时间：2023-05-30 09:05:43
关键词： 太阳能热水器； 模糊控制算法； 输出功率； DS18B20
中图分类号： TN95?34； TP29 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）05?0124?03
0 引 言
由于太阳能强弱随天气和季节变化，因而太阳能热水器需要辅助加热装置才能保证一年四季或全天候使用到热水。目前大多数产品的电辅助加热方式采用开关式或PID控制，但由于太阳能本身是一个时变的复杂非线性变量，太阳能热水器的集热和辅助加热过程无法精确地用数学模型描述，采用传统控制方式有时难以达到满意的效果。近年来发展起来的模糊控制是一种智能的非线性控制方法，在家用电器和其他嵌入式控制系统中取得了很好的控制效果。本文结合太阳能热水器的具体应用，设计了基于单片机的模糊智能控制器。
1 主要硬件设计
本系统以单片机STC89C52RC为控制器，采用DS18B20数字温度传感器测量水温，以DS12C887为系统提供高精度时钟，通过模糊控制算法得到控制量，通过PWM波控制过零继电器方法来控制加热棒的功率，从而控制水温。
1.1 单片机最小系统设计
实验系统采用8051内核的STC89C52RC单片机作为智能控制器。由于系统运算量不大，没有太多的中间数据需要处理、保存，因此不必外扩数据存储器，仅使用STC89C52RC内部RAM和E2PROM完全能够满足要求。STC89C52RC最小系统电路如图1所示。
1.2 温度控制执行器设计
该系统的水温控制执行部分是一个过零固态继电器和加热棒，继电器输入控制端为DC 3～32 V，输出端为AC 5 A/380 V/50～60 Hz，加热棒功率为500～1 000 W。通过控制单片机产生PWM波的占空比控制交流过零继电器的通断频率，从而实现对加热棒的功率控制。
1.3 温度测量部分设计
采用数字温度传感器DS18B20，其抗干扰能力强，并且不必要温度标定，使用单片机分时复用原理与传感器的单总线接口方式即可实现数据通信。DS18B20的硬件电路如图2所示。
1.4 时钟电路设计
为实现热水器24 h供应热水的目的，控制器必须有一个实时时钟来为系统提供准确的基准时间。本系统中采用DS12C887时钟芯片，该芯片采用CMOS技术，把时钟芯片所需的晶振和电池以及相关的电路集成到芯片内部，具有微功耗、接口简单、精度高，工作稳定可靠等优点。电路图如图3所示。
2 模糊控制器设计
2.1 模糊控制原理
模糊控制系统结构如图4所示。模糊控制器的输入、输出量都是精确的数值，而模糊控制器采用模糊语言变量和模糊逻辑推理，因此必须将输入变量变换成模糊语言变量，这个过程称为精确量的模糊化；然后进行模糊推理，形成控制策略；最后将控制策略转换为一个精确的控制变量值，即去模糊化，并对输出控制变量进行控制。
2.2 模糊控制器实现
本系统采用二维模糊控制器，以温度误差和误差的变化率作为模糊控制器的输入信号，模糊控制器输出控制量[U，]单片机再根据[U]值确定输出PWM波的占空比；时间设置值也作为控制器的输入信号，用于对占空比进行时间上的优化。
将模糊控制器的输入、输出变量的实际变化范围称为这些变量的基本论域。本系统中的误差[e、]误差的变化率[ec、]控制量[u]的基本论域分别为：[-2，+2]，[-0.2，+0.2]和[0，100%]。
3 结 语
经实验测试，本文所设计的控制算法和硬件电路能够满足设计要求，所构建的系统具有稳态误差小、过渡时间短、成本低、智能化程度高等特点，可作为太阳能热水器生产厂商的产品设计参考。本系统温度静态误差：[T≤]0.1 ℃；温度超调量：[T≤]0.3 ℃。
参考文献
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【关键词】太阳能;控制器;显示;检测;水位
引言
太阳能属于洁净可再生能源，应用太阳能实现水的加热应用于工农业生产以及日常生活中都具有重要的应用。实现加热以及水位的自动控制是太阳能应用领域需要解决的关键技术问题。
由P89LPC936优异的控制能力，结合水温水位的检测以及基于HT1621B的良好显示设计的新型太阳能控制器各项性能指标良好，符合应用的要求。
1.控制系统硬件电路设计
太阳能控制器由水温水位检测装置、P89LPC936控制单元、LCD显示单元以及报警装置、控制输入装置等功能单元构成。系统设计遵循了模块化的设计思路，各个功能电路都采用新型芯片实现，有效提升了功能电路的稳定性以及可靠性。
1.1 系统控制单元
系统控制单元采用的P89LPC936是一款单片封装的微控制器，使用低成本的封装形式。它采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需2到4个时钟周期。6倍于标准80C51器件。P89LPC933/934/935/936集成了许多系统级的功能，这样可大大减少元件的数目和电路板面积并降低系统的成本。应用P89LPC936进行设计对于有效提升太阳能控制器的智能化水平，同时也能够有效地降低电路的硬件成本并提升系统的稳定性与可靠性。
1.2 温度与水位采集电路
温度的采集系统设计中采用了OMEGA? Nextel陶瓷绝缘热电偶，本温度检测器件简单易用的精密温度测量元件，同时也是按照行业最高标准制造的。为了进一步提升温度测量的精度，系统中同时采用了电桥电路，实现了控制器对于水温的精确测量。对于水位的测量，系统采用了非接触式的超声波水位测量的方案，在设计中对于超声波水位测量实现无节测量以及测量传感器的线性度进行了测试，在设计中对于水位传感器的悬挂弹簧进行了改装测试，太阳能控制器的水位检测传感器的线性度的得到了有效的提升。水位检测传感装置的检测效果如图1所示。
图1 水位检测传感装置的检测效果图
1.3 LCD显示单元
与LED相比LCD具有显示内容丰富、显示稳定、功耗极低等方面的优势，由于本项目中LCD需要显示的内容较为复杂，单片机无法实现直接驱动，因此在LCD显示电路中采用了HT1621B作为显示控制单元，HT1621是128点内存映象和多功能的LCD驱动器，多样化的的软件配置特性使它适用于多种LCD应用场合，能够实现对于模块以及子系统的正确显示。基于HT1621太阳能控制器的显示电路如图2所示。
图2 基于HT1621太阳能控制器的显示电路
1.4 报警电路以及其他
太阳能控制器综合采用了声光报警装置，对于水位以及水温的状况实现实时检测，并在达到阈值时进行报警。同时系统具有工作状态以及工作模式设置输入，可以设置系统的工作状态以及相应的阈值等。
2.控制程序的编写
太阳能控制器采用了C语言程序进行控制指令的编写，由于在P89LPC936单片机性能优越，存储空间以及运算性能都很突出，因此采用结构化以及可移植性较高的C言语进行程序的编写有利于程序的调试以及功能的实现。系统程序分为水位检测控制程序、水温控制程序等多个程序功能模块，程序编写过程中对于例子程序的大量运用对于优化程序结构，提升程序的执行效率起到了重要的作用。水位控制部分程序如下所示：
uint8 Key_Power_Pros_num=0;
void KEY_INIT（void） //键盘中断初始化
{P0M1 = 0x80; //P0.7作为输入口，用来计数 温度频率
P0M2 = 0x00; //P0.0～P0.6作为双向IO口 P0.7作为计数器用
KBPATN = 0x0F; //低4位接按键
KBCON = 0x00; //设置为不相等 按键按下为0，产生中断
KBMASK = 0x0F; //低4位 开中断
EKBI = 1; //键盘中断使能 }
vid KeyIint（void） //置1，做为输入口，以便准确读取输入口状态...........
