CN204349881U - 太阳能光伏发电控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种太阳能光伏发电控制器，包括光强检测单元、数据采集单元、A/D转换器、控制单元、太阳跟踪单元和电机驱动电路，光强检测单元的输出端连接数据采集单元的输入端，数据采集单元的输出端连接A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端连接控制单元的输入端，太阳跟踪单元的输出端连接控制单元的输入端，控制单元的输出端连接电机驱动电路的输入端，电机驱动电路的输出端连接太阳能电池板。本实用新型使太阳能电池板始终对着太阳，保持最大的发电效率，具有成本低等优点，有较好的推广应用价值，不需设定基准位置，跟踪单元永不迷失方向，方便调试。

Description

太阳能光伏发电控制器

技术领域

本实用新型属于能源技术领域，特别涉及一种太阳能光伏发电控制器。

背景技术

太阳能是最好的可再生能源之一，作为最具可持续发展理想特征的太阳能光伏发电，将进入人类能源结构，并成为基础能源的重要组成部分。太阳能光伏发电具有安全可靠、无噪音、无污染、能量随处可得、不受地域限制、无需消耗燃料、无需架设输电线路、可以方便地与建筑物相结合等优点。

目前世界各国竞相研究和发展太阳能光伏发电技术，现己取得较大进展。但是太阳能的利用受地形、地势、位置等自然条件的影响很大，现有技术中，实现太阳能光伏发电的太阳能光伏发电控制器还存在着结构复杂、成本较高、智能化程度较低、跟踪精度较低、功耗较大等缺陷和不足，致使太阳能发电的发电效率还较低，不能得到很好的推广应用。太阳能发电在我国多采用传感器跟踪式的系统，发电成本还很高，不利于跟踪系统的推广与发展。

实用新型内容

本实用新型提出太阳能光伏发电控制器，用于解决背景技术中的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

太阳能光伏发电控制器，包括：光强检测单元、数据采集单元、A/D转换器、控制单元、太阳跟踪单元和电机驱动电路，光强检测单元的输出端连接数据采集单元的输入端，数据采集单元的输出端连接A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端连接控制单元的输入端，太阳跟踪单元的输出端连接控制单元的输入端，控制单元的输出端连接电机驱动电路的输入端，电机驱动电路的输出端连接太阳能电池板。

优选的，光强检测单元包括设置在太阳能电池板上的光强检测传感器和光强检测电路，光强检测电路包括：与光强检测传感器连接的比较器U1，比较器U1的正向输入端接地，反向输入端与电容C6和电阻R14并联连接至输出端，输出端连接比较器U2的同向输入端，比较器U2的反向输入端与电阻R15连接并接地，比较器U2的输出端与数据采集单元连接。

优选的，光强检测传感器为SP0606型硅光电池。

优选的，太阳跟踪单元包括设置在太阳能电池板上的太阳传感器和太阳跟踪电路，太阳跟踪电路包括与太阳方位传感器连接的防干扰电路，防干扰电路的输出端分别与方位角开关电路和高度角开关电路的输入端连接，方位角开关电路和高度角开关电路的输出端与夜间停止电路的输入端连接，夜间停止电路的输出端与控制单元的输入端连接。

优选的，太阳传感器采用DWQ-360-BZ-V型角度传感器。

优选的，数据采集单元包括多路选择开关和采样保持器，光强检测单元的输出端与多路选择开关的输入端连接，多路选择开关的输出端与采样保持器的输入端连接，采样保持器的输出端与连接A/D转换器的输入端连接。

优选的，多路选择开关采用CD4051型号的多路模拟开关，采样保持器采用LF398型号的集成采样保持器。

优选的，控制单元为AT89C51单片机。

优选的，时钟单元包括DS1337时钟芯片，DS1337时钟芯片的引脚X1和X2连接32.768KHZ的晶振。

本实用新型的太阳能光伏发电控制器，可使太阳能电池板始终对着太阳，保持最大的发电效率，具有成本低等优点，有较好的推广应用价值，该系统不需设定基准位置，跟踪器永不迷失方向。设有防杂光干扰及夜间停止跟踪电路，并附有手动控制开关，以方便调试。本实用新型可提高太阳能电池电能的产量，可以让太阳能电池板板自动的随着天空中太阳的方位角的变化而实现跟踪，通过控制单元驱动电机，可以使电池板在东西方向上的0-180度自由旋转。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的原理框图；

