一種高精度低功耗的太陽(yáng)能發(fā)電量檢測系統設計

雖然霍爾電流傳感器能夠無(wú)損耗的轉換電流電壓，但太陽(yáng)能電池板輸出電流較小且經(jīng)過(guò)霍爾電流傳感器之后輸出電壓僅為幾十毫伏，很難測準，所以要經(jīng)過(guò)OP07集成運算放大器來(lái)放大。OP07芯片是一種低噪聲非斬波穩零的雙極性運算放大器集成電路。因為OP07具有較低的輸入失調電壓(對于OP07A最大25μV)，所以OP07在很多場(chǎng)合不需要額外的調零動(dòng)作。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低(OP07A為±2 nA)與開(kāi)環(huán)增益高(對于OP07A為300V/mV)等特點(diǎn)，這種低失調，高開(kāi)環(huán)增益的特性，這使得OP07特別適合用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等方面。正反饋放大電路如圖3。

因為實(shí)時(shí)功率的測量需要同時(shí)采集到電壓值和電流值。而太陽(yáng)能電池板電壓為0～22 V，以及單片機的處理電壓均為0～5 V。所以太陽(yáng)能電池板和蓄電池的輸出電壓以及電流經(jīng)過(guò)霍爾電流傳感器按比例轉換得出電壓值必須要衰減或放大到0～5 V。根據電壓電阻之間的線(xiàn)性關(guān)系，將0～14 A按比例轉換為0～5 V，電壓0～20V按比例轉換為0～5V。衰減電路如圖4。

1.2.4 LCD1602顯示電路

本設計采用LCD1602液晶顯示屏顯示，其具有體積小、功耗低、界面大方等優(yōu)點(diǎn)，這里使用YB1602液晶屏，1602顯示模塊用點(diǎn)陣圖形顯示字符，顯示模式分為2行16個(gè)字符。

1.2.5 充電控制器

由于在工作時(shí)，隨著(zhù)光照溫度等因素不斷變化，必然會(huì )導致端電壓急劇變化。此時(shí)就需要充電控制器了。充電控制器，一方面能夠延長(cháng)蓄電池的使用壽命，另一方面在充電過(guò)程中還能減少損耗，保護蓄電池充電過(guò)量造成損害。系統采用以MPPT控制器為核心的充電控制電路。

1.2.6 發(fā)電量檢測軟件設計

系統程序主要包括：LCD1602顯示程序，AD轉換模塊，單片機主程序。

由此可知，工作原理為：太陽(yáng)能電池板接受光照時(shí)產(chǎn)生電壓和電流信號，通過(guò)太陽(yáng)能充電控制器對蓄電池充電，蓄電池經(jīng)過(guò)穩壓電路位單片機提供驅動(dòng)電壓，電池板產(chǎn)生的電壓和電流分別經(jīng)過(guò)V/V、I/V轉換電路并衰減或放大使其電壓不超過(guò)5 V，再經(jīng)過(guò)模數轉換為數字信號，經(jīng)過(guò)單片機內部處理將功率值實(shí)時(shí)顯示在LCD1602液晶屏上。

1.3 系統的調試

1.3.1 性能要求

1)電量檢測裝置能夠測量0.5～999.0 W的功率且平均誤差率<5%。

2)太陽(yáng)能電池板規格：最大功率160 W;最大輸出電壓22V;最大輸出電流6A。

3)蓄電池規格：型號6-DZ-12;額定電壓12 V;額定容量12 Ah。

1.3.2 軟硬件設置

電量測量電路中太陽(yáng)能電池電壓衰減倍數為1/4.5，霍爾電流傳感器輸入電流與輸出電壓比為4，電壓放大電路放大倍數為4。

2 太陽(yáng)能發(fā)電量檢測裝置的系統測試

太陽(yáng)能電池板在太陽(yáng)能發(fā)電系統的電力電子裝置的實(shí)驗室研究中扮演了相當重要的角色。但是當日照強度很低或者夜晚的時(shí)候，太陽(yáng)能電池陣列失去了輸出功率。這時(shí)，研究工作就受到了外界條件的限制，我們可以通過(guò)模擬太陽(yáng)能電池的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

整個(gè)系統的實(shí)際檢驗需要在特定的條件下才能進(jìn)行，太陽(yáng)能電池的工作效能與光強，外界環(huán)境溫度，陽(yáng)光照射角度，陽(yáng)光的光譜分布等因素有關(guān)。所以測量太陽(yáng)能電池的輸出功率必須按照IEC TC-82的行業(yè)標準。

標準為：AM(air-mass大氣質(zhì)量)=1.5，光的輸入功率=1 000W/m2，測試溫度為25℃

由于條件限制，在實(shí)驗室情況下，采用電壓源電流源模擬太陽(yáng)能電池測得數據如圖6。

如圖所示，實(shí)際值越小測量值的誤差越大，比如輸出電壓為3 V時(shí)，實(shí)際值與測量值的誤差達到了77%，當輸出電壓為6 V時(shí)，實(shí)際值與測量值的誤差達到了44%，但是當實(shí)際功率超過(guò)6 W的時(shí)候，誤差率就不超過(guò)5%了。實(shí)際中，太陽(yáng)能電池的有效工作時(shí)的發(fā)電功率在120 W左右，所以系統能很好的完成太陽(yáng)能發(fā)電量的檢測。

整個(gè)系統的調試均是在實(shí)驗室條件下進(jìn)行的，用實(shí)驗室電源模擬太陽(yáng)能電池，雖然不能很好的表現出太陽(yáng)能電池的原始性能，且有些特征表現的也過(guò)于理想化，所以會(huì )有很大的局限性。但設計的重點(diǎn)不在于測量太陽(yáng)能電池板的性能，而是要檢驗設計進(jìn)行功率檢測的精確度，因此是能夠反應設計效果的。從測量結果來(lái)看發(fā)電量檢測達到了預期目標。

3 結論

文中提出并設計了一種基于AVR單片機的太陽(yáng)能發(fā)電量檢測系統。系統能夠將所測得值實(shí)時(shí)顯示在液晶屏幕上。由實(shí)驗過(guò)程和結果分析可知，此系統結構比較簡(jiǎn)單，能夠實(shí)時(shí)并精確地顯示太陽(yáng)能發(fā)電量以及用電器用電量，可以為調配電力提供有力的數據支持，同時(shí)還減少了一些不必要的能量消耗，這對于太陽(yáng)能最大程度化的利用具有較重大意義。而且此系統裝置器件壽命較長(cháng)，耐用可靠，并且具有通用性，還可以靈活應用于其他數據采集的工程領(lǐng)域。