3.产品的综合设计
在完成太阳能控制器硬件电路以及控制程序编写的基础上，应用仿真软件对于电路的性能以及程序的工作效果进行了检测。系统各个方面的性能都符合预先设定的指标。最后需要进行太阳能控制器线路板的设计。在线路板的设计过程中，要能够充分考虑到以下几个方面的内容，首先是线路板的正确性，要能够保证线路板满足器件安装的基本需求，线路板焊盘之间的连接与电路图的电气连接关系一致;同时要考虑到电路板的性能要能够兼顾电路板的工艺性，保证元器件合理的布局以及铜线的结构化布线，通过手工布线的方式，完成的太阳能控制器的PCB如图3所示。
图3 太阳能控制器PCB
4.结论
太阳能控制器通过P89LPC936作为主控单元，对于太阳能使用中的水位以及水温等重要参数进行测量，通过LCD对于检测的内容进行显示，同时产品的功能以及工作模式可以根据实际需要进行调节，产品设计程序符合控制要求，电路功能满足设计的需求。太阳能控制器在实际生产以及生活中具有重要的应用。
参考文献
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关键词：STC89C52 太阳能热水器 控制系统
中图分类号:TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)07-0023-02
1、引言
太阳能热水器因其具有使用方便、环保、节能等优点，已被越来越多的家庭、学校和工厂的卫浴系统所采用。介绍了基于单片机的太阳能热水器自动控制系统的组成、硬件设计以及软件编程。不仅实现了温度、水位和时间实时显示，而且设计了温度预约、水位预约、洗浴时间预约等控制功能；在水位低时自动上水，温度低时自动加热整个系统设计完整，实现了太阳能热水器的自动控制。
2、硬件电路设计
系统以微处理器STC89C52为控制核心，采用模块化设计。硬件结构由模数转换信号放大、LED显示、键盘、智能开关等模块组成。采用TMC水温水位传感器作为信息采集端口，将水温和水位信息转换为模拟电压信号；经模数转换（A/D）模块TLC0831将模拟电压信号转换为数字信号，通过串行通讯将数字信号传入微处理器STC89C52；微处理器将接收的数字信号处理，将水温值送到显示模块LED显示。当水温或水位数值超出报警值时微处理器将发出报警信号驱动蜂鸣器和指示灯工作，同时发出自动加水或加热命令，保持水温和水位都在安全范围。控制系统框图如图1所示。
2.1 模数转换、信号放大模块设计
为充分利用微控制器STC89C52的资源，设计了单通道分时双转换电路，既利用微控制器STC89C52分时开启水温和水位的电源使模数转换模块TLC0831有序的进行转换。为保证数据的精确度，放大模块采用高保真模拟放大器LM358。其模数转换、信号放大原理图如图2所示。
2.2 显示模块
为保证显示效果，系统采用三位数码管静态显示；利用串行移位寄存器MC74HC595接受显示数据和驱动数码管显示，其显示模块原理图如图3所示。
2.3 键盘模块
本系统中采用三位独立式键盘，接微处理器STC89C52的P2口。用于用户设置水温和水位的理想值以及必要时采取强制措施。用户可以根据四季温度的变化和家庭用水的多少调整水温或水位的理想范围。在必要的时候也可以通过键盘进入强制控制模式强行控制加热和加水的启停。
3、软件设计
本系统采用C语言编程,并在编写程序时采用模块化编程方法将程序分为模数转换与频道选择子程序、读取温度值子程序、读取水位值子程序、显示子程序、报警处理子程序、键盘子程序及系统主程序。这样增加了程序的可读性,可移植性。使软件的功能扩展更灵活。其程序主要流程图如图4所示。
系统主程序是整个程序的主要部分，负责调用各个子程序来实现整个系统的功能。在初始化子程序中启动了看门狗电路，在循环时不断的产生喂狗信号。如产生CPU计算错误使机器无法工作，这是看门狗将产生复位电平使硬件复位。这样大大提高了程序的可实行性。
4、结语
系统不但可用于各种大、中、小型太阳能热水器供水智能控制，也可使用到食品加工、化学配料等工业生产领域。除了监控水温和水位外，还具有非常人性化的键盘输入系统，用户可以从键盘设置水温、水位的理想范围，用户也可以在必要的时候通过键盘强制控制加水、加热。所有控制均能采用智能化自动操作，使太阳能热水器的使用更加安全、便利。
参考文献
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关键词：单片机 水温器 智能控制
中图分类号：TK515 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）06-0005-02
1 引言
家庭中的热水器储水箱的水温控制，要突显智能控制方向，通过单片机实现简单容易操作，体积小[1，2]。本文在系统的构建时选取了AT89S52芯片作为该控制系统的核心，温度信号由DS18B20提供，温度用4位八段数码管显示，有太阳能板，蜂鸣器，LED灯和马达实现我设计的动作，程序选择基于keilc51下c语言的编写[3，4]。主要实现18B20的测温，数码管显示当前温度和上下限温度，超温报警动作，还有键位控制调温功能。超温报警动作主要是低温加热，高温马达正反转蜂鸣器启动。在 编程方面要突显智能控制方向，对温度的控制不是简单的超温报警，而是控制温度在适用范围内。
2 硬件系统
3 系统软件设计
4 系统调试
5 测试结果分析
本次系统完成基于52单片机太阳能热水器储水箱水温智能控制控制设计，在设计过程中和调试中仍有误差，但基本不大。基本满足了系统的要求。虽然对单片机软件的编程，温度传感器的使用和电机的转动方向控制做了相应的研究。
参考文献
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关键词：太阳能热水器 测控系统 温度控制 组态
近年来随着经济的快速发展，能源和环境开始向人类提出了巨大的挑战。以太阳能、地热能、风能为代表的绿色可再生能源的开发和利用将是解决能源危机和环境危机的有效途径。目前太阳能热水器已在我国成为太阳能利用最成熟应用最为广泛的产品。作为国家经贸委和联合国开发计划署全球环境基金支持的“加速中国可再生能源商业化能力建设项目”的子项之一，家用太阳热水器热性能检测试验系统将对国内太阳热水器产业进行具有权威性、公证性、科学性的评判。此试验系统为适应国内外市场的竞争，既要满足新的国家标准“家用太阳能热水系统热性能试验方法”GB/T18708-2002，又要满足国际标准ISO 9459-2中对热性能试验系统的性能要求。
一、工艺简介
试验过程如下：早晨8点钟以前将20±0.2℃（设定温度与环境温度有关）的水打入太阳能热水器储水箱入水口，当水箱入口出口水温在规定时间变化不大于±1℃时，关闭太阳能热水器储水箱入口、出口阀门。太阳能热水器在阳光的照射下储热，记录此时温度作为计算太阳能热水器得热量的初始温度。8小时以后启动循环水泵使太阳能热水器储水箱内温度达到均匀。记录此时的温度并用称重法测得热水箱中水的体积按下面的公式计算太阳能热水器的得热量。
QS=PwCWVS（t2-t1）
其中：QS—贮热水箱中水的体积VS中所含的系统得热量，单位MJ；
PW—水的密度，单位kg/m3；
CW—水的比热容，单位J/kg.℃；
VS－贮热水箱中的流体容积，m3；
t2－集热式样结束是贮热水箱内的水，单位℃；
t1－集热试验开始时贮热水箱内的水温，单位℃；
关键词 太阳能；单片机；自动控制；交通信号灯
中图分类号TM615 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）94-0176-02
0 引言
随着经济的发展、社会的进步，城市对能源的需求量也越来越大，交通信号灯作为重要的交通指挥工具如果因断电不能正常工作则会造成交通安全隐患。一种清洁、可再生能源--太阳能以其独特的优势正逐步取代一些传统的电源设备。把带有蓄电池的太阳能电池板与交通灯相连，实现对交通灯的持续供电，不仅能够节约能源，而且在市电断电情况下能保证交通信号灯正常工作。
