邊鵬飛　何志琴

摘要：分析了近年來太陽能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展概況，對各種太陽能發(fā)電方法進(jìn)行了介紹并做出比較，提出了設(shè)計(jì)思路，指出了太陽能技術(shù)存在的問題以及今后在太陽能利用裝置方面的研究思路和方向。

關(guān)鍵詞：STC89C51；光伏發(fā)電；跟蹤控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16723198（2014）08018102

0引言

太陽能發(fā)電是指利用太陽光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能的一種能量轉(zhuǎn)化形式。太陽能發(fā)電有兩種形式一種是熱發(fā)電，一種是光發(fā)電，太陽能光發(fā)電是利用光生伏打效應(yīng)，將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電方式，光伏發(fā)電在太陽能發(fā)電方面發(fā)展迅速，技術(shù)也逐漸成熟，在太陽能發(fā)電的發(fā)展過程中逐漸占據(jù)的主導(dǎo)地位。太陽能作為一種取之不盡用之不竭的清潔能源，其優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)出來。在傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，利用太陽能彌補(bǔ)傳統(tǒng)燃料能源的不足，改變?nèi)祟惖哪茉唇Y(jié)構(gòu)，維持長遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展。如何高效的利用太陽能，是太陽能的利用效率達(dá)到最大，成為太陽能光伏發(fā)電研究的重要方向。

1太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展概況

1893年，法國科學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)“光生伏打效應(yīng)”，即“光伏效應(yīng)”。1930年，肖特基提出Cu2O勢壘的“光伏效應(yīng)”理論。同年，朗格首次提出用“光伏效應(yīng)”制造“太陽電池”，使太陽能變成電能。1941年，奧爾在硅上發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)。1954年，恰賓和皮爾松在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室，首次制成了實(shí)用的單晶太陽電池，效率為6%。同年，韋克爾首次發(fā)現(xiàn)了砷化鎵有光伏效應(yīng)，并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜，制成了第一塊薄膜太陽電池。1957年，硅太陽電池效率達(dá)8%。1976年，多晶硅太陽電池效率達(dá)10%。1998年，單晶硅光伏電池效率達(dá)25%。2000年，世界太陽能電池總產(chǎn)量達(dá)287MW，歐洲計(jì)劃2010年生產(chǎn)60億瓦光伏電池。

光伏發(fā)電自發(fā)生伏打效應(yīng)發(fā)現(xiàn)至今，經(jīng)歷了長時(shí)間的發(fā)展，光伏發(fā)電技術(shù)逐步成熟起來，近幾年國際上光伏發(fā)電快速發(fā)展，世界上已經(jīng)建成了10多座兆瓦級(jí)光伏發(fā)電系統(tǒng)，6個(gè)兆瓦級(jí)的聯(lián)網(wǎng)光伏電站。

中國太陽能資源非常豐富，理論儲(chǔ)量達(dá)每年17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。太陽能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。與同緯度的其他國家相比，與美國相近，比歐洲、日本優(yōu)越得多，因而有巨大的開發(fā)潛能。目前國內(nèi)光伏發(fā)電主要產(chǎn)品是精貴電池極少量非晶硅電池。目前我國商品化生產(chǎn)的單晶硅、多晶硅和非晶硅電池的效率分別為11%～14%、10%～12%和4%～6%，與發(fā)達(dá)國家相比，要低1～2個(gè)百分點(diǎn)。此外，逆變器的生產(chǎn)也僅僅停留在小功率級(jí)別，大功率逆變器的研發(fā)水平還與國外有一定的差距。

2太陽能光伏發(fā)電跟蹤控制系統(tǒng)原理

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)首先通過光線檢測部分檢測外部信號(hào)，然后通過轉(zhuǎn)換將電平信號(hào)傳入STC89C51單片機(jī)判斷太陽能電池板的左右及上下電壓情況，并作出相應(yīng)處理，輸出控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，停止三種運(yùn)行狀態(tài)，最終達(dá)到使光線垂直照射太陽能電池板的最優(yōu)狀態(tài)，并實(shí)時(shí)顯示輸出電壓，為防止陰雨天及故障等狀況，設(shè)置了外部的輔助電路。其主要系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

