车载光伏电池板自动逐光控制系统设计

雷娟

武汉东湖学院 湖北省武汉市 430212

1 前言

随着世界化石能源的日益紧张，人们越来越注重新的能源，诸如太阳能、风能、核能等等，尤其是其中的太阳能既是不产生任何污染废料的清洁能源，又是世界各地都能够较为稳定容易获取的优质能源，并且一次投资可以长期使用，永久性、清洁性、灵活性、安全性并存。因此，对于太阳能的利用越来越广泛。

如今很多车载系统的供电人们都开始采用太阳能光伏电池板。众所周知，太阳能光伏电池板利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能。在正常工作状态下，太阳能光伏电池板利的光生电流是随光照强度成线性增长的，若电池板的温度基本维持不变的情况下，输出功率就会随着光强的变大而变大。因此，要想更好的利用太阳能电池板提供更多能源，在同样的环境下，我们需要让电池板更大面积的接受太阳光的直射。太阳每天东升西落，阳光照射角度不断变化，光伏电池板要想最大化接受阳光照射，必须能随之改变其自身的放置角度。而车载的光伏电池板随着车的行驶，更是需要不断调整自身倾斜角度，以实现最大受光面积，获得更多的能源。本文针对车载太阳能光伏电池板需要随光调整角度的问题，设计了一种车载太阳能光伏电池板自动逐光系统。

2 设计方案

本文使用四个环境光检测模块来检测电池板上下左右四个不同方位的太阳光强度，使用单片机作为控制器件，使用两台电机来改变电池板的朝向。实现方案如图1所示。首先环境光检测模块将检测到的光强信号输出给单片机，单片机比较这些光强信号以判断太阳光的照射角度，然后根据判断结果，驱动两台电机先后转动，以改变电池板的竖直及水平倾斜角度，使太阳光能正面直射电池板。

2.1 环境光检测模块

这个模块由环境亮度传感器和简单的数据处理电路组成。其中环境亮度传感器APDS9008是其核心元件。APDS9008是低功耗模拟输出的环境光传感器[1]，在-45度到85度下工作，电源电压只需要1.6到5.5V，它可以随着所接收到照度的不同[2，3]，改变输出电流的大小，且电流与照度线形变化，如图2所示。

APDS9008结合放大、模/数转换电路就构成了环境光检测模块，可以将照度转换成数字信号输出。

2.2 电机驱动模块

电机驱动使用L298N专用驱动集成电路，其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V[4]，可以驱动大功率直流电机，步进电机等，特别是其输入端可以与单片机直接相连，从而很方便地受单片机控制[5，6]。电路如图3所示。

2.3 逐光原理

如图4所示，本文将四个感光元件安装在太阳能电池板背面四边的中间位置，太阳能光伏电池板固定在电机A的转轴上，电机A与托板连接，托板随电机B的转轴转动。由于感光元件都处于电池板的背面，当电池板正对太阳时，四个感光元件将都处于背阴状态。当电池板没有正对太阳时，就会有1到2个感光元件受到阳光照射。

单片机首先检测元件①②接收到的阳光强度，若元件①接收到的光强大于元件②时，单片机驱动电机B顺时针转动5度；元件①接收到的光强小于元件②时，单片机驱动电机B逆时针转动5度；元件①和元件②接收到同样强度太阳光时（大于设定光强，强光），单片机驱动电机B转动180度；元件①和元件②不断将接收到阳光的强度输出给单片机，单片机随之驱动电机B转动来调整电池板的竖直朝向。直到单片机检测到元件①和②接收的光强相同（小于设定暗光光强）时，电机B不再转动，单片机开始检测元件③④接收到的阳光强度。

当元件③接收到的光强大于元件④时，单片机驱动电机A顺时针转动5度；元件③接收到的光强小于元件④时，单片机驱动电机逆时针转动5度；元件③和元件④不断将接收到的阳光强度输出给单片机，单片机驱动电机A转动来调整电机电池板的水平倾斜角度。直到单片机检测到元件③和④接收到的光强相同，电机A不再转动，此时电池板就能正面阳光，最大程度接收阳光辐射。

[1]孟立凡，蓝金辉.传感器原理与应用[M]，电子工业出版社，2011

[2] www.ic37.com

[3]徐科军.传感器与检测技术[M]，电子工业出版社，2011

[4]王自强译.步进电机应用技术[M]，科学出版社，2010

[5]刘新正.电机学[M]，电子工业出版社，2012

[6]李群芳，张士军，黄健.单片微型计算机与接口技术[M]，电子工业出版社，2009