基于ARM的太陽(yáng)能發(fā)電控制系統(tǒng)功率研究

　　當(dāng)光線發(fā)生偏移，控制部分發(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 1 帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)架以及固定在轉(zhuǎn)動(dòng)架上的主軸、支架以及光伏電池轉(zhuǎn)動(dòng);同時(shí)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)2 帶動(dòng)光伏電池相對(duì)與支架轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)1、步進(jìn)電機(jī)2 的共同工作實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)方位角和高度角的跟蹤[2]。

　　MPPT控制器

　　光伏電池的輸出功率與它的工作電壓有關(guān)(U-P曲線一般呈先上升后下降的光滑曲線，中間的某個(gè)電壓值取得最大功率)，只有工作在最合適的電壓下，它的輸出功率才會(huì)有個(gè)唯一的最大值。如：在日照強(qiáng)度為1000W/m2 下，U=24V，I=1A;U=30V，I=0.9A;U=36V，I=0.7A;可見(jiàn)30V的電壓下輸出功率更大。MPPT(最大功率點(diǎn)跟蹤)控制器主要功能是:檢測(cè)主回路直流電壓及輸出電流，計(jì)算出太陽(yáng)電池陣列的輸出功率，并實(shí)現(xiàn)對(duì)最大功率點(diǎn)的追蹤 [3]。圖 3為實(shí)際應(yīng)用擾動(dòng)與觀察法來(lái)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)追蹤的示意圖。

　　圖3 MPPT控制實(shí)現(xiàn)示意圖

　　擾動(dòng)電阻 R 和MOSFET 串連在一起，在輸出電壓基本穩(wěn)定的條件下，通過(guò)改變MOSFET的占空比，來(lái)改變通過(guò)電阻的平均電流，因此產(chǎn)生了電流的擾動(dòng)[4]。同時(shí)，光伏電池的輸出電流和輸出電壓亦將隨之變化，通過(guò)測(cè)量擾動(dòng)前后光伏電池輸出功率和電壓的變化，以決定下一周期的擾動(dòng)方向，當(dāng)擾動(dòng)方向正確時(shí)太陽(yáng)能光電板輸出功率增加，下一周期繼續(xù)朝同一方向擾動(dòng)，反之，當(dāng)太陽(yáng)能光電板輸出功率減少時(shí)，表示擾動(dòng)方向錯(cuò)誤，下一周期朝反向擾動(dòng)，如此反復(fù)進(jìn)行著擾動(dòng)與觀察來(lái)使太陽(yáng)能光電板輸出達(dá)最大功率點(diǎn)。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的主控制電路在整個(gè)設(shè)計(jì)中占有重要地位，它主要對(duì)主回路進(jìn)行控制，保證 MPPT 算法有效實(shí)現(xiàn)，使 DC/DC 變換保持恒壓輸出，且與 LCD 的人機(jī)接口通信。它還在對(duì)蓄電池充放電的控制電路起著重要的作用。首先它對(duì)光伏電池功率的有效跟蹤，使得蓄電池的充電可以得到最大功率的恒壓電流。從而避免了光伏電池能量的浪費(fèi)。其次，主控制器控制的恒壓電流也使設(shè)計(jì)恒壓充電的充放電電路變的容易。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

　　圖4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　驅(qū)動(dòng)電路

　　光敏電阻采用的型號(hào)為GM5516,亮電阻：5-10 K Ω，暗電阻：200K Ω以上。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)4對(duì)8路(R1對(duì)應(yīng)圖1中的P1,R2對(duì)應(yīng)圖1中的P3，R3-R8同理)光敏電阻即時(shí)進(jìn)行A/D采集，將所采集的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，判斷方位角和俯仰角的變化，并通過(guò)I/O(OUT1-OUT8)給步進(jìn)電機(jī)1個(gè)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)脈沖， 控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向正確的方向，然后繼續(xù)進(jìn)行A/D采集和控制，直到信號(hào)差在一定范圍之內(nèi)，此時(shí)光伏電池正對(duì)太陽(yáng)。電路示于圖5和圖6。

　　圖5 光敏電阻采集電路