1 引言

太陽能是我國新興的一種清潔能源，具有較大的發(fā)展空間和發(fā)展前景。但是隨著太陽能應用范圍的不斷增加，太陽能發(fā)電的弊端也逐一顯現(xiàn)。由于一天之中，太陽光照的范圍、方向、強度等因素存在變化，因此太陽能的利用率就受到這些因素的制約，使得太陽能利用率普遍偏低。當前，我國太陽能電池板的應用設計存在問題。而相比一些固定的太陽能電池板，自動跟蹤發(fā)電設備在應用過程中更具優(yōu)勢[1-4]。所以，在太陽能發(fā)電工作中，電池板的自動對光就顯得至關重要，這是為了提升太陽能的發(fā)電效率，

本文中研發(fā)一套可以實現(xiàn)對太陽光源自動跟蹤的裝置，也就是太陽能電池板自動對光控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設計中主要應用到單片機技術，包括軟件和硬件的設計。其中，軟件設計主要包括系統(tǒng)流程圖的設計；硬件設計中考慮到硬件需具備多功能模塊以及高集成度等特點，應用型號為 C8051F005 單片機。最終設計完成的太陽能電池板自動對光控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)根據(jù)太陽光源的變化調整電池板的轉向，從而提升了太陽能的利用率，達到太陽能發(fā)電的最大效率。

2 太陽能電池板的系統(tǒng)方案

（1）系統(tǒng)方案。太陽能電池板自動對光控制系統(tǒng)中應用到定時法、對比法等多種方法。首先，定時法主要是對太陽光的轉動角度進行計算，從而得出每分鐘太陽轉動的角度。根據(jù)太陽轉動角度確定電動機的轉速，從而使電池板的轉向隨著太陽光的變化而產(chǎn)生變化。而對比法則是模擬太陽光的轉動，將兩塊型號相同的電池板進行同角度擺放。在太陽光發(fā)生變化時，控制電池板電動機方位保持穩(wěn)定，記錄兩塊電池板生成電流的大小數(shù)值。從而能夠判斷太陽光光照角度對于電池板發(fā)電的影響程度。但是在對比過程中應當考慮到不同季節(jié)太陽光變化的情況，避免由于季節(jié)因素造成實驗結果精度的偏差。除此之外，系統(tǒng)中還應用到了采樣電壓比較法。通過對采樣電壓的變化進行分析對比，從而能夠根據(jù)采樣電壓的變化情況進行電池板角度的調節(jié)，這樣就能夠自動進行跟蹤。

（2）硬件設計。太陽能電池板自動對光控制系統(tǒng)的硬件設計結構如圖 1 所示。

太陽能電池板自動對光控制系統(tǒng)的分壓電路設計中，設定太陽能電池板額定輸出電壓為 20 V。此時，還不能夠將太陽能電池板直接與系統(tǒng)中的單片機進行連接，這樣很容易對單片機造成燒毀。因此，還需要應用電阻對其進行串聯(lián)，從而實現(xiàn)分壓的目的，保護單片機。

本文應用到的單片機只能夠對數(shù)字信號進行識別，因此需要將單片機的 A/D 與電池板進行連接。單片機的 A/D 接口電壓不應超過 24 V，而本文中設定的太陽能電池板額定輸出電壓為 20 V，因此 A/D 轉換器允許直接與電池板進行連接。