1太阳能交通信号灯的优越性
传统交通信号灯一般采用市电直接供电，需要敷设电线和电缆使用常规发电作为动力来源，安装时要挖沟敷设电缆，给交通信号灯的安装增加了成本，不仅安装繁琐耗时而且浪费能源。此外，传统的交通灯存在寿命短、耗能多、维护费用高等不足，并且反光碟容易导致虚假显示的不良效果，极易诱发严重的交通安全事故。针对传统交通灯的缺点，利用太阳能和LED灯组成的太阳能交通信号灯系统具有多方面的优点。第一，太阳能是一种取之不尽、用之不竭的天然清洁能源，太阳能供电系统无需架设电线，资源丰富，只要阳光充足就可以就地安装；第二，市场上LED灯发光效率在快速地提高，而价格却在降低；第三，太阳能交通信号灯采用单片机控制，提高了系统的可靠性且方便安装。第四、交通灯采用发光LED技术设计，具有功耗小、安全节能、可视效果好、工作寿命长、性能稳定可靠等优点。
2太阳能发电系统的组成与工作原理
太阳能电池板（组件）、蓄电池、太阳能控制装置、逆变器、工作负载为太阳能发电系统零部件的主要组成部分，其中，太阳能电池组件和蓄电池（组）为电源系统，太阳能控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。
2.1太阳能电池板（组件）
太阳能电池板（组件）是太阳能发电系统的核心组件，其主要工作是将太阳光的辐射能转化成电能，传送到蓄电池中存贮起来或者推动负载工作。此部件是太阳能发电系统中成本最高的部分。
2.2蓄电池
蓄电池是把太阳能电池板（组件）所产生的电能贮存起来，在需要的时候再释放出来。蓄电池的容量（安时容量和瓦时容量）由预设的连续无日照时间确定。太阳能发电系统常用的蓄电池一般是铅酸电池，在小微型系统中，也可以用锂电池、镍镉电池或镍氢电池。
2.3太阳能控制装置
太阳能控制装置的功能是控制整个太阳能发电系统的工作状态，使其始终被控制在最大发电功率点的附近，以获得最高的能量转化效率，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。放电保护控制主要是在电池缺电、系统故障（例如电池接反或开路）时切断开关。在温度相差较大的环境中，太阳能控制装置还具备温度补偿功能和其它附加功能（如时控开关、光控开关）。
2.4逆变器
太阳能发电系统逆变器的主要功能是把直流电逆变成为交流电。因为太阳能发电输出的一般是48V、24V、12V电压的直流电。为了能够向110V 或220V交流电的用电器提供电能，就要将太阳能发电系统所产生的直流电转化成相位、频率符合要求的交流电，所以需要配置DC-AC（直-交）逆变器。此外，在某些场合需要使用多种电压的负载时（例如将24VDC的直流电转化为5VDC的直流电），也要用到DC-DC逆变器。
太阳能发电的工作原理是利用电池板（组件）将太阳能直接转化为电能的装置，太阳能电池板（组件）是产生光生伏特效应（简称光伏效应）的半导体器件。因此，太阳能电池又被称为光生电池或光伏电池，太阳能电池板（组件Solar cells）是利用半导体元件的电学特性实现P-V转换的板式装置。
3太阳能交通灯的组件及其工作过程
太阳能LED交通灯系统由太阳能电池组（光伏极板）、LED 灯、控制箱（内有控制器、蓄电池）和灯杆几部分构成。综合太阳能与 LED灯的优点，充分利用LED灯光效高、功耗低的特点，采用光伏电池供电。图1所示是太阳能交通信号灯系统框图。充放电控制器（主要作用是保护蓄电池）在设计上兼顾多种功能，具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等。光伏极板是将太阳能转换为电能，
为系统提供电源。交通灯产生的交通信号是道路交通安全的重要组成部分，一般由红灯、绿灯、黄灯组成，分别发出红灯信号，绿灯信号和黄灯信号。
太阳能交通灯的工作过程是：首先由动力源部分即太阳能电池板利用光生伏特效应原理，在白天光照条件下，由电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，同时通过稳压器向交通灯提供电能以使其正常工作。当夜晚光照度逐渐降低，太阳能电池板开路电压降低到所规定的值时，充放电控制器检测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。当过了一个黑夜，到白天时充放电控制器检测到太阳能电池板的电压达到所规定的充电电压时就继续向蓄电池充电，从而完成充放电循环。其次，当太阳能电池板和蓄电池完成电能的产生和储存之后，它们就会向交通灯提供电能。交通灯部分是由单片机控制，由双色发光二极管组成的 LED 灯、共阴极的显示数码管等元器件组成。在单片机中写入控制信号灯转换的程序，它是交通灯控制系统的大脑，其引脚分别接入显示数码管、LED 灯等。通电之后，系统根据所编写的程序首先检测中断电路和复位电路，完成系统的初始化，紧接着会根据程序依次来执行命令，从而实现对交通信号灯的控制。
4 太阳能交通灯的信号控制
本文所述的交通灯控制系统使用AT89S51单片机实现。在东西南北四个方向上各有一组红黄绿灯和一个时钟系统，且都由LED点阵组成，用于显示红黄绿灯和时间的变化，南北路口的变化和东西路口是一样的。定时器控制部分采用模拟数字电子技术来实现。系统采用太阳能供电，用单片机自动控制交通信号灯及时间显示。其中，信号灯LED的控制模块由串行RS485通信总线、中央控制器、从控制器三部分组成。控制器结构如图2所示的框图，主从控制器都采用AT89S51单片机，从控制器利用P2口的P2.7～P2.5引脚用作输出，控制发光二极管的显示，通过多机通信，控制P2.7～P2.5的电平高低变换来实现交通灯的亮灭变化，如图3所示。
LED信号灯的连接电路有全串联、全并联和串并混联三种连接方式，本文采用串并混联方式。这种方式的好处是既可以稳定单个LED的发光，又使单个LED的损坏只影响同组串联的LED而不会影响其它组LED的正常工作。
5 结论
太阳能发电系统与LED灯组成的城市交通信号灯应用方案，具有能耗低、寿命长、反应快、可靠性好等优点，单片机控制的LED交通信号灯由太阳能供电足以指示各种交通信号，对保障城市道路交通安全具有极大的推广意义。
参考文献
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关键词：太阳能；光伏产业；光伏发电系统；系统控制；电力能源 文献标识码：A
中图分类号：TM615 文章编号：1009-2374（2016）25-0099-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.25.048
能源问题一直受到社会的普遍关注，因为这不仅关系到社会的发展，还对于自然环境产生重大的影响。而太阳能作为一种可再生的清洁能源，随着科学技术的发展，越来越得到广泛的运用，取得了非常好的社会和经济效益。目前，太阳能光伏发电作为一个新兴产业正在迅速发展，具有非常远大的发展前景。所以本文针对太阳能光伏发电系统的控制问题进行研究，并进一步做深入探讨。
1 太阳能光伏发电的概况
1.1 光伏发电系统的原理
太阳能光伏发电的工作原理就是利用光伏系统吸收太阳能量，产生光生电压，然后利用一定的设备将这些电压产生的电流转化为可以利用的电能。而这种电能在生成转化过程中，具有绿色无污染、循环使用、构建简单等特点，所以受到社会的普遍青睐。
1.2 太阳能光伏发电系统的结构
太阳能光伏发电系统基本上由太阳能电池组件、控制器、蓄电池（如有储能需求）、逆变器四个部分组成。
1.2.1 太阳能电池组件。它是将太阳辐射能直接转换成直流电，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。具体的操作就是利用支架和汇流箱将太阳能电池组件，根据使用的实际情况进行有效的组合排列，并会自动将太阳的光能转化为电能，而且光照越强产生的电能输出就越多，具有正相关性。
