一种新颖的太阳能追踪采集系统设计

0 引言
经济发展与能源日益短缺的矛盾一直都是现代社会面临的一大难题，资源的紧缺和能源成本的持续增长使得众多发达国家将注意的目光转向了新能源，其中太阳能光伏发电的应用备受重视。太阳能光伏发电系统主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成。其中控制器即为太阳能追踪采集系统，电感器厂家是实现太阳能电池板追踪太阳方向，使太阳光线始终能垂直照射太阳能电池板，以实现光伏发电最大化的机电控制装置大电流电感，是太阳能光伏发电不可缺少的重要组成部分。
目前，太阳电感器直标法追踪的控制系统划分不外乎三类：闭环、开环、混合控制方式。实际应用中，常用的有光电追踪和视日运动轨迹追踪两种方式；前者是闭环的随机系统，后者是开环的程控系统。视日运动轨迹追踪的优点
是能够全天候实时追踪，但算法复杂且固定，导致处理速度慢，追踪轨迹固定，不能因地制宜、因时制宜地对太阳进行快速追踪；光电追踪灵敏度高，但受天气的影响很大，甚至会引起误动。
本文提出一种基于MSP430单片机的太阳能追踪采集系统设计方案，综合光电追踪和视日运动轨迹追踪，即混合控制方式，其特点是在进行轨迹追踪时并不需要像单一视日运动追踪方式采用复杂算法，从而减少控制器运算时间，提高处理速度；同时又避免了光电追踪方式的误动。能够根据时钟时间和光电检测自动调整硅太阳能电池板的方位角、俯仰角，结构简单、成本低，而且可以通过无线射频通信实现远程实时监控，特别适合在复杂环境无人值守情况下，有较好的应用价值。

1 系统组成及设计
太阳能追踪采集系统由无线数据发送及控制端、无线数据接收端和机械装置端三大部分组成，又可细分为微控制模块、电机控制模块、光强检测模块、温度检测模块、太阳能充电模块、实时时钟模块、无线射频模块、电源电路模块、液晶显示模块、串行通信模块和键盘控制
模块等11个功能模块，系统的结构框图如图1所示。

无线数据发送及控制端中的光强、时间、温度等检测模功率电感器块会把太阳光照强度、天气温度、时钟时间、电池充电状态等信息采集到微控制器模块，通过对白天黑夜、天气晴阴的辨别以及此刻的时钟时间，微控制器模块会适时地驱动电机控制模块，调整机械装置端，实现太阳能自动追踪的控制。
同时无线数据发送及控制端又会把这些采集来的信息通过无线射频模块发送到无线数据接收端，然后上传上位机实时显示，实现远距离监控。
1．1 光电检测模块设计
光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。而硅太阳能电池板实际上也是一个大面积的PN结，把太阳幅射能直接转换成电流，原理和光电二极管一样。
光强度检测模块包括两部分，一个是利用光电二极管光强感应对天气晴阴的判断，如图2(a)所示；另一部分在太阳能充电模块中，对硅太阳能电池板上受到的阳光照射强度的测量，如图2(b)圈起部分。光电二极管对光强的敏感产生相应大小的电流，电阻R10把电流信号转换为电压信号，通过MSP430单片机的AD1212位模数转换器采样出相应的电压值，相应的也就得到该时刻光强度，用以判断天气的晴阴。硅太阳能电池板是电流型的，随着光强的增强其输出的电流强度亦会增加，根据这一特点，运用AD12，在太阳能电池板随太阳动态旋转时可以记录各个角度的光强度，产生光照强度系列值，然后再把太阳能电池板精确调整到光照强度最强的方位角和俯仰角的位置上。

1．2 太阳能充电模块设计
如图2(b)太阳能充电模块的电路设计，设计主要围绕太阳能电池供电的锂电池充电管理芯片CN3063进行，应用5～6 V硅太阳能电池板可为单节4差模电感．2 V锂电池或镍锌电池充电。D5，D4是充电状态的指示灯，D5是红色LED表示正在充电，D4是绿色LED表示充电完成；为了详细了解电池电量状况，利用MSP430中12位ADC对电池两端电压、电流进行A／D采样，确定电量从空到满的5种状态(如图3，在液晶屏上显示)；P6.2，R7，R8是用作对硅太阳能电池板进行光强测量的，J6是太阳能电池板的充电接口。 1

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