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在太阳能阵列系统采用FPGA太阳跟踪控制的模糊控制器设计(IJISA-V4-N1-6)

在太阳能阵列系统采用FPGA太阳跟踪控制的模糊控制器设计(IJISA-V4-N1-6)
在太阳能阵列系统采用FPGA太阳跟踪控制的模糊控制器设计(IJISA-V4-N1-6)

I.J. Intelligent Systems and Applications, 2012, 1, 46-52

Published Online February 2012 in MECS (https://www.wendangku.net/doc/9416708107.html,/)

DOI: 10.5815/ijisa.2012.01.06

Fuzzy Controller Design using FPGA for Sun Tracking in Solar Array System

Basil M. Hamed

Electrical Engineering Department, Islamic University of Gaza, Gaza, Palestine

Email:bhamed@https://www.wendangku.net/doc/9416708107.html,

Mohammed S. El-Moghany

Electrical Engineering Department, Islamic University of Gaza, Gaza, Palestine

Email: elmoghany@https://www.wendangku.net/doc/9416708107.html,

Abstract—The output power produced by high-concentration solar thermal and photovoltaic systems is directly related to the amount of solar energy acquired by the System, and it is therefore necessary to track the sun’s position with a high degree of accuracy.This paper presents sun tracking generating power system designed and implemented in real time. A tracking mechanism composed of photovoltaic module, stepper motor ,sensors, input/output interface and expert FLC implemented on FPGA, that to track the sun and keep the solar cells always face the sun in most of the day time.The proposed sun tracking fuzzy controller has been tested using Matlab/Simulink program; the simulation results verify the effectiveness of the proposed controller and shows an excellent result.

Index Terms—Fuzzy Control, Sun Tracking, Photovoltaic System, FPGA

I.I NTRODUCTION

Renewable energy sources play an important role in electric power generation. There are various renewable sources which used for electric power generation, such as solar energy, wind energy, geothermal etc [1]. Solar Energy is a good choice for electric power generation, since the solar energy is directly converted into electrical energy by solar photovoltaic modules [2]. These modules are made up of silicon cells [3]. Many such cells are connected in series to get a solar PV module. The current rating of the modules increases when the area of the individual cells is increased, and vice versa. When many such PV modules are connected in series and parallel combinations we get solar PV arrays, that suitable for obtaining higher power output.

The applications for solar energy in recent years are increased rapidly, and that need to improve the materials and methods used to harness this power source [4]. Main factors that affect the efficiency of the collection process are solar cell efficiency, intensity of source radiation and storage techniques. The efficiency of a solar cell is limited by materials used in solar cell manufacturing. It is particularly difficult to make considerable improvements in the performance of the cell, and hence restricts the efficiency of the overall collection process. Therefore, the increase of the intensity of radiation received from the sun is the most attainable method of improving the performance of solar power. There are three major approaches for maximizing power extraction in solar systems. They are sun tracking, maximum power point (MPP) tracking or both [5]. These methods need intelligent controllers such as fuzzy logic controller or conventional controller such as PID controller.

The advantage of the fuzzy logic control is that it does not strictly need any mathematical model of the plant. It is based on plant operator experience, and it is very easy to apply. Hence, many complex systems can be controlled without knowing the exact mathematical model of the plant [6]. In addition, fuzzy logic simplifies dealing with nonlinearities in systems [7]. The good thing about fuzzy logic control is that the linguistic system definition becomes the control algorithm. A very popular method of implementing fuzzy controller is using a general-purpose microprocessor or microcontroller. Microprocessor based controllers are more economical, but often face difficulties in dealing with control systems that require high processing and input/output handling speeds [8]. Rapid advances in digital technologies have given designers the option of implementing a controller on a variety of Programmable Logic Device (PLD), Field Programmable Gate Array (FPGA), etc. FPGA is suitable for fast implementation controller and can be programmed to do any type of digital functions. An FPGA has the ability to operate faster than a microprocessor chip. Because of the flexibility of the FPGA, additional functionality and user interface controls can be incorporated into the FPGA minimizing the requirement for additional external components [9]. FPGAs are programmed using Very High Speed Integrated Circuit hardware description language (VHDL) and a download cable connected to a host computer. Once they are programmed, they can be disconnected from the computer, and it will be running as stand-alone device. The FPGAs can be programmed while they run, because they can be reprogrammed in the order of microseconds. This short time means that the system will not even sense that the chip was reprogrammed [10]. Applications of FPGAs include industrial motor drivers, real time systems, digital signal

processing, aerospace and defense systems, medical imaging, computer vision, speech recognition, cryptography, computer hardware emulation and a growing range of other areas. The hardware implementation of fuzzy logic controller (FLC) on FPGA is very important because of the increasing number of fuzzy applications requiring highly parallel and high speed fuzzy processing. A significant advantage of this FLC is that it has been coded in VHDL and programmed into a single field programmable gate array (FPGA) [11]. Because this reduces the number of electronic components used to implement the controller, it enables redundancy by having multiple copies/images of the code, and yields robustness as a controller that has multiple systems capability [12]. So the FLC may implement on FPGA and used to moves a motor attached to the solar panel to keep it toward the sun all the day. Then we must choose the kind of the motor as appropriate with the controlled system. Many applications related to positioning systems are being implemented with stepper motors. It has some applications in Robotics, Computer peripherals, Industrial servo quality drivers and so on. One of the main advantages of stepper motors is the strong relation between electrical pulses and rotation discrete angle steps [13]. A. Sun Tracker Solar tracking system uses a stepper motor as the drive source to rotate the solar panel as shown in Figure 1. The position of the sun is determined by

using a tracking sensor, the sensor reading is converted from analog to digital signal, and then it passed to a fuzzy logic controller implemented on FPGA. The controller output is connected to the driver of the stepper motor to rotate PV panel in

one axis until it faces the sun.

Figure 1. Block Diagram of Sun Tracker System

II. S ENSORS

There are two sensors used in the sun tracking system: photo sensor, and position sensor.

A. Photo Sensor

Light dependent resistor (LDR) is used to construct the sensor, because it is the most reliable sensor that can be used for light sensing. LDR is basically a resistor whose resistance varies with intensity of light, so more intensity gives less resistance. Different LDR sensors available in the market are, the biggest size is used to construct the

sensor because the more area of the sensor mean more its sensitivity or less time taken for output to change when input changes.

Tracking Sensor Design

The tracking sensor is composed of two similar LDR sensors, which are located at the east, west, or south, and north to detect the light source intensity. The LDR sensor forms a 45° angle with the light source. At the LDR sensor positions, brackets isolate the light from other orientations to achieve a wide-angle search and quickly determine the sun’s position.

To sense the position of Sun in one axe say east/west, two LDR sensors are mounted on the solar panel and placed in an enclosure. It has a response which is similar to the human eye. The east and west LDR sensors compare the intensity of received light in the east and west. When sun's position shifts, here the light source intensity received by the sensors are different, the system obtains signals from the sensors’ output voltage in the two orientations. The system then determines which sensor received more intensive light based on the sensor output voltage value interpreted by voltage type A/D converter. The system drives the step motor towards the orientation of this sensor. If the output values of the two sensors are equal, the output difference is zero and the motor’s drive voltage is zero, which means the system has tracked the current position of the sun. B. Position Sensor Position sensor used to determine the location of the PV panel to prevent the panel from the impact when it reaches the edges, and to get the PV panel to the starting point at the night. This sensor used a variable resistor (potentiometer) located on the rotor of the motor and

rotate with it, and the value of the resistor (R) varies with the rotation as shown in Figure 2. When the position sensor reaches the values at the PV at the edges, the controller stopped the motor and immune it from rotating in that direction. At the night the LDRs sensors are very dark light and their values are very big, in this situation the controller go to night subroutine to rotate the PV panel until the position sensor has the starting point value.

