以超級電容為電源載體的太陽能電池板清潔裝置

摘 要：隨著科技的發展與環保意識的提升，節約型能源逐步進入人們視野。太陽能電池板也隨之普及，在使用一段時間之后，表面的微小顆粒的積累，嚴重影響到太陽能電池板的光電轉換效率。本系統采用STC15F2K60S2為主控芯片，采用超級電容為電源輸出系統，通過單片機的控制，對太陽能電池板進行清潔，與傳統的人工清潔相比，極大地提高了工作效率。

關鍵詞：超級電容；單片機；太陽能電池；清潔裝置

中圖分類號：TM53 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 12-0000-01

在眾多節約型能源中，太陽能是離人們最近的一種環保能源，利用太陽能最直接的方式是使用太陽能電池板，太陽能電池板在使用一段時間以后，表面的灰塵等顆粒物覆蓋導致光電轉換效率逐漸低下，本系統因此孕育而生，本系統投入實際生活中，將節約更多的人力，物力，財力，因此，更加切合了本系統設計的最初的環保理念。

一、系統原理

本系統采用STC15F2K60S2為主控芯片，使用其內部的定時器，以用戶自定義時間來定時驅動電機達到清潔太陽能電池板的目的，使用超級電容為電源載體，以其采用涓流式充電和電容量大的優點，在太陽能電池板在早晨和傍晚光線及弱的狀態下給電容進行充電，達到電能合理化利用的目的，更加切合了環保理念，在惡劣天氣下，采用按鍵觸發清潔，使其一鍵清潔電池板，使系統在各種條件下能正常使用，更加人性化。

圖1 系統總結構圖

二、硬件結構

（一）主控芯片

主控芯片為STC15F2K60S2，相比普通的51單片機，增加了8路10位AD，兩路PWM輸出，處理速度加快至8倍以上，內部集成復位電路和高精度時鐘，片內外資源更加豐富。

（二）超級電容

電容由儲能方式分為三類，分別為靜態電容，電解電容電化學電容。電化學電容則被稱為超級電容，以固態電極與電解液分離電荷儲能，高密度，當今熱點研究方向。超級電容由多個電容串并關系，達到電壓要求和容量要求，工作效率達到90%-96%，是一種新型的電能儲能方式，采用涓流式充電方式，將在未來各領域發揮重要作用。

（三）穩壓電路

穩壓電路采用7805芯片，將超級電容的電轉換成5V電壓，使其能為主控芯片等其他外設提供電源。

圖2 穩壓電路

（四）電機模塊與繼電器模塊

本系統采用四相5V步進電機作模型演示、采用ULN2003作為電機驅動，電機擺幅為180°，電源由供電系統提供，繼電器采用LY2NJ最大承受電壓為AC250V，最大電流10A，繼電器模塊主要作用于超級電容的充電，當電壓小于6V時，繼電器擺脫時限，在任何時候導通，當超級電容電壓大于6V時，繼電器只在早晨傍晚光電轉換效率低的時間段才導通，依托超級電容采用涓流式充電的優點進行充電，不影響電池板內正常儲能的蓄電池，使系統更加合理地利用電能資源。

圖3 程序框圖

三、軟件部分

序首先進行初始化，由片內AD檢測超級電容的電壓，保證其能穩定提供系統所需的電量，定時采用片內定時，定時時間到之后啟動清潔裝置，步進電機沿著程序設定好的角度進行旋轉，達到清潔太陽能電池板表面微小顆粒提高光電轉換效率的目的，還設定一外部中斷進行任意時刻啟動清潔裝置。

四、結束語

本文設計中，不僅解決了太陽能電池板表面顆粒影響光電轉換效率的問題，還考慮到了早晚光線較低，采用超級電容使其能源最大化的問題。本系統發展空間極大，對將來的市場需求也大，完全有可能集成化生產，使之提高工作效率，減輕電網的壓力，更加節能環保。

參考文獻：

[1]Johm M，Miller.超級電容器的應用[M].北京：機械工業出版社，2014.

[2]B.E.康維.電化學超級電容器[M].北京：化學工業出版社，2005.

[3]胡輝.單片機原理與應用[M].北京：中國水利水電出版社，2007.

[作者簡介]曾建（1993-11），男，福建龍巖人，北華航天工業學院，本科在讀；李鑫楠（1993-），男，河北石家莊人，北華航天工業學院，本科在讀；李鵬輝（1993-），男，河北承德人，本科在讀；張天（1994-01），女，河北石家莊人，北華航天工業學院，本科在讀。