1.2.2 控制器。在控制器类型的选择上要根据光伏发电系统的系统功率、电池方阵输入路数以及用户的要求等方面来确定。控制器在使用过程中，一般控制器包括专用CPU、各种电子元器件等部件，主要起到调节和保护的作用，因为太阳能电池组件发电和蓄电的效率都是极不稳定的，需要控制器对其进行必要的调节，确保其工作的稳定，避免造成对于蓄电池的损伤。这样就不仅可以延长蓄电池的使用寿命，而且可以对整个电池组件的电压、电流等各种数据进行记录和显示，便于对整个光伏发电系统的监管。
1.2.3 蓄电池。一般而言，蓄电池并不是光伏发电的必要组成部分，现在一般的大型并网光伏电站都没有配置蓄电池。它的主要作用就是将光伏系统接受太阳能后转化的电能储存起来，以备使用。在蓄电池的使用过程中，要注意所选择的蓄电池自身的储电容量要大，释放的电量要小，并且要保证充电效率高，同时要注意使用的地区以及价格等因素，确保可以方便、高效使用。一般为了保障蓄电池的使用寿命，尽量选择容量大、电流充放小的蓄电池，而且在低温状态下使用，需要考虑使用胶体蓄电池。
1.2.4 光伏逆变器。在整个光伏发电系统中，逆变器的主要作用就是将太阳能电池组件产生的直流电转变为交流电，并且将太阳能发电系统与公共电网进行有效连接。因为整个太阳能发电输出的一般都是电压很低的直流电，为了提高光伏发电系统的转化效率，一般将光伏电池组件串/并联后再与光伏逆变器连接，最后由光伏逆变器将直流电变为适合的交流电后送入公共电网或供电器设备使用。
1.3 太阳能光伏发电系统的分类
一般而言，太阳能光伏发电系统可以分为三种类型：
1.3.1 独立系统，不与公共电网进行连接，所输出的电力仅仅局限于小范围的使用。
1.3.2 并网系统，就是与太阳能发电系统周围的公共电网进行连接，通过出售进行大范围使用。
1.3.3 混合类型，基本上就是将前两者进行综合，兼而有之。
2 太阳能光伏发电系统的控制要点
2.1 独立光伏系统的技术指标
对于太阳能光伏发电系统的控制过程关键在于对充电器和逆变器的控制，所以对于太阳能发电系统的控制就需要注意电池组件的额定功率、逆变器的输出电压以及太阳能发电系统的总功率等因素的变化。
2.2 太阳能电池的最大输出功率
在进行太阳能光伏发电系统的控制过程中，最难控制的是，在维持电池最大输出功率的时候，还要达到低谐波失真电流输出的控制，这就需要在操作过程中对控制器的性能、系统等进行有效掌握和监控。
2.3 与公共电网相协调
在太阳能光伏发电系统的三种类型中，尤其是并网类型和混合类型，需要注意的是太阳能发电输出的电压、功率、幅值等数据要与公共电网协调一致，这其中涉及到控制器和逆变器等相关系统的控制。
3 对于太阳能光伏发电系统有效控制的措施
3.1 对太阳能电池组件合理配置
目前多采用太阳能电池组件一般为单晶和多晶硅太阳能电池。其基本上由钢化玻璃、TPT等材料热压密封制成，具有坚固、抗寒、耐高温、安装简便等优点。在太阳能电池组件内部封装了多个电池单元，电池单元经过串联/并联后能有效提供电池组件的输出电流和电压，便于实际使用，目前普遍采用60或72片封装。
3.2 正确选择太阳能光伏控制器
在太阳能光伏发电的控制器选择中，要根据系统电压的等级来进行选择，同时还需要详细计算发电系统的容量以及组件串的并联数量，来确定控制器的控制方式。例如，直流路灯的光源是30V，那么控制器应该选择30V。对于控制器是否具有蓄电池放电控制功能，这是根据负载特点来决定。对于用户的其他需求而设置的一些功能，则需要根据相关的控制器产品型号经过比较来选择。
3.3 最大功率点的监测
众所周知，光伏发电系统受到太阳的光照强度以及周围温度的影响，导致电力输出的变化很大，所以需要根据太阳能电池所能产生的电能输出功率，找到最大功率的转化效率，即最大功率点后，就可以在实践中对太阳能发电更好地进行利用。目前对于最大功率点的监测方法就是利用恒压跟踪法以及自适应算法等多种方法，有效监测出太阳能光伏电池的输出功率变化与阳光强度以及温度的关系，找到功率输出最大时的电压。
3.4 对蓄电池电压的有效控制
在整个太阳能光伏发电系统中，要想进行有效的控制主要就是对充电器和逆变器的控制。控制器要负责对整个发电系统的最大功率点进行监测，使得整个系统发挥到最大的功效，并且还要对蓄电池的充放电进行有效调节，防止蓄电池过度充电以及快速放电而受到损害，影响使用寿命。目前对于蓄电池的电压检测一般对于整个充电系统的外环电压进行监测，采用在线式电压检测方法，当监测的电压结果达到最大值的时候就证明电池已经充满。由于蓄电池端电压在充电停止后电压会出现变化，不能发挥最大功效，所以需要采用一种离线式的检测方法。同时，对于蓄电池的自放电问题，可以采取设置放电自锁功能进行有效应对。在具体的运用中就是利用集成运算电路的电压反馈特性。当达到下限电压，出现信号反馈到下限自锁功能的时候就会出现自动关闭，停止放电。当蓄电池充满后，就可以重新将蓄电池打开，继续供电，这样就可以确保蓄电池的高效运行。
3.5 对逆变器的合理选择
在整个太阳能光伏发电系统中，逆变器作为一个不可或缺的部件，也会需要消耗一定的电能来维持自身的运行。因此，它的输入功率要比输出功率大，所以对于整个逆变器的效率而言，就是输入功率与输出功率之间的比较。在整个发电系统中，逆变器就是需要将太阳能的直流电转化为交流电，对于太阳能电池的效率发挥具有关键的作用，所以要想对于太阳能发电系统进行高效运行，就必须要选择高效率的逆变器，确保整个太阳能光伏发电系统发挥到最佳状态。一般情况下，逆变器还具有自动调压和手动调压等功能，可以在具体的运行过程中进行有效的调节，确保光伏发电的供电效率。
3.6 进行有效的并网发电控制
光伏逆变器能够将电池组件发出的直流电逆变为与电网频率相同，满足电网电能质量要求的交流电，从而让光伏发电系统能与公共电网连接。但是由于太阳能光伏发电系统具有一定的独立性，当国家电网需要维护和检修的过程时，就会处于断电状态，而这时如果太阳能发电系统依然处于运行状态，就会形成孤岛效应。这就容易对维修保养的工作人员先造成危害，而且也会因自身的负载过大，导致电力和电压的不稳定，损害整个太阳能发电系统。对于这个问题，为了对光伏发电系统进行有效控制，就需要在逆变器具备有自动侦测功能，即防孤岛保护。一般这种侦测分为主动和被动两类，主动侦测就是逆变器主动释放一个信号，观察电网是否正常运行；被动检测就是当电网的功率和电压出现异常情况，而导致光伏发电系统的电压、相位等情况发生改变，而做出的判断。同时还有一种特殊的情况，就是国家电网突然跳闸断电，也会对太阳能发电系统产生较大的影响，一般这种情况比较少见，但是也需要注意监测。
4 提高光伏发电应用的辅助措施
目前，太阳能光伏发电已经在世界范围内得到比较广泛的应用，具有非常广阔的国际市场，所以我国的光伏产业应该采取更多的有效措施，积极与国际接轨。在具体的操作中，首先要采用新的技术和管理，降低生产成本，提高发电效率，提升市场竞争力；其次是提高相应的技术指标，不仅要发挥好逆变器的功效，而且要提高控制器以及蓄电池等各方面的技术要求；再次是要做好相应的产品设计，加强与国际市场接轨，适应各地建筑物的特点，确保实用、美观；最后是国家应该加大对于光伏发电产业的大力支持，提供各个方面的优惠政策进行支持。
5 结语
太阳能光伏发电产业是一个具有非常广阔前景的行业，不仅可以有效地对于太阳能资源进行利用，而且能降低其他能源的消耗，减轻污染，非常符合当今世界经济、环保的发展需求，所以今后需要进一步加大对于太阳能发电系统的研究，使得更多的先进技术得到具体应用。
参考文献
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[2] 张志强，马琴，程大章.太阳能光伏发电系统中的控
制技术研究[J].低压电器，2008，（12）.
