太陽能光伏匯流箱監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

摘要 光伏匯流箱是光伏發(fā)電的重要組成部分，主要用于太陽能光伏組件與直流控制柜間的連接。文中設(shè)計的光伏匯流箱主電路以單片機(jī)STC12C5A60S2為控制核心，由電流檢測電路、溫度檢測電路、通信電路和電源電路等組成，主要實現(xiàn)光伏匯流箱溫度檢測；利用霍爾傳感器實現(xiàn)了太陽能光伏組件陣列的電流巡檢；同時利用DC—DC原理實現(xiàn)了高電壓到低電壓的轉(zhuǎn)換，并以此為主控電路提供電源。此外，還實現(xiàn)了光伏匯流箱與PC機(jī)的通信。該設(shè)計簡單實用，且具有成本低、可靠性高的優(yōu)點。
關(guān)鍵詞 光伏匯流箱；單片機(jī)STC12C5A60S2；霍爾傳感器

中國光伏企業(yè)產(chǎn)品大多集中在下游技術(shù)，結(jié)合中國特殊的財務(wù)市場狀況和勞動資本，截至2011年，中國銷往歐洲的光伏電池組件及零部件總額高達(dá)210億歐元，約占中國光伏產(chǎn)品出口額的60％。2012年，歐盟對中國進(jìn)口的光伏板、光伏電池以及其他光伏組件發(fā)起反傾銷調(diào)查，導(dǎo)致中國大部分光伏企業(yè)受國際經(jīng)濟(jì)形勢影響，處于停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀態(tài)，在中國光伏產(chǎn)業(yè)面臨決定自身命運的關(guān)鍵時刻。將高科技技術(shù)與光伏技術(shù)進(jìn)行結(jié)合才是光伏產(chǎn)業(yè)的出路。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計
針對光伏組件陣列的電流檢測問題，文中設(shè)計了基于STC12C5A60S2單片機(jī)自動巡檢光伏組件陣列輸出電流的硬件電路及光伏匯流箱溫度檢測的硬件電路。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

數(shù)據(jù)主站PC通過通信模塊給單片機(jī)發(fā)送抄收命令，當(dāng)單片機(jī)接收到命令時，開始采集電流和溫度信號，進(jìn)行簡單的存儲并利用通信模塊發(fā)送回數(shù)據(jù)主站PC機(jī)。為獲取更高的電壓和電流，光伏組件需要串聯(lián)獲取大電流，并聯(lián)獲取高電壓。由于光伏組件串聯(lián)結(jié)構(gòu)，每一塊光伏組件的電流完全相同，因此設(shè)計只要測量支路電流就可得到每一塊光伏板的輸出電流。

2 硬件電路設(shè)計
2．1 主控電路
數(shù)據(jù)終端的主控電路采用功能強(qiáng)大的STC12C5A60S2單片機(jī)。是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘／機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速、低功耗和超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051，但速度提升8～12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A／D轉(zhuǎn)換(250 kbit·s-1，即25萬次／s)。STC12C5A60S2系列單片機(jī)的ADC是逐次比較型ADC。逐次比較型A／D轉(zhuǎn)換器具有速度高、功耗低等優(yōu)點。此外該單片機(jī)通過模擬多路開關(guān)，將通過ADC0～ADC7的模擬量輸入到比較器。用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DCA)轉(zhuǎn)換的模擬量與本次輸入的模擬量通過比較器比較，將其結(jié)果保存到逐次比較器，并通過逐次比較寄存器輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。單片機(jī)STC12C5A60S2管腳圖如圖2所示。