太阳能控制器十篇

太阳能控制器篇1

关键词：太阳能；跟踪；光敏电阻；单片机；步进电机

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 08-0000-01

一、太阳能自动跟踪系统总体设计

（一）光源检测方案的确定

1.视日运动轨迹跟踪

不论是采用极轴坐标系统还是地平坐标系统，太阳运行的位置变化都是可以预测的，通过数学上对太阳轨迹的预测可完成对日跟踪。

在设定跟踪地点和基准零点后，控制系统会按照太阳的地平坐标公式自动运算太阳的高度角和方位角。然后控制系统根据太阳轨迹每分钟的角度变化发送驱动信号，实现跟踪装置两维转动的角度和方向变化。在日落后，跟踪装置停止跟踪，按照原有跟踪路线返回到基准零点。

优点：精度高，不受环境因素影响，但是不同地区需要设置不同的初始值，。

缺点：系统复杂，但是不同地区需要设置不同的初始值，太过于复杂。

2.光电跟踪

光线在同种均匀介质中沿直线传播，不能穿过不透明物体而形成的较暗区域，形成的投影就是常说的影子，地球每天不停的自转，同时它要围绕太阳作公转，因此，地球和太阳的相对位置是在不停的变化，太阳光照射在地球上的影子也随之变化。因此，如果在地球上的某个位置放置一个不同透光的物体，那么，这个物体在太阳光的照射下就会产生影子，而这个影子的长度也会随太阳和地球空间位置的相对变化而产生变化。

我们将影子的变化转换为电压的变化，并且通过调节机械部分来调节影子的变化从而达到调节电压的变化达到我们的目的，这样也可以构成一个闭环系统。这样一来我们就考虑用光敏行性器件来检测太阳的变化从而实现光电跟踪。

优点：成本低，思路简单，容易实现。

缺点：容易受阴天雨天的影响。

3.采集传感器的选择

方案一：采用光敏电阻作为轨迹的采集器件。光敏电阻的值能随光强的变化而变化，光敏电阻的测量灵敏度较高。

方案二：采用高灵敏度的光敏二极管作为轨迹的的采集器件。光敏二极管产生的电流小，灵敏度较低，响应速度较慢。

方案三：光敏三极管灵敏度高，但是容易达到饱和区，影响检测。综合考虑，为了提高系统的灵敏度，我们选择第一种方案。

二、控制器部分

（一）单片机的选择

因为检测电路得到的信号为模拟信号，为了电路的简化，我们选用带有模数转换的单片机，在设计中我选择了STC12C5410AD单片机，STC12C5410系列单片机是单时钟/机器周期（1T）的兼容8051内核单片机，是高速/低功耗的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051。8路高速10位A/D转换。工作电压：5.5V～3.8V（5V单片机），工作频率范围：0～35MHz，用户应用程序空间10K字节，E2PROM功能。

运用STC12C5410AD单片机的输入/输出接口P1.0定时采集差动运算放大电压信号环用P1.1采集环境光强电压信号和，分别将这些数据存储于数据存储器中，在程序中会用到。STC12C5410AD单片机片内的时钟产生方式采用的是内部时钟方式，即在XLAT1和XLAT2两引脚间外接石英晶体和电容构成一个自激振荡器，从而向内部时钟电路提供振荡时钟。震荡器的频率主要取决于晶体的振荡频率，一般晶体可在1.2～12MHz之间任选。通过改变电容C1、C2的值进行微调，通常取30pF左右。本设计中晶体的振荡频率取11.0592MHz，电容的值取30pF。

控制部分是最核心的部分，控制部分是要将采集信号部分和可控制电机部分相连接的部分。

（二）A/D转换程序的设计

因为太阳能电池板和太样垂直后，电机停止转动，而太阳还在运动这样就会使采集信号发生变化，如果立即进行更正，电机就需要转动，这样一来电机频繁的转动，一方面能量损耗较大另一方面会影响电机的寿命和机械部分的寿命。所以允许有一定的误差，这样能保证系统正常的工作，也能提高电机和机械部分的寿命。

太阳能电池板和太阳垂直时，差动运放电路的输出的电压是2.5V，经过实际实验，当太阳能电池板和太阳光线夹角超过2度是，电压变化是0.2V，这样一来我们就可以设置一个范围，当电压值大于2.7V是电机正传，当电压小于2.3V时，电机反转，当电压小于2.7大于2.3是电机不转，延时后在进行判断。带有模数转换的单片机将0V到5V电压进行转换为0―255，这样一来我们只需将转换的数字量与不同电压范围对应的数字量进行比较就可以实现自动跟踪。

其中延时程序一是因为在黑夜有外部光源影响，系统判断失误使太阳能电池板转动，但是当影响光源消失后系统又自动复位，这样会减少系统寿命和浪费能量，所以当光强达设定的阀值上限后，延时2分钟，判断光强是否还在阀值上限，如果在那么可以认定天亮了，在这以后再让系统工作就可以更合理。

设定延时程序二是因为当太阳能电池板调整的和太阳管线垂直后，为了使电机不过于频繁的工作而设定的，因为太阳相对于地面1小时转动15度，也就是4分钟转一度，所以延时1分钟，和上边的2分钟一起共3分中检测一次，这样可以保证尽量的去掉非太阳光的光源影响，太阳落山后，光强低于阀值，延时后系统给步进电机固定的脉冲，是系统缓慢的复位，这样可以使系统更佳合理的运行。

（三）控制步进电机电路

以太阳能电池板为例，固定形式的太阳能电池板一天7小时的发电量为1200W左右，其他形式可转动的发电装置一天的发电量可以达到1600W，提高了30%，所以太阳能跟踪控制器设计在太阳能利用方面有很大的前景。

四、结语

本文设计了基于单片机的太阳照射角度的自动跟踪系统，该系统能够实现对太阳的双向跟踪（东西向、南北向）。

参考文献：

[1]李申生.太阳能[M].北京：人民教育出版社，1988：12-14.

[2]王炳忠.太阳能―未来能源之星[M].北京：高教出版社，1990：20-21.

太阳能控制器篇2

摘要：文章介绍了一种基于MOS开关管IRF3205的太阳能路灯控制器的设计方案。系统以高性能低功耗单片机ATmega88为核心，外部扩展LED显示和按键，利用单片机内部A/D对蓄电池电压和太阳能电池板电压进行采样，采用MOS开关管IRF3205进行开关动作，从而实现蓄电池过充过放保护和光控功能。本方案对各个模块电路进行了详细设计，然后进行了程序设计，最后对系统进行了测试。测试表明设计的控制器具有操作简单、功耗低、充电效率高等特点。

关键词：太阳能；ATmega88　；IRF3205　；充放电

太阳能路灯是一种利用太阳能光伏发电系统作为电源的路灯，是一种绿色环保型产品。太阳能路灯系统主要由4大部分组成，即太阳能电池板、蓄电池、路灯控制器、灯杆及照明灯具。太阳能路灯控制器作为系统的控制中心起着非常关键的作用，太阳能路灯控制器的作用就是防止蓄电池的过充电和过放电，根据光线的强弱控制灯具光源的开关，利用单片机的定时器控制亮灯的时间等。根据铅酸蓄电池的放电特性，若放电深度达到容量的10%，循环使用寿命最多500次[1]，按照太阳能路灯每天充放电一次，系统只能使用1年半。若过充蓄电池容易硫化，严重情况甚至爆炸。另外光线弱时太阳能电池板电压低于蓄电池电压，有可能引起反充。因此。设计一款好的太阳能控制器能够有效的延长蓄电池和太阳能电池板的寿命，具有重要的现实意义。

一．控制器功能需求与硬件结构

太阳能路灯控制器需要通过单片机内部A/D对太阳能电池板电压、蓄电池端电压等参数进行采样，通过采样的值判断蓄电池是否达到过充或者过放状态，从而让蓄电池工作在最佳状态。根据太阳能电池板的电压值判断当前是白天还是黑夜来决定亮灯还是不亮灯。由于蓄电池容量有限，控制器必须具有通过设置放电的时间来保证蓄电池每天都有电。根据以上分析，太阳能控制器必须具备的功能有：1.蓄电池防过充和过放；2.负载短路、过流保护；3蓄电池防反充；4.　太阳能电池板、蓄电池、负载当前状态显示；5.　光控功能，根据电池板的电压来判断是白天还是黑夜.　6.　时控功能，需要按键设置数码管的时间来确定晚上亮灯的时间。