关键词:单片机; 太阳自动跟踪系统; 光学传感器; 步进电机
中图分类号:TN820; TP275文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)15-0157-03
Research of Sun Auto-tracking System Based on SCM
DU Yun-feng1,2
(1. College of Electric and Information Engineering, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, China;
2. School of Automation Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China)
Abstract: It is necessary to perform the sun auto-tracking for improving the conversion efficiency of solar photovoltaic systems. A kind of sun auto-tracking system based on AT89C51 single chip microcomputer(SCM) was designed. The program control is adopted to automatically position and correct the solar panels by optical sensors.,In the system, the stepping motor is controlled by SCM. The results of theoretical analysis and design indicate that the automatic tracking of the sun can greatly increase the utilization of solar energy. The system is cheap and reliable, and possesses great practicability.
Keywords: single chip microcomputer; sun auto-tracking system; optical sensor; stepping motor
0 引 言
随着社会经济的快速发展,人类所面临的能源问题越来越突出,太阳能作为一种清洁能源,无疑受到各国的普遍重视[1-3]。在相同条件下,光照强度越大,太阳能电池输出功率越大。因而增大太阳能电池受光面的光照强度,就可增大太阳能电池输出功率。除了提高太阳光电池本身的转换效应和提高蓄电池充放电效应外,对太阳的自动跟踪是太阳光伏发电系统中另一种提高转换效率的有效手段。因此,在太阳能的利用过程中,实施太阳跟踪是很有必要的[4-5]。
对太阳进行跟踪的方法很多,但不外乎为采用确定太阳位置所用的两种坐标系统,即赤道坐标系和地平坐标系,并分为双轴跟踪和单轴跟踪。单轴跟踪已在很多文献作了介绍,本文要讨论的为双轴跟踪。为了叙述方便,在以后的陈述中将两种坐标系下的整个系统统称为太阳能板。
本文采用在地平坐标系下的太阳跟踪及程序跟踪和传感器跟踪相结合的控制方式,即采用程序控制,利用光学传感器对太阳能板做自动定位和误差校正,而通过单片机控制步进电机来实现。单片机利用时钟提供的日期和时间,计算出太阳能板的预期位置,与编码器提供的当前位置比较,输出控制信号。驱动装置根据单片机提供的信号控制俯仰角电机和方位角电机使太阳能板运行至太阳垂直照射点,从而进行跟踪。传感器在太阳能板位置出现误差时进行校正。
1 系统组成
系统由时钟、单片机、驱动装置、编码器、太阳能板和传感器6部分组成。系统的核心部件是传感器和单片机。太阳跟踪系统原理见图1。
图1 太阳跟踪系统原理图
1.1 智能单元与双坐标步进电机控制系统
本文的控制系统选用了AT89C51单片机作为智能单元。AT89C51是一种低功耗、低电压、高性能的8位单片机。片内带有一个4 KB的FLASH可编程、可擦除只读存储器[6-10]。文中所述系统为地平坐标系的双轴自动跟踪控制系统,因此采用双坐标步进电机控制,双坐标步进电机控制就是在x轴方向控制1台步进电机,在y轴方向控制1台步进电机。这2台步进电机同时驱动同一个对象,使对象在一个平面上以任意曲线运动。二维步进电机控制系统原理如图2所示。AT89C51单片机通过P2口输出控制脉冲信号,P2.0～P2.3为一路,P2.4～P2.7为一路,分两路各控制1台步进电机。P3.2～P3.5设置为行程保护开关,作二维步进电机正反向最大行程保护。功率放大电路中采用74LS05将单片机P2口脉冲信号进行放大,经9014控制光电耦合器,隔离后,由功率管DK63驱动步进电机的各相绕组,图中L11,L12即为步进电机的各相线圈。
图2 二维步进电机控制系统电路原理图
1.2 光电传感器
本控制系统中所采用光电传感器为6块相同的硅光电池,其中4块用来制作四象限硅光电池,进行误差校正。2块作为判断光照强弱的信号输出传感器。
太阳跟踪传感器是本系统的关键部件。为了保证太阳能板的受光面始终与太阳光线保持垂直而不发生偏离,采用特制的四象限硅光电池作为太阳跟踪误差校正用传感器。
如图3所示为四象限跟踪太阳传感器原理图。当光轴对准太阳时,光斑的中心在光轴上。四个象限接收到相同的光功率,输出相同的电压信号。当光轴未对准太阳时即太阳光与光轴成一角度θ时,光线经光学系统照射到四象限光电池上形成的光斑必然发生偏移即(x≠0,y≠0)。由于各象限的光功率与各象限的光斑面积成正比,每个象限被光斑覆盖的面积不同,因此各象限光电池产生的电压不尽相同。根据上述将Vx,Vy进行模数转换,然后送入单片机。单片机通过驱动设备可控制俯仰角电机和方位角电机转动,直到Vx=Vy=0,即x=0,y=0,则表明系统光轴已经对准太阳,根据以上原理即可对太阳能板位置误差进行校正。
判断光强信号传感器由两块光电池组成,一块接受太阳辐射,另外一块受光面背光。如图4所示,前一块光电池的作用是:判断太阳直射辐射的强度,在直射辐射较弱时不启动跟踪程序,从而避免多云天气的盲目跟踪。后一块光电池的作用是当长时间阴天或多云转晴后太阳重新出现时,判断太阳直射辐射的强度,来决定是否启动跟踪程序。
图3 太阳跟踪传感器工作原理图
图4 判断光强信号传感器