圖1系統(tǒng)工作流程圖太陽跟蹤控制系統(tǒng)能夠有效提高太陽能電池板發(fā)電效率，是光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分。由于地球的自轉(zhuǎn)，相對于某一個(gè)固定地點(diǎn)的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太陽的光照角度時(shí)時(shí)刻刻都在變化，有效的保證太陽能電池板能夠時(shí)刻正對太陽，發(fā)電效率才會(huì)達(dá)到最佳狀態(tài)。

3太陽能光伏發(fā)電跟蹤控制系統(tǒng)構(gòu)成

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成包括：太陽能電池板組部分，光線檢測部分、AD轉(zhuǎn)換部分及1602液晶顯示部分，步進(jìn)電機(jī)部分，繼電控制輔助電和單片機(jī)控制部分。系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如圖2所示。

圖2系統(tǒng)構(gòu)成框圖3.1太陽能光伏電池板

太陽能光伏電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中最為核心的部件，太陽能發(fā)電效率的高低很大程度上取決于光伏電池板的轉(zhuǎn)化效率。常見的太陽能光伏電池板的種類有單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池。目前單晶硅、多晶硅電池用量最大。本設(shè)計(jì)裝置采用單晶硅光伏電池板，經(jīng)過測試輸出每一塊單晶硅電池板的輸出電壓在0.5～5.5V。

3.2光線檢測部分

下面介紹了采集外界的光照強(qiáng)度所采用的方式。

3.2.1采用光敏電阻采集光信號(hào)

采用光敏電阻作為光線檢測元件，光敏電阻的阻值隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)阻值驟減的特性，可以作為光電開關(guān)，本設(shè)計(jì)通過將兩個(gè)光敏電阻置于左右（及上下）隔板兩側(cè)，作為外界光線的檢測部分當(dāng)外界光線不是垂直照射太陽能電池板時(shí)，隔板一側(cè)的光敏電阻由于沒有光線照射電阻驟升達(dá)到兆歐級(jí)，另一側(cè)由于有光線照射電阻相對另一側(cè)很小幾千歐，可以得到兩個(gè)不同的電壓信號(hào)；反之，如果光線垂直照射太陽能電池板，隔板兩側(cè)光敏電阻均受到同等的光照強(qiáng)度，光敏電阻的電阻值也就相同，得到兩個(gè)相同的電信號(hào)，通過一定的轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為高低電平信號(hào)傳入單片機(jī)。

3.2.2采用LM324比較電路

LM324是一個(gè)由四個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的一款芯片，當(dāng)運(yùn)算放大器的正相輸入端輸入電壓高于反相輸入端的輸入電壓時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出端輸出高電平，反之，若正相輸入端輸入電壓低于反相輸入端的輸入電壓時(shí)，輸出低電平。根據(jù)LM324作比較器的功能，可以將左右及上下兩組光伏電池板的輸出電壓分別接至運(yùn)放的輸入輸出端，并將輸出信號(hào)作為輸入量傳入單片機(jī)，通過判斷輸入信號(hào)來控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)。這種檢測方式由于運(yùn)放輸出只有高低兩個(gè)電平信號(hào)，因此只能控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)而不能控制電機(jī)停止，因此在工作過程中由于左右電池板電壓值完全相等的時(shí)候很少，因此步進(jìn)電機(jī)始終處于正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)的運(yùn)行中，整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性不是很好。

3.2.3采用改進(jìn)的LM324比較電路（給定電平法）

本設(shè)計(jì)采用基于上述兩種檢測電平信號(hào)綜合而成的方法，以左右電池板一維為例，采用LM324的兩個(gè)運(yùn)放電路，將左右輸出電壓與給定電壓相比較，若左右輸出電壓均高于給定電壓值，則兩運(yùn)放輸出均為高電平，若左右輸出電壓均低于給定電壓值，則兩運(yùn)放均輸出低電平，這兩種情況下，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，若有一側(cè)輸出電壓高于設(shè)定值，而另一側(cè)輸出電壓低于設(shè)定值，這種情況下，單片機(jī)根據(jù)輸出端的電平值，控制相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。這種檢測方式相比以上兩種方式，可以通過改變電壓給定值，調(diào)節(jié)光伏發(fā)電系統(tǒng)的靈敏度，而且系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。

