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光伏发电系统控制器设计与实现

时间:2020-08-27 08:40来源:未知 作者:admin 点击:
我国的太阳能光伏发电的技术和材料研发虽然起步稍晚却后来居上,到目前为止太阳能光伏发电就在航天、军工和民用领域得到了广泛应用。在经过多年的努力,光伏发电有了相当的水平基
  
我国的太阳能光伏发电的技术和材料研发虽然起步稍晚却后来居上,到目前为止太阳能光伏发电就在航天、军工和民用领域得到了广泛应用。在经过多年的努力,光伏发电有了相当的水平基础。目前光伏发电控制器的设计和实现方面已有多种类型产品在流通,包括了各种功率范围、使用环境的不同产品,此类产品多数用于有人值守环境下,如发现问题多采用人工干预的方式加以解决。在农业生产环境中,由于物联网技术的不断拓展,催生了对无人值守电源的大量需求,以往多采用蓄电池或简单的光伏发电系统进行供电,使用过程中经常出现断电、损坏等现象,针对农业物联网的特点和应用范围,研究并设计了一套光伏发电系统控制器,该控制器经过实测可以满足目前农业物联网对供电的需求。
 
1系统整体设计
 
光伏发电系统功能结构如图1所示。主要由光伏板、云台、充电控制器、蓄电池、电源转换模块、电源输出组块、电压监测与显示模块、主控制器、键盘、振动传感器、通信模块和报警输出模块等部件构成。光伏发电系统主控制器采用STC12C516AD单片机,此型号单片机具有三组常用I/O接口,其中P1口为AD功能输入,采用该型号单片机可以优化设计。表1所示为引脚名称及功能分配。
 
2PCB设计
 
控制器主电路板规格为150mm*80mm,采用双层布线工艺设计制造,控制板采用12V直流供电,板上安装有12V转5V的DC-DC电源为主控制芯片供电。PCB布线后板图如图2所示,从PCB文件生成的3D仿真图如图3所示。
 
3系统功能介绍
 
在本设计中使用了单片机和编制专用软件,实现了对太阳能板的智能控制,通过充电电压和电流的检测,实现了对过充、过放、电子短路、过载等故障现象的保护,采用的防反接保护措施防止使用过程中不会对负载造成损坏,蓄电池进行充电采取串联式PWM充电主电路,使充电回效率较非PWM高3%-6%,增加了用电时间,同时具有高精度温度补偿,并能在寒冷、高温、潮湿环境运行,较为适合农业生产环境,为物联网的发展提供基础性支持。系统设计中使用了数字LED显示装置,通过遥控器可完成所有设置和输出控制,防止误操作和非工作性使用,增强了系统的安全性和保密性。系统中可以选择安装GPRS通信模块,能够实现对太阳能供电控制器的远程遥控,并配合上位机软件进行集群控制。设计的太阳能控制板实物如图4所示。
 
4结束语
 
综合以上实验过程以及数据发现,设计的光伏发电控制系统可以实现对系统的全面监控,满足设计需求,通过组网可达到集群控制的目的,有利于解决目前边远地区和无人值守地区的小功率供电问题,本研究对于解决光伏发电监控系统的设计具有一定的参考价值。
 
参考文献:
 
[1]窦伟,许洪华,李晶.跟踪式光伏发电系统研究[J].太阳能学报,2007,28(2):169-173.
 
[2]陈维,李戬洪.太阳能利用中的跟踪控制方式的研究[J].能源工程,2003(3):18-21.
 
[3]陈成钧.太阳能基础物理[M].北京:机械工业出版社,2012.
 
[4]盛四清,范林涛,谭晓林,等.计及气象条件的光伏板最佳安装角度计算[J].陕西电力,2014,42(1):42-45.
 
[5]ZekaiSen.太阳能基础理论与建模估算技术———大气环境气候变化和可再生能源[M].北京:电子工业出版社,2013.
 
作者:段宇凡 李少飞 杨昌登 盖新鹏 闫星源 张航 李松 任守华 单位:1.黑龙江八一农垦大学 2.国网黑龙江大庆供电公
 
(责任编辑:admin)
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