太阳能控制器篇3

【关键词】AT89C52单片机；温度检测与控制；水位检测与控制；LED显示

在全球提倡绿色环保并采用新型能源的今天，太阳能热水器得到了广泛的应用，因为其节省能源，没有污染，并且使用方便。在太阳能热水器的整个系统中，起到至关重要的作用的中心环节就是检测控制系统。控制器不仅实现了对水温，水位的检测与控制，而且也实现了对时间，日期的控制及显示。但目前市场上太阳能热水器的控制系统大部分都存在功能单一、操作复杂、控制不方便等或多或少的缺点。随着科学技术的发展，人们生活水平的提高，对太阳能控制系统也就提出了更高的要求，所以开发一种控制方便，操作灵活的太阳能热水器的控制系统是当务之急。

1.控制器系统的总体设计

1.1系统的总体要求

本控制器有主从两个系统，主控系统以AT89C52单片机为核心控制整个系统，选用合适传感器及接口，键盘，显示电路，实现太阳能热水器的温度，压力，时间检测与控制；从控系统是辅助加热系统，在阴天下雨等阳光不充足的情况下，从控系统对水进行加热，以达到24小时都能够供应热水的目的。所以本设计既充分利用太阳能的丰富的免费的资源，又能在阴天及夜间无法利用太阳能的时对蓄水箱加热。

1.2系统的组成

太阳能热水器的控制器主要由主控制器（即单片机），温度检测单元，水位检测单元以及辅助加热单元组成。各个单元发挥各自不同的作用及功能。外接显示器以及按键作为人机交流介质。

太阳能热水器控制器结构如图1所示。

图1 太阳能热水器控制器的结构图

2.系统的硬件设计

2.1温度检测电路设计

为了实现对水箱内水温的实时检测，蓄水箱温度检测电路采用DS18B20传感器，它的精度高、互换性好，只使用一根电缆远距离传输温度数据，抗干扰性好。通过测量输出脉冲频率的大小来换算成水温信号，再将温度信号转换成脉冲电信号，将温度数据进行编码送到AT89C52的I/O 口（编程为计数器工作模式）P1.3口，单片机通过读取该线数据，经处理后送LCD12864显示，温度检测电路如图2所示。 图2 温度检测电路

2.2水位检测电路

水位检测电路利用了水具有导电的性质。

在此设计中有四个水位段，分别是低水位、中水位、高水位和超高水位，水位由潜入太阳能热水器的储水箱不同深度的水位电极和潜入储水箱底部的公共电极（导线）进行检测，共5个电极。每检测到水位到达的电极，电路便得到一位数据，待检测一遍以后便得到了5个串行数据，然后把这5个数据转化为字节一路送发光二极管，我们可以用发光二极管亮的盏数来显示水位的高低。

2.3控制器时钟接口电路设计

采用美国DALLAS半导体公司最新推出的时钟芯片DS12887，为单片机中断线IN TO提供中断信号的是P3.2。SQW端口输出频率为2Hz方波，经二分频后，驱动显示时钟秒闪烁的两个LED发光二极管。时钟接口电路如图3所示。

图 3 时钟接口电路

2.4显示接口电路的设计

为了实现对水温水位以及时间的形象显示，本设计采用FYD12864-0402B液晶显示模块。该模块为128 64点阵显示，不仅能显示汉字，而且可以显示图像，可以使实用者的操作更为简单，清晰。

采用的AT89S52和液晶12864LCD模块的接口电路如图4所示。由于12864采用串口通信，其特点是占用单片机口线少，电路简单、直观、操作方便。

图4 显示接口电路

2.5单片机复位电路的设计

2.5.1上电复位电路

设计中用的是上电复位，是指单片机只要一上电，便自动的进入复位状态，当采用的晶体频率为12MHZ时，可采取C=10uF，R=8.2KΩ。

2.5.2晶振电路

单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部震荡方式。本设计采用内部震荡方式。XTAL1为内部时钟工作电路的输入，XTAL2为来自反向振荡器的输出，在这两个引脚端外接石英晶体振荡器，形成自激振荡电路，并产生震荡时钟脉冲。

上电复位电路和晶振电路如图5所示。

图5 上电复位电路和晶振电路

2.6光电隔离与辅助加热电路设计

在阳光充足时，热水器能够正常加热工作，但是在阴雨天，由于阳光不足，水温有时会达不到所需的设定温度。因此本设计给出了一套从系统，即辅助加热系统，在光线不足的时候，可以启动次从系统对水箱中的水进行加热，以实现热水的连续供应。

光耦合器选用型号6N137，续流二极管选用型号IN4007，继电器选用型号HLR1000-240DT1H2Q。

当单片机AT89C51的P3.3口输出高电平时，三极管V1导通，致使发光二极管发光，同时光敏三极管导通，继电器闭合，电阻丝R10～R14发热，这样就完成了加热任务，此电路虽然简单，但在太阳能热水器中是必不可少的，光电隔离与辅助加热电路如图6所示。

图6 光电隔离与辅助加热电路

3.系统的软件设计

控制系统的软件是服务于硬件的，系统将实时采集到的数据与相应的设定值进行比较、判断，结果是控制循环水泵或上水电磁阀的工作，实现各种智能控制。同时，软件还要兼顾到操作人员方便地选择工作方式、设置和修改各种设定值，因为人们可以根据天气情况及用户的需要选择定时加热状态、自动加热状态。软件还要设定以太阳能为优先使用的能源，只有在太阳能没有将水温加热到用户要求的温度下，才启动辅助能源进行加热。

整个系统的控制程序采用MCS-51汇编语言编写，软件系统由主程序和子程序组成。 图7 系统主程序流程图

子程序要实现各种功能，包括：初始化子程序、装载设定值子程序、加热子程序、定时中断服务子程序、温差跟踪循环子程序、手动检测子程序、显示子程序、键处理子程序、水位检测子程序、报警子程序等。

主程序主要实现对系统加热、设定值、手动检测三种工作方式的选择，主程序流程图如图7所示。

3.1温度和时间设定设计

设定值主要是完成温度和时间设定。

对于对温度的设定，每次开机系统都要从DS1288读取设定值，如果系统没有设定值，系统就默认为前次关机时的设定值，所以无需每次开机都要从头设定。对时间的设定，一般采用模糊控制的思路，对水位、温差与加热时间长短对应分出几档，加热前对检测水位及温差，就可对照相应档的加热时间，这样就可以计算出提前加热的时间，实现系统的预定功能。

3.2水位检测子程序设计

系统采用分段式水位检测，共四段水位，当水位低于设定最小值时，系统自动上水补给。当到达设定水位最大值时，给水停止。从而时间循环不间断供水。

3.3键盘扫描子程序设计

系统采用独立式键盘。通过判断那个键按下，从而转到相应的程序进行处理。实现功能设置以及设定时间，水温及水位功能。功能按键按一次为水温设计模式。两次为水位设置模式，三次进入时间调节模式。

3.4显示子程序设计

为了形象的显示出当前的时间水温及水位，本系统采用LCD12864点阵液晶显示模块作为显示部分。此液晶显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块。可显示汉字及图形。

4.结束语

本系统的设计基于节能减排的目的，具有控制与显示精度高、可靠性好，按键较少、易于控制的特点，而且价格低廉，容易让广大用户接受。

【参考文献】

[1]杨丽君.AT89C51单片机控制的多路温度检测系统.自动化与仪表，2000（3）：66-68.

[2]刘福才，朴春俊，刘丰.基于DS12887的太阳能热水器只能控制的设计[J].自动化与仪表，2000（4）：15-17.

[3]王彤.太阳能热水器自动温度控制器设[J].仪器仪表用户，2004，05：38-39.