作為本設(shè)計(jì)測量的是不斷變化的電池板電壓值，精度無需太高，經(jīng)過測試太陽能電池板的輸出電壓范圍大致在0.5～5.5V之間，而AD0804的輸入電壓為0～5V，將太陽能電池板的正負(fù)極輸出接至AD0804的模擬量輸入端，AD0804的CS，RD，WR端數(shù)字量輸出端DB0～DB7端分別接至單片機(jī)的I/O口。1602液晶顯示屏是2×16的顯示屏可顯示32個(gè)字符，實(shí)現(xiàn)顯示實(shí)時(shí)電壓值的功能。

圖4AD0804接線圖圖51602液晶屏接線圖3.4步進(jìn)電機(jī)部分

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用ULN2003芯片，步進(jìn)電機(jī)采用五線四相制步進(jìn)電機(jī)，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式有三種分別為正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)和停止。通過在單片機(jī)中編程控制步進(jìn)電機(jī)繞組通電的相序，控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式。

圖6步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)接線圖3.5繼電器控制輔助電路部分

由繼電器控制輸入的輔助電路部分是一個(gè)5V的直流電源電路，當(dāng)太陽能電池板的輸出電壓持續(xù)低于4V時(shí)超過

作者簡介：孫連峰（1981-），男，工程師，2004年畢業(yè)于西南交通大學(xué)工程土木工程專業(yè)。一段時(shí)間，單片機(jī)通過I/O口輸出控制相應(yīng)的繼電器，繼電器得電接通外部的5V穩(wěn)壓電路，繼續(xù)向負(fù)載供電，以保證負(fù)載不會(huì)在欠壓的狀態(tài)下工作。

3.6STC89C51單片機(jī)控制部分

本設(shè)計(jì)采用兩塊STC89C51單片機(jī)，一塊用來控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，另一塊用來采集輸出電壓并在1602液晶屏上顯示。通過光線檢測部分傳入電平信號(hào)至單片機(jī)，電平信號(hào)則反映出左右電池板及上下電池板受光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱，在單片機(jī)內(nèi)通過條件判斷，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003，控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，停止；太陽能電池板組輸出的電壓由AD0804模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊得到相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)輸入至單片機(jī)，通過對數(shù)字信號(hào)處理，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在1602液晶顯示屏；當(dāng)外界光照強(qiáng)度過低，電池板輸入的電壓值持續(xù)小于2V一段時(shí)間，單片機(jī)輸出電平信號(hào)控制繼電器動(dòng)作，啟動(dòng)外部輔助電路為負(fù)載供電。

圖7單片機(jī)最小系統(tǒng)4太陽能光伏發(fā)電存在的問題

目前通用的太陽能光伏發(fā)電在硬件設(shè)備和軟件處理算法中仍存在一些問題和難點(diǎn)。

（1）光伏發(fā)電器件的光電轉(zhuǎn)換效率盡管有所提高但是轉(zhuǎn)換效率仍然很低。

（2）光伏發(fā)電追蹤控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性控制，最優(yōu)化控制的算法上還有很大的改善空間。

（3）實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的聯(lián)網(wǎng)互補(bǔ)，使光伏發(fā)電與火力發(fā)電，水力發(fā)電，核能發(fā)電等共同形成對于電網(wǎng)的能源支撐。

（4）光伏發(fā)電設(shè)備的成本還不是很低，光伏發(fā)電設(shè)備以及相關(guān)組件的大規(guī)模生產(chǎn)還有很大的發(fā)展空間。