图2为图1所述时钟单元的电路原理图；

图3为图1所述光强检测单元的电路原理图；

图4为图1所述太阳跟踪单元的原理框图。

图中：1、控制单元；2、时钟单元；3、存储单元；4、A/D转换器；5、数据采集单元；6、光强检测单元；7、太阳跟踪单元；8、电机驱动电路；10、防干扰电路；11、方位角开关电路；12、高度角开关电路；13、夜间停止电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，太阳能光伏发电控制器，包括光强检测单元6、数据采集单元5、A/D转换器4、控制单元1、太阳跟踪单元7和电机驱动电路8，光强检测单元6的输出端连接数据采集单元5的输入端，数据采集单元5的输出端连接A/D转换器4的输入端，A/D转换器4的输出端连接控制单元1的输入端，太阳跟踪单元7的输出端连接控制单元1的输入端，控制单元1的输出端连接电机驱动电路8的输入端，电机驱动电路8的输出端连接太阳能电池板，从而适时改变太阳能电池板的角度，控制单元1还连接有时钟单元2和存储单元3，优选的，控制单元1采用C8051F310单片机，存储单元3用于保存日期、时间等数据。电机驱动电路由或门MC74AC32E和非门CD74AC04E、三极管2SC2712、场效应管IRF540和直流电机组成，利用C8051F310的P1.2、P1.3端口、P1.2控制电机转动或是停止，P1.3控制电机正向或是反向转动，为现有技术，A/D转换器4采用单端16路12位A/D转换器。

如图2所示，时钟单元2采用MAXIM公司生产的DS1337时钟芯片，SDA、SCL及INTA端均为漏极开路输出，使用时，在外部需接上拉电阻；引脚X1(PIN1)和X2(PIN2)连接32.768KHZ的晶振，用于驱动DS1337；引脚VCC(PIN8)和GND(PIN4)分别接直流+3V电源和电源地；引脚INTA(PIN3)为中断输出，当日期时间等值与时间寄存器中的值相等时，此引脚为低电平使能端。引脚INTB(PIN7)为可编程方波输出或中断输出，它是一个漏极开路输出，需要一个上拉电阻。SDA(PIN5)是串行数据输出输入端，是两线串行通信的输入输出脚。SCL(PIN6)是串行时钟输入端，串行通信时与数据的传输同步，它是一种低功耗实时时钟，带有两套可编程控制的时间报警和方波输出，具有体积小，连线少，性能良好的优点，

如图3所示，光强检测单元6包括设置在太阳能电池板上的光强检测传感器和光强检测电路，优选的，光强检测传感器采用SP0606型硅光电池，SP0606型硅光电池为工作在300nm到1000nm光谱范围内的各种光学仪器，对紫蓝光有较高的灵敏度，SP0606型硅光电池的输出短路电流与入射光强呈线性正比例关系，且受环境温度的影响比较小，只要测出其输出短路电流和表面温度即可推算出当时其表面所受的辐射光强。光强检测电路包括：与光强检测传感器连接的比较器U1，比较器U1的正向输入端接地，反向输入端与电容C6和电阻R14并联连接至输出端，输出端连接比较器U2的同向输入端，比较器U2的反向输入端与电阻R15连接并接地，比较器U2的输出端与数据采集单元5连接。数据采集单元5包括多路选择开关和采样保持器，光强检测单元6的输出端与多路选择开关的输入端连接，多路选择开关的输出端与采样保持器的输入端连接，采样保持器的输出端与连接A/D转换器4的输入端连接，优选的，多路选择开关采用CD4051型号的多路模拟开关，采样保持器采用LF398型号的集成采样保持器。

如图4所示，太阳跟踪单元7包括设置在太阳能电池板上的太阳传感器和太阳跟踪电路，太阳跟踪电路包括与太阳传感器连接的防干扰电路10，防干扰电路10的输出端分别与方位角开关电路11和高度角开关电路12的输入端连接，方位角开关电路11和高度角开关电路12的输出端与夜间停止电路13的输入端连接，夜间停止电路13的输出端与控制单元1的输入端连接，太阳传感器是把聚光电池阵列法线偏离太阳光线的角度信号转变为电信号的装置，它是太阳跟踪单元7的重要部件，在很大程度上决定跟踪的精度，太阳位置由高度角和方位角确定，本实用新型采用两个步进电机驱动平面镜作两轴运动，达到跟踪太阳的目的。优选的，太阳传感器采用DWQ-360-BZ-V型角度传感器。方位角开关电路11和高度角开关电路12采用PC-6408光隔离开关量输入输出接口卡，与PS-002继电器板配合使用完成现场信号输出控制。