太阳能控制器篇4

【关键词】太阳能蓄能，通风空调，控制器的设计

引言：在现代社会汽车已经成为人们日常生活中非常重要的交通工具，同时车主对汽车的功能也提出更多的要求。如汽车在使用过程中如何避免闻到一股“异味”（主要是挥发性有机化合物：甲醛、丙酮、二甲苯等） 、电瓶亏电而不能启动和夏热冬冷（夏季，人们离车后再次进入车内时车内温度太高；冬季，车主进入车内时，车内寒气逼人）的现象。基于此，本课题组在进行市场调研后，提出了利用太阳能来改善车内空气品质及蓄能应用研究的方案。

1车用太阳能蓄能及通风空调系统的构成

1.1太阳能光伏板。太阳能光伏板的作用是将太阳辐射能直接转换成电能，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。车用太阳能光伏板一般安装于车顶上，通过光伏板调节器与车辆电瓶连接，即可将太阳辐射能转换成电能存贮于蓄电池内，是太阳能蓄能系统的主要组成部分。

1.2 空气净化器。负离子本身无色无味绿色环保，不仅可以使人精神振奋，还可以净化空气。本系统采用负离子发生器作为空气净化装置，负离子发生器是本身无种利用高电压电离空气，从而产生高浓度负离子，净化空气的装置。

1.3通风装置。通风装置主要在夏季使用，由于温室效应的作用，车内的空气比车外的空气温度高，高温会使车内产生有毒气体。机械通风后可以把车内异味排出车外，保持车内空气清新，当再次进入车内时不再有炙热的感觉，同时享受无毒无害的乘车环境。通风机安装在前挡水导流槽外循环的入口处，停车时打开外循环风门，通风机便开始抽风工作。

1.4加热装置。该加热装置采用PTC材料作为电加热元件，工作电压有12V、24V可控，热介质为PTC，其发热器部分具有自动控制温度、节省电能的性能。PTC加热装置的安装位置一般在车辆的中心位置，也可以设置在前排座椅的下方，利用铝合金散热片进行自然对流散热；当车内空间较大时，可以在铝合金散热片上方加装轴流风扇的方法，进行强制对流散热，为寒冷的冬季营造了一个温暖的车内舒适空间。

1.5控制器。控制器是整个太阳能蓄能及通风空调系统的指挥中心，控制着整个系统的正常工作。它包括启闭装置、功能选择装置和液晶显示装置等， 控制器采用了集成电路，利用单片机控制各个功能的选择。外观如图一

2车用太阳能蓄能及通风空调系统控制器硬件的设计

车用太阳能蓄能及通风空调系统控制器的单片机选用STC12C5A60S2_LQFP48，该单片机的主要性能：工作电压为5.5～3.5V；flash程序存储器空间为60K；片上集成1280字节RAM；通用I/O口44个；A/D转换， 10位精度ADC，共8路；独立波特率发生器；内置复位；有看门狗等。

2.1单片机端口分配。P33～P40、P26～P28用于液晶显示；P44和P45用于二极管显示；P22和P23用于温湿度采集；P43用于光照强度采集；P46～P47和P2～P3用于继电器控制；P13用于蜂鸣器；P9～P12用于功能选择。

2.2电源电路。电源为汽车电瓶，电源电路主要包括电源开关、肖特基二极管、电容器、五端稳压集成块、电感、电阻和发光二极管等组成，为控制器和继电器提供+5V工作电源。肖特基二极管、电容器和电感主要作用是调压和滤波；五端稳压集成块作用是得到+5V电压；电阻的作用是限流；发光二极管用于电源指示。

2.3复位电路。控制器上电时，电容器充电，在电阻R8上出现电压，单片机复位；短期内，电容器充满，在电阻上电流为0，电压也为0，单片机进入工作状态。

2.4晶振电路。晶振电路主要包括晶体振荡器、电阻和电容，其作用是与单片机内部组成震荡电路，产生12MHz频率的震荡信号，为单片机提供标准时钟，提供单片机所需的各种触发信号。

2.5液晶显示。液晶显示采用OCMJ4X8C中文液晶显示模块，主要显示汽车内温度和湿度。该模块内置2M-位中文字型ROM （CGROM） 总共提供8192 个中文字型（16x16 点阵），16K-位半宽字型ROM （HCGROM） 总共提供126 个符号字型（16x8 点阵），64 x 16-位字型产生RAM （CGRAM），另外绘图显示画面提供一个64x256点的绘图区域（GDRAM），可以和文字画面混和显示。

2.6温湿度检测电路。温湿度传感器采用SHT10，该温湿度传感器的特点如下：①相对湿度和温度的测量兼有露点输出；②全部校准，数字输出；③接口简单（2-wire），响应速度快；④超低功耗，自动休眠；⑤出色的长期稳定性；⑥超小体积（表面贴装）；⑦测湿精度±4.5%RH，测温精度±0.5℃（25℃）。

2.7光照强度检测电路。由光敏电阻器及分压电阻组成，光照强度发生变化时，光敏电阻传感器的电阻值将会发发生相应变化，分压的电压也相应变化，单片机通过A/D变换查表就可得到相应的光照强度。

2.8继电器电路。继电器有四个，控制太阳能储能、空气净化器、通风机和加热的启停。本文只以一个继电器为例进行说明。该继电器电路是控制太阳能的蓄能系统，主要包括电阻、三极管和继电器线圈等组成。当三极管工作在饱和区时，线圈得电，太阳将给电瓶充电；当工作在截止区时，线圈失电，不能充电。

2.9功能选择电路。功能选择模式主要用于通风和加热，通过程序来选择通风和加热的温度，不仅可以实现通风、净化和加热的自动控制，还可以选择控制。第一个键为“模式”，第二个键为“+”，第三个键为“—”，第四个键为 “取消”。

3车用太阳能蓄能及通风空调系统控制器功能的说明

整个控制器设置总开关，长期不使用时关闭。

3.1蓄能功能。蓄能的作用在于利用太阳能，光敏电阻检测太阳光的强度，当达到设定值时，太阳光伏板对汽车电瓶充电，本文选择的太阳光伏板具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制功能。

3.2通风功能。通风主要用于炎热的夏季，通风功能采用自动和人工相结合的控制方式，当选择自动模式时，汽车内温度高于设定值时，通风机运转，将汽车内的高温空气，抽送至室外；当选择人工模式时，可以人工设定给定值，当汽车内温度高于此值时，通风机工作，抽送空气。

3.3加热功能。加热是人离开汽车后，再次驾车会有一段时间的适应，主要是为了预热，用于寒冷的冬季。加热功能也采用自动和人工相结合的控制方式，当选择自动模式时，汽车内温度低于设定值时，加热器得电，对汽车内的空气加热；当选择人工模式时，可以 人工设定给定值，当汽车内温度低于此值时，加热工作，加热空气。

3.4净化功能。汽车在使用过程中会出现异味，这些异味主要是有害化学物质，对人体的危害很大。要去除这些有害物质，本文采用负离子净化器，其功能实现的方式是通过人工控制来完成的，即选择 “模式”中的“净化”，净化器即可工作。

4结束语

本文设计的控制器结构简单，实用性强，成本低，功能全面，灵活性强，一方面能够达到车用太阳能蓄能及通风空调系统的通风、蓄能、净化和加热的效果；另一方面为以后相关产品的开发提供重要的参考依据。

参考文献：

[1]杨红刚，李刚等.汽车车内空气污染与对策[J].环境与健康杂志，2007（10）：72-73.