5太陽能光伏發(fā)電今后的發(fā)展思路和方向

針對太陽能光伏發(fā)電存在的問題，其今后其發(fā)展的思路和方向主要?dú)w納為以下幾點(diǎn)：

（1）通過改進(jìn)光伏發(fā)電元件的生產(chǎn)工藝，采用不同材質(zhì)的光伏材料，研制出體積更小，成本更低，轉(zhuǎn)化效率更高的太陽能光伏電池板以適應(yīng)不同領(lǐng)域的需要。

（2）設(shè)計(jì)適用于不同場合的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，往大型化發(fā)展，可以作為供電系統(tǒng)融入電網(wǎng)之中，往微型化發(fā)展可以遍布日常生活的各個(gè)角落。

（3）在控制方面通過改進(jìn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的追蹤裝置，改進(jìn)控制算法思想，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的光能最大化利用。

參考文獻(xiàn)

[1]趙晶，趙爭鳴，周德佳，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展[J].電氣應(yīng)用，2007.

[2]張耀明.中國太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與前景[J].能源研究與利用，2007.

[3]蔡宣三.太陽能光伏發(fā)電現(xiàn)狀與趨勢[J].電力電子，2008.

[4]楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5]郭天祥.新概念51單片機(jī)教程入門，提高，開發(fā)[M].北京：電子工業(yè)大學(xué)出版社，2009.

[6]陳伯時(shí)，劉錦波，張承慧等.電機(jī)與拖動(dòng)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[7]王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[8]徐婧.太陽能光伏電池板傾角優(yōu)化研究[J].江蘇廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2012.

本設(shè)計(jì)采用基于上述兩種檢測電平信號(hào)綜合而成的方法，以左右電池板一維為例，采用LM324的兩個(gè)運(yùn)放電路，將左右輸出電壓與給定電壓相比較，若左右輸出電壓均高于給定電壓值，則兩運(yùn)放輸出均為高電平，若左右輸出電壓均低于給定電壓值，則兩運(yùn)放均輸出低電平，這兩種情況下，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，若有一側(cè)輸出電壓高于設(shè)定值，而另一側(cè)輸出電壓低于設(shè)定值，這種情況下，單片機(jī)根據(jù)輸出端的電平值，控制相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。這種檢測方式相比以上兩種方式，可以通過改變電壓給定值，調(diào)節(jié)光伏發(fā)電系統(tǒng)的靈敏度，而且系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。

作為本設(shè)計(jì)測量的是不斷變化的電池板電壓值，精度無需太高，經(jīng)過測試太陽能電池板的輸出電壓范圍大致在0.5～5.5V之間，而AD0804的輸入電壓為0～5V，將太陽能電池板的正負(fù)極輸出接至AD0804的模擬量輸入端，AD0804的CS，RD，WR端數(shù)字量輸出端DB0～DB7端分別接至單片機(jī)的I/O口。1602液晶顯示屏是2×16的顯示屏可顯示32個(gè)字符，實(shí)現(xiàn)顯示實(shí)時(shí)電壓值的功能。

圖4AD0804接線圖圖51602液晶屏接線圖3.4步進(jìn)電機(jī)部分

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用ULN2003芯片，步進(jìn)電機(jī)采用五線四相制步進(jìn)電機(jī)，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式有三種分別為正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)和停止。通過在單片機(jī)中編程控制步進(jìn)電機(jī)繞組通電的相序，控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式。

圖6步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)接線圖3.5繼電器控制輔助電路部分

由繼電器控制輸入的輔助電路部分是一個(gè)5V的直流電源電路，當(dāng)太陽能電池板的輸出電壓持續(xù)低于4V時(shí)超過

作者簡介：孫連峰（1981-），男，工程師，2004年畢業(yè)于西南交通大學(xué)工程土木工程專業(yè)。一段時(shí)間，單片機(jī)通過I/O口輸出控制相應(yīng)的繼電器，繼電器得電接通外部的5V穩(wěn)壓電路，繼續(xù)向負(fù)載供電，以保證負(fù)載不會(huì)在欠壓的狀態(tài)下工作。