Figure 2. Position Sensor

Figure 3 shows the algorithm of extracting the motor control signals depending on sensors reading and the output of the controller. R is the value of the position sensor, and En is the enable signal to rotate the motor.

Figure 3. Motor Control Signals Algorithm

III.Fuzzy Logic Controller

FLC has been constructed and the block diagram in Figure 4 shows the FLC for the sun tracker system.

Figure 4. FLC for the Sun Tracker System

A.FLC Design

FLC has two inputs which are: error and the change in error, and one output feeding to the stepper motor driver. There are two widely used approaches in FLC implementation: Mamdani and Sugeno. In this thesis, Mamdani approach has been used to implement FLC for the sun tracker. FLC contains three basic parts: Fuzzification, Base rule, and Defuzzification.

1)Fuzzification

Figure 5 illustrates the fuzzy set of the Error input which contains 7 Triangular memberships

Figure 5. Error Fuzzy Set of FLC.

Figure 6 illustrates the fuzzy set of the Change of Error input which contains 7 Triangular memberships.

F i g u r e 6.C h a n g e i n E r r o r F u z z y S e t o f F L C. Figure 7 illustrates the fuzzy set of the output which

contains 7 Triangular memberships.

Figure 7. Fuzzy Set of FLC Output Entering to Stepper Motor Driver. 2)Control Rule Base

The knowledge base is defined by the rules for the desired relationship between the input and output variables in terms of the membership functions illustrated in Table I. The control rules are evaluated by an inference mechanism, and represented as a set of:

IF Error is ... and Change of Error is ... THEN the output will ….

For example: Rule1: IF Error is NS and Change of

Error is ZE THEN the output is NS.

The linguistic variables used are:

NB: Negative Big.

NM: Negative Medium.

NS: Negative Small.

ZE: Zero.

PS: Positive Small.

PM: Positive Medium.

PB: Positive Big.

Table I. Control Rule Base for Fuzzy Controller.

Figure 8 shows the surface of the base rules using in FLC which is the representation for the inputs and output values of the controller in three dimensions.

Figure 8. Rule Surface of FLC

3) Defuzzification

The centre of gravity method is widely used in Mamdani approach which has been selected in this paper to compute the output of the FLC, which is the motor speed as:

1

1

*()

()

n

i

i i n i

i S

S S peed S

μμ===

∑∑ (1)

IV.

F UZZY L OGIC C ONTROLLER S IMULATION ON M ATLAB /S IMULINK

Figure 9 illustrates the Simulink block diagram for the Fuzzy controller for sun tracker system.

Figure 9. Testing FLC in the Sun Tracker System using

Matlab/Simulink

The controller has been tested using Simulink motor module in MATLAB, by applying the step input and initial degree of the rotor is -10 degree. The output step response is shown in Figure 10. The range from -10 to 0 degree takes 5 steps since each step in our motor is 1.8 degree, so (10/1.8)= 5 steps.

Figure 10. Output Degree

Implementing Fuzzy Controller on FPGA

The fuzzy logic controller designed earlier is implemented on Xilinx XC3S700AN FPGA card as shown in Figure 11.

Figure 11. FLC on FPGA Card

Figure 12 shows the RTL schematic diagram in Xilinx software RTL Viewer to view a schematic representation for the FLC and other components after implementing it on Xilinx_ISE 11.1 software.

The fuzzy logic controller appears as a red block labelled by name 'FLC', the first input of the controller is error signal takes before differentiator (white block), and other input of the controller is change in error signal takes from after differentiator. The output of the controller is passed through three blocks, the first block which have green color to convert the crisp value to clock wave have a frequency appropriate with this value to control the speed of the motor, the second block which have blue color to extract the other motor control signal such the direction of the motor and the rotation enable signal, the third block which have yellow color (LcdTop block) is for LCD display screen to display the output of the controller. Other blocks are input/output data transfer.

Figure12. RTL Schematic Diagram for FLC with Other Blocks V.M ECHANICAL C ONSTRUCTION AND C OMPONENTS System prototype is shown in Figure 14 consists of a mechanical mechanism of 2 degrees of freedom (D.O.F) designed to support and direct a PV solar cell attached to it. Mechanism has the ability to rotate the PV cell about 2_axes, x or z. But initially, we have locked z- axis rotation and applied control scheme to x- axis only.

Figure 13. System Prototype

Electro- mechanical drive system of x- axis consists of a stepper motor with a1.5 cm radius pulley attached to its shaft and is driving a 2.5 cm radius pulley attached to main driving shaft as shown in Figure 14, through a belt. Belt mechanism realizes a speed reduction of 40% ((1-1.5/2.5)*100), and a torque increase of 40% in order to with stand demand load.

Figure14. Mechanical Construction and Components

Main driving shaft, shown in Figure 14 is attached to the main frame and supported with two bearings. Also, this shaft is provided by an electro-mechanical clutch in order to prevent axis rotation when driving motor is disabled and to assure to keep the PV panel at the same end position. Main driving shaft transmits rotation to the second shaft, shown in Figure 14, through two identical meshing gears with the same angular speed. Second shaft is supported by the main frame by two ball bearings. PV panel is attached to the second shaft and its angular position is measured with a potentiometer attached to the second shaft end.

.

IV.Experimental Results

The experimental data of the solar generating power system are measured outdoors in interval from 13 to 17 June, by measuring the voltage and current for the same load in each hour and calculating the average value for all days. Figure 15 represents the power data.

Figure 15. Power Generation Comparison of Fixed Angle Type and

Tracking Systems As shown in Figure 15 the efficiency of solar tracking system is 24% higher than the fixed angle system. It has been shown that the sun tracking systems can collect around 24% more energy than what a fixed panel system collects and thus high efficiency is achieved through the tracker.

IV.C ONCLUSION

In this paper, fuzzy logic controller is fabricated on modern FPGA card (Spartan-3AN, Xilinx Company, 2009) to increase the energy generation efficiency of tracking controller received from solar cells. By implementing a sun tracker controller using fuzzy logic controller to keep the PV panel pointing toward the sun by using a stepper motor. The use of stepper motor enables accurate tracking of the sun. LDR resistors are used to determine the solar light intensity. Sun tracking generating power system is designed and implemented in real time. The proposed sun tracking controller and the proposed controller for grid-connected photovoltaic system are tested using Matlab/Simulink program, the proposed FLC shows an excellent result. The proposed solar tracking power generation fuzzy controller is able to track the sun light automatically. It is an efficient system for solar energy collection. It is shown that the sun tracking system using fuzzy controller with FPGA technology is 24% energy efficient than a fixed sun panel system.

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(GTZ) GmbH.

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Design and VLSI implementation of Fuzzy Logic Controller.(IJCNS) International Journal of Computer and Network Security ,Vol. 1, No. 3,

Dr. Basil Hamed is Associate

Professor of Electrical Engineering Department, Islamic University of Gaza, Palestine, since 1999. He has Bachelor Degree in Electrical Engineering from New Mexico State University, NM. USA in the year of 1989, he received Master degree from University of New Orleans,

La. USA in the year of 1992, and earned his PhD (Fuzzy Control System) from New Mexico State University, NM USA in the year 1999. He has 15 years of teaching experience and has published many papers in national and international journals. His fields of interest include Control Systems, Fuzzy Control, Simulation & Modeling, FPGA, Genetic Algorithm, SCADA

System, Signal and Image Processing.

y.

