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一種基于單片機的太陽能電池發電量監控系統

鉅大LARGE  |  點擊量:1222次  |  2019年11月09日  

可再生能源太陽能發電可分為太陽能光發電(又稱光伏)和太陽能熱發電兩大類,后者由于技術比較復雜,只能用于比較大的容量,應用受到一定限制,所以目前實際應用較少。太陽能光發電具有取之不盡,用之不竭,無污染等諸多優點,已成為人類尋求新能源的熱點。但同時又存在應用間歇性,發電量與氣候條件有關的缺點。因此,為提高太陽能電池的利用率,實時監控發電量是很有必要的,可以及早發現太陽能電池工作中出現的異常情況。這里提出了一種太陽能電池發電量實時監控系統的設計方案。系統利用AT89S52單片機控制,采用霍爾電流傳感器對太陽能電池的輸出電流測量,其突出優點是可以在幾乎不消耗能量情況下,將電流轉換為電壓進行測量。


1系統硬件設計


系統硬件電路如圖1所示,主要由太陽能電池組、霍爾電流傳感器組成的,I/U轉換電路、液晶1602組成的顯示裝置、AT89S52單片機構成的控制系統,以及鉛酸蓄電池構成的儲能系統5部分組成。其工作過程:太陽能電池接收光照時,產生電流,對蓄電池充電,單片機通過穩壓裝置由蓄電池提供驅動電壓,對太陽能電池產生的電量進行實時信號采集。由于單片機只能接收電壓信號,所以在信號接收前由I/U、U/U轉換模塊將信號調至合適的電壓。經內部運算處理,結果送1602液晶顯示裝置顯示電池發電量。


1.1A/D轉換模塊


當模擬信號輸入單片機后需要轉換為數字信號,由于需要同時測量太陽能電池輸出電壓和電流,故采用ADC0832是8位串行雙通道A/D轉換器,A/D轉換精度要依賴于有高穩定度的基準參考電壓,參考電壓設定為5V,由TL431產生。模擬信號經過RC濾波送入AD輸入端,然后進行模數轉換后串行輸出。


1.2I/U轉換模塊


因單片機I/O接口只能接收0~5V的電壓信號,實時采集太陽能電池輸出電流需要將電流信號轉換為電壓信號,由于本系統是光伏發電系統的輔助設備,盡可能降低能量消耗是首要問題。由此霍爾電流傳感器成為首選,根據霍爾效應原理進行工作,可在幾乎不消耗能量的情況下將電流信號轉換為電壓信號。本系統采用TBCl0SY型霍爾電流傳感器,額定輸出電壓為(±4±0.5%)V,±15V雙電源供電,測量電流范圍為O~15A,基本滿足小型離網光伏系統的應用。


1.3電源設計


單片機正常運行需要為片內的晶體管或場效應管供給電源,使其工作在相應狀態。AT89S52需要一個5V電源(實際工作電壓為3.6~6.0V)。可用整流、穩壓方式供電,獲得4.5V左右的電壓,因本系統為獨立發電,且長期使用,考慮到電源壽命,該裝置由市電或干電池提供驅動電源不符合實際,所以最佳方案應該由系統內部太陽能電池的蓄電池供電,經穩壓集成塊7805穩壓為5V,輸入單片機Vcc引腳,驅動單片機及液晶顯示裝置。TBCl0SY霍爾電流傳感器,需±15V雙電源供電,同樣采用系統內的蓄電池供電.經穩壓集成塊7805、7915穩壓在±15V,從而驅動其工作。


1.4輸出顯示模塊


電量計算公式為Q=UIT,其中時間T可根據需要在軟件編程時自行確定,如每隔3min采樣一次,經內部運算后送1602液晶顯示發電量。為了節約電能,通過設置繼電器,使液晶顯示器顯示10s后自動熄滅。


2系統軟件設計


系統軟件設計主要由單片機完成,主要實現數據采集和控制顯示,整個軟件系統設計采用模塊化思想,其測量和顯示程序流程如圖2所示。


3系統測試分析


以200W的小型離網光伏系統為例,額定電壓24V,最大電流6.18A,蓄電池200Ah。設計正常放電時間為2~3d,0~6.18A的電流按比例轉換為0~5V的電壓,由2只電阻構成的衰減器,輸出電壓放大比例由電阻R1和R2的比值決定,設定U/U轉換比例為5/24,則R7=10kΩ,R6+Rp2=48kΩ。根據電量計算公式Q=UIT,實驗時間為中午12時至下午2時,從顯示電量開始,每隔3min記錄一次實際功率和監控系統所顯示的數據,各次誤差均小于3%,表l給出初始的10次測量誤差情況,隨電量逐漸增大,誤差變化范圍逐漸縮小。


4結論


由AT89S52單片機、霍爾電流傳感器以及1602液晶等構成的太陽能電池發電量的實時監控系統結構簡單、成本低廉、免維護、耗電量小并能有效地實時監控太陽能電池的發電量,及早發現太陽能電池工作中出現的異常情況。該系統設計作為光伏系統的輔助部件適用于小型離網光伏系統,同時該系統裝置器件壽命較長,耐用可靠,使其在離網光伏系統中具有廣泛應用。


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