3.6STC89C51單片機(jī)控制部分

本設(shè)計(jì)采用兩塊STC89C51單片機(jī)，一塊用來控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，另一塊用來采集輸出電壓并在1602液晶屏上顯示。通過光線檢測部分傳入電平信號(hào)至單片機(jī)，電平信號(hào)則反映出左右電池板及上下電池板受光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱，在單片機(jī)內(nèi)通過條件判斷，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003，控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，停止；太陽能電池板組輸出的電壓由AD0804模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊得到相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)輸入至單片機(jī)，通過對數(shù)字信號(hào)處理，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在1602液晶顯示屏；當(dāng)外界光照強(qiáng)度過低，電池板輸入的電壓值持續(xù)小于2V一段時(shí)間，單片機(jī)輸出電平信號(hào)控制繼電器動(dòng)作，啟動(dòng)外部輔助電路為負(fù)載供電。

圖7單片機(jī)最小系統(tǒng)4太陽能光伏發(fā)電存在的問題

目前通用的太陽能光伏發(fā)電在硬件設(shè)備和軟件處理算法中仍存在一些問題和難點(diǎn)。

（1）光伏發(fā)電器件的光電轉(zhuǎn)換效率盡管有所提高但是轉(zhuǎn)換效率仍然很低。

（2）光伏發(fā)電追蹤控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性控制，最優(yōu)化控制的算法上還有很大的改善空間。

（3）實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的聯(lián)網(wǎng)互補(bǔ)，使光伏發(fā)電與火力發(fā)電，水力發(fā)電，核能發(fā)電等共同形成對于電網(wǎng)的能源支撐。

（4）光伏發(fā)電設(shè)備的成本還不是很低，光伏發(fā)電設(shè)備以及相關(guān)組件的大規(guī)模生產(chǎn)還有很大的發(fā)展空間。

5太陽能光伏發(fā)電今后的發(fā)展思路和方向

針對太陽能光伏發(fā)電存在的問題，其今后其發(fā)展的思路和方向主要?dú)w納為以下幾點(diǎn)：

（1）通過改進(jìn)光伏發(fā)電元件的生產(chǎn)工藝，采用不同材質(zhì)的光伏材料，研制出體積更小，成本更低，轉(zhuǎn)化效率更高的太陽能光伏電池板以適應(yīng)不同領(lǐng)域的需要。

（2）設(shè)計(jì)適用于不同場合的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，往大型化發(fā)展，可以作為供電系統(tǒng)融入電網(wǎng)之中，往微型化發(fā)展可以遍布日常生活的各個(gè)角落。

（3）在控制方面通過改進(jìn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的追蹤裝置，改進(jìn)控制算法思想，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的光能最大化利用。

參考文獻(xiàn)

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[5]郭天祥.新概念51單片機(jī)教程入門，提高，開發(fā)[M].北京：電子工業(yè)大學(xué)出版社，2009.

[6]陳伯時(shí)，劉錦波，張承慧等.電機(jī)與拖動(dòng)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[7]王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[8]徐婧.太陽能光伏電池板傾角優(yōu)化研究[J].江蘇廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2012.

本設(shè)計(jì)采用基于上述兩種檢測電平信號(hào)綜合而成的方法，以左右電池板一維為例，采用LM324的兩個(gè)運(yùn)放電路，將左右輸出電壓與給定電壓相比較，若左右輸出電壓均高于給定電壓值，則兩運(yùn)放輸出均為高電平，若左右輸出電壓均低于給定電壓值，則兩運(yùn)放均輸出低電平，這兩種情況下，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，若有一側(cè)輸出電壓高于設(shè)定值，而另一側(cè)輸出電壓低于設(shè)定值，這種情況下，單片機(jī)根據(jù)輸出端的電平值，控制相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。這種檢測方式相比以上兩種方式，可以通過改變電壓給定值，調(diào)節(jié)光伏發(fā)電系統(tǒng)的靈敏度，而且系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。

