基于单片机EM78247的光伏发电系统太阳自动跟踪器

文章摘要：摘要：由于太阳位置随时间而变化，使光伏发电系统的太阳能电池阵列受光照强度不稳定，从而降低了光伏电池的效率,因此，设计太阳自动跟踪器是提高光伏发电系统工作效率的有效措施。本文采用单片机EM78247为控制核心，设计了一个双轴太阳自动跟踪器，配合两台交流伺服电机实现光伏电池阵列与阳光照射之间的同步跟踪。该控制器在硬件和软件各方面采取了多项抗干扰措施，使其具有较好的跟踪效果和较强的抗干扰能力，且运行可靠稳定，具有较高的实际应用价值。关键词：光伏发电系统；EM78247；太阳自动跟踪器当今社会人们的环保意识越来越强，光伏发电系统的应用普遍受到各国政府重视。因为它不仅能为我们提供用之不竭的可持续再生电能

基于单片机EM78247的光伏发电系统太阳自动跟踪器,标签：单片机开发,单片机原理,http://www.88dzw.com

摘要：由于太阳位置随时间而变化，使光伏发电系统的太阳能电池阵列受光照强度不稳定，从而降低了光伏电池的效率,因此，设计太阳自动跟踪器是提高光伏发电系统工作效率的有效措施。本文采用单片机EM78247为控制核心，设计了一个双轴太阳自动跟踪器，配合两台交流伺服电机实现光伏电池阵列与阳光照射之间的同步跟踪。该控制器在硬件和软件各方面采取了多项抗干扰措施，使其具有较好的跟踪效果和较强的抗干扰能力，且运行可靠稳定，具有较高的实际应用价值。

　　关键词：光伏发电系统；EM78247；太阳自动跟踪器

　　当今社会人们的环保意识越来越强，光伏发电系统的应用普遍受到各国政府重视。因为它不仅能为我们提供用之不竭的可持续再生电能，并更好地保护人类赖以生存的环境。但其发电效率较低，发电成本相对较高仍然足制约其大规模应用的重要因素。在没有出现高效的光伏电池材料之前，研制具有实用价值的阳光随动系统以降低成本，是促进太阳能广泛应用的主要途径之一。据研究，双轴系统可提高发电量35%左右，单轴系统也可提高20%左右。

　　国外在20世纪80年代就对太阳跟踪系统进行了研究，如美国、德国在单双轴自动跟踪、西班牙在2倍聚光反射跟踪等方面开发出了相应的商品化自动阳光跟踪器[1]。我国于20世纪90年代左右也对其进行了大量的研究，但一直没有稳定可靠的商品化产品出现，主要原因在于：

　　首先，系统的运行可靠性不高，无法满足使用要求。由于大部分光伏电站都安装在偏远地区，环境非常恶劣，维护困难，跟踪系统增加了旋转机构与相应的机械机构，可靠性明显下降，如果不能保证整个系统的在各种环境下都能可靠稳定运行，对整个光伏系统反而是灾难性的打击；其次，跟踪器的控制误差偏大。尤其对反射聚光的跟踪器，如果跟踪误差偏大，不但不能提高发电效率，反而会使太阳能电池组件的受光面积变小，产生热斑等不利影响，从而降低太阳能电池组件的使用寿命；第三是采用进口技术和器件使成本过高。全部购买国外成熟的技术，大大提高系统的硬件成本与维护成本，使推广更加困难。

　　本文以EM78247微处理器为核心，针对光伏发电系统的电池组件，设计开发了一种双轴阳光随动控制器，它具有运行稳定可靠、跟踪误差小、成本低等优点，具有很高的推广应用价值。

　　1 阳光随动控制的基本原理

　　阳光随动控制器，顾名思义其基本功能就是使光伏阵列随着阳光而转动，基本原理框图如图1所示。

图1 光伏阵列阳光随动系统原理框图

　　　　该系统时刻检测太阳与光伏阵列的位置并将其输入到控制单元，控制单元对这两个信号进行比较并产生相应的输出信号来驱动旋转机构，使阳光时刻垂直入射到光伏阵列的表面上，使光伏阵列始终处于最佳光照条件下，发挥最大光伏转换效率。

　　虽然太阳在天空中的位置时刻都在变化，但其运行却具有严格的规律性，在地平坐标系中，太阳的位置可由高度角α与方位角ψ来确定，公式如下：

式中： δ为太阳赤纬角；φ为当地的纬度角；α为时角。

www.88dzw.com

　　2.2 控制单元的软件设计

　　软件是该控制系统的核心，除一些保护自锁功能通过硬件实现外，大部分功能均通过软件来实现，整个软件采用C语言模块化编程方式，易于系统的移植与集成。

　　主程序与中断服务子程序流程如图5所示。首先对单片机进行初始化，之后读取系统初始校验值作为光电旋转编码器的位置基准。主循环程序不断检测系统的运行状态，如果满足复位条件便发出指令转入复位子程序，迅速将电池板转到适当的位置后待机以等待新的指令;校验子程序对系统重新进行校验，并将新的位置检验值存储到单片机内部自带的E2PROM中作为新的位置基准，他可以用来消除系统的累积误差，同时也方便了系统的安装与调试;系统通常运行在自动跟踪状态，单片机时刻检测太阳与电池板实际位置间的差值并结合启动条件发出相应的PWM脉冲，来控制电机转动;此外主循环程序还不断检测当前太阳与电池板的位置，将位置信息通过数据总线与RS 232分别送到液晶显示与PC机监控软件系统中，并将有关位置参数及时存到单片机的E2PROM中。

[1] [2] [3]  下一页