Mohammed El-Moghany was born on

December 25, 1978. He received the B.Sc. and M.Sc. degrees from Islamic University

of Gaza, in 2001 and 2011, respectivel His research interests include Fuzzy Logic Control, Renewable Energy, and FPGA.

太阳能跟踪器工作原理

太阳能跟踪器的工作原理 一工作原理 “太阳光寻迹传感器”安装在太阳能装置上,根据太阳光的位置,驱动电机,带动机械转动机构,始终跟随太阳位置运动。当太阳偏转一定角度时(一般5--10分钟左右),控制器发出指令,转动机构旋转几秒钟,到达正对太阳位置时时停止,等待下一个太阳偏转角度,一直这样间歇性运动;当阴天或晚上没有太阳出现时停止动作;只要出现太阳它就自动寻找并跟踪到位,全自动运行,无需人工干预,东西向、南北向二维控制,也可单方向控制,使用电源直流12伏,技术指标 1. 跟踪起控角度:1°--10°(不同应用类型) 2. 水平(太阳方位角)运行角度:Ⅰ型0°--360°,Ⅱ型-20°-- +200° 3. 垂直(太阳高度角)调整角度:10°--120°(太阳光与地面夹角) 4. 传动方式:丝杠、涡轮蜗杆、齿轮 5. 承载重量:10Kg-- 500Kg 6. 系统重量:2 Kg--500Kg 7. 电机功率:0.4W--15W 8. 电源电压 DC6V--24V 9. 运行环境温度: -40--85℃ 10.运行时间≥10万小时 11.室外全天候条件运行现有的太阳能自动跟踪控制器无外乎两种:一是使用一只光敏传感器与施密特触发器或单稳态触发器,构成光控施密特触发器或光控单稳态触发器来控制电机的停、转;二是使用两只光敏传感器与两只比较器分别构成两个光控比较器控制电机的正反转。由于一年四季、早晚和中午环境光和阳光的强弱变化范围都很大,所以上述两种控制器很难使大阳能接收装置四季全天候跟踪太阳。这里所介绍的控制电路也包括两个电压比较器,但设在其输人端的光敏传感器则分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成。每一组两只光敏电阻中的一只为比

基于单片机的太阳能路灯控制器设计毕业设计(论文)

安徽工程大学机电学院毕业设计(论文) 毕业设计论文 基于单片机的太阳能路灯控制器设计 摘要 本论文主要完成对光伏电源LED照明控制系统进行优化设计和研究,以使系统达到稳定、操作方便、节能环保的要求。太阳能路灯智能控制器以AT89C52单片机为核心,主要由六个部分组成:太阳能电池板、蓄电池、负载(LED路灯)、控制器、测量电路、充电电路、放电/负载驱动电路。本课题的主要研究内容有:针对现有独立运行的太阳能路灯控制器的特点,实现多点控制蓄电池剩余荷电容量(SOC)控制和脉宽调制信号(PWM)来驱动太阳能LED路灯控制器的硬件设计和软件程序设计。 首先对太阳能路灯基本模块组成、基本功能及发展现状进行了阐述,并根据蓄电池剩余荷电容量(SOC)的数学模型和剩余荷电容量(SOC)与蓄电池的使用寿命的关系提出了单片机系统改进的控制方案,并根据实际需要提出用脉宽调制信号(PWM)来驱动和调节白光LED,可使白光LED工作于发射最纯净白光。半导体PN结技术的太阳能光伏发电技术与发光二极管(LED)照明技术,都有着环保、节能、长寿命和安全的特点。对这两项技术的高效结合进行优化研究,符合我国目前节能,环保及可持续性发展的目标。 总之,随着城市规模的不断扩大,现有的路灯技术不能达到环保节能的要求,本文采用多点控制蓄电池剩余荷电容量(SOC)控制和脉宽调制信号(PWM)来驱动太阳能LED路灯控制器的硬件设计和源程序设计,能有效解决LED太阳能路灯的不足。因此,本课题设计对我国LED路灯节能环保的发展有很大的现实意义。 关键词:光伏发电;剩余荷电容量;脉宽调制信号;控制系统

基于单片机的太阳能路灯控制器设计 II

太阳能自动跟踪系统方案

摘要 人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁,太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点,但是太阳能又存在着低密度、间歇性、空间分布不断变化的缺点,这就使目前的一系列太阳能设备对太阳能的利用率不高。太阳光线自动跟踪装置解决了太阳能利用率不高的问题。本文对太阳能跟踪系统进行了机械设计和自动跟踪系统控制部分设计。 第一,机械部分设计: 机械结构主要包括底座、主轴、齿轮和齿圈等。当太阳光线发生偏离时,控制部分发出控制信号驱动步进电机1带动小齿轮1转动,小齿轮带动大齿轮和主轴转动,实现水平方向跟踪;同时控制信号驱动步进电机2带动小齿轮2,小齿轮2带动齿圈和太阳能板实现垂直方向转动,通过步进电机1、步进电机2的共同工作实现对太阳的跟踪。 第二,控制部分设计: 主要包括传感器部分、信号转换电路、单片机系统和电机驱动电路等。系统采用光电检测追踪模式实现对太阳的跟踪。传感器采用光敏电阻,将两个完全相同的光敏电阻分别放置于一块电池板东西方向边沿处下方。当两个光敏电阻接收到的光强度不相同时,通过运放比较电路将信号送给单片机,驱动步进电机正反转,实现电池板对太阳的跟踪。 关键词太阳能;跟踪;光敏电阻;单片机;步进电机

Abstract Human being is seriously threatened by exhausting mineral fuel, such as coal and fossil oil. As a kind of new type of energy sources, solar energy has the advantages of unlimited reserves, existing everywhere,using clean and economical .But it also has disadvantages ,such as low density,intermission,change of space distributing and so on.These make that the current series of solar energy equipment for the utilization of solar energy is not high. In order to keep the energy exchange part to plumb up the solar beam,it must track the movement of solar.In this paper, the solar tracking system of the mechanical part and control system part are designed. First,the mechanical part is designed. Mechanical structure mainly includes the main spindle, stepping motors, gears and gear ring, and so on. When the sun's rayshas a deviation, small gear arerotated by stepper motor according to the control signal from MCU. And the large gear and main spindle is rotated by small gear in order to track to achieve the level direction.At the same time, another small gear is rotated by another stepper motor according to the control signal.And the large gear and the solar panels are rotated by the small gear in order to track to achieve the vertical direction. Solar is tracked by the two stepper motors together. Second, control system part is designed. Control system mainly includesthe sensors part, stepper motor, MCU system and the corresponding external circuit, and so on. Photoelectric detection systemisused to track solar. Sensors use photosensitive resistance. The two same photosensitive resistances were placed in east and west direction of the bottom edge .When the two photosensitive resistances receiveddifferent light at the same time, the signal from comparison circuit is sent to MCU in order to rotate stepping motors. Keywords Solar energyTrackingPhotosensitive resistance SCMSteppingmotor