[2]宣晓东.太阳能光伏板技术与建筑一体化应用初探.合肥工业大学硕士论文，2007：9-10

[3]李少玲，占淑琴.负离子发生器在家用空调中的应用[J].家电科技，2012（05）：84

太阳能控制器篇5

关键词：太阳能 大电流 控制器 检测系统 充电电流 放电电流

中图分类号：TK511文献标识码： A

一、项目背景

在太阳能光伏发电领域，不管是离网系统还是并网系统，太阳能光伏充放电控制器在系统中都起着至关重要的作用，扮演着系统管理和组织核心的角色。蓄电池组充电效率、系统运行效率、系统监控、保护功能的可靠性很大程度取决于控制器。控制器的质量由其充电特性、负载特性、控制特性、可靠性四个方面决定。充电特性主要指太阳能光伏方阵通过控制器对蓄电池组进行大电流充电、涓流充电、浮充充电等功能的管理能力；与太阳能电池方阵匹配、充电原理和充电方式有密切关系。负载特性主要指控制器带大电流负载能力和耐受大电流冲击能力。控制特性主要指对蓄电池各种保护功能及充放电管理。而控制器的可靠性则与充放电电路设计、元器件使用、焊接工艺等因素有关，其中，主要是与控制器所采用的功率驱动管工作的稳定性有着密切关系。在实际运行中，控制器的功率驱动管始终处于大电流的开关运行状态，因此从某种意义上讲，功率驱动管带负载能力是决定控制器运行稳定的重要技术指标。为了生产出可靠性高与稳定性好的控制器，需要对控制器大电流充放电、耐冲击电压、耐冲击电流、蓄电池过充保护、过放保护等一系列参数进行检测，其检测方式和检测途径是至关重要的。

对于高电压大电流控制器多采用模拟搭接太阳能充放电回路结合钳形电流表和万用表进行检测，这种方式设备主要包括太阳能电池方阵、蓄电池组、阻性负载或感性负载、电缆、开关及相关部件组成。关键存在最大的弊端是，实验进度要依据天气情况而定，如果是阴天或多云天气，那充电电流将不能持续均匀的施加于控制器，并且使用高电压大电流蓄电池组，充放电循环时间持续很长，并且电压不具有可调性，在检测过程中，某些检测点（蓄电池组过充保护点、过放保护点）很难测量到精确值，负载放电端，采用大电流阻性负载或者感性负载并联组成，实际试验时，危险性高，安全性差。

同时由于投入成本比较高，而且测试系统连线复杂，操作过程繁琐，检测效率低，精度不高，可靠性差、功能少等缺点， 没有必要的过载、短路保护功能。由于缺乏相应的检验手段，产品不能有效地进行质量监控，以致严重影响了产品的一致性和可靠性。

二、系统组成及工作原理

为了克服现有检测技术的不足，本系统提供一种能够迅速准确的对DC220V(或更高电压)太阳能光伏充放电控制器进行大电流充电、大电流放电、控制器过充保护点及过充保护点恢复、控制器过放保护点及过放保护点恢复、控制器充电效率、控制器输入输出功率、冲击实验及定时充放电检测的高电压大电流检测系统。

1、系统组成

本系统包括：三相干式大功率调压器（带调速调压功能）、三相全波整流桥、功率负载箱、光伏模拟器电源、直流接触器、自愈式并联电容器、直流智能检测仪表、温度控制器、时间继电器、直流断路器、操作台、按钮指示灯、电缆及其他部件等组成。

2、系统工作原理

工作原理：系统采用太阳能光伏电池模拟器电源来提供太阳能光伏充电工作电压，光伏模拟器输入电压范围DC（0～1000V）, 电流40A；采用100KVA三相干式调压器，通过三相全波整流桥转换直流电压来模拟太阳能电池方阵，整流桥后端接自愈式并联滤波电容，去除电源输出端干扰，避免控制器由于谐波存在而误动作；负载端采用2个10KW功率负载箱，每个负载箱电流投入抽头比为20A、10A、10A、5A、2A、2A、1A，共计每个电阻箱总电流为50A，2个电阻箱总电流为100A。功率负载箱与蓄电池端模拟电源并联连接。在测试时，加入蓄电池电压，使控制器工作，此时投入小电流负载，负载箱流过的电流由太阳能光伏电池模拟器电源来提供，此时投入调压器模拟电压，由于电源不能给电源充电，此时小容量电阻箱与充电电源形成回路，充电端电源使控制器充电管（IGBT）处于开通状态，充电电流经由电阻箱消耗，在充电管(IGBT)开通状态下，继续投入电阻箱电流，此电流完全流经控制器充电控制单元，功率负载箱、控制器、方阵端、模拟电源形成充电放电回路，达到控制器大电流充放电测试的效果。

图1 系统工作原理图

3、系统检测项目

①充电功能检测；②放电功能检测；③控制功能检测；④充电效率检测；

⑤放电效率检测；⑥控制器功耗检测；⑦回差电压检测；⑧保护功能检测；

4、系统主要性能指标

①三相干式大功率调压器电压调节范围：0V-430V；最大工作电流134A；

②三相全波整流电路电压调节范围：0V-602V；最大充电电流150A左右；

③最大放电电流：100A；

④最大冲击电流：100A；

⑤温度保护范围：0℃-1300℃；

⑥交流电压测量精度：0.5级；

⑦直流智能计量仪表测量精度：0.5级；

⑧时间继电器延时精度：打开电源±0.01%±0.05s；来信号±0.01%±0.03s

本系统以操作台为中心，其中三相干式大功率调压器、功率负载箱、太阳能电池模拟器等3个主要设备都通过高质量航空接头和工业插座与操作台无缝对接，操作台内部由5个直流接触器组成切换电路，通过按钮指示灯操作直流接触器进行充电回路与放电回路灵活手动切换，具备电气互锁与机械互锁功能；也可以根据检验手段的不同，通过充电时间继电器或放电时间继电器实现定时充电与定时放电检测功能；操作台面板上包括7只高精度指示仪表，在不同测试过程中，可以同时监测调压器输出端电压、经整流的直流输入电压、输入电流、输入功率；功率负载箱实时温度显示、控制器输出电压、输出电流、输出功率；充电时间设定、放电时间设定、冲击时间设定等。

图2 系统实物图

三、系统设计目的及意义

该系统设计的主要目的是使用三相调压器和功率负载箱来分别代替太阳能电池方阵、蓄电池组；从而达到给控制器充放电的功能。此系统具有操作过程简单，检测效率高，精度高，可靠性和安全性好、功能多等优点，从检测方式来看，此系统可以不用考虑天气和其他环境因素的影响，可以随时随地的进行试验；从传统上来看，该系统节省大量的初始投资，无需太阳能光伏方阵与蓄电池组，实验系统整体集成化程度高，便于拆卸，对于高电压大电流太阳能充放电控制器充放电实验是一个简单方便的检验平台。

四、系统创新点及研究成果

本系统可以单独检测控制器，对于不同电流等级的控制器，可以通过提高相关组成设备的电压电流等级及负载功率来实现，所测技术参数通过交直流智能监测仪表直观显示，可以涵盖及全面测量控制器各种功能与技术参数，可以在比较短的时间里，在线监测及鉴别其产品质量合格与否，同时该系统最大优点是依靠调压器和功率负载箱彻底取代庞大的太阳能电池方阵和笨重的蓄电池组。

本系统与现有常规检测方式相比具有如下特点：

1.本系统采用三相全桥整流调压来模拟太阳能电池方阵，使输入电压范围宽，调压间隙小，输入电压稳定，可以根据需要进行调节，实现了控制器大电流充电实验，解决了由于传统方式易受天气情况的影响检测，从而提高了测量的方便性，提高检测效率。

2.本系统通过简单直流接触器自锁与互锁电路实现充电回路与放电回路的自由切换，操作便捷，可靠性高、稳定性好，安全性高、检测效率高。解决了由于传统方式的系统连线复杂且繁琐，使操作可靠性与安全性得到有效保证。

3.本系统通过1组直流接触器解决了控制器大电流冲击试验；

4.本系统充放电时，与传统方式相比，彻底取代庞大的太阳能电池方阵和笨重的蓄电池组，其投入成本比较少，占地面积小，集成程度化高等优点。

五、结论

太阳能控制器篇6

关键词： 光伏发电； 传感器节能控制器； 数据通信； TSL2678

中图分类号： TN61?34； TP393 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）04?0183?04

Design of sensor energy?saving controller for photovoltaic power generation

YUN Caixia1， LI Lifen1， CAI Xiaoqing1， LIU Chen2

（1. Yanching Institute of Technology， Langfang 065201， China； 2. Xiamen University， Xiamen 361005， China）

Abstract： Since the sensor energy?saving controller for the photovoltaic power generation has long network latency and unsatisfied energy?saving effect due to the poor energy storage performance of the sensor， a new sensor energy?saving controller for the photovoltaic power generation was designed， and its power supply circuit， wireless communication chip and solar sensor chip were designed emphatically. The wireless communication chip NRF905 is used to monitor the data communication among each device， circuit and component in the controller to ensure the energy?saving effect and shorten the network latency. The power supply circuit supplies the electric energy for the energy?saving work of the controller， and optimizes the energy conversion of solar light. The parameters of the optimized solar light energy are extracted and analyzed through the chip TSL2678 in the solar light sensor， which outputs the optimal acquisition orientation of the solar energy and its intensity to realize the optimal energy saving of the photovoltaic power generation. The energy?saving control flow of the controller is given in Fig. 5 in this paper. The analysis experimental results show that the controller has the characteristics of short network latency and good energy?saving effect.

