太陽能光伏匯流箱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要 光伏匯流箱是光伏發(fā)電的重要組成部分，主要用于太陽能光伏組件與直流控制柜間的連接。文中設(shè)計(jì)的光伏匯流箱主電路以單片機(jī)STC12C5A60S2為控制核心，由電流檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路、通信電路和電源電路等組成，主要實(shí)現(xiàn)光伏匯流箱溫度檢測(cè)；利用霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)了太陽能光伏組件陣列的電流巡檢；同時(shí)利用DC—DC原理實(shí)現(xiàn)了高電壓到低電壓的轉(zhuǎn)換，并以此為主控電路提供電源。此外，還實(shí)現(xiàn)了光伏匯流箱與PC機(jī)的通信。該設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用，且具有成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞 光伏匯流箱；單片機(jī)STC12C5A60S2；霍爾傳感器

中國(guó)光伏企業(yè)產(chǎn)品大多集中在下游技術(shù)，結(jié)合中國(guó)特殊的財(cái)務(wù)市場(chǎng)狀況和勞動(dòng)資本，截至2011年，中國(guó)銷往歐洲的光伏電池組件及零部件總額高達(dá)210億歐元，約占中國(guó)光伏產(chǎn)品出口額的60％。2012年，歐盟對(duì)中國(guó)進(jìn)口的光伏板、光伏電池以及其他光伏組件發(fā)起反傾銷調(diào)查，導(dǎo)致中國(guó)大部分光伏企業(yè)受國(guó)際經(jīng)濟(jì)形勢(shì)影響，處于停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀態(tài)，在中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)面臨決定自身命運(yùn)的關(guān)鍵時(shí)刻。將高科技技術(shù)與光伏技術(shù)進(jìn)行結(jié)合才是光伏產(chǎn)業(yè)的出路。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
針對(duì)光伏組件陣列的電流檢測(cè)問題，文中設(shè)計(jì)了基于STC12C5A60S2單片機(jī)自動(dòng)巡檢光伏組件陣列輸出電流的硬件電路及光伏匯流箱溫度檢測(cè)的硬件電路。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

數(shù)據(jù)主站PC通過通信模塊給單片機(jī)發(fā)送抄收命令，當(dāng)單片機(jī)接收到命令時(shí)，開始采集電流和溫度信號(hào)，進(jìn)行簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)并利用通信模塊發(fā)送回?cái)?shù)據(jù)主站PC機(jī)。為獲取更高的電壓和電流，光伏組件需要串聯(lián)獲取大電流，并聯(lián)獲取高電壓。由于光伏組件串聯(lián)結(jié)構(gòu)，每一塊光伏組件的電流完全相同，因此設(shè)計(jì)只要測(cè)量支路電流就可得到每一塊光伏板的輸出電流。

2 硬件電路設(shè)計(jì)
2．1 主控電路
數(shù)據(jù)終端的主控電路采用功能強(qiáng)大的STC12C5A60S2單片機(jī)。是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘／機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速、低功耗和超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051，但速度提升8～12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A／D轉(zhuǎn)換(250 kbit·s-1，即25萬次／s)。STC12C5A60S2系列單片機(jī)的ADC是逐次比較型ADC。逐次比較型A／D轉(zhuǎn)換器具有速度高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。此外該單片機(jī)通過模擬多路開關(guān)，將通過ADC0～ADC7的模擬量輸入到比較器。用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DCA)轉(zhuǎn)換的模擬量與本次輸入的模擬量通過比較器比較，將其結(jié)果保存到逐次比較器，并通過逐次比較寄存器輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。單片機(jī)STC12C5A60S2管腳圖如圖2所示。