一種高精度低功耗的太陽(yáng)能發(fā)電量檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

雖然霍爾電流傳感器能夠無(wú)損耗的轉(zhuǎn)換電流電壓，但太陽(yáng)能電池板輸出電流較小且經(jīng)過(guò)霍爾電流傳感器之后輸出電壓僅為幾十毫伏，很難測(cè)準(zhǔn)，所以要經(jīng)過(guò)OP07集成運(yùn)算放大器來(lái)放大。OP07芯片是一種低噪聲非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。因?yàn)镺P07具有較低的輸入失調(diào)電壓(對(duì)于OP07A最大25μV)，所以O(shè)P07在很多場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零動(dòng)作。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低(OP07A為±2 nA)與開環(huán)增益高(對(duì)于OP07A為300V/mV)等特點(diǎn)，這種低失調(diào)，高開環(huán)增益的特性，這使得OP07特別適合用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。正反饋放大電路如圖3。

因?yàn)閷?shí)時(shí)功率的測(cè)量需要同時(shí)采集到電壓值和電流值。而太陽(yáng)能電池板電壓為0～22 V，以及單片機(jī)的處理電壓均為0～5 V。所以太陽(yáng)能電池板和蓄電池的輸出電壓以及電流經(jīng)過(guò)霍爾電流傳感器按比例轉(zhuǎn)換得出電壓值必須要衰減或放大到0～5 V。根據(jù)電壓電阻之間的線性關(guān)系，將0～14 A按比例轉(zhuǎn)換為0～5 V，電壓0～20V按比例轉(zhuǎn)換為0～5V。衰減電路如圖4。

1.2.4 LCD1602顯示電路

本設(shè)計(jì)采用LCD1602液晶顯示屏顯示，其具有體積小、功耗低、界面大方等優(yōu)點(diǎn)，這里使用YB1602液晶屏，1602顯示模塊用點(diǎn)陣圖形顯示字符，顯示模式分為2行16個(gè)字符。

1.2.5 充電控制器

由于在工作時(shí)，隨著光照溫度等因素不斷變化，必然會(huì)導(dǎo)致端電壓急劇變化。此時(shí)就需要充電控制器了。充電控制器，一方面能夠延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，另一方面在充電過(guò)程中還能減少損耗，保護(hù)蓄電池充電過(guò)量造成損害。系統(tǒng)采用以MPPT控制器為核心的充電控制電路。

1.2.6 發(fā)電量檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序主要包括：LCD1602顯示程序，AD轉(zhuǎn)換模塊，單片機(jī)主程序。

由此可知，工作原理為：太陽(yáng)能電池板接受光照時(shí)產(chǎn)生電壓和電流信號(hào)，通過(guò)太陽(yáng)能充電控制器對(duì)蓄電池充電，蓄電池經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路位單片機(jī)提供驅(qū)動(dòng)電壓，電池板產(chǎn)生的電壓和電流分別經(jīng)過(guò)V/V、I/V轉(zhuǎn)換電路并衰減或放大使其電壓不超過(guò)5 V，再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)內(nèi)部處理將功率值實(shí)時(shí)顯示在LCD1602液晶屏上。

1.3 系統(tǒng)的調(diào)試

1.3.1 性能要求

1)電量檢測(cè)裝置能夠測(cè)量0.5～999.0 W的功率且平均誤差率<5%。

2)太陽(yáng)能電池板規(guī)格：最大功率160 W;最大輸出電壓22V;最大輸出電流6A。

3)蓄電池規(guī)格：型號(hào)6-DZ-12;額定電壓12 V;額定容量12 Ah。

1.3.2 軟硬件設(shè)置

電量測(cè)量電路中太陽(yáng)能電池電壓衰減倍數(shù)為1/4.5，霍爾電流傳感器輸入電流與輸出電壓比為4，電壓放大電路放大倍數(shù)為4。

2 太陽(yáng)能發(fā)電量檢測(cè)裝置的系統(tǒng)測(cè)試

太陽(yáng)能電池板在太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的電力電子裝置的實(shí)驗(yàn)室研究中扮演了相當(dāng)重要的角色。但是當(dāng)日照強(qiáng)度很低或者夜晚的時(shí)候，太陽(yáng)能電池陣列失去了輸出功率。這時(shí)，研究工作就受到了外界條件的限制，我們可以通過(guò)模擬太陽(yáng)能電池的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際檢驗(yàn)需要在特定的條件下才能進(jìn)行，太陽(yáng)能電池的工作效能與光強(qiáng)，外界環(huán)境溫度，陽(yáng)光照射角度，陽(yáng)光的光譜分布等因素有關(guān)。所以測(cè)量太陽(yáng)能電池的輸出功率必須按照IEC TC-82的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)為：AM(air-mass大氣質(zhì)量)=1.5，光的輸入功率=1 000W/m2，測(cè)試溫度為25℃

由于條件限制，在實(shí)驗(yàn)室情況下，采用電壓源電流源模擬太陽(yáng)能電池測(cè)得數(shù)據(jù)如圖6。

如圖所示，實(shí)際值越小測(cè)量值的誤差越大，比如輸出電壓為3 V時(shí)，實(shí)際值與測(cè)量值的誤差達(dá)到了77%，當(dāng)輸出電壓為6 V時(shí)，實(shí)際值與測(cè)量值的誤差達(dá)到了44%，但是當(dāng)實(shí)際功率超過(guò)6 W的時(shí)候，誤差率就不超過(guò)5%了。實(shí)際中，太陽(yáng)能電池的有效工作時(shí)的發(fā)電功率在120 W左右，所以系統(tǒng)能很好的完成太陽(yáng)能發(fā)電量的檢測(cè)。

整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試均是在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行的，用實(shí)驗(yàn)室電源模擬太陽(yáng)能電池，雖然不能很好的表現(xiàn)出太陽(yáng)能電池的原始性能，且有些特征表現(xiàn)的也過(guò)于理想化，所以會(huì)有很大的局限性。但設(shè)計(jì)的重點(diǎn)不在于測(cè)量太陽(yáng)能電池板的性能，而是要檢驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行功率檢測(cè)的精確度，因此是能夠反應(yīng)設(shè)計(jì)效果的。從測(cè)量結(jié)果來(lái)看發(fā)電量檢測(cè)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

3 結(jié)論

文中提出并設(shè)計(jì)了一種基于AVR單片機(jī)的太陽(yáng)能發(fā)電量檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠?qū)⑺鶞y(cè)得值實(shí)時(shí)顯示在液晶屏幕上。由實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果分析可知，此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，能夠?qū)崟r(shí)并精確地顯示太陽(yáng)能發(fā)電量以及用電器用電量，可以為調(diào)配電力提供有力的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)還減少了一些不必要的能量消耗，這對(duì)于太陽(yáng)能最大程度化的利用具有較重大意義。而且此系統(tǒng)裝置器件壽命較長(zhǎng)，耐用可靠，并且具有通用性，還可以靈活應(yīng)用于其他數(shù)據(jù)采集的工程領(lǐng)域。