Keywords： photovoltaic power generation； sensor energy?saving controller； data communication； TSL2678

0 引 言

太阳能是一种可再生的清洁能源。近年来，随着科技的不断发展，光伏发电已成为一种非常重要的发电方式。其旨在将太阳辐射到地球的巨大能量为人们所用，以节约地球的不可再生资源、阻止环境继续恶化[1?3]。传感器是一种以实现人类同自然界有效互动的设备，对优化人类生产、生活方式具有重要作用。因而，设计出一种光伏发电中的传感器节能控制器，满足人类日益增长的生活用电需求[4?6]。

由于传感器的储能性能较弱，以前设计出的光伏发电中的传感器节能控制器网络延迟较长、节能效果不理想。如文献[7]设计光伏发电中的双层储能传感器节能控制器，其通过分析光伏发电中传感器储能弱点，对传感器节点的能量存储器进行双层设计，有效减少了太阳能流失情况，节能效果良好，但控制器的网络延迟很长。文献[8]对光伏发电中的传感器节能控制器的传感器节点进行了合理控制，获取了较短的网络延迟。设计者还将太阳能收集板和锂电池直接连接，期望节约设计成本，但却导致锂电池的过度损伤。文献[9]设计基于电容和单片机的光伏发电中的传感器节能控制器，其将电容设置成控制器的电源进行供电，再利用单片机对电容的充放电流程进行控制。该控制器拥有较好的综合性能，但节能效果仍需提高。文献[10]从光伏发电中的传感器节能控制器自身考虑，对其中耗能较大的设备进行删减，并对传感器节点能耗进行了进一步优化。该控制器的节能效果良好，但网络延迟较长。

通过对上述光伏发电中的传感器节能控制器优缺点的分析，深入探讨光伏发电节能实现方案，设计一种网络延迟短、节能效果好的光伏发电中的传感器节能控制器。

1 光伏发电中的传感器节能控制器设计

所设计的光伏发电中的传感器节能控制器以调整光伏发电中太阳能采集位置为节能方案，增强光伏发电中太阳能与电能间的能量转化率，进而实现节能控制。其给出一种具有高水平能量转化优点的供电电路，提高传感器的储能性能，并为控制器合理供电。此外，通过为控制器选择合理的无线通信芯片和太阳光传感器芯片，使光伏发电的最优节能得以实现。

1.1 控制器无线通信芯片设计

在所设计的光伏发电中的传感器节能控制器中，无线通信芯片是连接各设备、电路、元件之间数据通信的中间纽带。由于无线通信芯片能够对控制器中所有通信数据进行监控，因此，无线通信芯片的高性能将给控制器带来非常好的节能效果，并可有效缩短网络延迟，故要求所选无线通信芯片应具有良好的可靠性和通信效率。

选用挪威NORDIC公司设计的nRF905无线通信芯片作为控制器的无线通信芯片。nRF905无线通信芯片的可靠性很强，并拥有丰富的片上资源，可进行片内解编码工作，使用起来非常便利，通信效率很高，图1是nRF905无线通信芯片电路图。

由图1可知，nRF905无线通信芯片在发送通信数据时，光伏发电中的传感器节能控制器将输入端1和2分别置于高引脚和低引脚中，再经由通信总线将数据保存并统计，再生成通信文件。文件管理对通信文件进行核准后，nRF905无线通信芯片再将通信数据发送出去。

在接收数据过程中，数字控制将对符合nRF905无线通信芯片接收标准的数据进行读取，此时接口5自动进入高引脚。

选用nRF905无线通信芯片的一项重要原因是：nRF905无线通信芯片能够在实现控制器内部有效通信的基础上为通信工作提供节能模式，这对实现设计初衷意义非凡。节能模式可在维持控制器正常通信的前提下，s减自身电流和数据收发的持续时间。通常，开启节能模式的nRF905无线通信芯片便能够满足光伏发电的通信工作需求，故可默认长期开启，于特殊情况下进行关闭即可。

1.2 控制器供电电路设计

因为传感器的储能性能较弱，所以供电电路的合理设计对光伏发电中的传感器节能控制器具有重要意义。所设计的供电电路不但能够为控制器供应工作电能，也能优化太阳光光强的能量转化。

在光伏发电中，太阳能的强弱会在一定程度上影响到供电电路的电能分配工作，因而，光伏发电中的传感器节能控制器设计了两种供电电路。当环境太阳能较强时，太阳能收集板的输出电流是不存在较大浮动的，此时供电电路应为控制器提供正向偏压，如图2所示。当环境太阳能较弱时，则需要增强供电电路对太阳能收集板输出电流的敏感性，如图3所示。

由图2、图3可知，供电电路中的R代表外接功能电路的总负载，由于该负载值并不确定，故用虚线描述；D是PN结型光电二极管，这种二极管的响应时间非常短，可实现太阳光能量的吸收以及传感器射频传输等过程。并具有非常强的光电转化性能，可对太阳光的能量转化进行合理优化；U是供电电路的输出端；R0和R1的作用是增强供电电路对太阳能收集板输出电流的敏感性，这两个负载的阻值为一大一小，将二者串联并使其中之一与PN结型光电二极管进行并联，对供电电路输出值的影响非常小，可忽略不计。

1.3 太阳光传感器芯片设计

太阳光传感器是一种不受地域经纬度限制、可对太阳运行轨迹和辐射光强进行精确感应的特效传感器。光伏发电中的传感器节能控制器选择的太阳光传感器芯片是TSL2678，该芯片的能耗低、传感效率高且量程宽，能够对60 Hz以下的太阳光波动进行自动修正，比较适合应用于光伏发电中。图4描述的是TSL2678芯片结构图。

由图4可知，波动幅值小于60 Hz的太阳光光强可作为锁定事件输入到太阳光传感器的TSL2678芯片中进行参数提取。高于60 Hz 波动幅值的太阳光光强，将先经由供电电路进行能量转化，优化成锁定事件后再输入TSL2678芯片。积分模/数转换器先将太阳光参数转换成数字信号形式，再实现太阳光传感器对太阳光最佳采集位置和该位置太阳光光强的精准输出。

2 光伏发电中的传感器节能控制器软件设计

所提光伏发电中的传感器节能控制器的节能控制流程，如图5所示。

由图5可知，为了增强光伏发电中太阳能与电能间的能量转化率，进而实现光伏发电中的传感器节能控制器的节能控制，本文使用nRF905无线通信芯片对整个节能控制流程进行监控。供电电路初始化后，nRF905无线通信芯片帮助搜索通信数据中需要进行能量转化的太阳光光强，经由供电电路实现能量优化。此后，nRF905无线通信芯片对太阳光传感器进行唤醒，利用其中的TSL2678芯片计算出太阳光最佳采集位置和该位置的太阳光光强。管理人员将参考该输出结果，对光伏发电中的传感器节能控制器进行调整与维护。

3 实验结果分析

3.1 实验准备

现对某省级光伏发电站进行仿真实验，分析本文所设计的控制器是否拥有较短的网络延迟和较好的节能效果。实验中与本文控制器进行对比的控制器有：双层储能传感器节能控制器和基于电容和单片机的传感器节能控制器。实验对2016年4―6月的实验光伏发电站各项参数进行仿真，实验光伏发电站2014年和2015年的同期实际发电量如表1所示。