太阳能路灯控制器技术指标

太阳能路灯控制器技术指标 很多用户在采购太阳能路灯组件时,为了减少成本而选择达不到设计峰值要求的太阳能电池板和蓄电池,从而导致路灯经常欠压关闭,尤其在阴雨天难以满足正常的照明需求。控制器在整个太阳能路灯系统中价值虽然最小,但却是非常重要的一个环节,选择功耗较低、可以灵活调功、并且具有节电节能、充电高效率的路灯控制器尤为重要,配套使用后可以降低客户在太阳能电池板、蓄电池的采购成本,同时也提高了相关企业在竞标时的竞争力。 太阳能充放电控制器 一:光控(时控)模式: 开灯照度10LUX,相当于目前长江中下游地区夏天晚7:30左右,(采用电池板光压照度法,开关灯时间更准确、更合理;0-255LUX可任意调,关灯照度默认为在开灯照度基础上再加10LUX;开灯照度设定后,也可以在光控基础上选择时控。 二:欠压保护功能: 蓄电池电压低于欠压保护值时,控制器关闭两路负载,停止供电,如果继续放电,易造成蓄电池因为过放而损坏,所以欠压保护值国家强制标准为10.8V,(欠压保护值为10.0V-14.7V 可选,建议设置为11.1V。此保护功能不可以关闭) 三:安全的雷电保护:(比较先进技术) 通过TVS防雷管进行防雷,保证相关组件的安全 四:负载的短路保护、负载过流保护、蓄电池极性反接保护:(一般厂家的产品都有此功能)摒弃以前单独用保险丝进行保护,现已改成通过软件快速感应率先保护,更好的保护了相关器件不被损毁,省略了故障时人工换保险丝的麻烦。 五:反向放电保护: 通过两路场管控制蓄电池对电池板反向放电,防止蓄电池容量损耗,保护更完善。 六:控制器对蓄电池的温度补偿: 蓄电池有负温度特性,在常温下(25℃),每增加1℃,12V蓄电池电压降低0.014-0.018V 左右,此款控制器将给予电压补偿,既保证蓄电池在恒压环境工作,延长其使用寿命;又保证其不会受夏日高温环境影响而导致使用时经常欠压断电。(蓄电池埋于地下的,可以定制外置温度传感线) 七:低压节能保护:

太阳能热水器的控制器的设计

太阳能热水器的通用控制器研制 武汉工程大学刘增华李伟 1、系统功能与指标 1.1功能特点 具有目前产品的一般功能: 1)设置上限水位:设置水位上限,可选择50% ~99%之间(我们选取80%),并且在使用中,不得自动上水。 2)设置水箱水温:设置电加热的温度上限,可选择0°C~80°C(我们选取60°C),自动加热。 3)水位指示:LED五段显示。 4)水温指示:LCD液晶数字显示。 5) 自动上水:为防止空晒,当水位低于10%时,系统强制上水;当水位低于30%时,提示报警,若没有使用,启动自动上水,若使用,则报警提示先上水,再使用。 6)辅助加热:当出现阴雨天气,水温达不到要求,启动辅助电加热,电加热温度上限设置为60°C。 同时还具有新加功能: 1)智能模式:检测淋浴水温,自动调节凉水的流量,自动调节,使水温保持在设定温度的2°C范围内,并保持有足够的流量。 1.2技术指标 1)设置上限水位:设置水位上限,可选择50% ~99%之间(我们选取80%),并且在使用中,不得自动上水。 2)设置水箱水温:设置电加热的温度上限,可选择60°C,自动加热。 3)水位指示:分段显示(5段显示)。 4)水温指示:数字显示(精度为1度)。 5)自动上水:为防止空晒,当水位低于30%时,提示报警,若没有使用,启动自动上水。若使用,则报警提示先上水,再使用。 6)智能模式:检测淋浴水温,自动调节热水、凉水的流量,自动调节,使水温保持在设定温度的2°C范围内,并保持有足够的流量。 2、系统结构设计 2.1系统的工作原理 太阳能热水器辅助控制系统结构如图1所示。在太阳能热水器的储水箱内增加一个电加器,采用220V市电加热,由辅助控制系统的继电器控制通断电,用来在温度达不到要求的时候进行辅助加热来保证热水温度。水位、水温探测器从保温储水箱顶部安装在水箱中,通过电缆线接入用户室内控制器。流量控制阀用通过步进电机来精确控制冷水即自来水的流量,来保证热水与冷水混合后的温度达到用户的要求。当水位不足报警时,通过电磁阀启动上水,上水的过程中,不允许淋浴,且放水电磁阀关闭。当需要淋浴时,放水电磁阀打开,通过自动控制冷水电磁阀的开度来保证冷水与热水混合后的温度与用户设定值基本一致(水温保持在设定温度的2°C范围内),淋浴过程中,系统禁止上水和辅助加热。当淋浴完后按下”淋浴完键”,系统停止放水并且电机要复位。系统的总体结构图如下。

太阳能自动跟踪系统的设计

太阳能自动跟踪系统的设计 1引言 开发新能源和可再生资源是全世界面临的共同课题,在新能源中,太阳能发电已成为全球发展最快的技术。太阳能作为一种清洁无污染的能源,开发前景十分广阔。然而由于太阳存在着间隙性,光照强度随着时间不断变化等问题,这对太阳能的收集和利用装置提出了更高的要求(见图1)。目前很多太阳能电池板阵列基本都是固定的,不能充分利用太阳能资源,发电效率低下。据测试,在太阳能电池板阵列中,相同条件下采用自动跟踪系统发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%左右。 所谓太阳能跟踪系统是能让太阳能电池板随时正对太阳,让太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置,能显著提高太阳能光伏组件的发电效率。目前市场上所使用的跟踪系统按照驱动装置分为单轴太阳能自动跟踪系统和双轴太阳能自动跟踪系统。所谓单轴是指仅可以水平方向跟踪太阳,在高度上根据地理和季节的变化人为的进行调节固定,这样不仅增加了工作量,而且跟踪精度也不够高。双轴跟踪可以在水平方位和高度两个方向跟踪太阳轨迹,显然双轴跟踪优于单轴跟踪。 图1 太阳能的收集装置现场 从控制手段上系统可分为传感器跟踪和视日运动轨迹跟踪(程序跟踪)。传感器跟踪是利用光电传感器检测太阳光线是否偏离电池板法线,当太阳光线偏离电池板法线时,传感器发出偏差信号,经放大运算后控制执行机构,使跟踪装置从新对准太阳。这种跟踪装置,灵敏度高,但是遇到长时间乌云遮日则会影响运行。视日运动轨迹跟踪,是根据太阳的实际运行轨迹,按照预定的程序调整跟踪装置。这种跟踪方式能够全天候实时跟踪,其精度不是很高,但是符合运行情况,应用较广泛。 从主控单元类型上可以分为PLC控制和单片机控制。单片机控制程序在出厂时由专业人员编写开发,一般设备厂家不易再次进行开发和参数设定。而学习使用PLC比较容易,通过PLC厂家技术人员的培训,设备使用厂家的技术人员可以很方便的学会简单的调试和编写,并且PLC能够提供多种通讯接口,通讯组网也比较方便简单。

