使用MCU或SOC可以簡便地提高太陽能板的效率

　　今天，人們比以往任何時候都更關心礦石燃料排放和傳統(tǒng)發(fā)電和可再生能源所導致的環(huán)境問題。在可再生資源中，主要是太陽能板和風力發(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)應用中，他們的負載接口需要電源調節(jié)器(dc/dc 或dc/ac轉換)。光電模塊(PV模塊)還有相對較低的轉換效率。

　　使用高效率電源調節(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--MPPT)。現(xiàn)有的面板系統(tǒng)也存在缺點，一整天只能導向一個方向，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MCU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MCU(MCU)。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)用于將反向電流轉換成等效電壓。放大器的增益使用反饋電阻設置。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信號來驅動。PWM占空比決定電機旋轉速度。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動電機。要有一個電機驅動芯片來增大。驅動有H橋結構，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，驅動電機的平均電流相當小。

　　有兩個開關連接到MCU。這些開關當面板旋轉到極限位置(東和西)時觸發(fā)，他們決定面板的最大旋轉限度。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。