CN212063601U - 一种基于Arduino的风光互补控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了基于Arduino的风光互补控制系统，包括光伏发电模块，风车发电模块，风光互补控制器，蓄电池和负载模块；光伏发电模块利用太阳能向负载和蓄电池供电；风车发电模块利用风能向负载和蓄电池供电；风光互补控制器对整个系统进行控制和保护；光伏发电模块和风车发电模块内置有Arduino，通过Arduino可以控制光伏发电模块中光伏板的倾斜角度，以及风车发电模块中风机的转速；实现光伏发电和风力发电的最优化。
Description
技术领域
本实用新型涉及新能源发电领域，特别涉及基于Arduino的风光互补控制系统。
背景技术
随着经济的高速发展，世界上的能源消耗也越来越快，很多发达国家已经采用新能源发电取代火力发电，缓解能源紧缺的现状，减少对环境的污染。
风光互补发电系统运用的都是可再生能源，对环境污染几乎为零，并且兼顾了风力发电、光伏发电的优点，符合了绿色能源的可持续发展战略。我国拥有相当丰富的太阳能资源和风能资源，而且如今越来越多的家庭用户安装了新能源自用发电系统，个体用户用电的自给自足正在发展，风光互补系统的发展前景十分优异。
目前运用到的风光互补控制技术就是PWM控制器，PWM的控制模式充电具有电池反接、光伏电池反接保护功能，两路负载过流、短路告警保护功能，两路负载多重控制模式：光控、时控、全开放功能，电池过充和过放告警保护功能，两路负载不同电压下保护功能，光伏输入端防雷保护功能，蓄电池温度补偿功能，可有效延长蓄电池的使用寿命，在光伏板和风力发电机的发出端口接入至控制器内，可以实现将光伏板收集到的直流电和风力发电机发出的交流电整合成为统一的直流电，实现为负载供电的功能。
目前市场上运用的风光互补发电系统只做到了单纯发电，我们所做的风光互补控制系统在此基础之上运用了爬山法和遗传算法分别计算风力发电、光伏发电的最大功率，能源利用率极大提高。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于Arduino的风光互补控制系统，实现光伏发电和风力发电的最优化，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。
为实现上述目的，本实用新型提供以下的技术方案：一种基于Arduino 的风光互补控制系统，包括光伏发电模块，风车发电模块，风光互补控制器，蓄电池和负载模块；
光伏发电模块利用太阳能向负载和蓄电池供电；
风车发电模块利用风能向负载和蓄电池供电；
风光互补控制器对整个系统进行控制和保护；
光伏发电模块和风车发电模块内置有Arduino，通过Arduino可以控制光伏发电模块中光伏板的倾斜角度，以及风车发电模块中风机的转速。
优选的，所述光伏发电模块包括光伏板、安装板和旋转舵机；光伏板倾斜设置在安装板上，旋转舵机设置在安装板底部，驱动安装板旋转，光伏板两侧在中点位置设有光敏电阻，旋转舵机和光敏电阻与Arduino相连接。
优选的，所述光伏板相对于安装板的倾斜角度为28.9°。
优选的，所述风车发电模块包括风力发电机、减速舵机和减速条；减速条作用在风力发电机的转轴处，减速电机驱动减速条摆动，风力发电机的扇叶上设有红外线转速传感器，红外线转速传感器和减速舵机与 Arduino相连接。
优选的，所述风车发电模块通过减速条对风力发电机转轴作用力的大小，将风车的转速维持于10m/s。
采用以上技术方案的有益效果是：本实用新型结构的风光互补控制系统可以通过物联网实现智能控制风光互补系统最大功率捕捉风能光能；有效提升光能、风能用于发电的利用率；改进后的系统调控性能好，便于实现全自动，操控更为简单；降低或者避免了附加的输配电成本。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是光伏发电模块的结构示意图；
图3是风力发电模块的结构示意图。
其中，1--光伏发电模块，2--风车发电模块，3--风光互补控制器， 4--蓄电池、5--负载模块、6--Arduino；
11--光伏板、12--安装板、13--旋转舵机、14--光敏电阻；
21--风力发电机、22--减速舵机、23--减速条、24--扇叶。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施方式。
图1-图3出示本实用新型的具体实施方式：一种基于Arduino6的风光互补控制系统，包括光伏发电模块1，风车发电模块2，风车发电模块3，蓄电池44和负载模块5；光伏发电模块1利用太阳能向负载和蓄电池44 供电；风车发电模块2利用风能向负载和蓄电池44供电；风车发电模块3 对整个系统进行控制和保护；光伏发电模块1和风车发电模块2内置有Arduino6，通过Arduino6可以控制光伏发电模块1中光伏板11的倾斜角度，以及风车发电模块2中风机的转速。
