太阳能发电量的检测与设计

太阳能发电量的检测与设计可再生能源太阳能发电可分为太阳能光发电(又称光伏)和太阳能热发电两大类，后者由于技术比较复杂，只能用于比较大的容量，应用受到一定限制，所以目前实际应用较少。太阳能光发电具有取之不尽，用之不竭，无污染等诸多优点，已成为人类寻求新能源的热点。但同时又存在应用间歇性，发电量与气候条件有关的缺点。因此，为提高太阳能电池的利用率，实时监控发电量是很有必要的，可以及早发现太阳能电池工作中出现的异常情况。这里提出了一种太阳能电池发电量实时监控系统的设计方案。系统利用AT89S52单片机控制，采用霍尔电流传感器对太阳能电池的输出电流测量，其突出优点是可以在几乎不消耗能量情况下，将电流转换为电压进行测量。1系统硬件设计系统硬件电路如图1所示，主要由太阳能电池组、霍尔电流传感器组成的，I／U转换电路、液晶1602组成的显示装置、AT89S52单片机构成的控制系统，以及铅酸蓄电池构成的储能系统5部分组成。其工作过程：太阳能电池接收光照时，产生电流，对蓄电池充电，单片机通过稳压装置由蓄电池提供驱动电压，对太阳能电池产生的电量进行实时信号采集。由于单片机只能接收电压信号，所以在信号接收前由I／U、U／U转换模块将信号调至合适的电压。经内部运算处理，结果送1602液晶显示装置显示电池发电量。1．1A／D转换模块当模拟信号输入单片机后需要转换为数字信号，由于需要同时测量太阳能电池输出电压和电流，故采用ADC0832是8位串行双通道A／D转换器，A／D转换精度要依赖于有高稳定度的基准参考电压，参考电压设定为5V，由TL431产生。模拟信号经过RC滤波送入AD输入端，然后进行模数转换后串行输出。1．2I／U转换模块因单片机I／O接口只能接收0～5V的电压信号，实时采集太阳能电池输出电流需要将电流信号转换为电压信号，由于本系统是光伏发电系统的辅助设备，尽可能降低能量消耗是首要问题。由此霍尔电流传感器成为首选，根据霍尔效应原理进行工作，可在几乎不消耗能量的情况下将电流信号转换为电压信号。本系统采用TBCl0SY型霍尔电流传感器，额定输出电压为(±4±0．5％)V，±15V双电源供电，测量电流范围为O～15A，基本满足小型离网光伏系统的应用。1．3电源设计单片机正常运行需要为片内的晶体管或场效应管供给电源，使其工作在相应状态。AT89S52需要一个5V电源(实际工作电压为3．6～6．0V)。可用整流、稳压方式供电，获得4．5V左右的电压，因本系统为独立发电，且长期使用，考虑到电源寿命，该装置由市电或干电池提供驱动电源不符合实际，所以最佳方案应该由系统内部太阳能电池的蓄电池供电，经稳压集成块7805稳压为5V，输入单片机Vcc引脚，驱动单片机及液晶显示装置。TBCl0SY霍尔电流传感器，需±15V双电源供电，同样采用系统内的蓄电池供电．经稳压集成块7805、7915稳压在±15V，从而驱动其工作。1．4输出显示模块电量计算公式为Q=UIT，其中时间T可根据需要在软件编程时自行确定，如每隔3min采样一次，经内部运算后送1602液晶显示发电量。为了节约电能，通过设置继电器，使液晶显示器显示10s后自动熄灭。2系统软件设计系统软件设计主要由单片机完成，主要实现数据采集和控制显示，整个软件系统设计采用模块化思想，其测量和显示程序流程如图2所示。3系统测试分析以200W的小型离网光伏系统为例，额定电压24V，最大电流6．18A，蓄电池200Ah。设计正常放电时间为2～3d，0～6．18A的电流按比例转换为0～5V的电压，由2只电阻构成的衰减器，输出电压放大比例由电阻R1和R2的比值决定，设定U／U转换比例为5／24，则R7=10kΩ，R6+Rp2=48kΩ。根据电量计算公式Q=UIT，实验时间为中午12时至下午2时，从显示电量开始，每隔3min记录一次实际功率和监控系统所显示的数据，各次误差均小于3％，表l给出初始的10次测量误差情况，随电量逐渐增大，误差变化范围逐渐缩小。4结论由AT89S52单片机、霍尔电流传感器以及1602液晶等构成的太阳能电池发电量的实时监控系统结构简单、成本低廉、免维护、耗电量小并能有效地实时监控太阳能电池的发电量，及早发现太阳能电池工作中出现的异常情况。该系统设计作为光伏系统的辅助部件适用于小型离网光伏系统，同时该系统装置器件寿命较长，耐用可靠，使其在离网光伏系统中具有广泛应用。