考慮到單片機的兼容性，本文中選擇的單片機型號為 C8051F005。MCU 中包含 8052 標準外設部件，以及 7 個 16 bit 的計數(shù)器/定時器、253 Byte 全雙工 UART、137 Byte 特殊功能寄存器地址空間、5 Byte 寬度 I/O 端口。在太陽能電池板自動追光的系統(tǒng) CIP 中，包括數(shù)字子系統(tǒng)和一個集成電路。CIP 為流水線結構，能夠提升指令執(zhí)行速度。而且，單片機系統(tǒng)還具備高峰值執(zhí)行速度選擇多元化的特點。本系統(tǒng)中的蓄電池選擇額定輸出 12 V 的儲能元件。在蓄電池工作過程中，蓄電池可以自動將能量進行存儲，這樣就簡化了操作，實現(xiàn)了蓄電池的自調節(jié)。蓄電池能夠自動轉換電能，并且將電能得以應用。而當太陽能電池板不投入使用時，蓄電池還可以作為單片機電源的供應，從而實現(xiàn)了單片機定時自檢功能。考慮到電壓的變化情況，應用降壓型開關穩(wěn)壓器，能夠對太陽能電池板自動對光控制系統(tǒng)進行控制，提升太陽能電池板自動對光控制系統(tǒng)電壓調整率以及負載調整率。降壓型開關穩(wěn)壓器可以提供最大為 3 A 的負載電流。并且實現(xiàn)了兩種固定輸出型電壓以及一種輸出可調節(jié)型電壓。降壓型開關穩(wěn)壓器的結構簡單，而且外圍元件數(shù)量較少，便于實際操作。降壓型開關穩(wěn)壓器內置頻率補償器、兩級過流保護電路、過熱保護電路以及固定頻率振蕩器。可利用小型濾波元件進行控制。在輸出負載的條件下，降壓型開關穩(wěn)壓器的電壓容差為 ±8%，降壓型開關穩(wěn)壓器的待機電流為 60 μA。

3 電機驅動設計

（1）電機驅動電路的設計。電路設計引腳圖如下。太陽能電池板自動對光控制系統(tǒng)的實際應用中，電機驅動的設計也是十分重要的一大因素。所以，本文中對于電機驅動的設計，設定驅動電路中直流電機的功率為 12 V。綜合進行考慮，由于單片機數(shù)字電路輸出電壓信號存在問題，所以在設計過程中應將這一因素納入其中。因此為了能夠保證較小的電壓信號也能夠對電壓較高的負載需用電機驅動芯片進行控制，在電機驅動設計中為了對電機驅動芯片進行控制。此外，電動機驅動芯片還能夠實現(xiàn)對電機轉動方向進行控制，從而達到恢復電池板無功率增大的轉矩的目的。這樣設計的好處是能夠便于對電池板轉向進行調節(jié)，選擇型號為 LG9110 的直流電機驅動芯片。在電路對蓄電池進行充電時，此時的電壓瞬間可達 12 V。而型號為 LG9110 的直流電機驅動芯片在運行過程中的電壓較低，因此，為了滿足型號為 LG9110 的直流電機驅動芯片的正常應用，直流減速電機功率進行電壓控制。通過改變電機電流，控制芯片的最大電流滿足應用需求。

（2）系統(tǒng)軟件的設計。太陽能電池板自動對光控制系統(tǒng)的軟件設計中，應用 C8051F005 可編程芯片。在軟件設計過程中，對應硬件的各個部分，并且實現(xiàn)與系統(tǒng)硬件的相互結合，從而滿足系統(tǒng)的應用需求。軟件設計中，太陽能電池板自動對光的跟蹤模式主要由軟件實現(xiàn)。這樣能夠有效的提高太陽能光源跟蹤的靈活性，便于隨時對其進行自動調整，從而提升太陽光的利用效率。C8051F005 模塊復位后，由初始化模塊負責控制。達到規(guī)定的時間時，時間計時器能夠自動清零。此時，對太陽能電池板上輸出電壓進行檢測，并與設定電壓數(shù)值展開比較。所測得的數(shù)值如果大于設定電壓數(shù)值，那么將單片機驅動電機正向轉動3度；如果所測得的數(shù)值小于設定電壓數(shù)值，則此時單片機切入空閑狀態(tài)。

4 結語

隨著社會發(fā)展，人們對于能源的應用需求和應用都明顯的提高。新能源的研發(fā)利用成為解決當前能源供應問題的首要方法。太陽能的利用在現(xiàn)階段十分普遍，太陽能利用率低下的問題一直困擾著人們。

本文設計的太陽能電池板自動對光控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)太陽光光源的自動跟蹤，從而有效解決了太陽能利用效率不高的問題，并且從根本上提升了太陽能的利用效率，滿足當前人們的能源使用需求。