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根据PIC16F877A主动太阳能跟踪器的规划
来源:http://elnk5j.cn 责任编辑:环亚ag88手机版 更新日期:2019-02-21 18:52
根据PIC16F877A主动太阳能跟踪器的规划 作者:伍春生,刘四洋,彭燕昌,许洪华 光伏发电能为人类供给可继续动力,并维护赖以生存的环境,但其发电功率低,发电本钱相对较高依然足限制其大规模使用的重要因素。在没有呈现高效的光伏电池资料之前,研发具有实

  根据PIC16F877A主动太阳能跟踪器的规划

  作者:伍春生,刘四洋,彭燕昌,许洪华

  光伏发电能为人类供给可继续动力,并维护赖以生存的环境,但其发电功率低,发电本钱相对较高依然足限制其大规模使用的重要因素。在没有呈现高效的光伏电池资料之前,研发具有实用价值太阳聚光器及主动盯梢体系以完成低本钱,则是促进太阳能广泛使用的首要途径之一。一般双轴体系可进步发电量35%左右,单轴体系可进步20%左右,聚光型盯梢体系会更高。

  国外在20世纪80年代就对太阳盯梢体系进行了研讨,如美国、德国在单双轴主动盯梢、F1本在聚光菲立尔透镜盯梢、西班牙在2倍聚光反射盯梢等方面均开宣布了相应的商品化主动太阳盯梢器。我国于20世纪90年代左右也对其进行了很多的研讨,2006年10月在西藏羊八井装置了4套合计13.2 kW不同方法的单、双轴并网发电太阳主动盯梢体系。之前一向没有安稳牢靠的商品化的产品呈现,究其原因首要有:

  (1)体系牢靠性不能满意要求

  因为大部分光伏电站都装置在偏远地区,环境十分恶劣,维护困难,盯梢体系添加了旋转组织与相应的机械组织,牢靠性显着下降,假如不能确保整个体系的在各种环境下都能牢靠安稳运转,对整个光伏电站来说都可能将是灾难性的冲击。

  (2)盯梢差错大

  特别对反射聚光的盯梢体系,假如盯梢差错大,不光不能进步发电功率,反而会使电池板受光小均,产乍热斑等影响,大大缩短了电池板的使用寿命。

  (3)本钱过高

  悉数购买国外老练的技能,将大大进步体系的硬件本钱与维护本钱。

  本文依据PIC16F877微处理器为中心,针对光伏发电体系,开宣布一种双轴主动主动太阳盯梢器,他具有运转安稳牢靠、盯梢差错小、本钱低一级长处。

  1 主动太阳盯梢器的基本原理[1-3]

  主动太阳盯梢器,故名思意基本功用就是使光伏阵列跟着太阳而滚动,基本原理框图如图1所示。

  
该体系时间检测太阳与光伏阵列的方位并将其输入到操控单元,操控单元对这2个信号进行比较并发作相应的输出信号来驱动旋转组织,使太阳光时间笔直入射到光伏阵列的表面上。

  尽管太阳在太空中的方位时间都在改动,但其运转却具有严厉的规律性,在地平坐标系中,太阳的方位可由高度角a与方位角φ来断定,公式如下[2-3]:

  
式中: δ为太阳赤纬角;φ为当地的纬度角;ω为时角。

  太阳赤纬角与时角可以由本地时间断定,而对断定的地址,本地的纬度角也是断定,因而只需输入当地相关地理方位与时间信息就可以断定此刻此刻的太阳方位。
 

  2 体系的全体规划方案

  PIC16F877A是一款具有RISC结构的高功能中档单片机,仅有35条单字指令,8 k×14个字节FLASH程序存储器,368×8个字节RAM数据存储器,256×8个字节E2PROM数据存储器,14个中止源,8级深度的硬件仓库,内部看门狗定时器,低功耗休眠方法,高达25 mA的吸入/拉出电流,外部具有3个定时器模块,2个16位捕捉器/16位比较器/10位PWM模块,10位多通道A/D变换器,通用同步异步接纳/发送器等功用模块[5]。

  主动太阳盯梢器的操控方法首要有微处理器操控、PLC操控、DSP操控与模仿电路操控4种方法,依据以上原理,本文挑选性价比较高的PIC16F877A单片机为操控中心,体系完成的详细原理框图如图2所示。
 


 

