車載光伏電池板自動逐光控制系統(tǒng)設(shè)計

雷娟

武漢東湖學(xué)院 湖北省武漢市 430212

1 前言

隨著世界化石能源的日益緊張，人們越來越注重新的能源，諸如太陽能、風(fēng)能、核能等等，尤其是其中的太陽能既是不產(chǎn)生任何污染廢料的清潔能源，又是世界各地都能夠較為穩(wěn)定容易獲取的優(yōu)質(zhì)能源，并且一次投資可以長期使用，永久性、清潔性、靈活性、安全性并存。因此，對于太陽能的利用越來越廣泛。

如今很多車載系統(tǒng)的供電人們都開始采用太陽能光伏電池板。眾所周知，太陽能光伏電池板利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能。在正常工作狀態(tài)下，太陽能光伏電池板利的光生電流是隨光照強度成線性增長的，若電池板的溫度基本維持不變的情況下，輸出功率就會隨著光強的變大而變大。因此，要想更好的利用太陽能電池板提供更多能源，在同樣的環(huán)境下，我們需要讓電池板更大面積的接受太陽光的直射。太陽每天東升西落，陽光照射角度不斷變化，光伏電池板要想最大化接受陽光照射，必須能隨之改變其自身的放置角度。而車載的光伏電池板隨著車的行駛，更是需要不斷調(diào)整自身傾斜角度，以實現(xiàn)最大受光面積，獲得更多的能源。本文針對車載太陽能光伏電池板需要隨光調(diào)整角度的問題，設(shè)計了一種車載太陽能光伏電池板自動逐光系統(tǒng)。

2 設(shè)計方案

本文使用四個環(huán)境光檢測模塊來檢測電池板上下左右四個不同方位的太陽光強度，使用單片機作為控制器件，使用兩臺電機來改變電池板的朝向。實現(xiàn)方案如圖1所示。首先環(huán)境光檢測模塊將檢測到的光強信號輸出給單片機，單片機比較這些光強信號以判斷太陽光的照射角度，然后根據(jù)判斷結(jié)果，驅(qū)動兩臺電機先后轉(zhuǎn)動，以改變電池板的豎直及水平傾斜角度，使太陽光能正面直射電池板。

2.1 環(huán)境光檢測模塊

這個模塊由環(huán)境亮度傳感器和簡單的數(shù)據(jù)處理電路組成。其中環(huán)境亮度傳感器APDS9008是其核心元件。APDS9008是低功耗模擬輸出的環(huán)境光傳感器[1]，在-45度到85度下工作，電源電壓只需要1.6到5.5V，它可以隨著所接收到照度的不同[2，3]，改變輸出電流的大小，且電流與照度線形變化，如圖2所示。

APDS9008結(jié)合放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路就構(gòu)成了環(huán)境光檢測模塊，可以將照度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。

2.2 電機驅(qū)動模塊

電機驅(qū)動使用L298N專用驅(qū)動集成電路，其輸出電流為2A，最高電流4A，最高工作電壓50V[4]，可以驅(qū)動大功率直流電機，步進電機等，特別是其輸入端可以與單片機直接相連，從而很方便地受單片機控制[5，6]。電路如圖3所示。

2.3 逐光原理

如圖4所示，本文將四個感光元件安裝在太陽能電池板背面四邊的中間位置，太陽能光伏電池板固定在電機A的轉(zhuǎn)軸上，電機A與托板連接，托板隨電機B的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。由于感光元件都處于電池板的背面，當(dāng)電池板正對太陽時，四個感光元件將都處于背陰狀態(tài)。當(dāng)電池板沒有正對太陽時，就會有1到2個感光元件受到陽光照射。

單片機首先檢測元件①②接收到的陽光強度，若元件①接收到的光強大于元件②時，單片機驅(qū)動電機B順時針轉(zhuǎn)動5度；元件①接收到的光強小于元件②時，單片機驅(qū)動電機B逆時針轉(zhuǎn)動5度；元件①和元件②接收到同樣強度太陽光時（大于設(shè)定光強，強光），單片機驅(qū)動電機B轉(zhuǎn)動180度；元件①和元件②不斷將接收到陽光的強度輸出給單片機，單片機隨之驅(qū)動電機B轉(zhuǎn)動來調(diào)整電池板的豎直朝向。直到單片機檢測到元件①和②接收的光強相同（小于設(shè)定暗光光強）時，電機B不再轉(zhuǎn)動，單片機開始檢測元件③④接收到的陽光強度。

當(dāng)元件③接收到的光強大于元件④時，單片機驅(qū)動電機A順時針轉(zhuǎn)動5度；元件③接收到的光強小于元件④時，單片機驅(qū)動電機逆時針轉(zhuǎn)動5度；元件③和元件④不斷將接收到的陽光強度輸出給單片機，單片機驅(qū)動電機A轉(zhuǎn)動來調(diào)整電機電池板的水平傾斜角度。直到單片機檢測到元件③和④接收到的光強相同，電機A不再轉(zhuǎn)動，此時電池板就能正面陽光，最大程度接收陽光輻射。

[1]孟立凡，藍(lán)金輝.傳感器原理與應(yīng)用[M]，電子工業(yè)出版社，2011

[2] www.ic37.com

[3]徐科軍.傳感器與檢測技術(shù)[M]，電子工業(yè)出版社，2011

[4]王自強譯.步進電機應(yīng)用技術(shù)[M]，科學(xué)出版社，2010

[5]劉新正.電機學(xué)[M]，電子工業(yè)出版社，2012

[6]李群芳，張士軍，黃健.單片微型計算機與接口技術(shù)[M]，電子工業(yè)出版社，2009