光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器設(shè)計與實現(xiàn)

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我國的太陽能光伏發(fā)電的技術(shù)和材料研發(fā)雖然起步稍晚卻后來居上，到目前為止太陽能光伏發(fā)電就在航天、軍工和民用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在經(jīng)過多年的努力，光伏發(fā)電有了相當(dāng)?shù)乃交A(chǔ)。目前光伏發(fā)電控制器的設(shè)計和實現(xiàn)方面已有多種類型產(chǎn)品在流通，包括了各種功率范圍、使用環(huán)境的不同產(chǎn)品，此類產(chǎn)品多數(shù)用于有人值守環(huán)境下，如發(fā)現(xiàn)問題多采用人工干預(yù)的方式加以解決。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷拓展，催生了對無人值守電源的大量需求，以往多采用蓄電池或簡單的光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行供電，使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)斷電、損壞等現(xiàn)象，針對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，研究并設(shè)計了一套光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器，該控制器經(jīng)過實測可以滿足目前農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對供電的需求。

1系統(tǒng)整體設(shè)計

光伏發(fā)電系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要由光伏板、云臺、充電控制器、蓄電池、電源轉(zhuǎn)換模塊、電源輸出組塊、電壓監(jiān)測與顯示模塊、主控制器、鍵盤、振動傳感器、通信模塊和報警輸出模塊等部件構(gòu)成。光伏發(fā)電系統(tǒng)主控制器采用STC12C516AD單片機(jī)，此型號單片機(jī)具有三組常用I/O接口，其中P1口為AD功能輸入，采用該型號單片機(jī)可以優(yōu)化設(shè)計。表1所示為引腳名稱及功能分配。

2PCB設(shè)計

控制器主電路板規(guī)格為150mm*80mm，采用雙層布線工藝設(shè)計制造，控制板采用12V直流供電，板上安裝有12V轉(zhuǎn)5V的DC-DC電源為主控制芯片供電。PCB布線后板圖如圖2所示，從PCB文件生成的3D仿真圖如圖3所示。

3系統(tǒng)功能介紹

在本設(shè)計中使用了單片機(jī)和編制專用軟件，實現(xiàn)了對太陽能板的智能控制，通過充電電壓和電流的檢測，實現(xiàn)了對過充、過放、電子短路、過載等故障現(xiàn)象的保護(hù)，采用的防反接保護(hù)措施防止使用過程中不會對負(fù)載造成損壞，蓄電池進(jìn)行充電采取串聯(lián)式PWM充電主電路，使充電回效率較非PWM高3%-6%，增加了用電時間，同時具有高精度溫度補(bǔ)償，并能在寒冷、高溫、潮濕環(huán)境運(yùn)行，較為適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供基礎(chǔ)性支持。系統(tǒng)設(shè)計中使用了數(shù)字LED顯示裝置，通過遙控器可完成所有設(shè)置和輸出控制，防止誤操作和非工作性使用，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性和保密性。系統(tǒng)中可以選擇安裝GPRS通信模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對太陽能供電控制器的遠(yuǎn)程遙控，并配合上位機(jī)軟件進(jìn)行集群控制。設(shè)計的太陽能控制板實物如圖4所示。

4結(jié)束語

綜合以上實驗過程以及數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，設(shè)計的光伏發(fā)電控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的全面監(jiān)控，滿足設(shè)計需求，通過組網(wǎng)可達(dá)到集群控制的目的，有利于解決目前邊遠(yuǎn)地區(qū)和無人值守地區(qū)的小功率供電問題，本研究對于解決光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的參考價值。

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作者:段宇凡 李少飛 楊昌登 蓋新鵬 閆星源 張航 李松 任守華 單位:1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 2.國網(wǎng)黑龍江大慶供電公