光伏发电模块1包括光伏板11、安装板12和旋转舵机13；光伏板11 倾斜设置在安装板12上，旋转舵机13设置在安装板12底部，驱动安装板12旋转，光伏板11两侧在中点位置设有光敏电阻14，旋转舵机13和光敏电阻14与Arduino6相连接；光伏板11相对于安装板12的倾斜角度为28.9°。
风车发电模块2包括风力发电机21、减速舵机22和减速条23；减速条23作用在风力发电机21的转轴处，减速电机驱动减速条23摆动，风力发电机21的扇叶24上设有红外线转速传感器，红外线转速传感器和减速舵机22与Arduino6相连接；风车发电模块2通过减速条23对风力发电机21转轴作用力的大小，将风车的转速维持于10m/s。
本产品主要针对日益发展的新能源发电形式的改良和优化，因为当下最优的新能源发电形式是风力发电和光伏发电，而且二者在时间和环境上具有极高的互补性，所以风光互补控制系统也在不断地创新，我们采用扰动观察法和MPPT对光伏和风力进行最大功率的追踪。
在光伏最大功率追踪方面，我们首先选取本地区全年接受光照最大的角度28.9度，之后利用arduino模块对其进行控制捕捉，首先系统设置光照强度误差基准值为50，通过舵机对光伏板进行旋转寻找最大光强点，旋转时利用扰动观察即对每一个角度(单位为1)时的电压值进行比较的算法，利用光敏电阻在每一角度对光伏板两侧的光强进行比较，直至光伏板两边的光照强度低于初始误差值50静止，此状态即为最佳点。
由于风力发电效率为正态分布，并非风力越大转速越高效率越高，所以该系统将会对原有的风力发电机做外加的减速装置来控制转速，我们将在风机扇叶上添加红外寻线传感器，通过红外信号测得转速后回馈模拟信号给arduino模快和与之相连的小型舵机转动减速条，使之与风力发电机轴承摩擦减速并实时监测扇叶转速，当速度减到功率峰值所对应的速度时保持减速条位置不变，直至速度小于峰值速度时减速条离开以实现功率输出最大化。
同时将风力发电机输出的交流电与光伏发电机输出的直t流电同时输入到控制器中，同时连入蓄电池以实现风力发电和光伏发电充足时向蓄电池蓄电，供电不足是靠积蓄的电供电以实现恒动力系统。
该实用新型由五部分组成：光伏发电模块，风车发电模块，风光互补控制器，蓄电池和负载模块。光伏发电模块主要的功能是利用太阳能向负载和蓄电池供电。该模块利用光敏电阻的特性和舵机的功能来捕捉太阳光，使光伏板尽可能地利用太阳光进行发电。将光敏电阻的三个接口接到 Arduino输入端的3.3V，GND和模拟接口的A0，A1；然后将舵机的PWM， 5V，GND三个接口接到Arduino上的～9,5v和输出端的GND。利用Arduino 对舵机和光敏电阻进行控制，从而让光伏板趋于光照强度较强的区域，可以更好地向负载和蓄电池供电。风车发电模块的主要功能是利用风能向负载供电。该模块是让风车的转速维持于10m/s(转速高于10m/s进行减速) 来利用风能供电。该模块利用红外寻线装置对风车的速度进行检测，当检测到转速高于10m/s时，利用舵机和木板的组合对风车施加摩擦力；当红外寻线装置反馈的速度达到10m/s，则维持摩擦力不变，使风车转速维持于10m/s。风光互补控制器是该实用新型的控制和保护装置。将光伏发电模块，风车发电模块，蓄电池和负载接到风光互补控制器相应的端口，整个模型就搭建完成。
具体算法代码如下：
(1)最大光伏捕捉
最大风能捕捉(即舵机红外测速方式)
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于Arduino的风光互补控制系统，其特征在于，包括光伏发电模块，风车发电模块，风光互补控制器，蓄电池和负载模块；
光伏发电模块利用太阳能向负载和蓄电池供电；
风车发电模块利用风能向负载和蓄电池供电；
风光互补控制器对整个系统进行控制和保护；
光伏发电模块和风车发电模块内置有Arduino，通过Arduino可以控制光伏发电模块中光伏板的倾斜角度，以及风车发电模块中风机的转速。
2.根据权利要求1所述的基于Arduino的风光互补控制系统，其特征在于，所述光伏发电模块包括光伏板、安装板和旋转舵机；光伏板倾斜设置在安装板上，旋转舵机设置在安装板底部，驱动安装板旋转，光伏板两侧在中点位置设有光敏电阻，旋转舵机和光敏电阻与Arduino相连接。
3.根据权利要求1所述的基于Arduino的风光互补控制系统，其特征在于，所述光伏板相对于安装板的倾斜角度为28.9°。
4.根据权利要求1所述的基于Arduino的风光互补控制系统，其特征在于，所述风车发电模块包括风力发电机、减速舵机和减速条；减速条作用在风力发电机的转轴处，减速电机驱动减速条摆动，风力发电机的扇叶上设有红外线转速传感器，红外线转速传感器和减速舵机与Arduino相连接。
5.根据权利要求1所述的基于Arduino的风光互补控制系统，其特征在于，所述风车发电模块通过减速条对风力发电机转轴作用力的大小，将风车的转速维持于10m/s。
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