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng), 主要由 太陽(yáng)能電池板陣列、 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、 全自動(dòng)跟蹤控 制器、 蓄電池組、 逆變器、 配電柜等組成。 其核心是計(jì) 算機(jī)控制系統(tǒng)和全自動(dòng)跟蹤控制器。 普通固定式光伏電站的發(fā)電效率過(guò)于低下, 跟 蹤式光伏系統(tǒng)可以提高發(fā)電效率 50% 以上, 圖 1 是 跟蹤模式與非跟蹤模式采樣光強(qiáng)的對(duì)比。 全自動(dòng)跟蹤控制器主要有以下幾個(gè)功能: ( 1) 實(shí)時(shí)控制太陽(yáng)能電池板的方向與仰角,

32、實(shí)現(xiàn) 對(duì)太陽(yáng)能的跟蹤; ( 2) 根據(jù)外界的信息, 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控, 適 收稿日期: 20011008 北京市教育委員會(huì)科技發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目 圖 1跟蹤模式與非跟蹤模式采樣光強(qiáng)的對(duì)比 系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)后, 控制水平方向的電機(jī)將 處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài), 8051 將對(duì) 0809 采樣進(jìn)來(lái)的電壓信 號(hào)進(jìn)行判斷。 電池板可能朝向太陽(yáng)旋轉(zhuǎn), 也可能背向 太陽(yáng)旋轉(zhuǎn), 所以電壓也有增大和減小兩種可能。 26? 張常年, 等: 太陽(yáng)能電池自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的研制 判斷, 自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉跟蹤模式, 這樣可以防止夜間 無(wú)意義的跟蹤, 減少電池的消耗。 單片機(jī)系統(tǒng)的功耗 在一瓦左右, 夜間單片機(jī)系統(tǒng)可繼續(xù)開(kāi)啟, 不會(huì)浪費(fèi)

33、電池太多的電力, 天亮后陽(yáng)光增強(qiáng)時(shí), 系統(tǒng)將自行啟 動(dòng), 完全不需要人為干預(yù), 當(dāng)然也可以手動(dòng)關(guān)閉單片 機(jī)系統(tǒng), 節(jié)省電力。 蓄電池可隨時(shí)提供照明或工農(nóng)業(yè)用電, 當(dāng)蓄電 池電壓低于一定值時(shí), 系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào), 并自動(dòng)切斷 供電電路, 以滿(mǎn)足自身需要。 單片機(jī)系統(tǒng)由電機(jī)電源 統(tǒng)一供電。 電池參數(shù)由電壓傳感器采集。 還可以根 據(jù)需要, 增加溫度傳感器、 光強(qiáng)傳感器、 風(fēng)力傳感器 等多種傳感裝置。 太陽(yáng)能電池板有兩個(gè)自由度, 控制機(jī)構(gòu)將分別 對(duì) X、 兩方向進(jìn)行調(diào)整。 單片機(jī)加電復(fù)位后, X 方 Y 向?qū)⑻幱谛D(zhuǎn)狀態(tài), 8051 將對(duì) 0809 采樣進(jìn)來(lái)的電 壓信號(hào)進(jìn)行判斷, 電壓有增大和減小兩種可

34、能, 如電 壓增大, 則讓電池板繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng), 一旦電壓減小, 8051 將立即發(fā)出信號(hào), 讓電機(jī)反轉(zhuǎn), 實(shí)現(xiàn)電池板對(duì)太陽(yáng)的 跟蹤。 為了防止機(jī)械抖動(dòng), 當(dāng) 8051 判斷出電壓第二 次減小時(shí), 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 同理進(jìn)行 Y 方向的判斷 與調(diào)整, 兩個(gè)方向的調(diào)整結(jié)束后, 太陽(yáng)能電池板將停 止運(yùn)動(dòng), 單片機(jī)經(jīng)過(guò)延時(shí)后, 進(jìn)入下一個(gè)采樣周期。 當(dāng)電池板轉(zhuǎn)到盡頭時(shí), 采樣電壓不再變化, 據(jù)此, 程 序?qū)⒆詣?dòng)反轉(zhuǎn)電池板, 以保護(hù)電機(jī)不受損害。 圖 2系統(tǒng)工作原理圖 如果電池板朝向太陽(yáng)旋轉(zhuǎn), 采樣電壓必然增大, 程序?qū)⒔o出繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的指令, 轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中, 8051 一 旦發(fā)現(xiàn)電壓減小, 將立即發(fā)出指令, 讓電池板反轉(zhuǎn)。 為防止機(jī)械抖動(dòng), 當(dāng)電池板電壓再次減小時(shí), 電機(jī)停 止轉(zhuǎn)動(dòng), 此時(shí)電池板正對(duì)著太陽(yáng)。 如果電池板一開(kāi)始就背向太陽(yáng)旋轉(zhuǎn), 采樣電壓 必然會(huì)減小, 電池板自然會(huì)反轉(zhuǎn), 這時(shí)就朝向太陽(yáng)方 向旋轉(zhuǎn)了, 當(dāng)電壓第二次減小時(shí), 也就說(shuō)明此時(shí)電池 板正對(duì)著太陽(yáng)了, 電池板停止, 水平方向的追蹤完 成。 在垂直方向上的跟蹤原理和步驟與水平方向的 完全一致,