作為本設(shè)計(jì)測量的是不斷變化的電池板電壓值，精度無需太高，經(jīng)過測試太陽能電池板的輸出電壓范圍大致在0.5～5.5V之間，而AD0804的輸入電壓為0～5V，將太陽能電池板的正負(fù)極輸出接至AD0804的模擬量輸入端，AD0804的CS，RD，WR端數(shù)字量輸出端DB0～DB7端分別接至單片機(jī)的I/O口。1602液晶顯示屏是2×16的顯示屏可顯示32個(gè)字符，實(shí)現(xiàn)顯示實(shí)時(shí)電壓值的功能。

圖4AD0804接線圖圖51602液晶屏接線圖3.4步進(jìn)電機(jī)部分

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用ULN2003芯片，步進(jìn)電機(jī)采用五線四相制步進(jìn)電機(jī)，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式有三種分別為正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)和停止。通過在單片機(jī)中編程控制步進(jìn)電機(jī)繞組通電的相序，控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式。

圖6步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)接線圖3.5繼電器控制輔助電路部分

由繼電器控制輸入的輔助電路部分是一個(gè)5V的直流電源電路，當(dāng)太陽能電池板的輸出電壓持續(xù)低于4V時(shí)超過

作者簡介：孫連峰（1981-），男，工程師，2004年畢業(yè)于西南交通大學(xué)工程土木工程專業(yè)。一段時(shí)間，單片機(jī)通過I/O口輸出控制相應(yīng)的繼電器，繼電器得電接通外部的5V穩(wěn)壓電路，繼續(xù)向負(fù)載供電，以保證負(fù)載不會(huì)在欠壓的狀態(tài)下工作。

3.6STC89C51單片機(jī)控制部分

本設(shè)計(jì)采用兩塊STC89C51單片機(jī)，一塊用來控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，另一塊用來采集輸出電壓并在1602液晶屏上顯示。通過光線檢測部分傳入電平信號(hào)至單片機(jī)，電平信號(hào)則反映出左右電池板及上下電池板受光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱，在單片機(jī)內(nèi)通過條件判斷，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003，控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，停止；太陽能電池板組輸出的電壓由AD0804模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊得到相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)輸入至單片機(jī)，通過對數(shù)字信號(hào)處理，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在1602液晶顯示屏；當(dāng)外界光照強(qiáng)度過低，電池板輸入的電壓值持續(xù)小于2V一段時(shí)間，單片機(jī)輸出電平信號(hào)控制繼電器動(dòng)作，啟動(dòng)外部輔助電路為負(fù)載供電。

圖7單片機(jī)最小系統(tǒng)4太陽能光伏發(fā)電存在的問題

目前通用的太陽能光伏發(fā)電在硬件設(shè)備和軟件處理算法中仍存在一些問題和難點(diǎn)。

（1）光伏發(fā)電器件的光電轉(zhuǎn)換效率盡管有所提高但是轉(zhuǎn)換效率仍然很低。

（2）光伏發(fā)電追蹤控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性控制，最優(yōu)化控制的算法上還有很大的改善空間。

（3）實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的聯(lián)網(wǎng)互補(bǔ)，使光伏發(fā)電與火力發(fā)電，水力發(fā)電，核能發(fā)電等共同形成對于電網(wǎng)的能源支撐。

（4）光伏發(fā)電設(shè)備的成本還不是很低，光伏發(fā)電設(shè)備以及相關(guān)組件的大規(guī)模生產(chǎn)還有很大的發(fā)展空間。

5太陽能光伏發(fā)電今后的發(fā)展思路和方向

針對太陽能光伏發(fā)電存在的問題，其今后其發(fā)展的思路和方向主要?dú)w納為以下幾點(diǎn)：

（1）通過改進(jìn)光伏發(fā)電元件的生產(chǎn)工藝，采用不同材質(zhì)的光伏材料，研制出體積更小，成本更低，轉(zhuǎn)化效率更高的太陽能光伏電池板以適應(yīng)不同領(lǐng)域的需要。

（2）設(shè)計(jì)適用于不同場合的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，往大型化發(fā)展，可以作為供電系統(tǒng)融入電網(wǎng)之中，往微型化發(fā)展可以遍布日常生活的各個(gè)角落。

（3）在控制方面通過改進(jìn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的追蹤裝置，改進(jìn)控制算法思想，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的光能最大化利用。

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