基于超級電容混合儲能的太陽能電池板清潔裝置

摘 要：針對當前太陽能電池板在弱光條件下蓄電池無法繼續充電的問題和太陽能電池使用時間增加表面積累遮光粒子影響光電轉換效率的情況，設計了一種以超級電容器為儲能中介，以STC15F2K61S2單片機為控制核心的太陽能電池板清潔裝置，介紹了該清潔裝置的設計思路和設計原理，采用DC/DC開關電源儲能轉換，采用3自由度機械臂模型清潔雨刷，可自動和手動清潔，使用Zigbee無線傳輸模塊，可云臺操作。

關鍵詞：太陽能電池板清潔；超級電容；混合儲能；機械臂；開關電源

中圖分類號：TM912 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2015） 02-0000-01

太陽能電池板（Solar panel）是由一個或多個太陽能電池片組成成為太陽能電池板。是目前新型清潔能源中使用最為廣泛的一種，其通過單晶硅或多晶硅進行光電轉換從而產生電能，其中影響其光電轉換效率比較普遍的因素是受光角度和遮光物質所覆蓋表面的數量多少。北方太陽光充足，部署大量的太陽能電池板可以較好地產生經濟效益，然而，北方空氣干燥，隨泥土產生的塵土等遮光物質容易產生，此外，北方的冬天大雪覆蓋一段時間難以融化，電池板使用一段時間以后，因遮光物質的增多，嚴重影響光電轉換效率。因此，定期清潔電池板成為提高太陽能利用率的必要工作，然而人工清潔一定程度上需要浪費大量的人力資源，采用自動清潔可以大大減少資源的浪費，節省一定量的維護成本。

一、清潔裝置設計思路

太陽能電池板清潔裝置利用3自由度機械臂驅動雨刷實現清潔電池板表面灰塵等遮光粒子的目的，考慮到能耗的問題，由于早晨和傍晚光照強度較弱，太陽能電池板的電無法充進內置蓄電池，導致了光能一定的浪費，系統采用超級電容涓流充電的優點收集早晚光照強度弱無法收集的電能，更加切合了環保的理念，由于光照強度變化較大，電壓范圍大，因此采用Buck-Boost DC/DC寬電壓輸入變流方案，使用STC15單片機作為主控制器，實時檢測

圖1 系統工作模型圖

電流和電壓變化，當電流電壓不足夠充進蓄電池時，切換充電模式，向超級電容充電再向蓄電池充電，考慮到極端天氣的清潔裝置控制，采用遠程控制、手動控制、自動控制三種控制方法，遠程控制通過利用Zigbee自動組網的優點，以云臺集中一鍵控制，通過云臺窗口可以同時監控多個清潔裝置的各項數據，使設備維護和運轉更加靈活。

二、設備箱硬件組成

（一）主控器

主控芯片采用STC15F2K60S2單片機，STC15F2K60S2單片機是STC生產的1T單片機，具有高速高可靠性低功耗抗干擾能力強的新一代8051單片機，指令算法兼容傳統的8051單片機，速度快8到12倍。

（二）清潔模組

清潔模塊采用3自由度機械臂，通過機械臂的伸展帶動清潔毛刷達到清潔的目的，機械臂關節處采用DS3115大扭力防水數字舵機。

（三）處理電路

考慮到太陽能電池板因環境因素影響其電能輸出，電壓變化大，處理電路采用BUCK-BOOST降升壓變換電路，該電路能夠使電壓波動范圍大的情況下穩定輸出電能。

三、程序框圖

四、結束語

本作品中，解決在太陽能電池板長時間使用之后積聚在表面的遮光粒子影響光電轉換效率的問題，使用清潔裝置代替傳統繁瑣的人工清潔，降低太陽能電池板的清潔費用。利用超級電容的涓流充電優勢解決太陽能電池板在微弱光照下無法收集光照能量的問題，達到太陽能能源利用的最大化，本作品利用LCD12864液晶屏幕顯示系統各項參數，優化人機界面，利用Zigebee組網連接電腦上位機，實現電腦云臺操控，實時監測各系統運行狀況，方便系統維護。本作品可使太陽能電池板的維護成本大大降低，使其更加容易推廣，更加環保。

參考文獻：

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[2]柳勇.MH/Ni電池高倍率充放電性能的研究[D]，天津大學，2006.

[3]唐西勝，齊智平.超級電容器電動車電池混合電源.電源技術，2006（11）：34-38+48.

[作者簡介]曾建（1993.11-），男，福建龍巖人，本科在讀，研究方向：自動化；指導老師：閆曉金。