摘要：发电量检测是太阳能光伏发电体系的重要组成部分。本文规划了一种精度更高，功耗、本钱更低的太阳能发电量检测体系。体系以AVR单片机为操控器，防止了数模转化器等引起的能量耗费并最大程度地简化了体系结构。一起引入了霍尔电流传感器，能够简直无损耗地将电流信号转化为电压信号。试验成果表明：太阳能发电体系正常作业时，太阳能发电量能够实时显现在显现屏上，且差错率不超越5%。
太阳能的运用已经成为化解动力危机的一条途径。因而，国内外的相关科研、技能和工业部分都在活跃致力于太阳能相关设备的研讨和开发，并取得了适当的成就与开展。如高层修建的太阳能与修建的一体化能够满意日子热水、制冷、采暖需求;太阳能电动汽车的规划能够完结节能减排;太阳能在农业上的运用如太阳能上肥-喷药-体机不只环保，还处理了农村地区交通不便等问题。现在，太阳动力的运用首要分为：太阳能发电和蓄能。太阳能发电是新式的可再生动力技能，现在已完结工业化作用的首要是太阳能光伏发电和太阳能光热发电。太阳能蓄能除了运用蓄电池存储电能之外，还能够运用太阳能直接加热冷水供应需用热水用户，这是咱们都熟知的一项太阳能运用途径，现在楼宇修建中会集热水供应体系中许多都选用了太阳能热水体系和技能;还能够将太阳能发生的剩余电能引水上山，把低处水库的引上高处的水库，将电能转化为水的势能，在需用电能的时分，再将势能经过水利发电机组转化成电能。太阳能发电是最直接的途径，可是因为太阳能电池板的转化功率比较低，现在砷化镓太阳能电池理论上能到达28.8%，而一般太阳能电池转化率仅在20%左右。因而，太阳能发电体系又有新的研讨进展。如现在研讨运用聚集的太阳能加热工质水，将水加热为蒸汽，在推进汽轮机时带动发电机发电。
太阳能发电的长处是：1)动力可再生;2)真实低碳清洁动力;3)不受资源散布地域的约束。为此，结合现在状况咱们提出了一种适用于小作业区域或别墅运用的小用户太阳能发电及配电体系，其首要意图是依据太阳能发电量完结家用电器按优先等级自主完结设定的作业，然后将电能转化成热能和空气能储藏，最大或许的完结太阳能运用，一起完结太阳能发电与市电相互切换，以防止太阳能发电缺乏时确保区域的正常用电。该小用户太阳能发电及配电体系包含：太阳能电池板、发电量检测、蓄电池组、逆变器和维护电路等等，其间发电量检测是要害部分，它供应整个太阳能发电量的信息，是整个体系牢靠作业的根底，因而体系的要求是精确检测、作业牢靠。
1 太阳能发电量检测设备
1.1 太阳能发电量检测体系
现在，有人提出依据物联网的太阳能发电量检测体系，此体系分为3部分：传感器数据收集节点、主控节点和长途监测中心。体系不只能完结对太阳能发电体系参数的实时监测，而且用户和作业人员能够很便利的经过3G或许互联网进行查询，为剖析、操控和规划、改进发电体系的功能供应依据。可是，此体系工程造价贵重，结构也较为杂乱，并不合适小用户太阳能发电体系。而现在遍及盛行的是一种以AT89S52单片机为操控器的太阳能发电量检测体系，这个设备体系不只结构简略、本钱低价、免维护、耗电量小而且能够有用的实时监控太阳能电池的发电量，这不失为一个比较优秀的检测体系，可是因为单片机只能处理数字信号，所以加入了A/D转化器等模块，而A/D等模块的驱动也需求动力，这在无形中也会形成不必要的动力耗费。结合这些体系计划的优缺点，咱们规划一套依据AVR单片机的太阳能发电量检测体系的思路。与前面的发电量检测体系比较，此体系简略便利，工程造价比较低，精确性也比较高，能广泛适用于小用户太阳能发电体系。
1.2 太阳能发电量检测体系的规划
