車載光伏電池板自動逐光控制系統設計

雷娟

武漢東湖學院 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、風能、核能等等，尤其是其中的太陽能既是不產生任何污染廢料的清潔能源，又是世界各地都能夠較為穩定容易獲取的優質能源，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，將太陽輻射能直接轉換成電能。在正常工作狀態下，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，更是需要不斷調整自身傾斜角度，以實現最大受光面積，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整角度的問題，設計了一種車載太陽能光伏電池板自動逐光系統。

2 設計方案

本文使用四個環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。實現方案如圖1所示。首先環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，然后根據判斷結果，驅動兩臺電機先后轉動，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 環境光檢測模塊

這個模塊由環境亮度傳感器和簡單的數據處理電路組成。其中環境亮度傳感器APDS9008是其核心元件。APDS9008是低功耗模擬輸出的環境光傳感器[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結合放大、模/數轉換電路就構成了環境光檢測模塊，可以將照度轉換成數字信號輸出。

2.2 電機驅動模塊

電機驅動使用L298N專用驅動集成電路，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的轉軸上，電機A與托板連接，托板隨電機B的轉軸轉動。由于感光元件都處于電池板的背面，當電池板正對太陽時，四個感光元件將都處于背陰狀態。當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，單片機驅動電機B順時針轉動5度；元件①接收到的光強小于元件②時，單片機驅動電機B逆時針轉動5度；元件①和元件②接收到同樣強度太陽光時（大于設定光強，強光），單片機驅動電機B轉動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，單片機隨之驅動電機B轉動來調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（小于設定暗光光強）時，電機B不再轉動，單片機開始檢測元件③④接收到的陽光強度。

當元件③接收到的光強大于元件④時，單片機驅動電機A順時針轉動5度；元件③接收到的光強小于元件④時，單片機驅動電機逆時針轉動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，單片機驅動電機A轉動來調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，藍金輝.傳感器原理與應用[M]，電子工業出版社，2011

[2] www.ic37.com

[3]徐科軍.傳感器與檢測技術[M]，電子工業出版社，2011

[4]王自強譯.步進電機應用技術[M]，科學出版社，2010

[5]劉新正.電機學[M]，電子工業出版社，2012

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