太阳能路灯控制器使用说明书

。 太阳能智能充电控制器 使用说明书 一、主要特点 1.使用微处理器和专用控制算法,实现了智能控制。 2.两种负载工作模式:纯光控、常开模式,负载亮灭时间可调。 3.具有放电率修正控制,不同放电率具有不同的终止电压,符合蓄电池固有特性。 4.科学的蓄电池管理方式,当出现过放时,对蓄电池进行提升电压充电,进行一次补偿维 护,正常使用时,使用直充充电和浮充结合的充电方式,增强了蓄电池的使用寿命;同时具有高精度温度补偿,使充电控制更加精确。 5.参数设置具有掉电保存功能,即系统模式和控制参数等重要数据均保存在芯片内部,掉 电后不丢失,使调节更加方便,系统工作更可靠。 6.充电回路采用双MOS串联式控制回路,使回路电压损失较使用二极管的电路降低近一半, 充电采用PWM模糊控制,使充电效率大幅提高,用电时间大大增加。 7.LED直观显示太阳能电池、蓄电池和负载的状态,数码管显示调节参数,让用户实时了 解系统运行状况,并且具有丰富的参数设置,用户可以根据不同使用环境设置相应的工作模式。 8.具有过充、过放、过载保护以及独特电子短路保护与防反接保护,所有保护均不损害任 何部件,不烧保险;具有TVS防雷保护,无跳线设计,可提高系统的可靠性、耐用性。 9.所有控制全部采用工业级芯片和精密元器件,能在寒冷、高温、潮湿环境正常运行。同 时使用晶振定时控制,使定时控制更加精确。 10.使用了数字LED显示及设置,一键式操作即可完成所有设置,使用方便直观。 二、系统说明: 本控制器专为太阳能直流供电系统、太阳能直流路灯系统、小型太阳能电站系统设计,使用专用电脑芯片实现了智能化控制,所有芯片均采用工业级别,可以在恶劣的环境下使用。对于具有12V/24V自动识别功能的型号,当控制器初次上电时,系统会进行电压识别,当数

太阳能自动跟踪装置设计报告

吉林铁道职业技术学院 电子制作职业技能大赛(论文) 题目太阳能自动跟踪装置设计

参赛人姓名王志会张卫国朱峰所在系电气工程系 指导教师陈冬鹤 完成时间2013年5月26日

吉林铁道电子制作职业技能大赛设计报告 题目:太阳能自动跟踪装置设计 主要内容、基本要求等: ◆主要内容:加强大学生动手操作能力,促进集体荣誉感。 ◆基本要求:1,利用单片机控制实现太阳能电池板随着太阳(光源)的位置变 化而调整自身相应的姿态,以达到太阳光能的最佳利用。 2,实现一定的姿态控制精度。 3,以低成本、低功耗完成设计并实现目标电路的组装。 ◆主要参考资料:电路基础、电工技术、电子手工焊接、单片机原理及应用、传感器原理与应用。 完成日期:2013年5月26日 指导教师:陈冬鹤 实验组组长:王志会 2013年 6 月 5 日

太阳能自动跟踪装置 研制目的 人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁,太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点,太阳能光伏发电是改善生态环境、提高人类生存质量的绿色能源之一,但由于传统太阳能板方向固定,受光时间有限。因此研制可随光移动的太阳能跟随系统。

一自动跟踪系统整体设计 1.1 系统总体结构 本系统包括光电转换器、步进电机、89C5系列单片机以及相应的外围电路等。太阳能电池板可以360度自由旋转。控制机构将分别对水平方向进行调整。单片机加电复位后,首先由TRCT5000构成的定位系统对整个系统进行预置定位,然后单片机将对两光敏电阻采样进来的两个电平进行比较,电平有高电平和低电平两种,若两电平相等则电池板停止转动,若不等单片机将对两电平进行比较判定,驱动步进电机让太阳能板与之相对应转动,实现电池板对太阳的跟踪。图1-1所示: 1.2 光电转换器

太阳能路灯控制器设计课程设计

太阳能路灯控制器设计课程设计

太阳能路灯控制器设计 摘要 为了提高太阳能光伏控制器的性价比,设计了运用单片机的太阳能光伏控制器。本控制器具有效率高、可靠性高、运行稳定、性价比高、适宜批量生产的特点。控制器实现了基于单片机PIC16F711的工作状态控制和蓄电池能量管理,满足了太阳能光伏控制器在不同工作状态下的稳定运行与准确切换的要求。蓄电池充放电精确控制也在此控制器中得到实现。实验结果表明,应用此控制器的太阳能光伏系统效率高、运行稳定,蓄电池寿命也可延长。 关键词:太阳能,单片机,充放电电路,锂蓄电池

1 绪论 1.1 课题背景 能源是经济、社会发展和提高人民生活水平的重要物质基础,能源问题是一个国家至关重要的问题。随着科学技术和全球经济地飞速发展,对能源的需求也在日趋增长。自20世纪70年代的世界石油危机以来,人们才真正意识到,化石燃料的储量是有限的,能源危机迫在眉睫。从全球来看,已探明的可支配的传统能源储量在不久的将来即将耗尽,能源问题的突出,不仪表现在常规能源的匮乏不足,更重要的是化石能源的开发利用对牛态环境的污染破坏:大气中的颗粒物和二氧化硫浓度增高,局部地区形成酸雨。而每年排放的大量二氧化碳带来的温室效应,使全球气候变暖,自然灾害频繁。常规能源在给人类社会带来飞速发展的同时,也在很大程度上使人类社会面临着前所未有的困难和挑战。这些问题最终将迫使人们改变能源结构,依靠科技进步,大规模地开发利用可再生洁净能源,实现可持续发展。 光伏发电具有取之不尽且无污染等优点,日前在我国,光伏发电主要应用在如下领域:西部偏远地区电力供应、通讯及交通设施、气象台站、航标灯和照明路灯。光伏发电的照明路灯应月J具有节能性、经济性和实川性等优点,在众多应用领域中具有最广泛的发展前景。本课题为研制一套独立光伏电源控制器,廊州于LED路灯照明系统。通常独立照明系统由太阳能电池、蓄电池、充放电控制器和负载LED组成。由于系统的稳定性严格受到蓄电池和LED寿命的影响,本课题研制的充放电控制器通过实时监测系统允放电回路的相关信息,确定相应的允放电策略,实现了稳定太阳能电池输出、优化蓄电池充电方法和保护蓄电池及负载的目的,最终提高了太阳能电池的利用率和整个照明系统的可靠性。 1.2 设计指标 本设计的设计要求指标如下: 1、锂蓄电池电压的检测 2、锂蓄电池电流的检测 3、充放电控制电路的检测