本实用新型采用光电跟踪和太阳运动跟踪方式并行，即处于晴天跟踪模式时：先太阳运动轨迹跟踪，再光电跟踪；处于多云跟踪模式时:只进行太阳运动轨迹跟踪；处于阴雨天跟踪模式：不跟踪。

本实用新型的工作原理是：

利用光敏器件在光照下产生的光电流与光照面积和光照强度成正比，且随着太阳方位变化而改变的原理，间接的确定太阳的偏转方向，进行太阳跟踪。由两台电动机和减速机分别构成方位角转动机构和高度角转动机构，太阳传感器内置放大电路，与太阳能电池板方阵平面垂直安装。随着光线方向的细微改变，太阳传感器失衡，引起系统输出信号产生偏差，当这一输出信号达到一定幅度时，对应的方位角开关电路11和高度角开关电路12启动，执行机构开始进行纠正，使光电传感器重新达到平衡，即太阳能电池板方阵平面与光线成90度角而停止转动，完成一次调整周期。如此不断调整，时刻沿着太阳的运行轨迹追随太阳，构成一个闭路负反馈系统，

阴天或太阳被云层遮挡时，光线很弱，发电量极小，跟踪将无意义，系统会自动停止跟踪。即使天边某处透出相对较亮的光线，跟踪器也不会被误导跟踪，实现了防杂光干扰。云散日出时，太阳传感器即时响应，找到太阳，跟踪到位。傍晚光线消失，己不能发电，太阳传传感器会发出信号，夜间停止电路13启动，并转回到东方，等待第二天口出，同时高度角旋转机构转动，使太阳电池方阵旋转至最低位置，以减小风阻。此时，系统处于夜间停止跟踪状态。方位角转动机构两端终点和高度角转动机构上下终点共设4个限位开关，以防万一出轨。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.太阳能光伏发电控制器，其特征在于：包括光强检测单元、数据采集单元、A/D转换器、控制单元、太阳跟踪单元和电机驱动电路，所述光强检测单元的输出端连接所述数据采集单元的输入端，所述数据采集单元的输出端连接所述A/D转换器的输入端，所述A/D转换器的输出端连接所述控制单元的输入端，所述太阳跟踪单元的输出端连接所述控制单元的输入端，所述控制单元的输出端连接所述电机驱动电路的输入端，所述电机驱动电路的输出端连接太阳能电池板。

2.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电控制器，其特征在于：所述光强检测单元包括设置在所述太阳能电池板上的光强检测传感器和光强检测电路，所述光强检测电路包括：与所述光强检测传感器连接的比较器U1，所述比较器U1的正向输入端接地，反向输入端与电容C6和电阻R14并联连接至输出端，输出端连接比较器U2的同向输入端，所述比较器U2的反向输入端与电阻R15连接并接地，所述比较器U2的输出端与所述数据采集单元连接。

3.根据权利要求2所述的太阳能光伏发电控制器，其特征在于：所述光强检测传感器为SP0606型硅光电池。

4.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电控制器，其特征在于：所述太阳跟踪单元包括设置在所述太阳能电池板上的太阳传感器和太阳跟踪电路，所述太阳跟踪电路包括与所述太阳方位传感器连接的防干扰电路，所述防干扰电路的输出端分别与方位角开关电路和高度角开关电路的输入端连接，所述方位角开关电路和高度角开关电路的输出端与夜间停止电路的输入端连接，所述夜间停止电路的输出端与所述控制单元的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的太阳能光伏发电控制器，其特征在于：所述太阳传感器采用DWQ-360-BZ-V型角度传感器。

6.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电控制器，其特征在于：所述数据采集单元包括多路选择开关和采样保持器，所述光强检测单元的输出端与所述多路选择开关的输入端连接，所述多路选择开关的输出端与所述采样保持器的输入端连接，所述采样保持器的输出端与所述连接A/D转换器的输入端连接。

7.根据权利要求6所述的太阳能光伏发电控制器，其特征在于：所述多路选择开关采用CD4051型号的多路模拟开关，所述采样保持器采用LF398型号的集成采样保持器。

8.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电控制器，其特征在于：所述控制单元为AT89C51单片机。