Данная статья является завершающей в цикле статей о разработке системы позиционирования солнечной батареи. Первая статья была посвящена разработке аппаратного и программного обеспечения схемы слежения за точкой максимальной мощности солнечной батареи для контроллера солнечной батареи.[2] Вторая статья посвящена устройству управления шаговым двигателем на основе микроконтроллера.[3]
Структурная схема системы позиционирования солнечной батареи представлена на рис. 1. В схему входят следующие блоки: преобразователь USB ( схеме установлен блок преобразователя USB в RS-232); фотодатчик – их в данной схеме 2 и они предназначены для преобразования светового потока в электрический сигнал – напряжение; МК – микроконтроллер, который управляет всей периферией устройства, обработкой событий от клавиатуры, тактированием и заданием режимов работы драйвера управления ШД; клавиатура – предназначена для ручного управления вращением солнечной батареи; ЖКИ – жидкокристаллический индикатор, отображающий информацию о текущем состоянии устройства и уровня интенсивности солнечного излучения; блок питания; драйвер шагового двигателя, осуществляющий управление шаговым двигателем, с его помощью задаются параметры, такие как скорость, шаг; ШД – шаговый двигатель, предназначенный для вращения солнечной батареи; солнечная батарея, преобразующая солнечную энергию в постоянный электрический ток; контроллер заряда, контролирующий уровень заряда аккумулятора; аккумулятор; инвертор, преобразующий 12 В постоянного напряжения в 220 В переменного напряжения; нагрузка (различные электрические приборы) [4].
Принципиальная электрическая схема системы позиционирования солнечной батареи изображена на рис. 2.
Главным узлом устройства является микроконтроллер R5F100LE серии G13. Данный микроконтроллер питается от сети с постоянным напряжением 5В, которое прикладывается к выводам Vdd и Vss. Подключение конденсатора С1 в цепь питания микроконтроллера рекомендовано производителем и выполняет функцию фильтра. К портам микроконтроллера подключаются кнопки S1 и S2. для подключения выводов кнопок используются порты ввода/вывода микроконтроллера P60…P61, которые настроены на вход. Кнопки работают следующим образом, по умолчанию на выводах кнопок устанавливается логический «0», с помощью подтягивающих резисторов R10 и R11. При нажатии кнопки S1 на порту P60 устанавливается логическая «1» и происходит соответствующее действие, аналогично с кнопкой S2, только уже на порту P61. [5]
Рис. 1. Структурная схема системы позиционирования солнечной батареи
Жидкокристаллический индикатор на контроллере HD44780 подключается к системе позиционирования солнечной батареи по стандартной схеме, рекомендованной производителем данного изделия. У этого дисплея 8 выводов данных и три вывода управления, не считая выводов питания, подсветки и контроля контрастности. 8 информационных выводов подключаются к порту P1, а три управляющих вывода подключаются к портам Р53 .. Р55. Информационные входы подключены к одному восьмиразрядному порту с целью упрощения программы и увеличения быстродействия работы.
Выводы LED+ и LED- предназначены для подсветки. для регулировки контрастности дисплея используется потенциометр на 10 КОм, регулирующий вывод потенциометра подключен к выводу V0 дисплея.
Сопряжение микросхемы L297 драйвера шагового двигателя с микроконтроллером осуществляется с помощью портов ввода/вывода P01 .. P06, для управления драйверами требуется лишь установка логического нуля или единицы на вывода драйвера, кроме вывода для тактирования CLK. Тактирование осуществляется с помощью порта P04. Данный порт является портом ввода/вывода, который настроен на вывод и генерирует на выходе гармонический сигнал прямоугольной амплитуды, при изменении частоты которого можно менять скорость вращения вала двигателя.
Микросхема L297 является формирователем управляющих сигналов, соединяется с микросхемой L298 по рекомендованной производителем схеме, в основном это четыре линии управления – A,B,C,D. К выходным выводам микросхемы L298 подключается диодная защита, которая исполнена в данном случае в виде микросхемы. Такое включение диодов в цепь обмоток двигателя позволяет срезать выброс напряжений отрицательной амплитуды на выводах двигателя, без данной защиты это напряжение может пробить внутреннюю цепь компонента L298.
Элемент А1, представляет собой солнечную батарею, которая состоит из параллельно и последовательно соединенных фотоэлементов SC1…SC6, предназначенных для преобразования солнечной энергии в постоянный электрический ток. Так же в системе присутствует контроллер заряда, который контролирует заряд аккумулятора и представлен на схеме как контакты Х1. Он имеет следующие выводы: +SB и -SB к которым соединяются плюсовой и минусовой вывод солнечной батареи, +Battery и – Battery, данные выводы идут к соответствующим выводам аккумулятора, и выводы +Load и –Load, предназначены для подключения нагрузки, в данном случае это светодиод.
Для накопления преобразованной солнечной батареей энергии, используется аккумулятор Bat1, который подключен к контроллеру заряда, как описано выше и также подключен к инвертору, который представлен на схеме как контакты Х2. Инвертор предназначен для преобразования постоянного тока в переменный и имеет следующие выводы +12В и -12В соединенные к аккумулятору и выводы с переменным напряжением 220 В к которым может быть подключена нагрузка.
Для питания всей периферии устройства используются два блока питания, с выходными напряжениями 5 и 12в.
Внешний вид системы позиционирования солнечной батареи показан на рис. 3.
Система позиционирования солнечной батареи состоит из платформы с вращающейся на 120° солнечной батарей и контроллера SOLBAT.
Рис. 2. Электрическая принципиальная схема системы позиционирования солнечной батареи
Рис. 3. Внешний вид системы позиционирования солнечной батареи
Выводы
Недостатком используемого алгоритма слежения за точкой максимальной мощности солнечного излучения является отсутствие вращения платформы вокруг вертикальной оси. для устранения этого недостатка необходимо включить в устройство дополнительный шаговый двигатель для реализации механизма вращения платформы вокруг вертикальной оси. Это даст возможность дополнить алгоритм слежения за точкой максимальной мощности солнечного излучения составляющей, позволяющей осуществлять автоматическое слежение во все времена года.
Используя систему позиционирования солнечной батареи для точных измерений солнечной радиации в южных регионах можно получить данные о количестве падающей солнечной энергии на солнечную панель. Это позволит определить оптимальную ориентацию солнечных панелей и предполагаемый объем выработки электроэнергии при строительстве солнечных электростанций.
Библиографическая ссылка
Ибрагимов С.А., Семиляк А.И. СИСТЕМА ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ НА ОСНОВЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 3-1. ;URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=12002 (дата обращения: 24.04.2024).