CN101630927A - 一种太阳能电池板单板智能控制卡 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池板单板智能控制卡，属于太阳能应用技术领域。它的内部连接为太阳能光伏组件输入端于太阳能光伏组输出电压电流采集电路连接，然后通过太阳能光伏组功率输出控制电路输出到串行RS485通信电路，再传输至其他终端。本发明实现了太阳能光伏组件工作时最大功率点的自动跟踪与控制，提高了太阳能光伏组件的发电功率。另外，通过串行RS485通信接口可以将当前太阳能光伏组件的输出电压、电流数据提交给系统控制器实现对太阳能光伏组件监控功能。

Description

一种太阳能电池板单板智能控制卡
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池板单板智能控制卡，属于太阳能应用技术领域。
背景技术
随着太阳能光伏发电的发展，提高太阳能光伏组件的工作功率是世界范围内的研究重点。不论是光伏系统的最大功率点跟踪与控制，还是单个太阳能光伏组件的最大功率点的跟踪与控制，如何在太阳能光伏组件工作特性已定的情况下，利用外部的最大功率点跟踪与控制器来提高光伏组件的发电功率，获得更大的输出功率就显得更为重要。若在太阳能光伏组件工作时，对其工作情况进行监测和控制，迫使太阳能光伏组件工作在最大功率点上，则太阳能光伏组件的输出功率将大大增加。可见，应用太阳能电池板单板智能控制卡可以有效的提高太阳能光伏组件的发电功率。
目前国内科学工作者和企业界也研究出一些太阳能智能控制卡，但这些太阳能智能控制卡都是针对控制整个光伏系统的最大功率输出，或是针对专门的蓄电池的最大功率的充电控制器。而目前为止，国内尚无针对单个组件进行的最大功率跟踪与控制器，尤其是针对单个组件最大功率输出并同时对单个组件的工作状态的监控的控制器还是空白。
最近的现有技术只能对某整套光伏系统进行最大功率跟踪与控制，或是针对专门的蓄电池的最大功率的充电控制器。这些太阳能智能控制卡可以宏观的使光伏系统产生最大功率输出，或是针对蓄电池的充电要求使太阳能光伏组件向蓄电池输出匹配的最大功率。而以上这些都忽略了单个光伏组件的工作情况和单个光伏组件的最大功率输出的控制。
发明内容
为了改善原来的太阳能智能控制卡对整体系统控制的单一和蓄电池充电控制器最大功率点跟踪控制的局限性，本发明提供一种称为太阳能电池板单板智能控制卡，特别是针对单个组件的最大功率点跟踪控制与监控。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：太阳能光伏组件输入端于太阳能光伏组输出电压电流采集电路连接，然后通过太阳能光伏组功率输出控制电路输出到串行RS485通信电路，再传输至其他终端。这样不仅实现了单个太阳能光伏组件的最大功率点跟踪与控制，同时还可以实现对单个太阳能光伏组件工作状态的监控。
为了实现对太阳能光伏组件输出电流的采集，进一步地：从输入端引入太阳能光伏组件的主线，并将主线接至电阻值为0.01欧姆的康铜丝电阻，通过电流传感芯片MAX4080TASA检测其流过康铜丝电阻的电流，并将采集到的电流结果送至单片机AT89C51AC2，这样获得太阳能光伏组件的输出电流。
为了实现对太阳能光伏组件输出电压的采集，进一步地：从输入端引入太阳能光伏组件的主线，并增加电压采集旁路支线，支线与主线并联，电压采集旁路支线串联两只电阻值分别为68千欧和10千欧的电阻进行分压，通过采集分压后的模拟量数据得到分压后的电压，并将电压数据送至单片机AT89C51AC2，单片机根据分压比例计算得到太阳能光伏组件的主线的电压，这样获得太阳能光伏组件的输出电压。
为了实现对太阳能光伏组件最大功率点的跟踪，进一步地：采用单片机AT89C51AC2对采集到的太阳能光伏组件的输出电压和电流进行计算，通过计算得到太阳能光伏组件的最大功率点。
为了实现对太阳能光伏组件工作在最大功率点的控制，进一步地：采用并联在太阳能光伏组件输出主线的控制支线进行控制，使得太阳能光伏组件工作在最大功率点。控制支线由MOS FET驱动芯片TC4432EPA和场效应管IRF7468串联组成。其中，MOS FET驱动芯片TC4432EPA由单片机AT89C51AC2进行控制。其控制方法为：单片机AT89C51AC2进行策略控制的计算，并且单片机AT89C51AC2输出由控制策略得到的计算值变换为的可调脉冲宽度的脉冲控制MOS FET驱动芯片TC4432EPA，再由MOS FET驱动芯片TC4432EPA产生的控制电压控制场效应管IRF7468，由于场效应管IRF7468并联在太阳能光伏组件输出主线，从而由场效应管IRF7468控制了太阳能光伏组件输出主线的输出电压，进而调整了太阳能光伏组件的输出功率。这样使太阳能光伏组件输出最大功率。
为了实现对单个太阳能光伏组件输出电流和电压的监控，进一步的：采用串行RS485通信机制将太阳能光伏组件输出电流和电压的数据输出给其他需要监控的终端。RS485为国际标准的串行通信协议下的一种传行通信方式，其通用性强，可通过其和其他数字终端进行通信和数据交换。在上文中，单片机AT89C51AC2已经采集到了太阳能光伏组件输出电流和电压数据。这里单片机AT89C51AC2通过串行RS485通信芯片DS75176将电流和电压数据按照国际标准RS485通信协议发送给其他终端。这样实现了对单个组件工作电压和电流的监控。
本发明的有益效果是：实现了太阳能光伏组件工作时最大功率点的自动跟踪与控制，提高了太阳能光伏组件的发电功率。另外，通过串行RS485通信接口可以将当前太阳能光伏组件的输出电压、电流数据提交给系统控制器实现对太阳能光伏组件监控功能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的单片机控制系统。
图2是本发明控制系统供电。
图3是本发明太阳能组输出电流电压采样电路。
图4是本发明太阳能组功率输出控制电路。
图5是本发明串行RS485通信电路。
图6是本发明电路原理图。
具体实施方式
图1、图6所示为最大功率点跟踪控制的系统核心，采用了单片机AT89C51AC2作为主控制器。在本发明中涉及到数据采集中，需要使用到模拟到数字量的转换(ADC)和在对功率控制所需的脉冲宽度可调输出(PWM)，都由单片机AT89C51AC2的片上ADC和PWM模块完成。
图2所示为系统供电电路，通过使用LM2576芯片从太阳能光伏组输出主线上获得系统用电，这样既防止了增加外部供电导致的成本增加和资源浪费。同时还满足了白天太阳能光伏组工作则系统工作，晚上太阳能光伏组停止工作，则系统停止工作的自动开关机功能。使得系统在晚间可以自动关机节省功耗，延长系统使用寿命。
图3所示为太阳能光伏组输出电压电流采集电路，通过与太阳能光伏组件输出主线并联的由R102和R103串联组成的电压采样支线，采用分压原理从SP_VOLTAGE端得到分压后的电压模拟量，并将此电压模拟量送单片机AT89C51AC2进行数据采集，通过模拟到数字量的转换(ADC)得到具体电压数据，并由分压比例，通过计算得到太阳能光伏组件输出电压。电流采集则通过电流采样芯片MAX4080T进行采集，电流采样芯片MAX4080T通过获得流过康铜丝电阻R100的电流得到数据后通过Vcurrent将数据传输给单片机AT89C51AC2。
图4所示为太阳能光伏组功率输出控制电路，通过单片机AT89C51AC2发送脉冲宽度可调脉冲(PWM)至Vcontrol端，再由MOS FET驱动芯片TC4432EPA根据PWM信号产生电压从MOS FET驱动芯片TC4432EPA的OUT端输出控制场效应管IRF7468，最后通过场效应管IRF7468控制太阳能光伏组输出功率。
图5所示为串行RS485通信电路，通过RS485通信芯片DS75176将太阳能光伏组输出电压电流数据发送出去。

