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基于ARM的太阳能发电控制系统的设计与实现

导读: 目前,我国国内太阳能自动跟踪器主要有:压差式太阳能跟踪器,控放式太阳跟踪,时钟式太阳跟踪器,比较控制式太阳跟踪器。纯机械式的跟踪器和时钟式的机电跟踪器精度偏低,本系统采用了精度相对较高的光敏电阻控制的双轴太阳跟踪器的控制方式使光伏电池始终朝向太阳。

  引言

 

  目前,我国国内太阳能自动跟踪器主要有:压差式太阳能跟踪器,控放式太阳跟踪,时钟式太阳跟踪器,比较控制式太阳跟踪器。纯机械式的跟踪器和时钟式的机电跟踪器精度偏低,本系统采用了精度相对较高的光敏电阻控制的双轴太阳跟踪器的控制方式使光伏电池始终朝向太阳;在天黑后,能够使电池板重新朝向东方,实现日循环运行。

 

  太阳能发电控制系统

 

  传感器结构

  该跟踪器的传感器结构见图1。设置一个圆筒形外壳,在圆筒外部东、南、西、北四个方向上分别布置4 只光敏电阻;其中P1、P3 东西对称安装在圆筒的两侧,用来粗略的检测太阳由东往西运动的偏转角度即方位角;P2、P4 南北对称安装在圆筒的两侧,用来粗略检测太阳的视高度即高度角;在圆筒内部,东、南、西、北四个方向上也分别布置4 只光敏电阻,用来精确检测太阳由东往西运动的偏转角度和太阳的视高度。

 

  

  图1 传感器结构示意图

 

  立柱转动式跟踪器

 

  跟踪器的结构见图2。步进电机1固定在底座上,主轴及其支撑轴承安装在底座上面(主轴相对于底座可以转动),转动架以及支架固定安装在主轴上,光伏电池、步进电机2 安装在支架上面(光伏电池相对于支架可以转动),步进电机2 的输出轴连接在光伏电池上。

 

  

  图2 立柱转动式跟踪器示意图

 

  当光线发生偏移,控制部分发出控制信号驱动步进电机 1 带动转动架以及固定在转动架上的主轴、支架以及光伏电池转动;同时控制信号驱动步进电机2 带动光伏电池相对与支架转动,通过步进电机1、步进电机2 的共同工作实现对太阳方位角和高度角的跟踪[2]。

 

  MPPT控制器

 

  光伏电池的输出功率与它的工作电压有关(U-P曲线一般呈先上升后下降的光滑曲线,中间的某个电压值取得最大功率),只有工作在最合适的电压下,它的输出功率才会有个唯一的最大值。如:在日照强度为1000W/m2 下,U=24V,I=1A;U=30V,I=0.9A;U=36V,I=0.7A;可见30V的电压下输出功率更大。MPPT(最大功率点跟踪)控制器主要功能是:检测主回路直流电压及输出电流,计算出太阳电池阵列的输出功率,并实现对最大功率点的追踪 [3]。图 3为实际应用扰动与观察法来实现最大功率点追踪的示意图。

 

  

  图3 MPPT控制实现示意图

 

  扰动电阻 R 和MOSFET 串连在一起,在输出电压基本稳定的条件下,通过改变MOSFET的占空比,来改变通过电阻的平均电流,因此产生了电流的扰动[4]。同时,光伏电池的输出电流和输出电压亦将随之变化,通过测量扰动前后光伏电池输出功率和电压的变化,以决定下一周期的扰动方向,当扰动方向正确时太阳能光电板输出功率增加,下一周期继续朝同一方向扰动,反之,当太阳能光电板输出功率减少时,表示扰动方向错误,下一周期朝反向扰动,如此反复进行着扰动与观察来使太阳能光电板输出达最大功率点。

 

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