太阳能路灯控制器产品

金士顿 小款四时段恒流一体机 双路分时段太阳能路 灯… 单路三时段自带恒流 控… 单路分时段太阳能路 灯… HCTS-L四时段控制恒 流…

威尔士 1 维尔仕太阳能MPPT调光路灯控制器WS-AL MPPT15 15A 来自: 太阳能控制器 品牌:维尔仕尺寸:134*100*31mm 品名:太阳能路灯控制器重量:260g 型号: WS-AL MPPT15 规格: 50台/箱维尔仕太阳能MPPT调光路灯控制器WS-AL MPPT15 15A WS-AL MPPT15 15A维尔仕太阳能路灯控制器(维尔仕智能型MPPT太阳能调光路灯控制器,光伏控制器)采用微电脑(CPU)控制技术,白天调节太阳能发电板的工作电压,使太阳能板全天时、全天候始终工作在V-A特性曲线的最大功率点。同普通太阳能路灯控制器相比,可以将光伏组件工作效率提高30%。当天黑时自动开启照明灯,给定照明灯弱光半小时后自动转为强光,到设定时间或天亮时转为晨光。其中强光时间可以随意设定:强光有10个小时可以设置成满功率光+半功率光,例如:把强光10个小时之中设置满功率光为6小时(灯泡满功率亮),之后4小时光线为半功率光(灯泡半亮),最后变为晨光直到天亮时控制器自动停止向负载供电(灯泡熄灭)。 WS-AL MPPT15 15A维尔仕太阳能路灯控制器还负责蓄电池的充、放电管理:当蓄电池电压低时,自动关闭照明灯,以保护蓄电池;当蓄电池充满时,自动进入PWM浮充状态;当天黑时,关闭充电回路,避免蓄电池通过太阳能板放电。从而大幅延长蓄电池的使用寿命。此外,本控制器还增加了全面的保护功能,使整个太阳能光伏系统高效,安全的运作。 WS-AL MPPT15 15A 维尔仕太阳能路灯控制器不同于其它的控制器,选用最先进的功率器件,简洁明了的LED显示,设备运行状况一目了然且适应寒冷,高温,潮湿等恶劣自然环境。性能优异、质量可靠,是专用于各种太阳能路灯或户用太阳能电源系统多功能、多用途的太阳能控制器。 功能特点: 1.MPPT最大功率功能 2.可以设定光线强度,节省能源消耗,真正达到节能效果 3.防止蓄电池过度充电、过度放电。 4.防止反充功能(蓄电池向太阳能板充电)。 5.防止蓄电池与太阳能电池反接功能。 6.根据光线强弱,傍晚自动开启照明灯。 7.可设定20级定时模式或10种分段模式 8. 12V、24V自动识别。

太阳能自动跟踪装置控制系统设计

本科生毕业论文 题目太阳能自动跟踪装置控制系统设计 系别机械交通学院 班级机制 122 姓名李鹏万 学号 123731214 答辩时间 2016年5月 新疆农业大学机械交通学院

目录 摘要:太阳能作为一种新型清洁能源,受到了世界各国的广泛重视。现阶段影响太阳能普及的主要原因是太阳能电池的成木较高而光电转化效率却较低。因此,如何提高太阳能利用效率是太阳能行业发展的关键问题。在国内,大多数太阳能电池阵列都是固定安装的,无法保证太阳光实时垂直照射,导致太阳能资源不能得到充分利用。自动太阳跟踪控制系统在跟踪太阳旋转的情况下可接收到更多的太阳辐射能量,从而提高太阳能电池板的输出功率,该技术在各种太阳跟踪装置中可以广泛应用。 0 1 设计研究背景及意义 (2) 2 主要研究内容 (2) 2.1 系统的设计目标 (2) 2.2 设计的主要内容 (2) 3 系统的总体设计 (3) 3.1 太阳自动跟踪方式的确定 (3) 3.2 本设计的设计思想 (3) 4 太阳能充电控制器的设计 (4) 4.1 太阳能电池的选型 (4) 4.2 蓄电池的选型 (6) 4.2.1 铅酸蓄电池基本概念 (6) 4.2.2 本系统蓄电池的选型 (7) 4.3 太阳能充电控制器的设计 (8) 4.3.1 UC3906芯片的介绍 (8) 4.3.2 BUCK电路的设计 (8) 4.4 充电控制器外围电路设计 (10) 5 跟踪系统传感器检测装置的设计 (12) 5.1 阴天检测装置的设计 (12) 5.2 白天黑夜检测装置 (14) 5.3 太阳位置传感器的介绍 (14) 5.3.1 传感器检测部分的设计 (14) 5.3.2 光敏二极管的介绍 (16) 5.3.3 LM324芯片的介绍 (16) 6 视日运动轨迹模块设计 (17) 6.1 太阳赤纬角的计算 (17) 6.2 太阳高度角的计算 (17) 6.3 太阳方位角的计算 (18) 6.4 日出日落时间计算 (18) 7 执行器件的选型 (18) 7.1 步进电机的选型 (18) 7.2 步进电机驱动器的选型 (19) 7.3 执行器件的连接方式 (20) 8 控制系统的设计 (21) 8.1 单片机电源模块的设计 (22) 8.2 驱动器电源模块的设计 (22)

太阳能自动跟踪机械装置

太阳能自动跟踪机械装置 11 310 9A—A4 15 8 2147 16AA 513 171612 1118 太阳能自动跟踪装置原理图 1-支座;2-支柱;3-电池板支架;4-销轴;5-减速箱体;6、15-主轴;7-丝杆;8-横支架;9、18-电机;10-减速器;11-铰链;12、13-齿轮;14-连接轴;16-蜗轮;17-蜗杆1(东西方向跟踪 在减速箱体5内安装由电机18、齿轮12、13、蜗轮16、蜗杆17构成的传动机构。齿轮13固定在连接轴14中部,连接轴通过轴承安装在减速箱体上,蜗轮16固定在主轴6的上端,主轴通过轴承安装在减速箱体上,主轴的下端固定在支座1上,支柱2的下端固定在减速箱体上,支柱2的上端通过销轴4与电池板支架连接。电机18通过齿轮12、13带动蜗杆17转动,并带动减速箱体、电池板支架转动,完成东西方向的跟踪。 2(南北方向跟踪

支柱2上设置一个横支架8,横支架8端部铰接一个减速器10,减速器中设有蜗杆(图中未画出)与电机9相连,蜗杆与设在减速器中的蜗轮啮合,蜗轮中心设有螺孔与丝杆7连接配合,丝杆7的一端通过铰链11与电池板支架连接。电机9通过蜗轮蜗杆、丝杆螺孔机构,带动电池板支架转动,完成南北方向的跟踪。 俯仰跟踪控制。动力源电机1通过联轴器7带动蜗杆8与蜗轮9啮合运动,蜗轮9与齿轮10同轴,经过齿轮10与11的啮合运动,带动与齿轮11同轴的支架12转动,从而实现与支架12固接的硅光电池板13达到仰俯运动跟踪的目的。周转跟踪控制。动力源电机6通过联轴器5带动蜗杆4与蜗轮3啮合运转,从而带动与蜗轮3同轴固联的上箱2实现周转运动,因仰俯控制的传动机构都装在上箱2内,从而达到硅光电池板周转运动跟踪的目的。 两轴分别由两个电机控制,图a表示电机1输出轴连接固定在转台上的减速器1输入轴,减速器1输出轴连接小齿轮,大齿轮固定,当电机转动时驱动小齿轮绕

