車(chē)載光伏電池板自動(dòng)逐光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

雷娟

武漢東湖學(xué)院 湖北省武漢市 430212

1 前言

隨著世界化石能源的日益緊張，人們?cè)絹?lái)越注重新的能源，諸如太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能等等，尤其是其中的太陽(yáng)能既是不產(chǎn)生任何污染廢料的清潔能源，又是世界各地都能夠較為穩(wěn)定容易獲取的優(yōu)質(zhì)能源，并且一次投資可以長(zhǎng)期使用，永久性、清潔性、靈活性、安全性并存。因此，對(duì)于太陽(yáng)能的利用越來(lái)越廣泛。

如今很多車(chē)載系統(tǒng)的供電人們都開(kāi)始采用太陽(yáng)能光伏電池板。眾所周知，太陽(yáng)能光伏電池板利用光電效應(yīng)，將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能。在正常工作狀態(tài)下，太陽(yáng)能光伏電池板利的光生電流是隨光照強(qiáng)度成線(xiàn)性增長(zhǎng)的，若電池板的溫度基本維持不變的情況下，輸出功率就會(huì)隨著光強(qiáng)的變大而變大。因此，要想更好的利用太陽(yáng)能電池板提供更多能源，在同樣的環(huán)境下，我們需要讓電池板更大面積的接受太陽(yáng)光的直射。太陽(yáng)每天東升西落，陽(yáng)光照射角度不斷變化，光伏電池板要想最大化接受陽(yáng)光照射，必須能隨之改變其自身的放置角度。而車(chē)載的光伏電池板隨著車(chē)的行駛，更是需要不斷調(diào)整自身傾斜角度，以實(shí)現(xiàn)最大受光面積，獲得更多的能源。本文針對(duì)車(chē)載太陽(yáng)能光伏電池板需要隨光調(diào)整角度的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種車(chē)載太陽(yáng)能光伏電池板自動(dòng)逐光系統(tǒng)。

2 設(shè)計(jì)方案

本文使用四個(gè)環(huán)境光檢測(cè)模塊來(lái)檢測(cè)電池板上下左右四個(gè)不同方位的太陽(yáng)光強(qiáng)度，使用單片機(jī)作為控制器件，使用兩臺(tái)電機(jī)來(lái)改變電池板的朝向。實(shí)現(xiàn)方案如圖1所示。首先環(huán)境光檢測(cè)模塊將檢測(cè)到的光強(qiáng)信號(hào)輸出給單片機(jī)，單片機(jī)比較這些光強(qiáng)信號(hào)以判斷太陽(yáng)光的照射角度，然后根據(jù)判斷結(jié)果，驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)先后轉(zhuǎn)動(dòng)，以改變電池板的豎直及水平傾斜角度，使太陽(yáng)光能正面直射電池板。

2.1 環(huán)境光檢測(cè)模塊

這個(gè)模塊由環(huán)境亮度傳感器和簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理電路組成。其中環(huán)境亮度傳感器APDS9008是其核心元件。APDS9008是低功耗模擬輸出的環(huán)境光傳感器[1]，在-45度到85度下工作，電源電壓只需要1.6到5.5V，它可以隨著所接收到照度的不同[2，3]，改變輸出電流的大小，且電流與照度線(xiàn)形變化，如圖2所示。

APDS9008結(jié)合放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路就構(gòu)成了環(huán)境光檢測(cè)模塊，可以將照度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出。

2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

電機(jī)驅(qū)動(dòng)使用L298N專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)集成電路，其輸出電流為2A，最高電流4A，最高工作電壓50V[4]，可以驅(qū)動(dòng)大功率直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)等，特別是其輸入端可以與單片機(jī)直接相連，從而很方便地受單片機(jī)控制[5，6]。電路如圖3所示。

2.3 逐光原理

如圖4所示，本文將四個(gè)感光元件安裝在太陽(yáng)能電池板背面四邊的中間位置，太陽(yáng)能光伏電池板固定在電機(jī)A的轉(zhuǎn)軸上，電機(jī)A與托板連接，托板隨電機(jī)B的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。由于感光元件都處于電池板的背面，當(dāng)電池板正對(duì)太陽(yáng)時(shí)，四個(gè)感光元件將都處于背陰狀態(tài)。當(dāng)電池板沒(méi)有正對(duì)太陽(yáng)時(shí)，就會(huì)有1到2個(gè)感光元件受到陽(yáng)光照射。

單片機(jī)首先檢測(cè)元件①②接收到的陽(yáng)光強(qiáng)度，若元件①接收到的光強(qiáng)大于元件②時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)B順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)5度；元件①接收到的光強(qiáng)小于元件②時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)B逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)5度；元件①和元件②接收到同樣強(qiáng)度太陽(yáng)光時(shí)（大于設(shè)定光強(qiáng)，強(qiáng)光），單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)B轉(zhuǎn)動(dòng)180度；元件①和元件②不斷將接收到陽(yáng)光的強(qiáng)度輸出給單片機(jī)，單片機(jī)隨之驅(qū)動(dòng)電機(jī)B轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)調(diào)整電池板的豎直朝向。直到單片機(jī)檢測(cè)到元件①和②接收的光強(qiáng)相同（小于設(shè)定暗光光強(qiáng)）時(shí)，電機(jī)B不再轉(zhuǎn)動(dòng)，單片機(jī)開(kāi)始檢測(cè)元件③④接收到的陽(yáng)光強(qiáng)度。

當(dāng)元件③接收到的光強(qiáng)大于元件④時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)A順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)5度；元件③接收到的光強(qiáng)小于元件④時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)5度；元件③和元件④不斷將接收到的陽(yáng)光強(qiáng)度輸出給單片機(jī)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)A轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)調(diào)整電機(jī)電池板的水平傾斜角度。直到單片機(jī)檢測(cè)到元件③和④接收到的光強(qiáng)相同，電機(jī)A不再轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)電池板就能正面陽(yáng)光，最大程度接收陽(yáng)光輻射。

[1]孟立凡，藍(lán)金輝.傳感器原理與應(yīng)用[M]，電子工業(yè)出版社，2011

[2] www.ic37.com

[3]徐科軍.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M]，電子工業(yè)出版社，2011

[4]王自強(qiáng)譯.步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M]，科學(xué)出版社，2010

[5]劉新正.電機(jī)學(xué)[M]，電子工業(yè)出版社，2012

[6]李群芳，張士軍，黃健.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)[M]，電子工業(yè)出版社，2009