咱们规划的体系的首要功能是：以AVR单片机为操控器，对太阳能电池发电量进行数据收集，并实时地显现在液晶显现屏上。一般，独立太阳能发电体系首要由太阳能电池组件、充电操控器(内含MPPT模块)、显现模块，电压衰减模块，电压扩大模块，蓄电池组成，若要为沟通负载供电，还需求装备沟通逆变器。咱们的规划构思如图1。总电路包含太阳能电池板，电压衰减电路，电压扩大电路，霍尔电流传感器，光合太阳能充电操控器，LCD1602显现器，以及AVR单片机。
1.2.1 体系电源规划
为了便于前期的检测本体系，能够选用双电源：220 V转5V电源和蓄电池经稳压变压电源。1)220 V转5 V电源，一般外接电源电压不稳定需求经过滤波稳压后才干供应单片机，使之能愈加牢靠地运转。2)蓄电池电源，本体系是长时间运用而且独立发电的，而十电池寿数有限，所以长时间作业状况中不宜用于电池供电，体系内部的蓄电池供电为最佳挑选。在规划中单片机和LCD1602需求+5 V电压，霍尔电流传感器需求±15 V电压。规划中选用7805，7815，7915三端稳压集成电路来别离供应+5 V，+15 V和-15 V电压。
1.2.2 单片机电路
ATmega32单片机是依据增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微操控器。因为其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega32的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，然后能够缓减体系在功耗和处理速度之间的对立。AVR内核具有丰厚的指令集和32个通用作业寄存器。一切的寄存器直接与算逻单元(ALU)相连接，使得一条指令能够再一个时钟周期内一起拜访两个独立的寄存器。
1.2.3 I/V转化模块和V/V转化模块
单片机只能处理0～5 V的电压信号，所以需求将太阳能电池板或蓄电池所开释的电流信号转化为相应的电压信号。太阳能电池板的输出电压规范是0～20 V，电流为0～5 A，因而有必要将电流值转化为相应的电压信号。此电路包含霍尔电流传感器，电阻以及集成运算扩大器OP07。霍尔电流传感器是此转化电路的中心，功率计要求在尽或许不影响电池板电能输出的状况下才干检测其功率，所以I/V转化的功耗要尽或许的低，电路中选用的是TBC10SY型霍尔电流传感器，依据霍尔效应原理，在耗费适当少电能的状况下将电流信号转化为电压信号。TBC 10SY双环系列闭环霍尔电流传感器的初、次级之间是绝缘的，具有超强抗干扰才干;用于丈量直流、沟通和脉动电流。当待测电流从传感器穿过，即可在输出端测得电压巨细。I/V转化电路如图2。
尽管霍尔电流传感器能够无损耗的转化电流电压，但太阳能电池板输出电流较小且经过霍尔电流传感器之后输出电压仅为几十毫伏，很难测准，所以要经过OP07集成运算扩大器来扩大。OP07芯片是一种低噪声非斩波稳零的双极性运算扩大器%&&&&&%。因为OP07具有较低的输入失调电压(关于OP07A最大25μV)，所以OP07在许多场合不需求额外的调零动作。OP07一起具有输入偏置电流低(OP07A为±2 nA)与开环增益高(关于OP07A为300V/mV)等特色，这种低失调，高开环增益的特性，这使得OP07特别合适用于高增益的丈量设备和扩大传感器的弱小信号等方面。正反馈扩大电路如图3。
因为实时功率的丈量需求一起收集到电压值和电流值。而太阳能电池板电压为0～22 V，以及单片机的处理电压均为0～5 V。所以太阳能电池板和蓄电池的输出电压以及电流经过霍尔电流传感器按份额转化得出电压值必需要衰减或扩大到0～5 V。依据电压电阻之间的线性关系，将0～14 A按份额转化为0～5 V，电压0～20V按份额转化为0～5V。衰减电路如图4。