太阳能路灯控制器使用书

七、常见问题及处理方法: 太阳能智能充电控制器 使用说明书 一、主要特点 1.使用微处理器和专用控制算法,实现了智能控制。 2.两种负载工作模式:纯光控、常开模式,负载亮灭时间可调。 3.具有放电率修正控制,不同放电率具有不同的终止电压,符合蓄电池固有特性。 4.科学的蓄电池管理方式,当出现过放时,对蓄电池进行提升电压充电,进行一次补偿维 护,正常使用时,使用直充充电和浮充结合的充电方式,增强了蓄电池的使用寿命;同 时具有高精度温度补偿,使充电控制更加精确。 5.参数设置具有掉电保存功能,即系统模式和控制参数等重要数据均保存在芯片内部,掉 电后不丢失,使调节更加方便,系统工作更可靠。 6.充电回路采用双MOS串联式控制回路,使回路电压损失较使用二极管的电路降低近一半, 充电采用PWM模糊控制,使充电效率大幅提高,用电时间大大增加。 7.LED直观显示太阳能电池、蓄电池和负载的状态,数码管显示调节参数,让用户实时了 解系统运行状况,并且具有丰富的参数设置,用户可以根据不同使用环境设置相应的工 作模式。 8.具有过充、过放、过载保护以及独特电子短路保护与防反接保护,所有保护均不损害任 何部件,不烧保险;具有TVS防雷保护,无跳线设计,可提高系统的可靠性、耐用性。 9.所有控制全部采用工业级芯片和精密元器件,能在寒冷、高温、潮湿环境正常运行。同 时使用晶振定时控制,使定时控制更加精确。 10.使用了数字LED显示及设置,一键式操作即可完成所有设置,使用方便直观。 二、系统说明: 本控制器专为太阳能直流供电系统、太阳能直流路灯系统、小型太阳能电站系统设计,使用专用电脑芯片实现了智能化控制,所有芯片均采用工业级别,可以在恶劣的环境下使用。 对于具有12V/24V自动识别功能的型号,当控制器初次上电时,系统会进行电压识别,当数 码管显示“0”时,表示12V系统,若显示“1”则表示24V系统。同时系统具有短路、过载、 和独特的防反接保护,充满、过放自动关断、恢复等全功能保护措施,详细的充电指示、蓄 1 / 3

基于PLC的太阳能单轴跟踪控制系统

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/9416708107.html, 基于PLC的太阳能单轴跟踪控制系统 作者:李子剑苗春艳 来源:《数字技术与应用》2013年第10期 摘要:为实现太阳能电池板对太阳光能的最高转换率,改变传统太阳能电池板固定安装对太阳光能利用低下的弊端。本文以光敏电阻构成跟踪器,并利用西门子的S7200系列PLC和MM440设计太阳能单轴自动跟踪系统。该太阳能单轴自动跟踪系统可实现在有太阳光照射的情况下,在任意时刻让太阳光直射太阳能电池板,同时解决了风力过大时太阳能电池板的防风问题。 关键词:太阳能单轴跟踪控制系统 PLC 中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2013)10-0009-01 1 概述 目前,光伏电池光电转换效率仍然不高而且价格昂贵,同时大型的太阳能发电站中光伏电池板基本都是固定的,没有充分利用太阳能资源,发电效率低下。相同条件下,采用固定发电方式要比自动跟踪发电方式的发电量要低35%以上,因此非常有必要对太阳光进行自动跟踪。光伏发电自动跟踪装置是一种可以提高太阳能利用率,降低光伏发电成本的有效途径。研究精确的太阳跟踪装置,可使光伏电池板接收到更多的太阳辐射能量,增加发电量,提高人类对太阳能源的利用率。[1] 目前光跟踪技术主要是两种方法,即:视日运行轨道跟踪方法[2]、光电自动跟踪方法。 光电跟踪方式又可以分为单轴跟踪和双轴跟踪,本文以选择单轴跟踪方式,整个系统的PLC 硬件选择SIEMENS公司的S7-200系列CPU226(24输入/16输出),其中主机为CPU226,模拟量扩展模块EM231(4输入),EM251(4输入/1输出)。 2 工作原理 单轴自动跟踪系统主要由PLC、传感器、电机等组成。它的基本原理是:当太阳光照射到传感器上时,由惠斯顿电桥及转换电路把光敏电阻值转变为电流值(4~20mA),转化后光照越强相应的电流值越小,光照越弱相应的电流值越大,此电流值经s7-200的模拟量输入模块 保存到s7-200中,由s7-200与规定值比较后控制电机转动,使聚光器随着太阳移动而移动,从而达到跟踪的目的。 2.1 机械部分 (1)其追踪太阳实时方位的方式为:电机转动使太阳能电池板对准太阳方向。(2)追踪器实现东西方向180°旋转。该运动范围可以满足在地球任意经度纬度的地区安装,可实现追

高精度太阳能跟踪控制器设计与实现_关继文

《自动化与仪器仪表》2010年第3期(总第149期) 23 高精度太阳能跟踪控制器设计与实现 关继文1,2,3,孔令成1,3,张志华1,3 (1中国科学院合肥智能机械研究所 安徽合肥,230031)(2中国科学技术大学自动化系 安徽合肥,230027) (3常州机械电子工程研究所 江苏常州,213164) 摘 要:针对目前采用传感器检测实现的太阳能跟踪控制器抗干扰性差,跟踪误差大的缺点,介绍了采用软 件算法和传感器检测控制结合的高精度太阳能跟踪控制器设计与实现的方法。软件算法是根据天体的运行规律来计算太阳的高度角和方位角,控制太阳能跟踪器的水平角和俯仰角的范围。传感器检测控制是由精密的四象限传感器检测电路来实现,在软件算法计算的水平角和俯仰角移动的范围内搜索,精确的跟踪太阳光信号的最强点,提高太阳光能的利用率。 关键词:太阳能跟踪器;四象限传感器;高度角;方位角;算法 Abstract: Due to the existing solar tracking controller having defect of poor anti-interference and large tracking error ,this paper introduces the method of design and implementation of the software algorithms and sensor measurement and control with high precision solar tracking controller . Software algorithms to run in accordance with the laws of celestial bodies to calculate the sun's elevation angle and azimuth control the range of the pitch and horizontal angle of the solar tracker .Sensor measurement and control is a sophisticated four-quadrant sensor detection circuit to achieve in the software algorithm discussed above ,accurate tracking of the sun the strongest signal,and greater utilization of solar energy. Key words: Solar tracker ; Four-quadrant sensor ; Altitude ; Azimuth ; Algorithm 中图分类号:TP273.5 文献标识码:B 文章编号:1001-9227(2010)03-0023-03 0 引 言 太阳能跟踪控制器是能够保持太阳能电池板随时正对太阳,使太阳能电池板能垂直照射的机械动力装置,能够显著提高太阳能光伏器件的发电利用率。由于地球的公转和自转,每一个固定地点在一年四季每天每时每刻,太阳的照射角度都有不同,要提高太阳能的利用率,必须保证太阳能电池板能够根据太阳位置的不同而转动。目前,通用的太阳能跟踪控制器是根据经度和纬度的不同,按照天体运行的规律来计算每时刻太阳所在高度角和方向角。天体运行的计算需要运用到大量的浮点、三角、反三角等复杂的运算,要保证计算的精度,普通的单片机需要耗费大量的时间,不能实时的计算。另外,由于蒙气差(大气折射)的存在,蒙气差随着大气密度、温度和压力等条件的变化而变化,不可能很精确的实现太阳跟踪。现在市场上也有采用硬件检测电路来实现的太阳能跟踪器,其采用光电池作为传感器,来实现太阳跟踪。这种跟踪器的精度要靠高精度的传感器,精密的实验电路来保证;并且抗干扰性差,容易跟错目标[1]。 由于现有的太阳能跟踪控制器存在这些缺点,本文设计了一种新型的高精度太阳能跟踪控制器。该控制器由软件算法、传感器检测控制来综合实现,可以精确的跟踪太阳,提高太阳光能的利用率;具有很高的抗干扰性,并且可以节约跟踪器的成本。 2 太阳能跟踪控制器概述 高精度太阳能跟踪控制器采用软件算法控制和传感器检测精确控制综合来实现。软件算法控制根据天体运行规律,实时计算出太阳的位置,使跟踪器定位到一定的范围。传感器检测控制在该范围内搜索检测太阳光的最强点,提高太阳能的利用率。软件算法控制可以提高系统的抗干扰能力。由于外界自然环境复杂多变,天空中飞起的树叶或生活垃圾,以及云层的运动都会对传感器检测造成干扰,使跟踪器产生很大的跟踪误差。所以采用这种高精度太阳能跟踪控制器可以提高跟踪的精度和抗干扰能力[2]。 太阳能跟踪控制系统框图如图1所示。软件算法控制主要通过读取当前时间,由DSP根据相关的算法计算出太阳能电池板要旋转的水平角和俯仰角。传感器检测控制由四象限传感器、信号放大电路、绝对值电路、比较电路等组成。 图1 控制系统框图 收稿日期:2009-12-15 作者简介:关继文(1984-),男,安徽宿州人,研究生,主要研究方向为检测技术与自动化装置,DSP 及太阳能跟踪控制。