1.3 采样保持与A/D转换电路
本系统选用的A/D转换为MAXIM公司生产的MAX186转换器,是串行输出CMOS芯片。其转换速度快,精度高,耗电省,接线简单,适用于各种仪器仪表和自动控制系统中的数据采集。MAX186转换器自带有采样保持器,因而系统不再设计采样保持电路。而且与AT89C51为串行连接,接口电路如图5所示。
图5 AT89C51与MAX186接口电路图
1.4 时钟芯片DS1302
DS1302与AT89C51单片机接口采用3线(RST,SCLK和I/O)连接,AT89C51为主芯片负责控制2芯片之间的数据通讯。RST为数据通讯的使能信号,为0则允许通讯;为1则禁止通讯。SCLK为数据通讯的位同步脉冲信号,I/O是双向串行数据传输线。RST,SCLK都是单片机发出的控制信号,如图6所示。
2 软件设计
本文介绍的控制系统的软件设计采用了结构化、模块化的程序设计方法。主程序初始化完毕之后,即进入等待状态,单片机控制运行交由中断服务程序控制。所需完成的功能主要由子模块实现。各部分独立完成┮欢í的功能,又有机的结合为一个整体,完成所要求的控制任务。
图6 DS1302与单片机的接口电路
程序的结构如图7所示。主程序包括初始化、最初的A/D转换程序。整个程序周期里,初始化程序只在主程序第一次执行时执行一次。初始化之后,进行最初A/D转换,实际上等于对A/D转换滤波器置初始值。
图7 程序结构图
2.1 定时器1溢出中断服务程序
定时器1溢出中断服务程序包含多个模块,先后在一个T1溢出周期内执行完毕。这些模块包括:控制算法、控制量输出、A/D转换、转换结果处理和分析、异常处理等部分。通过每次T1溢出,周期性的采样、反馈比较、调整、输出,从而实现控制策略。
2.2 控制算法
编制控制算法子程序包括以下几个步骤:计算当前期望位置;计算补偿通道输出值;计算当前实际位置;计算误差和误差通道输出值;补偿通道输出值和误差通道输出值相加。
2.3 控制量输出
单片机输出的控制量为脉冲输出,脉冲量的输出可以通过软件定时器,规定脉冲输出的间隔时间,从而规定了脉冲输出的频率。
2.4 A/D转换及其转换结果处理和分析
虽然硬件上对模拟输入进行了低通滤波,但是仍然会有一些因素可能造成模拟输入量出现较大的误差。为了防止这种情况的发生,需要进行软件滤波,即数字滤波处理。数字滤波有许多优点:
(1) 数字滤波器是由程序实现的,不需增加硬件设备,数字滤波可以有多个输入通道共用,因而成本低。
(2) 数字滤波由程序实现,不需要硬件设备,因而可靠性好,稳定性高,不存在阻抗匹配问题。
(3) 数字滤波使用灵活,修改方便。
而本文采用了算术平均值滤波方法。
2.5 异常处理
程序运行中会发生多种异常情况,有些可以通过检查输入数据判断,而有一些情况系统可以自行校正。
光电传感器误差信号超出死区也应视为异常情况。可能的原因是出现了一干扰光源或太阳能板与太阳位置发生偏离。为了避免在多云情况下的盲目跟踪,如果辐射强度没有达到特定值,则对于误差信号超出死区不作任何操作。太阳能板与太阳位置发生偏离的情况下,系统有能力自动的回复运行状态。
在每次定时器T1中断时,系统都检查控制字。当控制字表明系统在校正状态时,输出控制量的值由预期位置量和光电传感器误差信号共同计算产生。
3 结 语
系统采用特制的四象限硅光电池作为太阳跟踪误差校正用传感器,并且采用AT89C51单片机作为智能单元,可以实现成本较低的全自动太阳跟踪系统。系统具备较好的稳定性,并能够达到相当好的精确度和灵活性。理论分析和设计结果表明,本方法可以满足太阳跟踪控制的要求。
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关键词： 太阳能电池； PLC； 自动跟踪； 光电传感器
中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）21?0165?03
0 引 言
目前在太阳能发电利用中基本上都采用自动跟踪技术提高太阳能的利用率，跟踪技术分单轴跟踪和双轴跟踪，单轴跟踪系统比固定式系统能增加20%的功率输出，而双轴跟踪系统比固定式系统能增加40%的功率输出，双轴跟踪系统采用水平方向电机和俯仰方向电机来追踪太阳的方位角和高度角，从而可以实时精确追踪太阳的位置。
跟踪太阳的方法目前多采用光电跟踪方式，由光电传感器件根据入射光线的强弱变化产生反馈信号到计算机，计算机运行程序调整太阳能电池板的角度实现对太阳的跟踪。
基于高职院校光伏新能源专业学生的实训教学需要，设计了基于西门子S7?200 PLC的太阳能电池自动跟踪实训系统和实训操作模式。
1 系统构成
太阳能电池自动跟踪实训系统由追日装置和追日控制系统组成，追日装置如图1所示。该系统由太阳能电池方阵、模拟太阳光灯、追日跟踪光学传感器、双轴运动重型云台等构成。
追日控制系统由西门子S7?200 PLC及低压电器组成，CPU型号：CPUI224XTCN，输入14个点，输出10个点，追日控制系统控制追日装置上的步进电机，步进电机带动同步带上的金属卤灯（模拟太阳）自东向西运动，模拟太阳在白天的运行轨迹。然后又自西向东运动，模拟太阳在夜间的运行轨迹。PLC通过太阳能电池板上的追日跟踪光学传感器采集模拟太阳的位置信息，光学传感器使用4个光电池组成桥式电路，外面有个滤光罩，没有一定光强，光学传感器没有输出。PLC根据光学传感器的位置信息进行分析判断，控制太阳能电池板下方的双轴运动云台执行追日的动作，使太阳能电池板始终正对着模拟太阳光源，以提高太阳能电池的发电效率，控制系统工作原理如图2所示。
2 控制过程
太阳能电池自动跟踪实训系统设计了两种操作模式，手动操作和自动操作。通过控制面板进行选择，如图3所示。
手动操作模式通过控制面板进行模拟光源、模拟太阳移动和追日跟踪等3个按钮的操作，自动操作模式下通过触摸屏进行模拟光源、模拟太阳移动、追日跟踪、手动操作云台等4按钮的操作，如图4所示。
步进电机从同步带右限位开关处带动同步带上的模拟光源（开灯）自东向西运动，模拟太阳日出、日落运行轨迹，碰到同步带左限位开关后（关灯）自西向东运动返回起点，追日跟踪在模拟光源（开灯）自东向西运动过程中动作。模拟光源移动流程如图5所示。
光学传感器在模拟光源（开灯）自东向西运动过程中不断检测，向PLC发出上、下、左、右四路检测信号，PLC控制云台双轴电机分别运动，从而控制云台的上、下、左、右运动，使太阳能电池板始终正对着模拟太阳光源。
跟据控制要求进行PLC 输入输出端口分配见表1。
3 软件设计