3.2 控制器网络延迟分析

在实验光伏电网中，不同月份的网络延迟限制标准也不同，本文控制器、双层储能传感器节能控制器和基于电容和单片机的传感器节能控制器的网络延迟实验结果如图6～图8所示。

由图6～图8可知，光伏电网给出的4―6月网络延迟限制标准均为直线，直线的下方区域表示网络延迟标准范围。双层储能传感器节能控制器和基于电容和单片机的传感器节能控制器的网络延迟曲线均有超出标准范围的现象出现，而本文控制器的网络延迟曲线始终处于网络延迟限制标准直线的下方，证明本文控制器的网络延迟较短。

3.3 控制器节能效果分析

表2描述的是在三个控制器的节能控制下，实验光伏发电站在4―6月的发电量。

对比表1、表2可知，本文控制器产生的发电量最高，每月可平均节约实验光伏发电站约740.50 kW・h的煤炭发电量，可有效减少燃烧煤炭产生的二氧化碳、二氧化硫等有害气体的排放，证明本文控制器节能效果较好。

4 结 论

本文设计一种新型光伏发电中的传感器节能控制器，其以调整光伏发电中太阳能采集位置为节能方案，增强光伏发电中太阳能与电能间的能量转化率，实现节能控制。所设计的控制器拥有高水平的能量转化供电电路，可提高传感器的储能性能、为控制器合理供电。并通过选择合理的无线通信芯片和太阳光传感器芯片，使设计初衷得以实现。本文在某省级光伏发电站进行仿真实验，验证了本文控制器拥有较短的网络延迟和较好的能效果。

参考文献

[1] 王盼宝，王卫，吴炎.光伏发电系统中无电流传感器型MPPT控制策略[J].电力自动化设备，2014，34（10）：64?68.

[2] 张建伟，韩路，杨昊，等.大型电网能耗自动监测模块的设计与实现[J].现代电子技术，2016，39（6）：150?152.

[3] 刘芳，刘玉友，符再兴.BFC直流变换器在光伏发电系统中的应用研究[J].现代电子技术，2015，38（16）：145?148.

[4] 王阳，李少波，杨观赐，等.轨道交通环境智能节能控制技术研究综述[J].贵州大学学报（自然科学版），2014，31（1）：46?51.

[5] 陈建华，穆希辉，杜峰坡，等.基于经济线的柴油机节能控制方法研究[J].机电工程，2014，31（1）：129?132.

[6] 焦永华，段中兴，王心定，等.大型公建楼宇供热节能控制系统研究[J].工业控制计算机，2014，27（11）：161?162.

[7] 陈津刚.抽油机井工况在线优化节能控制技术研究与应用[J].自动化技术与应用，2015，34（2）：71?73.

[8] 魏召刚，林世东，魏召强.基于小型PLC的电力自动化系统节能控制模型[J].华东电力，2014，42（12）：2592?2595.

太阳能控制器篇7

关键词：光伏；跟踪系统；智能控制

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 12-0000-01

进入21世纪，资源短缺已经成为比较严重的世界性问题，各个国家纷纷提出节能环保的发展战略，并在此基础上开始大力提升可再生能源的开发利用。其中，太阳能就是可再生能源中最具代表性的一种，在很早之前就已经开始被开发利用，而经过这些年的发展，太阳能光伏发电取得成果最为显著，并成为最主要的可再生清洁能源并广泛应用在各行业当中。但是，由于光伏发电成本比较高，在一定程度上限制了其进一步发展和提升，因此，科学研究人员开始致力于跟踪技术的研究，并尝试开发智能控制系统。

一、常用光伏智能跟踪系统

（一）光电智能跟踪系统

光电智能跟踪系统比较常用的一种光伏跟踪系统，主要通过利用光敏器件对阳光照射强度的感应来实现对太阳的跟踪。光电智能跟踪系统的优势在于系统灵敏度高，结构简单，成本也比较低，因此，在之前的一段时间里，该系统非常的流行。但是，该系统也有一个致命的缺陷，那就是比较容易受到天气变化的影响，尤其是阴天和雨天，由于没有阳光，光敏器件不能通过阳光对太阳的位置进行扑捉，就会影响到系统的正常运行，无法实现太阳跟踪。

（二）单轴智能跟踪系统

单轴智能跟踪系统按照跟踪方向的不同可以分为东西跟踪和南北跟踪两种方式，其中，南北跟踪方式的焦线是东西水平布置，而东西跟踪的焦线，可以是南北水平布置，也可以是倾斜布置。两种跟踪方式的原理一样，都是通过实现单轴旋转来控制跟踪系统对太阳位置进行定位跟踪。这种跟踪系统的优点在于系统结构简单，成本低廉，并且整个管理过程中不需要管理人员的参与，也不会受到天气变化的影响。缺点则在于利用该跟踪系统对太阳位置进行定位跟踪，在一整天当中，只有中午时刻太阳光才是直接照射在系统的接受面上，才能够获得最大的太阳能，而其他时间，阳光都无法直接照射在系统的接受面上，会在很大程度上受到弦效应的影响，不能全面接受太阳光所带来的辐射能量，所吸收的太阳能会有所折扣。

（三）极轴式全跟踪系统

极轴式跟踪系统能够实现对太阳进行全方位跟踪，是一种比较高效的跟踪设备。在该系统的设置过程中，跟踪器的极轴要平行于地球的自转轴，除此之外，还要设置一根与极轴相垂直的赤纬轴。极轴式全跟踪系统的优点在于，该系统能够实现对太阳进行全范围跟踪，最大限度的吸收太阳能，并且，系统设计比较简单，系统调整也比较容易。缺点则在于，该系统在对跟踪器结构进行设计时存在一定困难，既要保证极轴与地球自转轴相平行，赤纬轴与赤道保持一直，还要保证接受面的重量不能作用在极轴上，避免对极轴转动造成影响。

二、光伏跟踪智能控制技术

利用智能控制技术对光伏跟踪器进行控制的主要目的就是为了能够让接受面对太阳位置进行跟踪，最大限度的吸收太阳光辐射所带来的太阳能。智能控制技术的主要功能就是对跟踪器进行智能控制，保证跟踪器的接受面从早上太阳刚刚升起的那一刻开始就对太阳的位置进行跟踪，吸收太阳能。然后，在接下来一整天的时间里，智能控制技术还要控制着跟踪器损失对太阳变化进行检测，对太阳位置进行跟踪，等到太阳落山之后，再将跟踪器归位，等待新一轮跟踪过程的开始。

当前，按照部件结构的不同，可以将智能控制技术分为两种，一种是开环伺服系统，一种是闭环伺服系统[3]。

开环伺服系统大多采用步进电机进行驱动，没有位置反馈装置和校正控制装置，在跟踪过程中，对接受面跟踪精度也主要依靠布距角和传动结构来进行控制。因此，由于步进电机对开环的控制容易受到负载的影响，经常发生丢步和过冲问题，导致系统跟踪性能大大降低。比如，上文所介绍的光电智能跟踪就属于该种系统，在其运行过程中，需要将光敏器件按照规定要求角度安装在遮光板下方，这样，在跟踪系统运行过程中，光敏器件可以通过对阳光照射强度的感应来控制跟踪器对太阳进行跟踪。正常情况下，阳光会直接照射到遮光板上，这样光敏器件就会正好位于遮光板所形成的阴影中。而如果太阳位置发生偏移，阳光无法直接照射在遮光板上，光敏器件无法被遮光板所形成的阴影笼罩，就会暴露在阳光下，就会感受到阳光的照射并将阳光的照射强度转变成微电流信号输送到系统中，然后系统会根据信号的强弱对太阳的位置进行判断，调整跟踪器角度完成跟踪。系统中既没有传感装置，也没有位置控制装置，跟踪精度比较容易受到外界因素影响。

相比开环伺服系统，闭环系统的跟踪精度要高很多。闭环系统中除了设有控制器之外，还设有传感检测装置，可以对跟踪位置进行反馈和检测，保证跟踪精度。当接受面接受太阳辐射时，传感装置会将接受到的传感信号传递会控制系统中，然后系统会通过对信号进行分析和计算，对跟踪精度进行评估，并针对评估结果对跟踪器位置进行调整，保证跟踪精度。

比如上文所介绍的极轴式全跟踪就属于该种系统，系统中设有控制器和传感装置。在其运行过程中，跟踪器的接受面会绕着极轴以相同于地球自转角度的速度，相反于地球自转方向的方向进行运转，进而实现全方位对太阳进行定位跟踪。同时，在跟踪器转动过程中，系统中的控制器就会对赤纬轴进行控制，使其会与地球自转过程中赤道的变化保持一致。传感器也会对阳光照射强度进行感应，并转化成信号传递回系统，然后系统就会对信号进行分析，通过控制器对赤纬轴角度进行适当调整，保证跟踪器转动角度变化的精度，使接受面始终能够直接接受太阳光的照射，最大限度的接受太阳光辐射带来的太阳能。

三、结束语

提高和完善光伏跟踪系统智能控制技术对提高跟踪器的跟踪精度和太阳能接收能力有着极为重要的影响作用。当前，使用比较广泛的控制技术主要有开环和闭环伺服系统两种，其中，闭环伺服系统精确度相对较高，能够有效提升跟踪器的跟踪精度。

参考文献：

[1]王长贵.太阳能利用技术[M].北京：化学工业出版社，2011.

