光伏逆变太阳能自动追踪系统设计

　　摘要：由于人类生产生活对资源需求的增加与资源日益枯竭间的矛盾，使如何高效的利用太阳能这一课题备受社会关注。为了提高太阳能的利用率，设计了光伏逆变太阳能自动追踪系统。该系统以STC12C5A60S2单片机作为数据处理中心，采用光敏电阻对太阳的方位进行检测;利用ADS1118模块实现模数信号的转换并通过驱动舵机实现对太阳的追踪;逆变器将直流电逆变成220V交流电;OLED模块显示太阳能电池板和蓄电池的电压等信息。经调试，本系统具备自动跟踪太阳、供电和蓄电的智能切换及逆变功能，大大提高了太阳能的利用效率。

　　关键词：太阳能自动追踪;光伏逆变;STC12C5A60S2;模数转换;舵机

　　0引言

　　目前光伏发电遇到的瓶颈是许多太阳能电池板不能实时追踪太阳，光照利用率低。同时，太阳能电池板输出的直流电不能径直投入到人们的生产生活中。为应对以上问题，将自动追踪技术，光伏逆变技术和单片机控制结合起来，设计了光伏逆变太阳能自动追踪系统。

　　1光伏逆变太阳能自动追踪系统总体设计

　　光伏逆变太阳能自动追踪系统总体设计结构。本设计把4个光敏电阻安装在东南西北四个方向上，电阻检测太阳的方位并输出相应的电压值。再由模数转换器将接收的信号转换为数字信号发送给单片机，单片机以此来控制舵机转向，使太阳能电池板一直追踪太阳的方向。系统中稳压电路的作用是将蓄电池的电压稳定在5V，满足单片机、模数转换器、舵机的需求。除此之外，该系统还可以进行光伏逆变。

　　2系统各单元硬件选型与设计

　　■2.1总体硬件设计方案

　　光伏逆变自动追踪系统的控制硬件设计主要包括：以STC12C5A60S2为核心控制器的主控电路设计，光敏电阻的检测电路设计，模数信号转换电路设计，舵机追踪的电路设计，OLED显示屏的外围电路设计，逆变电路的设计，以及时钟电路和复位电路的设计[1]。

　　■2.2电源模块电路设计

　　蓄电池输出的电压在8V左右，要给ADS1118模数芯片、单片机、舵机和显示屏供电，就需要经过稳压电路稳压至5V。降压电路将太阳能电池板输出的12V电压降至5V输出，给蓄电池和逆变器供电。电源部分还能实现供电智能切换，当光伏电压在4.5V以上，由太阳能电池板供电;小于4.5V时，自动切换由蓄电池供电。

　　■2.3光电检测电路设计设计中利用4个光敏电阻来采集光强信息。将R1，R2，R3，R4光敏电阻分别置于电池板的北西南东4个方位。当太阳能电池板垂直于太阳时，4个光敏电阻阻值相同，电路输出为零，舵机不转动。若阳光发生倾斜，光敏电阻的电压值不同，出现电位高低差，然后光敏电阻将产生的电位差通过计算转换为转动的角度。

　　■2.4模数信号转换电路设计模数转换电路的作用是将模拟信号转换成数字信号。电路中运用被称为最小型的ADS1118模数转换器。光电转换部分将接收的光信号转换为模拟信号，但单片机只能分析数字信号，所以经过模数转换电路的后输出数字信号传送给单片机[2]，单片机接收信号实现控制功能。

　　■2.5舵机追踪电路设计实现太阳能的自动追踪采用的是舵机和二轴云台。单片机通过PWM调制的方式控制舵机的运转，系统运用的舵机是双轴型的，能够实现全方位的的太阳追踪[3]。

　　■2.6OLED显示电路设计设计选用的是OLED显示屏，0.96的尺寸使电路更加的精简[4]。显示屏能显示光敏电阻的检测值，蓄电池电压和太阳能电池板的电压。

　　3系统各单元软件设计

　　■3.1主程序设计

　　程序执行时，首先将数据初始化，以进入等待工作的状态，最后在主函数里循环执行每一模块的程序。比如该系统最先由光敏电阻检测太阳方位，进行电位差比较后输出信号。这一过程完毕后系统就判断是否中断，若继续工作，则信号传输到下个模块，随之元件的初始化数据被改变。

　　■3.2自动追踪程序设计自动追踪程序设计的难点在于数据之间的转换和传送。程序设计时采用模块化，首先光敏电阻判断是否有电位差，若有电位差则转换成角度值[5]，若无则继续检测。函数中主要是读取ADS1118模数转换器的数据，然后单片机对接收的数据进行处理，数据处理完毕后传给舵机，舵机根据数据时刻追随太阳。

　　供电智能切换程序设计的难点是两电源间的连接和自动切换。为实现太阳能电池板和蓄电池间的连接，加入了继电器。当太阳能电池板有足够电能时，由太阳能电池板为系统供电。但在光照不足时，无法输出足够的电压，此时继电器闭合，切换由蓄电池为系统供电。同时蓄电池也为太阳能电池板充电，这样就实现了不间断供电。根据实际情况，程序设置了6.5V作为临界值。

　　4系统调试

　　功能测试时，用手机的电筒模拟太阳光。打开系统电源，用电筒照射光敏电阻，发现太阳能电池板按照光的照射移动，实现了太阳能的自动追踪。调试后，实现了舵机对太阳方位的双向追踪、蓄电池和太阳能电池板供电的智能切换、直流电逆变成交流电三大功能。达到了设计的预期目标，实用性强。但目前本设计仍容易受天气等外部环境的影响，在未来的设计中可尝试使用混合型的跟踪系统，弥补光电式跟踪在阴雨天不能正常工作的问题。

　　参考文献

　　[1]李仁浩,龚思敏,杨帆等.基于单片机控制太阳能智能跟踪控制系统的设计[J].仪表技术与传感器,2015(04):51～53.

　　[2]宋凤娟,付侃,薛雅丽.STC12C5A60S2单片机高速A/D转换方法[J].煤矿机械,2010年06期.

　　[3]闫孝姮,王改华.双跟踪模式的智能太阳能追踪系统设计[C].2014年全国工业控制计算机技术年会论文集,2014.

　　相关刊物推荐：《煤矿机械》(月刊)创刊于1980年，是由黑龙江科技学院、哈尔滨煤矿机械研究所主办的煤矿机械行业综合性技术刊物。发行范围除煤炭行业外，在冶金机械、矿山机械、工程机械、铁道机械、石油机械，化工机械、建筑机械，船舶机械、通用机械等行业同样拥有众多读者，科研院所，大专院校也有读者，发行量大、覆盖面广，在广大读者群及企业中有着重要影响。