摘 要: 設計的太陽能電池板系統，以單片機單元為核心，集檢測、光能跟蹤、板面清潔、輸出控制為一體，解決了傳統太陽能板控制功能簡單、效率低的技術問題，達到了自動監測輸出電能、自動清洗板面、全方位跟蹤光伏發電最大效率點的技術效果．
關鍵詞: 單片機;太陽能;控制;模塊
隨著經濟全球化進程的不斷加速和工業經濟的迅猛發展，能源問題已成為人類需要迫切解決的問
題，大力發展新的可替代能源已成為當務之急． 太陽能是一種取之不盡用之不竭的綠色能源，太陽能發 電具有充分的清潔性、絕對的安全性、資源的相對廣泛性和充足性、長壽性及維護性等其它常規能源所不具備的優點． 光伏發電雖然具有以上的優勢，但是實際應用中還存在很多的問題． 光伏發電的主要缺點之一是太陽能電池的效率太低，怎樣跟蹤最大光照和怎樣達到最大效率一直是重點研究的問題。
其次，由于處于室外，所處環境較為惡劣，太陽能板板面的清潔問題也是需要注意的重點． 本實用新型所要解決的技術問題，是針對上述存在的技術不足，提供了一種基于單片機控制的太陽能電池板系統． 解決了傳統太陽能板控制功能簡單、效率低的技術問題，達到了自動監測輸出電能、自動清洗板面、全方位跟蹤光伏發電最大效率點的技術效果．
1 設計思路和方案
1． 1 設計思路
以單片機單元為核心，把檢測、光能跟蹤、板面清潔、輸出控制設計成一體，以解決傳統太陽能板控制功能簡單、效率低的技術問題，達到自動監測輸出電能、自動清洗板面、全方位跟蹤光伏發電最大效率點的技術效果;采用無線遠程監控通信的設計方法，解決傳統太陽能板需近距離觀察其工作狀態的技術問題，實現實時監測、無線傳輸的技術效果;采用全自動智能化系統技術設計，達到控制裝置簡易、自動化無需人為管理、保持太能板電池系統高效、穩定的技術效果．
本系統內部硬件結構設計圖如圖 1 所示，包括單片機單元、電源模塊和太陽能板;單片機單元一側 I/O 連接位置驅動模塊、板面清潔模塊和電能輸出控制模塊，單片機單元的另一側串口連接有通信模塊和傳感檢測模塊、位置驅動模塊、板面清潔模塊、電能輸出控制模塊的輸出端;電能輸出控制模塊的輸出端連接太陽能板． 單片機單元 1 首先通過傳感檢測模塊 5 檢測光照環境，環境合宜則通過位置驅動模塊 2 控制太陽能板 7 來跟蹤最大光照點;其次，定時控制板面清潔模塊 4 來對太陽能板板面7 進行清洗;并通過電能輸出控制模塊 3 對太陽能板電池系統輸出的電能進行整流逆變等;單片機單元1 通過連接通信模塊 6，與外界進行無線通信，發送系統的工作狀態;電源模塊 8 為整個系統提供電能．
1． 2 技術方案
(1)電能輸出控制模塊
圖 1 中的電能輸出控制模塊 3 結構如圖 2 所示，電能輸出控制模塊包括整流電路 31 和調壓電路
32，太陽能板 7 的電能輸出側連接整流電路 31 的輸入側，整流電路 31 的輸出側連接調壓電路 32 的輸入側，調壓電路 32 的輸出側連接有逆變電路 33． 本太陽能電池控制系統中的電能輸出控制模塊 3 對輸出電能進行整流、調壓、逆變，可依靠用戶需求進行自動調壓、調頻，保證輸出電能的有效性．
(2)位置驅動模塊
圖 3 位置驅動模塊結構圖