太阳能控制器篇8

关键词：风力发电，太阳能，水泵，PWM

 

1引言

目前一些内蒙古以及西北部边远地区部分农牧区仍然处于无电状态，人畜生活用水及农田灌溉大面积耕种灌溉用水成为亟待需要解决的难题。针对该问题设计出基于能量匹配的风光互补发电抽水智能控制器。

2风光互补发电抽水系统硬件结构

独立运行风光互补发电系统由风力发电机、光伏阵列、卸荷器、控制器、蓄电池组、逆变器、及大小水泵等组成，如图1所示。

其运行机理如下:风力发电机三相整流电经不可控三相整流器变成单相直流

图1系统总体结构图

Fig.1 The whole structure of control system

电，并经DC/DC变换器实现最大功率跟踪；光电池的单相直流电通过DC/DC变换器实现功率跟踪。

二者皆通过控制器控制而接入直流母然后给蓄电池供电；蓄电池连接在直流母线上，当风力发电机和光伏阵列输出的电能除供给负载还有剩余时，蓄电池将这些电能储存；当风力发电机和光伏电池输出电能不足以满足负载要求时，则由蓄电池向其供电。从而实现了最大化利用能量来抽水。科技论文，太阳能。该控制器已经过了试验。取得了很好的效果。

2.1风力发电机控制部分

风力发电机在此选的是5KW的三相永磁同步发电机。具体风力发电机控制模块部分电路如图2所示。

风力发电机模块电路是将风机输出的三相电分别接入四部分。一部分是直接接入手动刹车空气开关；另两部分别是接入三相不可控整流桥；最后一部分是接入卸荷器。科技论文，太阳能。这两路接三相整流桥的作用分别是： 一路三相桥是对风机电压进行实时检测，另一路则是将整流后的两相电直接接入DC/DC变换器，然后通过单向导通二极管

和充电模式选择器流入蓄电池。风机控制部分有三个PWM控制端：DC/DC端的PWM控制主要是通过检测风机电压的大小来改变脉宽，从而来实现风机的最大功率跟踪。

2.2蓄电池控制部分

在这里该蓄电池选的是阀控式铅酸蓄电池，电压是12v，容量是200Ah，总共9块。蓄电池充电模式选择器，如图4所示，这里主要采用的是PWM充电方式，具体分为三个阶段来实现，第一阶段即是PWM输出占空比为100%，即晶闸管完全导通，此时蓄电池处于大电流灌充阶段。第二阶段是PWM输出占空比为50%，即一半时间是导通，此时蓄电池处于小电流

充电阶段。科技论文，太阳能。第三阶段是PWM输出占空比为20%，即只有四分之一的时间导通，此时蓄电池处于浮充状态。

2.3卸荷器控制部分

卸荷器选用的是7.5KW卸荷器，这里采用的是交流无级卸荷，利用三角形接法。

2.4太阳能光电板控制部分

太阳能电池板功率这里选用的是720W。科技论文，太阳能。由9块80W的太阳能板串联而成。

太阳能板模块的控制是将太阳能板输出的正负端分别接入两路。一路直接接入控制器对太阳能输出电压进行实时检测。 另一路则接入DC/DC变换模块，在经单向导通二极管，电流检测端，充电模式选择器进入蓄电池。

2.5水泵控制部分

在本次试验中选定水泵分别是500W，扬程35m的深井潜水泵和1.1KW扬程45m的深井潜水泵。

在这里水泵的工作主要是根据不同的风速和太阳能光照强弱来切换工作，分为四种情况来切换工作。

（1）无风，有太阳；

太阳能功率足够大，启动小水泵；

（2）有风，有太阳；

<<时，启动小水泵；

<<+时，启动大水泵；

<时，同时启动小水泵和大水泵。

（3）有风，无太阳；

<<时，启动小水泵；

<<+时，启动大水泵；

<时，同时启动小水泵和大水泵。

（4）无风，无太阳；

根据实际需要用水量来选择水泵，可通过手动模式来选择所需水泵。科技论文，太阳能。

3结论

本文介绍的风光互补发电抽水控制系统已经在内蒙古四子王旗进行了试验，取得了很好的效果。目前针对的是5kw风力发电机，和720w太阳能板。科技论文，太阳能。随着日后家用电器大功率化，还可以选用更大功率的风力发电机、太阳能板、逆变器以及蓄电池。。从而来提高整套系统的功率。

[参考文献]

[1]艾彬,小型户用风光互补发电系统匹配的计算机辅助设计[D]呼和浩特：内蒙古大学理工学院硕士论文．2000

[2]李忠实，风光互补发电控制系统不同负载对蓄电池控制电压的影响[J]天津大学，2005

太阳能控制器篇9

关键词：太阳能光伏并网逆变系统

中图分类号：TK511 文献标识码：A 文章编号：

地球上的一切能源都来源于太阳能，太阳能是人类最重要的能源之一，太阳能对环境不会产生任何污染，且太阳能十分洁净，能源含量高。当前太阳能应用形式下，应用太阳能主要有以下三种形式，太阳能热能应用最基本的形式是光热转换，太阳能将水加热，加热后的水储存至水箱中，然后将所得热能应用于制冷、烹饪、采暖等方面，其他两种形式，像利用太阳能转换为电能，或将太阳能转化为化学能，应用层稍微窄一点。太阳能应用有诸多优点，太阳能储量是十分丰富的，我国太阳能在国内具有广泛分布，且在中国的诸多地域，资源都拥有较广泛的分布，太阳能资源利用极具经济性与清洁性，在我国资源利用中作用越来越大，且对人们生活的影响也越来越大。

太阳能光伏并网逆变系统的结构选择

光伏并网逆变器十分重视机器的转换效率，其转换效率也成为逆变器的重要技术指标。常见的逆变转换器有三种基本拓扑结构，即高频隔离两级逆变器、工频隔离单级逆变器与无隔离两级逆变器。高频隔离两级逆变器，其两级电路由逆变电路与推挽升压电路构成，这种电路结构促使逆变器的重量与机器的体积都大大降低了，也大大提高了变换的工作效率，使得变换效率显著提升，但是在此种电路类型中，电路元器件也比较多，使得工程消耗比较大，缺点是可能导致输入的范围不够宽。工频隔离单级逆变器的电路成本低且运行较为简单，逆变器要想使其容量增大，相应的重量与体积也会提升，造成更多能量的损失。无隔离两级逆变器，在不断的理论与实践的验证过程中，得出相应结论，其适合光伏发电系统中电路拓扑结构，但在此电路运行过程中，需要采用相应的保护措施保护其安全运行，促使电路控制更加稳定。

