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使用MCU或SOC可以簡便地提高太陽能板的效率

作者:Udayan Umapathi,Gautam Das G 時間:2011-11-09 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

  今天,人們比以往任何時候都更關(guān)心礦石燃料排放和傳統(tǒng)發(fā)電和可再生能源所導(dǎo)致的環(huán)境問題。在可再生資源中,主要是太陽能板和風(fēng)力發(fā)電。他們的優(yōu)勢是可保持并且無污染,但他們的安裝成本較高,并且在大多數(shù)應(yīng)用中,他們的負載接口需要電源調(diào)節(jié)器(dc/dc 或dc/ac轉(zhuǎn)換)。光電模塊(PV模塊)還有相對較低的轉(zhuǎn)換效率。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/125693.htm

  使用高效率電源調(diào)節(jié)可以減少整體系統(tǒng)成本,旨在從PV模塊提取最大限度的能量(使用最大功率點追蹤技術(shù)--MPPT)?,F(xiàn)有的面板系統(tǒng)也存在缺點,一整天只能導(dǎo)向一個方向,不能總是直接面對太陽光。

  在這篇文章中,我們將討論的技術(shù)是,如何在系統(tǒng)級提高太陽能面板效率,包括太陽能電池板最大受光定位,最大限度地從太陽能板提取現(xiàn)有電力,以及智能電池壽命管理。

  框圖

  

 

  圖1.框圖

  我們從框圖中可以看到,該系統(tǒng)的主要部件是一個或一個片上系統(tǒng)(SoC)。系統(tǒng)的全部智能都來源于這顆芯片,它是可重構(gòu)和可升級的。在太陽能面板中,兩個光電二極體保持與面板平面垂直,其輸出反饋到()。這些二極管和直流電機確定面板方位。根據(jù)二極管輸入,MCU控制直流馬達使太陽能電池板定位到可以收到最大光的方向。這兩個用于陽光跟蹤的光電二極體是反向偏壓的,這意味著通過這些二極管的反向電流隨入射光而變化。在白天,反向電流在10uA和 75uA之間變化。逆向暗電流(當沒有光線入射光電二極體)只有幾nA。

  跨阻放大器(TIA)用于將反向電流轉(zhuǎn)換成等效電壓。放大器的增益使用反饋電阻設(shè)置。光電二極體經(jīng)常有大量輸出電容。這需要在TIA并聯(lián)反饋電容,從而保證穩(wěn)定性并提供帶寬限制減少寬帶噪聲。TIA的輸出電壓Vout,由下列公式?jīng)Q定:

  這里Rfb是電阻反饋,Iin是二極管電流,Vref是連接到運算放大器正極的參考電壓。

  輸出電壓是使用一個片上模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)字化的。由于反向電流很小(數(shù)十uA),ADC必須能夠分辨較小的電壓,所以需要精確的參考電壓。每一個傳感器的輸出要經(jīng)過固件IIR濾波器濾波,清除任何光強度的突然變化。系統(tǒng)中使用一個ADC可測量到多個電壓。兩個二極管對應(yīng)的數(shù)字化值不斷地比較。如果兩個值之間的差異在一個預(yù)定的門限內(nèi),面板位置保持不動。如果差超過門限,面板朝強度高的方向傾斜,直到差進入門限范圍內(nèi)。這樣我們就可以定位面板朝最大光強度的方向。

  直流電機使用MCU產(chǎn)生的PWM信號來驅(qū)動。PWM占空比決定電機旋轉(zhuǎn)速度。保持占空比較低,這是為了有緩慢而精確的運動。隨著面板定位好自身方向接受最強光,PWM占空比逐漸降低。一個可行的案例是一個65535 step的16位PWM。采用這樣小的step,就可以從黎明到黃昏都能準確地追蹤陽光。

  電機運動時電流是幾十mA。MCU的GPIO不能提供足夠的源電流來驅(qū)動電機。要有一個電機驅(qū)動芯片來增大。驅(qū)動有H橋結(jié)構(gòu),其允許電機電流方向的數(shù)字控制,因此電機方向也可控制。驅(qū)動可以提供1A的電流。還要注意,跟蹤機制是這樣的,電機是定期的(每隔幾分鐘)間歇脈沖。因此,驅(qū)動電機的平均電流相當小。

  有兩個開關(guān)連接到MCU。這些開關(guān)當面板旋轉(zhuǎn)到極限位置(東和西)時觸發(fā),他們決定面板的最大旋轉(zhuǎn)限度。在MCU上有一個輔助實時時鐘,其保持時間跟蹤,所以一旦太陽下山,光強明顯變?nèi)醯臅r候,面板重新回到初始位置,面向東方。第二天,面板接著追蹤太陽并處理。


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