光伏發電系統中追日模塊的單片機控制研究

張曉偉　許艷華

摘 要：文章采用光伏陣列，實現通過光照強度的檢測，自動調整太陽能光板跟隨太陽運動，研究了太陽能光板的仰角與設備放置緯度的關系，和太陽能光板獲得最大發電能力同太陽能光板面與太陽光照射間夾角之間的關系。結果表明：太陽能光板面與太陽光照射間夾角為90°時，太陽能光板的發電能力最強，結合該結果，對太陽能光伏發電系統中追日模塊的軟硬件進行了設計。

關鍵詞：單片機；光伏發電系統；逆變器；追日系統；太陽能電池

傳統的能源燃料在逐漸減少，污染危害也日益顯著。此時，全球發達國家都把發展方向轉向了可再生能源，尋求能夠改變目前人類社會的能源結構，維持長遠可持續發展的方法。太陽能以其綠色、干凈的優勢而得到人們重視。它一方面含量豐富，可再生無污染，另一方面廉價，人們可以隨意利用[1]。太陽輻射的能量，每秒鐘到達地面高達80萬kW，如果能把照射到地球表面0.01%的太陽能轉為電能，轉變率為5%，那么，每年光伏發電的發電量就可以達到5.6×1011 kW·h，相當于目前世界上能耗的4倍[2]。

因此，在可再生能源中，太陽能是最有發展潛力的。當前，地球上能源燃料短缺，環境污染問題也與日俱增，光伏發電因為清潔、安全、便利等特點，逐漸被各國關注，并成為重點發展的新產業。在此背景下，光伏發電的發展迅猛增長，規模也不斷加大，同時產品成本不斷下降。國內光伏發電產業也得到迅猛發展，已成為我國可以參與國際競爭的，并且有希望成為國際龍頭的行業[3]。

光伏發電是利用半導體器件的光生伏特效應，將光的能量轉變為電能的一種新興技術。技術的核心設備就是太陽能電池。將太陽能電池串聯后，能夠大幅增大太陽能電池電壓，然后進行封裝保護，就形成了太陽能電池組，與功率控制器等設備組合構成光伏發電裝置[4]。

傳統光伏發電系統的太陽能光板是固定的，不能跟隨太陽的移動而運動，在太陽偏射時，發電效率低。追日系統是在實驗室設計過程中，模擬仿真每天太陽運行的過程，能夠控制太陽能光板跟隨太陽運動，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電能力的系統。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 光伏陣列追日系統硬件設計

光伏陣列追日系統主要是根據光照角度的變化，實現光伏陣列的實時跟蹤控制[6]。

1.1 HT7350穩壓電路

HT7350穩壓電路如圖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。

實驗中給單片機供電的電壓是5 V，給舵機供的電壓經檢測卻是6.6 V，所以這邊使用一個HT7350的穩壓芯片，穩壓5 V給單片機供電。

1.2 電壓調整電路

電壓調整電路如圖2所示。

太陽能板輸入電壓通過電路后，進入AD采樣，可以對輸入電壓進行調整，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：（1）采用靈敏型光敏電阻傳感器。（2）采用比較器輸出，信號干凈，波形好，且驅動能力強，超過15 mA。（3）配備可調電位器，來調節檢測光線亮度。（4）工作電壓低：3.3～5 V。（5）輸出形式：DO開關量輸出（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。

模塊使用時的注意事項：

（1）光敏電阻模塊，對環境光線比較敏感，用于檢測周圍環境光線的亮度，觸發單片機，繼電器模塊等。

（2）當環境光線亮度達不到設定閥值時，DO端輸出高電平；只有當外界環境光線亮度超過設定閥值時，DO端才輸出低電平。

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

（4）DO輸出端，直接驅動本站繼電器模塊，組成光控開關。

（5）小板模擬量輸出AO和AD模塊相連，經過AD轉換，獲得環境光照強度更精準的數值。

2 光伏陣列追日系統軟件

光伏陣列追日系統主要通過光照強度檢測，使光伏陣列跟隨太陽運動[7]。下述程序是以光敏電阻為光感器件的檢測控制程序。

#include “STC15.h”

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

/***************函數聲明**************/

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 結語

采用光伏陣列設計，通過光照強度檢測，利用單片機技術，通過編程來控制太陽能光板能實時地跟隨太陽運動，得到太陽光直射，從而能夠獲得最大的發電能力，使光伏發電系統的發電效率由原來的16.2%增加到18.8%[8]，得到大幅提高。

[參考文獻]

[1]趙朝會.光伏發電技術的研究現狀和應用前景[J].上海電機學院學報，2008（2）：104-109.

[2]佚名.光伏產業觀察[J].市場分析，2017（5）：62.

[3]寧亞東.光伏電子工程的設計與施工[M].北京：科學出版社，2016.

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

[5]曹仁賢，趙為，陳威.光伏發電與電網接入技術[J].中國電力企業管理，2009（7）：28-29.

[6]Somers.Third methods of using solar energy to generate electricity[J].Science and Technology，2011（5）：66-67.

[7]趙春江，劉永生，楊金煥.3KW家用型太陽能光伏發電（PV）系統并網后的運行和檢測[J].華東電力，2009（8）：8.

[8]張勇成，田介花.分布式光伏發電系統優化設計探討[J].太陽能，2017（8）：25-27.