二、 太阳能光伏电网逆变器的控制策略

（一）PWM控制的基本原理

采用控制理论中包含一个重要的结论，形状不同、但冲量如果是相等的窄脉冲作用在具有惯性环节上，其在环节末输出响应的波形是基本一致的。利用傅立叶公式进行变换分析，发现其在低频处的作用效果几乎一致。但是其结果在高频段会有一些差异。此原理在应用过程中意义重大，亦称面积等效原理，在PWM控制技术中，此原理是重要的理论依据，在实际应用中，正弦半波能被等幅但是不等宽的脉冲所替代，将正弦半波分成N等分，将其看作连续相连脉冲构成的波形，脉冲的顶部是圆滑的曲线，不是常规所认为的直线，脉冲的宽度是相等的，但幅值不相等。用等幅不等宽的矩形脉冲替代脉冲序列，重合其正弦波部分与矩形脉冲中点，正弦波的面积与矩形脉冲的面积是相等的，得到所需的脉冲序列，由此形成PWM波形，矩形脉冲的脉冲宽度按照正弦规律的变化而变化，但各脉冲的幅值是一样的。

数字控制方式

由于受到集成电路水平的限制，在早期的逆变器元器件中一般采用模拟电路实现控制，利用模拟电路达到一系列的稳频效果。此技术在实践操作与应用中，已日趋成熟，但是在模拟过程中采用的分立元件过多，可致使系统的可靠性降低，出现维护困难的状况。单片机的广泛应用，促使逆变系统向数字化的方向发展，在数字化发展初期，由于数据存储空间小，存储能力有限，且实效性较低，在该种发展状况下，高速的数字信息处理器应运而生。高速信息处理器集成度较高，运行处理速度快，在数字控制领域的应用面越来越广，在此发展趋势下，也不断推动着电子控制技术向数字化的方向发展。由于电子控制技术的发展，数字信息处理器的处理速度与性能也处于不断完善的状态下，在之后的发展阶段，可操作的软件就可以直接实现对逆变器波形的调节与控制，软件控制推动数字化控制的发展速度，使得数字控制得以广泛运用。数字控制相较于其它控制类型，具有很多突出特点，数字控制的系统电路图结构较为简单，且系统效率较低，能提高系统控制力，促使系统维修简单方便，控制较为灵活，数字控制系统升级也较为容易，具有数据检测与自我诊断等功能，能大大提高设备的可靠性。

并网控制目标与策略

光伏并网系统能有效将太阳能电池板输出的直流电转换为正弦交流电，以此实现电网供电设备。并网光伏逆变器具有一定的控制目标，为实现逆变电路输出的交流电流稳定，输出高品质的正弦波，使得并网获取最大的工作效率，要求电网电压的电流与并网电流是同频且同相的。对光伏并网系统逆变器的控制，按控制类型与方式可以划分为以下几类，即对电压源电流的控制，对电压源电压的控制，对电流源电压的控制等，为实现基本控制，需要加大对电压与电流的控制力。保证在基本的运行情况下，维持系统稳定运行，在一些关键环节上，如果出现一些诸如锁相回路响应速度慢的状况，需要及时采取相应措施，保证控制的稳固性。在一般情况下，等级一样的电压源并联运行时运行状态是不佳的，电流控制逆变器的输出，需要重点控制逆变器的输出电流。并网控制的控制方式较为简单，且使用范围广泛，利用数字采样得到输出电流大小，以其有效值作为反馈量获取输出电压的相关信息，以此来作为控制电压大小的参考。多重的控制方法能保证控制的有效性，为实现并网控制，提高控制的效率与水平，需要确立并网控制的目标，并紧紧围绕控制目标，做好控制过程的相关工作，维持系统内部结构的稳定性，促使系统内部有效运行。

结语

本文介绍了太阳能光伏并网逆变系统的相关情况，提出了太阳能光伏并网逆变系统的结构选择以及系统控制的策略，希望能在当前技术应用的情况下，提高并网逆变系统的稳固性，促进太阳能应用往深度与广度方向发展。

参考文献

[1] 苏建徽，余世杰，赵为，等.硅太阳电池工程用数学模型[J].太阳能学报，2001（4）:409-412.

太阳能控制器篇10

【关键词】西门子LOGO！ 光线采集与转换 互锁控制 电压检测显示

提高太阳能利用率的方法有两种，一种是研究新型材料提高太阳能的转换率，另一种是提高太阳的接收率。本系统就是依据第二种方法，设计了一种基于西门子LOGO！的太阳能跟踪系统。本系统采用光线传感器采集四个方向的光线强弱，电路简单、稳定性好。经实践证明本设计性能良好、运行稳定。

1 总体设计

1.1 基本功能

由于太阳东升西落，在每天的每个时程，一个方向上的阳光都在不断的变化。所以太阳能发电板不能只朝着一个方向，要“动起来”，才能获得较多的太阳光。本设计光伏电机控制器是基于西门子LOGO！开发的，它主要由逻辑编程来实现对电机转动方向的控制，进而实现对太阳能电池板组件方向的控制。

主控单元是由西门子LOGO！组成的控制电路。主机集成8个数字量输入（包括2路AI 在12/24V DC状态下）和4路数字量输出；集成了数据保持功能，可确保当设备突然掉电的情况下，数据被安全保存；具有密码保护功能，可保护用户的专有知识；集成了36个功能块，无需附加的设备，例如时间小时计数器；西门子LOGO！可以使成本减少70%以上，不易于磨损，节省维护费用；DIN导轨安装，几乎没有配线需求，编写和改变程序只需按动按钮。

光线采集单元由LM324与光线传感器组成。显示单元是由数码管组成的电压显示模块。如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 光线采集电路设计

光线采集电路采用的是四路光线传感器采集光照，将光照强度转换为电压值，再通过LM324的比较电路，控制三极管的输出电平。图2为一路光照采集转换电路，X1为输出端，输出给西门子LOGO！。K1为此路输出的限位开关，当光线较强时，X1端输出高电平，X轴电机正向转动，当限位开关K1被按下时，电机停止转动。如图3所示为四路光线采集电路。

2.2 控制电路设计

该系统采用西门子LOGO！控制器，结合继电器，通过光线采集与控制电路，实现了对太阳能电池板寻光的控制。

此款西门子LOGO！工作电压可以为DC12V/DC24V，在此控制系统中采用的是12V蓄电池供电。光线采集电路是通过光照传感器采集东西南北四个点的光照，经过LM324的比较电路处理， 将数字电平高低送给西门子LOGO！的I1～I4输入端口。西门子LOGO！的输出端是四组由西门子LOGO！逻辑编程控制的开关。输出经过四个继电器的组合锁存电路，由两组输出分别控制X轴和Y轴的电机。由两个电机去控制太阳能电池板的转动方向，进而实现太阳能电池板寻光的效果。继电器采用的是双组继电器，其工作电压为12V。电机采用的是12V直流电机。电路设计图如图4所示。

3 实验应用

完成控制器的设计，另准备带电机与光源的太阳能电池板系统。将控制器与太阳能电池板系统上的电机正确连接好后，通上电，进行测试。然后观察太阳能电池板组件的转动方向，发现太阳能电池板正在向光源转动，然后观察此时的电压。等一段时间后，发现太阳能电池板组件停止转动，此时电压上升，电池板组件已经寻找到最佳光源照射位置。经测试，系统正常运行。

4 结论

本设计基于西门子LOGO！控制器，相比单片机，减少了其电路的设计，电路简单，大大的提高了其开发效率。与PLC相比，更加的小巧灵活，便于开发与维护。并且使用了继电器锁存电路控制电机转动，使系统更加安全可靠的运行。给出了硬件部分的设计图和软件部分的设计图，并制作了样品进行测试，测试结果性能良好，有良好的适用价值。

参考文献

[1]陈永峰. 利用单片机来控制直流电机正反转系统的探讨[J]. 电子技术与软件工程， 2015（06）：263-263.

[2]电器控制系统与可编程控制器[M]：机械工业出版社，2007.

[3]张晓霞，殷盼盼等.基于C805 1F 的太阳能电池自动追踪系统[J].沈阳建筑大学学报 （自然科学版），2009（07）.

[4]郑锋，王炜灵，陈健强等.全天候太阳能自动跟踪系统装置的研究[J].科技视界，2014（23）：176-177.

[5]张兴磊，杨丽丽， 张东凤.一种太阳自动跟踪系统的设计[J].青岛农业大学学报：自然科学版，2008，25：315-318.

作者简介

杨清学（1965-），男，四川省青川县人。大学本科学历。现为成都职业技术学院副教授。研究方向为通信技术、光伏发电技术及应用。