手动操作和自动操作模式的选择指令如图6所示。
正向脉冲输出指令如图7所示，反向脉冲输出指令和正向脉冲输出指令类似。
传感器信号输出指令如图8所示，计数器C1和C2是为了防止云台失控，在模拟光源没有移动状态下，云台可能会出现失控抖动的现象，原因是由于云台电机反映速度和探测器反映速度不一致，可能云台往一个方向运动过头，探测器信号又反转，导致云台抖动，这时靠自身程序无法走出死循环，需停机再启动。C1和C2分别计数云台电机连续向左或向下运动3次。
云台电机动作指令如图9所示，计时器 T39、T40是设置当模拟碰到左限位开关后云台电机自动回到启始点。
4 结 论
该系统即可以训练高职院校光伏新能源专业的学生掌握太阳能电池自动跟踪系统的工作原理，也可应用于工程实际中，具有较高的实际应用价值。
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关键词：太阳能；电池组件；层压机；加热系统
中图分类号：TM914.4 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 12-0000-01
层压机的主要作用是对层叠好的太阳能电池组件进行层压和封装处理，使层叠的电池组件变成完整的电池组件，算是一种组件封装设备。在对层叠的电池组件进行层压和封装处理的过程中，为了保证电池组件的封装质量，层压机需要对电池组件进行加热。因此，为了能够有效提升太阳能电池组件层压机的工作效率以及电池逐渐的封装质量，需要对太阳能电池组件层压机的加热系统进行深入研究和分析，明确太阳能电池组件层压机加热系统的工作效率。
一、太阳能电池组件层压机加热系统的分类和系统组成
太阳能电池组件层压机加热系统的主要分为两种，分别是电加热系统以及油加热系统。其中，电加热系统指的是在层压机的电加热板内放置加热棒，然后通过对加热棒进行通电加热提升的加热板温度的方法，使封装平台的温度达到设定要求，保证层压机工作效率和电池组件的封装质量。油加热系统指的是先在加热器中将导热油加热，使其达到设定要求温度值，然后再将加热后的导热油引入加热板内部的循环管道中，通过热传导作用使加热板的温度不断上升，最终达到设定的温度要求[1]。
在这两种加热系统中，电加热系统的功率比较大，加热速度要比油加热速度快且不会对环境造成污染，但是电加热系统对加热板进行加热的稳定性比较差，尤其是再进行大面积加热工作时，很难控制控制温度的均匀性，在一定程度上会对层压机的工作效率以及电池组件封装质量造成影响。而相对于电加热系统而言，虽然油加热系统加热速度比较慢，而且还会对环境造成一定污染，但是油加热系统能够实现对加热板的均匀加热，即使是再进行大面积加热工作的过程中，也能够通过对温度进行精确控制保证加热板温度的均匀性，进而保证太阳能电池组件层压机的工作效率，保证电池组件的封装质量。因此，在当前的太阳能电池组件的压缩机加热系统中，多使用油加热系统。
太阳能电池组件层压机加热系统主要由膨胀箱、温度传感器、加热器、加热功率控制器、热油管路、PLC、热油泵、触摸屏以及封装平台等9个部分组成。
二、太阳能电池组件层压机加热系统的工作原理
在太阳能电池组件层压机加热系统的工作中，首先，要按下加热系统的加热按钮，并通过触摸屏对封装平台的工作温度以及加热占空比进行设定；然后再通过加热功率控制器控制层压机加热系统的加热功率，对加热器中导热油进行加热处理。当加热器中的导热油升高到一定温度，满足了加热系统加热要求之后，在利用PCL控制器，控制热油泵将导热油通过热油管路将导热油送到封装平台，在封装平台内，另外设有两套独立的双向蛇形管路，可以实现导热油的反向流转，自动补偿损失的温度，控制封装平台温度的均衡性。
另外，在加热器的上部还设有用来盛放了冷却的导热油的膨胀箱。封装平台内的两套蛇形管路，一端连接着热油泵和膨胀箱，一端连接着加热器，当加热系统进行热涨后，多余的导热油就会通过管路流到膨胀箱中，冷却之后再补充到加热系统中继续利用。为了能够实现更好的对封装平台内的温度进行控制，在加热器和封装平台中热油管路的进出口端都布置着温度传感器，以实现全方位的对封装平台和加热板的温度进行检测，并将检测信号第一时间传递给PLC控制器。PLC控制器会对传递来的温度信号进行详细处理和分析，然后将结果传递给加热功率控制器，这样加热功率控制器就可以根据PLC传递来的结果合理的对加热功率进行控制，再次将加油器中的导热油进行加热处理，接着再次完成上述整个循环[2]。
三、太阳能电池组件层压机加热系统研究
（一）系统加热部分结构
太阳能电池组件层压机加热系统主要由安装在封装平台中的蛇形管路、加热器、加热功率控制器以及热油泵组成。在加热系统运行过程中，加热功率控制器会控制加热功率对加热器中的导热油进行加热处理，然后，当导热油温度达到要求之后，热油泵会将加热器中的导热油通过管路输送到加热板和封装平台的管路中以完成加热工作。
（二）温度检测和控制系统
温度检测及温度控制系统由温度传感器、PLC可编程逻辑控制器、加热功率控制器以及触摸屏等组成，在加热系统工作当中，会先由安装在各管路端口、加热板以及封装平台上的温度传感器对温度进行检测，当温度传感器检测到温度变化之后，会将检测到的温度信号传递给PLC可编程逻辑控制器，然后PLC会对所接受到的温度信号进行处理和分析，得出结果并将所得结果先是在触摸屏上，最后，管理人员可以直接通过触摸屏对加热功率控制器进行全程控制，保证导热油的温度始终满足层压机封装平台的工作要求，提高层压机工作效率和电池组件的封装质量。
（三）温度传感器
温度传感器主要是通过金属铂在特定的温度下，所产生自身电阻值变化而检查实际温度值，温度传感器具有良好的传感精确度，并且它的稳定性较高，可以应用的温度范围较大，对200-650℃范围中的温度检测具有较高的精确性，实用性较强[3]。
太阳能电池层压的过程中，通常要求层压机工作台在工作的过程中，具有良好的温度保证，避免因为温度差异所带来的测量差值。而温度传感器不仅具有良好的铂热电阻性能，同时还有较高的稳定性，能够满足太阳能电池层压对工作温度20-150℃的温度要求，能够及时并准确的测量温度，是十分恰当的温度传感器元件。
四、结束语
有效控制太阳能电池组件层压机加热系统，保证太阳能电池组件层压机封装平台的温度均衡，不仅能够保证电池组件封装质量，还能够大大提升层压机的工作效率。因此，一定要在对太阳能电池组件层压机加热系统额研究，寻找到能够控制加热系统，保证温度均衡的有效方法。
参考文献：
[1]张纯江.太阳能电池层压机的单片机控制系统设计[J].自动化与仪表，2011（02）.