  
整个操控器首要由操控单元与驱动履行组织2部分组成。操控单元由视点核算及反应操控、发动信号发作、电机驱动信号发作、维护信号处理与人机通讯5个部分组成。体系功用阐明如下:单片机循环检测光伏阵列的方位,并将其与核算出的此刻本地太阳的高度角与方位角进行比较来断定光伏阵列是否盯梢上太阳的方位,假如没有且发动信号满意发动条件,单片机就宣布指令驱动电机滚动;维护信号是确保体系在外界以及其他非人为因素情况下所履行的一种操作指令,以确保体系不受损坏,然后进步了整个体系的牢靠性。驱动履行单元首要功用是用来完成电机驱动与旋转,并通过机械传动组织带动光伏电池阵列滚动。

  2.1操控单元硬件规划

  因为选用了单片机作为主操控单元,大部分作业都由单片机在软件中完成,然后简化了操控电路的硬件规划,扼要阐明首要操控部分的完成进程。

  (1)视点核算及反应操控

  单片机通过外扩三态锁存器输进口获取时钟模块发作的时间信号与光电旋转编码器的方位信号后,使用单片机快速运算处理才干用软件加以完成;

  (2)电机驱动信号生成

  本文选用的是步进电机,其驱动脉冲由单片机内部自带的10位PWM波发作模块发作,只需在软件中设置相应的有关参数就可改动电机的转速;

  (3)上位机监控体系是使用单片机内部自带的异步承受/发送器等功用模块,硬件部分只需加MAX 232加以电平变换,便可完成PC机与单片机的数据传输;

  (4)考虑到光伏发电只要在太阳光强满意必定强度的时分才干发电,发动信号首要是使用光敏二极管检测光强,确保体系在夜间或阴雨天不满意发电条件的情况下,体系中止盯梢,检测电路如图3所示。首要由扩大、比较与光耦阻隔3个部分组成。

  (5)体系的维护功用首要包含劲风维护、电网掉电维护、振荡过大维护、限位开关与挨近开关维护组成,单片机检测到维护信号发作时,便宣布指令将体系停放在安全的方位上,确保整个体系不受损坏。图4是电网掉电检测电路原理图,首要由降压、整流与光耦阻隔3个部分组成。

  3 操控单元软件规划

  软件是该操控体系的中心,除一些维护自锁功用通过硬件完成外,大部分功用均通过软件来完成,整个软件选用C言语模块化编程方法,易于体系的移植与集成。

  主程序与中止效劳子程序流程如图5所示。首要对单片机进行初始化,之后读取体系初始校验值作为光电旋转编码器的方位基准。主循环程序不断检测体系的运转状况,假如满意复位条件便宣布指令转入复位子程序,迅速将电池板转到恰当的方位后待机以等候新的指令;校验子程序对体系从头进行校验,并将新的方位查验值存储到单片机内部自带的E2PROM中作为新的方位基准,他可以用来消除体系的累积差错,一起也方便了体系的装置与调试;体系一般运转在主动盯梢状况,单片机时间检测太阳与电池板实践方位间的差值并结合发动条件宣布相应的PWM脉冲,来操控电机滚动;此外主循环程序还不断检测当时太阳与电池板的方位,将方位信息通过数据总线与RS 232别离送到液晶显示与PC机监控软件体系中,并将有关方位参数及时存到单片机的E2PROM中。

  为了充分使用PIC16F877单片机的体系资源,进步单片机的检测速度,单片机接纳PC机的数据选用中止来完成,流程框图如图5所示。
 

  
4 体系的抗干扰办法

可以牢靠安稳的运转是主动太阳盯梢器成为老练产品的条件,该体系从软件与硬件两个方面来增强抗干扰办法,首要手法有:

  (1)外部输入信号与操控体系信号不共地;

  (2)有的外部输入信号输入到单片机内部之前都通过严厉的光耦电路加以阻隔;

  (3)优化PCB布线结构,削减过孔,以下降寄生电容杂散电感的影响;

  (4)确保整个体系牢靠接地;

  (5)外部信号选用屏蔽电缆线传输;

  (6)软件上添加软件滤波、看门口定时器与软件圈套等办法,确保软件在呈现死机、跑飞等毛病时可以自我康复。

  (7)体系重要维护如限位维护均从软件与硬件上加以两层维护,以进步其牢靠性。

  5 结 语

  主动太阳盯梢器的安稳性与牢靠性一向是其没有被大规模使用的首要问题之一。

  本文依据PIC16F877A单片机为操控中心,规划了一种主动盯梢太阳高度角与方位角滚动的主动太阳盯梢器,现场运转结果表明该体系盯梢精确、能耗低、牢靠性高、体系功能安稳,发电功率进步35%以上,对今后建造大型戈壁沙漠并网电站具有指导性含义。

  (修改:xiaoyao)

  

  

   太阳能盯梢器光伏电池

 
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