1.2.4 LCD1602显现电路
本规划选用LCD1602液晶显现屏显现，其具有体积小、功耗低、界面大方等长处，这儿运用YB1602液晶屏，1602显现模块用点阵图形显现字符，显现形式分为2行16个字符。
1.2.5 充电操控器
因为在作业时，跟着光照温度等要素不断改变，必然会导致端电压急剧改变。此刻就需求充电操控器了。充电操控器，一方面能够延伸蓄电池的运用寿数，另一方面在充电进程中还能削减损耗，维护蓄电池充电过量形成危害。体系选用以MPPT操控器为中心的充电操控电路。
1.2.6 发电量检测软件规划
体系程序首要包含：LCD1602显现程序，AD转化模块，单片机主程序。
由此可知，作业原理为：太阳能电池板承受光照时发生电压和电流信号，经过太阳能充电操控器对蓄电池充电，蓄电池经过稳压电路位单片机供应驱动电压，电池板发生的电压和电流别离经过V/V、I/V转化电路并衰减或扩大使其电压不超越5 V，再经过模数转化为数字信号，经过单片机内部处理将功率值实时显现在LCD1602液晶屏上。
1.3 体系的调试
1.3.1 功能要求
1)电量检测设备能够丈量0.5～999.0 W的功率且均匀差错率5%。
2)太阳能电池板规范：最大功率160 W;最大输出电压22V;最大输出电流6A。
3)蓄电池规范：类型6-DZ-12;额外电压12 V;额外容量12 Ah。
1.3.2 软硬件设置
电量丈量电路中太阳能电池电压衰减倍数为1/4.5，霍尔电流传感器输入电流与输出电压比为4，电压扩大电路扩大倍数为4。
2 太阳能发电量检测设备的体系测验
太阳能电池板在太阳能发电体系的电力电子设备的试验室研讨中扮演了适当重要的人物。可是当日照强度很低或许夜晚的时分，太阳能电池阵列失去了输出功率。这时，研讨作业就受到了外界条件的约束，咱们能够经过模仿太阳能电池的方法来处理这个问题。
整个体系的实践查验需求在特定的条件下才干进行，太阳能电池的作业效能与光强，外界环境温度，阳光照耀视点，阳光的光谱散布等要素有关。所以丈量太阳能电池的输出功率有必要依照IEC TC-82的行业规范。
规范为：AM(air-mass大气质量)=1.5，光的输入功率=1 000W/m2，测验温度为25℃
因为条件约束，在试验室状况下，选用电压源电流源模仿太阳能电池测得数据如图6。
如图所示，实践值越小丈量值的差错越大，比方输出电压为3 V时，实践值与丈量值的差错到达了77%，当输出电压为6 V时，实践值与丈量值的差错到达了44%，可是当实践功率超越6 W的时分，差错率就不超越5%了。实践中，太阳能电池的有用作业时的发电功率在120 W左右，所以体系能很好的完结太阳能发电量的检测。
整个体系的调试均是在试验室条件下进行的，用试验室电源模仿太阳能电池，尽管不能很好的体现出太阳能电池的原始功能，且有些特征体现的也过于理想化，所以会有很大的局限性。但规划的要点不在于丈量太阳能电池板的功能，而是要查验规划进行功率检测的精确度，因而是能够反响规划作用的。从丈量成果来看发电量检测到达了预期方针。
3 定论
文中提出并规划了一种依据AVR单片机的太阳能发电量检测体系。体系能够将所测得值实时显现在液晶屏幕上。由试验进程和成果剖析可知，此体系结构比较简略，能够实时并精确地显现太阳能发电量以及用电器用电量，可认为分配电力供应有力的数据支撑，一起还削减了一些不必要的能量耗费，这关于太阳能最大程度化的运用具有较重大意义。而且此体系设备器材寿数较长，经用牢靠，而且具有通用性，还能够灵敏运用于其他数据收集的工程范畴。