太阳能路灯控制器设计报告

太阳能路灯控制器设计报告 专业名称:电子信息工程 学生姓名:李伟 班级学号: 27378382737 指导教师: 实习日期:

太阳能路灯控制器设计 摘要:近年来,随着按照全面协调可持续的科学发展观的要求,把节约资源作为基本国策,发展循环经济,保护生态 环境,加快建设资源节约型、环境友好型社会,促进经济发展与人口、资源、环境相协调。这表明,发展循环经济,实 现节约发展、清洁发展、安全发展,从而实现可持续发展,然而对太阳能的利用就愈发的重要,本文综合介绍了太阳能 路灯控制器的构造及其原理,并提出自己的一些看法,一边为相关研发人员提供参考。 关键词:太阳能路灯控制器,太阳能,原理 一、太阳能路灯控制器的基本介绍 太阳能控制器应用于太阳能光伏系统中,它全称太阳能充放电控制器,协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作,是光伏系统中非常重要的组件。使整个太阳能光伏系统高效,安全的运作。 太阳能路灯控制器主要用于家庭、商业区、工厂、交通、牧区、通信以等太阳能供电系统。作为太阳能路灯控制器应该具备以下基本功能: 过载保护、短路保护、反向放电保护、极性反接保护、雷电保护、欠压保护、过充保护、负载开机恢复设置。 二、太阳能路灯控制器工作原理 新一代多功能太阳能路灯控制器。其电子线路配备了性能优良的单片机微处理芯片,具有高效率充电、五个LED 全功能显示、可编程的路灯控制模式等功能。 1、控制器具有如下功能: 带有自动温度补偿的三阶段的充电方式(强充电-均衡充电-浮充电),由脉宽调制(PWM)控制充电方式,可应用于给全密封或不密封的铅酸蓄电池充电。用户可以自己选择,由蓄电池容量(SOC)还是蓄电池电压来控制深度放电保护功能。五个LED可清晰地显示蓄电池的不同工作及充放电状态。 2主要技术参数: 根据太阳能电池组的开路电压自动识别白天和夜晚内置温度补偿蓄电池容量(SOC)或者蓄电池电压来控制深度放电保护功能极性反接保护两种夜间照明模式,其中一种为只有光控无定时模式。另一种是可编程的控制模式。当黄昏来临,在一定延时后,负载端自动打开。用户可自定义夜间负载打开的时长,设定时长以1小时为单位,在定时模式下最长可达12小时。五个LED全面显示蓄电池的不同充放电状态通过路灯控制器的可编程模式可分13段步进0.5V选择控制器天黑程度的控制点电压和天亮程度的控制点电压。充电采用串联调节PWM脉冲宽度方式进行控制。 3、设计原理 太阳能路灯是以太阳的光为主要能源,白天可以自主充电、晚上使用。无需铺设任何复杂、昂贵的电路管线等,同时还可以任意调整灯具的布局,安全高效节能并且无其它污染,充电和使用开关的过程采用光控自动控制,无需人工操作,工作稳定可靠,节省电费和电力资源,免维护,太阳能路灯的实用性已充分得到了人们的认可,本文介绍的是基于单片机的太阳能路灯控制器的设计,对12V和24V蓄电池可以实现自动识别,能实现对蓄电池的科学管理,能指示蓄电池过压、欠压等运行状态,而且具有两路负载输出,每路负载额定电流可以达到5A,两路负载可以随意设置为同时点亮、分时点亮,单独定时等多种工作模式,同时对负载的过流、短路具有保护等功能;且有较高的自动化和智能化程度。 硬件电路组成及工作原理是由统硬件结构框图太阳能路灯智能控制器以STC12C5410AD单片机为核心的。其中外围电路主要由电压采集电路、主要负责输出控制与检测电路、LED显示电路及键盘电路等几部分组成的,电压采集电路包括:太阳能电池板和蓄电池电压采集,用于太阳光线强弱的识别以及蓄电池电压的获取。单片机的P3口的两位作为键盘输入口,用于工作模式等参数的设置。

最大功率点跟踪(MPPT)基本原理

最大功率点跟踪(MPPT)基本原理 MPPT名词解释 MPPT控制器的全称“最大功率点跟踪”(Maximum Power Point Tracking)太阳能控制器,是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。所谓最大功率点跟踪,即是指控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压,并追踪最高电压电流值(VI),使系统以最高的效率对蓄电池充电。下面我们用一种机械模拟对比的方式来向大家解释MPPT太阳能控制器的基本原理。 MPPT 控制器 要想给蓄电池充电,太阳板的输出电压必须高于电池的当前电压,如果太阳能板的电压低于电池的电压,那么输出电流就会接近0。所以,为了安全起见,太阳能板在制造出厂时,太阳能板的峰值电压(Vpp)大约在17V左右,这是以环境温度为25°C时的标准设定的。这样设定的原因,(有意思的是,不同于我们普通人的主观想象,下面的结论可能会让我们吃惊)在于当天气非常热的时候,太阳能板的峰值电压Vpp会降到15V左右,但是在寒冷的天气里,太阳能的峰值电压Vpp可以达到18V! 现在,我们再回头来对比MPPT太阳能控制器和传统太阳能控制器的区别。传统的太阳能充放电控制器就有点象手动档的变速箱,当发动机的转速增高的时候,如果变速箱的档位不相应提高的话,势必会影响车速。但是对于传统控制器来说,充电参数都是在出厂之前就设定好的,这就像车的档位被固定设置在了1档。那么不管你怎样用力的踩油门,车的速度也是有限的。MPPT控制器就不同了,它是自动挡的。它会根据发动机的转速自动调节档位,始终让汽车在最合理的效率水平运行。就是说,MPPT控制器会实时跟踪太阳能板中的最大的功率点,来发挥出太阳能板的最大功效。电压越高,通过最大功率跟踪,就可以输出更多的电量,从而提高充电效率。理论上讲,使用MPPT控制器的太阳能发电系统会比传统的效率提高50%,但是跟据我们的实际测试,由于周围环境影响与各种能量损失,最终的效率也可以提高20%-30%。 从这个意义上讲,MPPT太阳能充放电控制器,势必会最终取代传统太阳能控制器。 为什么要使用MPPT ? 太阳能电池组件的性能可以用U-I曲线来表示。电池组件的瞬时输出功率(U*I)就在这条U-I曲线上移动。电池组件的输出要受到外电路的影响。最大功率跟踪技术就是利用电力电子器件配合适当的软件,使电池组件始终输出最大功率。

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