Claims (5)

1.一种太阳能电池板单板智能控制卡，其特征是：太阳能光伏组件输入端于太阳能光伏组输出电压电流采集电路连接，然后通过太阳能光伏组功率输出控制电路输出到串行RS485通信电路，再传输至其他终端。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池板单板智能控制卡，其特征是：所述串行RS485通信电路由一个串行RS485通信接口、一个通用输入输出(GPIO)接口连接而成。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池板单板智能控制卡，其特征是：所述太阳能光伏组输出电压电流采集电路与太阳能光伏组功率输出控制电路安装在太阳能光伏组件接线盒内，所述太阳能光伏组件接线盒由三个机械孔固定。
4.所述根据权利要求3所述的太阳能电池板单板智能控制卡，其特征是：所述太阳能光伏组件接线盒内的电路连接为：电路板主线并联分压式电压采集电路，同时串联主线上串联康铜丝电流采集电阻，电流采集康铜丝电阻上并联电流采集芯片MAX4080TASA，在电流采集芯片MAX4080TASA之后主线上串联整流电感，在整流电感之后主线上并联太阳能光伏组功率输出控制电路，主线最后串联一路变换为最大功率后的输出端。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池板单板智能控制卡，其特征是：所述太阳能光伏组功率控制电路由MOS FET驱动芯片与场效应管IRF7468串联组成。
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