文章基于PLC开发设计太阳能－空气能的双热源温室加热控制系统，系统以室外光照强度、温室内空气温度、太阳能真空集热管顶端出水口处水的温度、空气热泵出水管处水温、保温水箱内水的温度五个指标作为监测指标，根据天气条件情况自动选择不同热源进行温室加热，控制温室自动加热，该系统运行可靠、充分利用了太阳能和空气能，节能、环保，有效提高了温室加热效率。
关键词：
太阳能；空气热能；PLC；温室加热；控制系统
前言
设施农业由于环境相对可控，具有高效、优质、高产等特点，在农业发展中占据着越来越重要的地位。而现有的设施农业供暖多采用柴油、煤炭或天然气等单一的能源燃烧放热供暖，此方法易污染、不易于实现自动化控制；采用电加热功耗大、设备成本高。太阳能和空气能作为清洁、无污染的可再生能源,在日常生活中已广泛应用，在设施农业供暖中鲜有应用，文章将太阳能与空气能相结合，通过太阳能真空集热管、空气热泵双热源进行热量收集，以水作为蓄热介质，依据温室加热策略，基于PLC设计开发太阳能－空气能温室加热控制系统，此系统可根据天气情况、太阳能真空集热管出水口温度、保温水箱内水温、温室内空气温度自动选择加热方式，从而达到充分利用清洁能源，有效节约能源、降低能耗的目的。
1系统的总体设计
太阳能－空气能双热源温室加热系统的工作原理系统图如图1所示，系统通过太阳能加热回路及空气能加热回路进行蓄热介质水的加热，加热后的水储存在阳能加热回路和空气能加热回路共用的保温水箱中，之后由温室加热回路进行温室内加热。
2硬件设计
太阳能空气能温室加热系统的控制系统硬件组成主要包括：PLC可编程控制器、设置在保温水箱内的温度传感、太阳能加热循环泵、设置在真空集热管顶端的温度传感器、温室加热循环泵、设置在温室内的温度传感、热风管、设置在温室外部的光照传感器，PLC可编程控制器与上述各工作元件通过导线连接。分析系统所需I/O点数、可编程控制器的可存储量、响应速度，及特殊功能扩展等要求，本系统选用三菱FX1N系列FX1N-24MR-001作为核心控制器。作为系统核心控制器。FX1N系列是三菱PLC中功能很强大的PLC，可扩展致128点，结构紧凑，功能模块配制灵活，可靠性高，在温室环境控制中应用非常广泛。具体的I/O点分布如表1所示。
3软件设计
为实现不同天气情况下均能保证温室加热系统可靠性工作，其温室加热控制策略为：蓄热过程为白天晴天状态下，当光照传感器监测的光照强度大于20000lux,且太阳能真空集热管上端温室传感器监测水的温室高于45°时，PLC控制器开启太阳能循环泵，对蓄热介质水进行循环加热，保存到保温水箱中，否则关闭；白天阴天或夜晚状态下，当保温水箱温度低于PLC控制器设置温度时，PLC控制器控制空气能热泵进行蓄热介质水加热。温室加热过程为当温室内空气温度低于PLC控制器设置的温度时，PLC控制器控制温室加热循环泵工作，进行温室加热。针对上述控制策略由采用三菱GX-DEVELOPER编程软件的梯形图语言进行编写，流程图如图2所示。
4结束语
文章主要基于PLC开发设计了太阳能－空气能双热源温室加热控制系统，并参考温室加热策略、天气情况、太阳能集热管水温等多个参数设计开发PLC控制程序。该系统最大限度将太阳能和空气能结合利用，节约能源、避免了污染并且实现温室加热自动化控制，可为温室加热系统的设计提供一种参考。
参考文献：
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摘 要:介绍了智能幕墙的控制系统与设计思路,以及系统的具体功能和实现方法。
关键词:智能幕墙;plc;人机界面;传感器;光伏发电
1 系统概述
智能幕墙控制系统主要由检测环境参数的温度传感器、风传感器、光照传感器、雨滴传感器和中央处理单元plc(可编程控制器)组成,系统具有运行稳定、处理功能强大和扩展性强的特点。控制系统通过人机界面进行执行机构的操作,集中显示幕墙上各个设备的运行状况,整体有效的管理幕墙。
2 功能设计
(1)日照调节。
能源消费包括人工照明,日照最大化是低能耗设计的重要目的之一,幕墙控制系统能机动的控制幕墙遮挡设备,减小阳光对建筑内部舒适条件造成伤害,减少过加热、过强光和照射过渡等。
(2)通风控制。
幕墙智能控制系统根据室内外环境温度,夏季当周围温度不超过30℃(温度可通过控制系统设定)时,幕墙智能控制系统驱动执行机构将可伸缩的屋顶、机动窗户等打开实现自然通风。冬季当外界温度低于5℃(温度可通过控制系统设定)时,启动机械通风装置。
(3)发电功能。
利用光伏发电实现建筑物电的自给。
(4)构造控制。
使用者可通过人机界面、遥控装置和墙上的开关对幕墙构造进行有效控制。
(5)取暖和加热。
将太阳能集热器与幕墙结合,太阳能集热器将太阳能热量通过换热将水加热;可为建筑物冬季通过地板取暖提供热能,可为建筑物提供清洁的热水。
(6)安防功能。将安防报警系统接入幕墙智能控制系统,实现对门窗的安全防范。
3 智能幕墙功能与高科技产品功能的实现
(1)防盗报警。
在建筑玻璃幕墙上安装玻璃碎片探测器,当有人或硬物将玻璃幕墙击碎时,探测器检测到信号后通过与他相连的智能控制系统通过扬声器发出报警信号;在门、窗上安装门磁开关,当有人非法闯入时,门磁开关接通报警装置报警。系统同时将启动联动的摄像机,将报警画面传送给安保人员。
(2)光伏发电。
利用幕墙结构位置(不影响采光等因素),将太阳能光电池板与幕墙结合,利用太阳能光电池板来给智能控制系统或其它负荷提供电能。
(3)取暖和加热。
将太阳能集热器与幕墙结合,集热器将太阳能热量通过换热将水加热,可为建筑物冬季通过地热取暖提供热能,为建筑物提供清洁的热水。
(4)光控。
在幕墙上安装日光控制器,通过日光控制器检测到日光强度。日光控制器将信号通过智能控制系统驱动执行器来控制百叶的开关状态:当阳光充足时,智能控制系统将百叶窗放下;当阳光强度变弱时,智能控制系统将百叶窗打开。
(5)声控。
在智能幕墙控制系统中加装声音控制器,用来接收使用人通过声音发出的控制指令,实现门、窗和百叶等开启状态的智能控制。
(6)烟感控制。
当室内的烟雾传感器检测到空气有一定浓度的烟尘时,与烟雾传感器相连的智能控制系统驱动执行机构将天窗、通风口等打开,同时通过扬声器发出报警信号。
(7)雨感。
在天窗和幕墙等位置安装雨滴传感器,当传感器检测到有降雨时,与传感器相连的智能控制系统驱动执行机构将窗、门等关闭。
(8)门禁。
在主要出入口处安装门禁(语音门禁、指纹门禁和视网膜门禁)控制系统,通过访问人的特征如语音、指纹和视网膜等,在门禁系统中设置访问人的权限,用来识别访问者的权利。
(9)红外远程控制。
在智能控制系统中加装红外接收器,通过使用人手持遥控装置发出的指令,红外接收器将指令传送给智能控制系统,智能控制系统驱动执行机构完成门、窗、百叶等开关状态。
(10)安全防范。
在幕墙门窗的窗户前安装红外报警器,当有无人照看儿童想要攀爬门窗时,红外报警器通过控制装置声光报警信号,同时智能控制系统关闭窗户以防事故的发生。
4 智能幕墙的设计
智能幕墙系统主要由输入传感器、输出执行器件、控制系统、光伏发电系统4部分组成。
4.1 输入传感器
玻璃碎片探测器、雨滴传感器、日光控制器、红外线接收器、门磁开关、限位开关等。
4.2 输出执行器件
电机、马达、电磁阀、扬声器等。
4.3 控制系统
通过输入设备(如阳光控制器、温度传感器、雨滴探测器等)将现场参数输入给控制柜中的plc控制系统;经plc处理后的参数驱动执行机构(电机、马达、电磁阀、扬声器)带动门窗、百叶等构件的动作。在中控室连接人机界面,操作者可以点动鼠标轻松管理整个幕墙所有设备的运行状况。
4.4 光伏发电系统
光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分,太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池。当太阳光照射到太阳能电池上时,电池吸收光能,产生光生电子——空穴对。在电池内电场作用下,光生电子和空穴被分离,电池两端出现异号电荷的集累,即产生“光生电压”。
5 光伏系统的设计
太阳能光伏发电系统的组成。
(1)控制器。
控制器是光伏发电系统的核心部件之一,根据系统功率、电压、方阵路数、蓄电池组数和用户的特殊要求确定控制器的类型,一般必须具备的功能有:①信号检测。②蓄电池最优充电控制。③蓄电池放电管理。④设备保护。⑤故障诊断定位。⑥运行状态指示。
(2)逆变器。
根据系统的直流电压确定逆变器的直流输入,根据负载的类型确定逆变器的功率和相数,根据负载的冲击性决定逆变器的功率余量。
(3)太阳能光伏发电系统的防雷接地。
如果太阳能电池方阵被雷电直接击中会造成设备损坏或人员伤亡,所以在设计过程中应做防雷设计。
6 结语
智能幕墙是通风式幕墙的延伸,是在智能化建筑的基础上将建筑配套技术(暖、热、光、电)的适度控制,在幕墙材料、太阳能的有效利用、通过计算机网络进行有效的调节室内空气、温度和光线,从而节省了建筑物使用过程的能源,降低了生产和建筑物使用过程的费用。因此智能幕墙系统庞大,具有很好的发展空间和前景。
