摘 要: 设计的太阳能电池板系统，以单片机单元为核心，集检测、光能跟踪、板面清洁、输出控制为一体，解决了传统太阳能板控制功能简单、效率低的技术问题，达到了自动监测输出电能、自动清洗板面、全方位跟踪光伏发电最大效率点的技术效果．
关键词: 单片机;太阳能;控制;模块
随着经济全球化进程的不断加速和工业经济的迅猛发展，能源问题已成为人类需要迫切解决的问
题，大力发展新的可替代能源已成为当务之急． 太阳能是一种取之不尽用之不竭的绿色能源，太阳能发 电具有充分的清洁性、绝对的安全性、资源的相对广泛性和充足性、长寿性及维护性等其它常规能源所不具备的优点． 光伏发电虽然具有以上的优势，但是实际应用中还存在很多的问题． 光伏发电的主要缺点之一是太阳能电池的效率太低，怎样跟踪最大光照和怎样达到最大效率一直是重点研究的问题。
其次，由于处于室外，所处环境较为恶劣，太阳能板板面的清洁问题也是需要注意的重点． 本实用新型所要解决的技术问题，是针对上述存在的技术不足，提供了一种基于单片机控制的太阳能电池板系统． 解决了传统太阳能板控制功能简单、效率低的技术问题，达到了自动监测输出电能、自动清洗板面、全方位跟踪光伏发电最大效率点的技术效果．
1 设计思路和方案
1． 1 设计思路
以单片机单元为核心，把检测、光能跟踪、板面清洁、输出控制设计成一体，以解决传统太阳能板控制功能简单、效率低的技术问题，达到自动监测输出电能、自动清洗板面、全方位跟踪光伏发电最大效率点的技术效果;采用无线远程监控通信的设计方法，解决传统太阳能板需近距离观察其工作状态的技术问题，实现实时监测、无线传输的技术效果;采用全自动智能化系统技术设计，达到控制装置简易、自动化无需人为管理、保持太能板电池系统高效、稳定的技术效果．
本系统内部硬件结构设计图如图 1 所示，包括单片机单元、电源模块和太阳能板;单片机单元一侧 I/O 连接位置驱动模块、板面清洁模块和电能输出控制模块，单片机单元的另一侧串口连接有通信模块和传感检测模块、位置驱动模块、板面清洁模块、电能输出控制模块的输出端;电能输出控制模块的输出端连接太阳能板． 单片机单元 1 首先通过传感检测模块 5 检测光照环境，环境合宜则通过位置驱动模块 2 控制太阳能板 7 来跟踪最大光照点;其次，定时控制板面清洁模块 4 来对太阳能板板面7 进行清洗;并通过电能输出控制模块 3 对太阳能板电池系统输出的电能进行整流逆变等;单片机单元1 通过连接通信模块 6，与外界进行无线通信，发送系统的工作状态;电源模块 8 为整个系统提供电能．
1． 2 技术方案
(1)电能输出控制模块
图 1 中的电能输出控制模块 3 结构如图 2 所示，电能输出控制模块包括整流电路 31 和调压电路
32，太阳能板 7 的电能输出侧连接整流电路 31 的输入侧，整流电路 31 的输出侧连接调压电路 32 的输入侧，调压电路 32 的输出侧连接有逆变电路 33． 本太阳能电池控制系统中的电能输出控制模块 3 对输出电能进行整流、调压、逆变，可依靠用户需求进行自动调压、调频，保证输出电能的有效性．
(2)位置驱动模块
图 3 位置驱动模块结构图
图 1 中位置驱动模块 2 的结构如图 3 所示，位置驱动模块包括电机驱动模块，电机驱动模块的输入侧连接单片机单元，输出控制端连接有 X 轴步进电机和 Y 轴步进电机，X 轴步进电机和 Y 轴步进电机连接在太阳能板上． 可以发现，本系统有 X 轴步进电机 22 和 Y 轴步进电机 23 两电机对太阳能板 7 进行位置控制，实现太阳能板 7 的双轴跟踪，保证其工作的有效性．
(3)板面清洁模块
图 1 中的板面清洁模块 4 如图 4 所示，板面清洁模块包括开关电路 41、电子水阀 45 和鼓风机 44开关电路 41 的信号输入侧连接单片机单元 1 的 I/O 口，控制输出侧连接有接触器 A 42 和接触器 B 43，电源模块 8 为接触器 A 42 和接触器 B 43 提供电能;接触器 A 42 连接控制电子水阀 45，接触器 B 43 连接控制鼓风机 44;电子水阀 45 连接有进水管 46 和出水管 47，出水管 47 连接在太阳能板 7 上，鼓风机44 出风口连接在太阳能板 7 上;清洁时，首先通过接触器 A 42 打开电子水阀 45，对板面进行水洗，其次通过接触器 B 43 打开鼓风机 44 对板面进行清理，保证太阳能板板面的清洁性，提高其工作效率．
图 5 传感检测模块结构图
(4)图 1 中的传感器模块 5 结构如图 5 所示，传感检测模块 5 包括 A/D 转换器 51，A/D 转换器51 的输入侧连接有 X 轴光伏传感器 A 52、X 轴光伏传感器 B 53、Y 轴光伏传感器 A 54 和 Y 轴光伏 传感器 B 55，A/D 转换器 51 的输出侧连接单片机单元 1 的 I/O 口;四只光伏传感器，对光照情况实时监控，并通过单片机单元 1 计算出最大工作点，
图 6 系统的工作流程图
实现最大工作点的跟踪．
图 1 ～ 5 所示为本系统所包含的全部模块，具体实施方式位置驱动模块、板面清洁模块和电能输 出控制模块输入端与单片机的 I/O 的一侧连接，位置驱动模块、板面清洁模块和电能输出控制模块的输出端连接太阳能板，单片机单元的另一侧串口连接有通信模块和传感检测模块;电源模块输出侧连接单片机单元;所述的位置驱动模块包括电机驱动模块，电机驱动模块的输入侧连接单片机单元，输出控制端连接有 X 轴步进电机和 Y 轴步进电机，X轴步进电机和 Y 轴步进电机连接在太阳能板上． 本太阳能电池控制系统中四只光伏传感器，对光照情况实时监控，并通过单片机单元计算出最大工作点，控制 X 轴步进电机和 Y 轴步进电机驱动太阳能电池板转动，实现最大工作点的跟踪． 太阳能电池板把光能转化为电能，电能输出控制模块对输出电能进行整流、调压、逆变，可依靠用户需求进行自动调压、调频，保证输出电能的有效性。
2 系统工作流程
图 6 为本系统的工作流程图，首先检测光照是否适宜，继而跟踪最大光照点;并定时对本系统板面清洗，并控制输出电压，且本系统具有无线信息传输功能，可实时监控太阳能电池板状态并反馈用户。
3 结语
本文设计的一种基于单片机控制的太阳能电池板系统具有以下优点:(1)太阳能板电池控制系统具有定时自动清扫板面尘土、灰渍的功能，随时保持板面清洁，使系统发电效率一直保持在高状态;(2) 太阳能电池控制系统对输出电能进行整流、调压、逆变，可依靠用户需求进行自动调压、调频，保证输出电能的有效性;(3)系统具有无线信息传输功能，可实时监控太阳能电池板状态并反馈用户．