圖 1 中位置驅動模塊 2 的結構如圖 3 所示，位置驅動模塊包括電機驅動模塊，電機驅動模塊的輸入側連接單片機單元，輸出控制端連接有 X 軸步進電機和 Y 軸步進電機，X 軸步進電機和 Y 軸步進電機連接在太陽能板上． 可以發現，本系統有 X 軸步進電機 22 和 Y 軸步進電機 23 兩電機對太陽能板 7 進行位置控制，實現太陽能板 7 的雙軸跟蹤，保證其工作的有效性．
(3)板面清潔模塊
圖 1 中的板面清潔模塊 4 如圖 4 所示，板面清潔模塊包括開關電路 41、電子水閥 45 和鼓風機 44開關電路 41 的信號輸入側連接單片機單元 1 的 I/O 口，控制輸出側連接有接觸器 A 42 和接觸器 B 43，電源模塊 8 為接觸器 A 42 和接觸器 B 43 提供電能;接觸器 A 42 連接控制電子水閥 45，接觸器 B 43 連接控制鼓風機 44;電子水閥 45 連接有進水管 46 和出水管 47，出水管 47 連接在太陽能板 7 上，鼓風機44 出風口連接在太陽能板 7 上;清潔時，首先通過接觸器 A 42 打開電子水閥 45，對板面進行水洗，其次通過接觸器 B 43 打開鼓風機 44 對板面進行清理，保證太陽能板板面的清潔性，提高其工作效率．
圖 5 傳感檢測模塊結構圖
(4)圖 1 中的傳感器模塊 5 結構如圖 5 所示，傳感檢測模塊 5 包括 A/D 轉換器 51，A/D 轉換器51 的輸入側連接有 X 軸光伏傳感器 A 52、X 軸光伏傳感器 B 53、Y 軸光伏傳感器 A 54 和 Y 軸光伏 傳感器 B 55，A/D 轉換器 51 的輸出側連接單片機單元 1 的 I/O 口;四只光伏傳感器，對光照情況實時監控，并通過單片機單元 1 計算出最大工作點，
圖 6 系統的工作流程圖
實現最大工作點的跟蹤．
圖 1 ～ 5 所示為本系統所包含的全部模塊，具體實施方式位置驅動模塊、板面清潔模塊和電能輸 出控制模塊輸入端與單片機的 I/O 的一側連接，位置驅動模塊、板面清潔模塊和電能輸出控制模塊的輸出端連接太陽能板，單片機單元的另一側串口連接有通信模塊和傳感檢測模塊;電源模塊輸出側連接單片機單元;所述的位置驅動模塊包括電機驅動模塊，電機驅動模塊的輸入側連接單片機單元，輸出控制端連接有 X 軸步進電機和 Y 軸步進電機，X軸步進電機和 Y 軸步進電機連接在太陽能板上． 本太陽能電池控制系統中四只光伏傳感器，對光照情況實時監控，并通過單片機單元計算出最大工作點，控制 X 軸步進電機和 Y 軸步進電機驅動太陽能電池板轉動，實現最大工作點的跟蹤． 太陽能電池板把光能轉化為電能，電能輸出控制模塊對輸出電能進行整流、調壓、逆變，可依靠用戶需求進行自動調壓、調頻，保證輸出電能的有效性。
2 系統工作流程
圖 6 為本系統的工作流程圖，首先檢測光照是否適宜，繼而跟蹤最大光照點;并定時對本系統板面清洗，并控制輸出電壓，且本系統具有無線信息傳輸功能，可實時監控太陽能電池板狀態并反饋用戶。
3 結語
本文設計的一種基于單片機控制的太陽能電池板系統具有以下優點:(1)太陽能板電池控制系統具有定時自動清掃板面塵土、灰漬的功能，隨時保持板面清潔，使系統發電效率一直保持在高狀態;(2) 太陽能電池控制系統對輸出電能進行整流、調壓、逆變，可依靠用戶需求進行自動調壓、調頻，保證輸出電能的有效性;(3)系統具有無線信息傳輸功能，可實時監控太陽能電池板狀態并反饋用戶．
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