光伏发电系统控制器设计与实现

我国的太阳能光伏发电的技术和材料研发虽然起步稍晚却后来居上，到目前为止太阳能光伏发电就在航天、军工和民用领域得到了广泛应用。在经过多年的努力，光伏发电有了相当的水平基础。目前光伏发电控制器的设计和实现方面已有多种类型产品在流通，包括了各种功率范围、使用环境的不同产品，此类产品多数用于有人值守环境下，如发现问题多采用人工干预的方式加以解决。在农业生产环境中，由于物联网技术的不断拓展，催生了对无人值守电源的大量需求，以往多采用蓄电池或简单的光伏发电系统进行供电，使用过程中经常出现断电、损坏等现象，针对农业物联网的特点和应用范围，研究并设计了一套光伏发电系统控制器，该控制器经过实测可以满足目前农业物联网对供电的需求。

1系统整体设计

光伏发电系统功能结构如图1所示。主要由光伏板、云台、充电控制器、蓄电池、电源转换模块、电源输出组块、电压监测与显示模块、主控制器、键盘、振动传感器、通信模块和报警输出模块等部件构成。光伏发电系统主控制器采用STC12C516AD单片机，此型号单片机具有三组常用I/O接口，其中P1口为AD功能输入，采用该型号单片机可以优化设计。表1所示为引脚名称及功能分配。

2PCB设计

控制器主电路板规格为150mm*80mm，采用双层布线工艺设计制造，控制板采用12V直流供电，板上安装有12V转5V的DC-DC电源为主控制芯片供电。PCB布线后板图如图2所示，从PCB文件生成的3D仿真图如图3所示。

3系统功能介绍

在本设计中使用了单片机和编制专用软件，实现了对太阳能板的智能控制，通过充电电压和电流的检测，实现了对过充、过放、电子短路、过载等故障现象的保护，采用的防反接保护措施防止使用过程中不会对负载造成损坏，蓄电池进行充电采取串联式PWM充电主电路，使充电回效率较非PWM高3%-6%，增加了用电时间，同时具有高精度温度补偿，并能在寒冷、高温、潮湿环境运行，较为适合农业生产环境，为物联网的发展提供基础性支持。系统设计中使用了数字LED显示装置，通过遥控器可完成所有设置和输出控制，防止误操作和非工作性使用，增强了系统的安全性和保密性。系统中可以选择安装GPRS通信模块，能够实现对太阳能供电控制器的远程遥控，并配合上位机软件进行集群控制。设计的太阳能控制板实物如图4所示。

4结束语

综合以上实验过程以及数据发现，设计的光伏发电控制系统可以实现对系统的全面监控，满足设计需求，通过组网可达到集群控制的目的，有利于解决目前边远地区和无人值守地区的小功率供电问题，本研究对于解决光伏发电监控系统的设计具有一定的参考价值。

参考文献：

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作者:段宇凡 李少飞 杨昌登 盖新鹏 闫星源 张航 李松 任守华 单位:1.黑龙江八一农垦大学 2.国网黑龙江大庆供电公