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基于8051单片机的可跟踪太阳的太阳能电池板硬件设计
Vasudha Sharma1 , Vijay Kumar Tayal2 1,2Department of Electrical and Electronics Engineering Amity University Uttar Pradesh, Noida, India 1 sharmavasudha94@gmail.com, 2 vktayal@amity.edu
摘 要
太阳能电池板由许多太阳能电池组成，它将太阳能转化为电能。如果太阳能电池板随着太阳旋转并连续对准，则可以获得更高的效率。在本文中，提出了一种太阳能跟踪硬件的实现，它可以全天跟踪太阳的运动。太阳能电池板设计使用8051单片机，直流电机和光传感器焊接在简单的电路中。主要目的是增强现有的太阳能电池板输出。与静态平板太阳能电池板相比，所提出的太阳能跟踪板的输出高出32.17％
第一章 介绍
从太阳获得的这种能量巨大，取之不尽，用之不竭。地球母亲接收到大约1.8 * 1011兆瓦的电力。这是我们现在要求的数千倍。我们需要明天都正确高效的使用这些能量[1-3]。太阳有能力[4-8]持续为现在和未来的人们提供能量。这使其成为最有希望的新能源之一。太阳能风靡的另外两个因素是：首先，与化石燃料不同，它是非常清洁的能源[9-11]并且不会造成任何污染。其次，它是免费的; 数量众多且数量巨大[12-15]。几乎人口居住的世界各地。太阳能设备不需要任何重型机械部分，也没有噪音。
本设计提出了一种经济实惠的太阳能跟踪设备，它可跟踪太阳的运动，采用安装在直流电动机上的旋转平台。电机旋转时，平台也会旋转，其方向会随着位于每侧移动的接近传感器的变化而变化，以捕获最大的太阳光。本文的结构如下：第二章详细介绍了所使用的不同组件，第三章讨论了太阳跟踪太阳能电池板的硬件实现。下一章结果和讨论提出了拟议方案的有效性，并与太阳能平板进行了比较
第二章 使用的材料
跟踪阳光可以使用各种方法，可以使用不同的组件。在这项工作中，使用的主要部件是 - 太阳能电池板，8051单片机，直流电机，LDR和L293D电机驱动器IC。该方案的基本框图如图1所示
图1 方案流程图
2.1光依赖电阻（LDR）
在LDR即光依赖性电阻器中，光强度和电阻成反比，当光强度最大时电阻最小，反之亦然。编程采用的是最简单的c语言完成的。此后软件即Topwin用于转换Hexa Dcimal 形式的代码
2.2 8051单片机
为了控制直流电机的方向，采用带有接近开关的单片机。同时它感应来自光传感器的光。逻辑由IC 8051控制器检测。这个单片机有20个引脚，不像其他单片机有40个引脚。使用这个单片机因为它需要提供2个控制直流电机输出引脚，控制三个传感器中的两个来改变方向，而剩余的传感器感知太阳从太阳接收的光。该单片机具有128字节的RAM和2K字节的闪存，运算量足够，所以使用它。
2.3 1293 D.
这是一种电机驱动器IC，其中具有四倍高电流的半H桥驱动器。设计用于一次控制两个电机。它提供600 mA的双向驱动电流，电压值在4.5v-36v范围内。
2.4 C马达
采用通过齿轮箱降速的永久直流电动机。齿轮箱用于降低移动平台的速度。该直流电动机提供6-9伏直流电源。当电压变化时，DC电动机的速度也会变化。电机吸收的电流为200 mA。DC电动机可以用步进电动机代替。然而，与直流电动机相比，步进电动机的电流消耗更高。通常，步进电机需要最小1A的电流。Sun Tracking Solar Panel的完整硬件模块如图2所示
图2 太阳跟踪太阳能电池板的完整硬件模块
第三章 Sun跟踪太阳能电池板硬件实施
将太阳能转换成电能的现象称为光伏效应。当电离辐射被吸收时，产生电动势。太阳能电池板用于将能量从阳光转换为电能。太阳跟踪太阳能电池板的硬件如图3所示。
图3 太阳追踪太阳能电池板硬件
太阳能电池具有捕获太阳能量的巨大潜力，并提供可再生，多功能，纯净和清洁的能源。它没有活动部件并且维护成本低，无污染。它把从太阳捕获的太阳能转换为电流。这是在电子从其母体的原子中分离出来时完成的，然后它们沿着各种半导体材料形成的单向静电屏障加速。所提出的太阳跟踪太阳能电池板组件如图4所示。在这项工作中，LDR和光电二极管安装在平台的顶部，以感应最大的阳光。当传感器感测到最大光时，光电二极管的电阻变得非常低，并且向微控制器提供0信号以使电机停止在最大强度位置。电机保持静止，直到光电二极管感应到最大光。每当光电二极管处于暗位置时，平台再次旋转并搜索最大光位置。
图4用于太阳追踪太阳能电池板的组件
第四章 结果和讨论
表I示出了用于静态太阳能电池板和太阳跟踪太阳能电池板随时间的输出电压的变化。在白天的大部分时间（上午8点45分至下午4点15分），太阳能跟踪板中的输出电压超过20伏，而在平板中，它是波动的并且从10.4伏到21.6伏变化。从表I的详细研究和输出电压的图形表示得出太阳跟踪太阳能电池板从太阳收集最大能量，并且收集的能量远远超过固定太阳能电池板。最大功率点跟踪器用于提取最大和可行的电力，并将大部分电力输送到负载。输出电压和时间之间的关系曲线（图5）表明，即使在黎明和黄昏时，太阳能跟踪板的输出电压也高于平板。因此，太阳能跟踪器更可靠和有效。
图5 太阳能电池板输出电压Vs 时间
在此说明，电池的电流提升是为了保持输入输出比恒定。但是，在黄昏或黎明时间阳光开始减弱的时候，它无法产生所需的瓦数。太阳能跟踪器跟踪最大的太阳光并相应地旋转。它能够全天利用95％的太阳能。太阳能跟踪板的这种能力使其比平板更有利。
表1 24小时期间测量的电压
结 论
太阳能是清洁能源，并且它是可再生能源领域中即将到来的繁荣。太阳能的最大使用量无疑是重要的。本设计旨在以最佳方式利用最大的太阳能。努力以开发一种全天候具有更大输出和增加电力的太阳能电池板为目标。在太阳光开始减弱的过程中，太阳跟踪器会相应地旋转并跟踪太阳的最大光线。为了在所有方向上控制直流电动机，已经使用了8051微控制器。安装太阳跟踪太阳能电池板是利用太阳能最佳能量的可行技术。
在不久的将来，拟议的工作可能会进一步发展和改进。可以使用更多光敏电阻器并使用另一个电动机; 根据季节在太阳方向旋转面板。这可以进一步提高太阳跟踪器的效率。如果使用两个电机，则跟踪器可以全年提供非常高的效率。
致 谢
作者希望感谢诺伊达北方邦友好大学Amity工程技术学院电气与电子工程系提供他们的支持和实验室设施来完成这项设计。
参考文献
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使用基于微控制器可执行高级任务的移动机器人 - 问题，算法和实验
Narendra Babu K. ; Leena Vachhani ; Rajarao MV ; Sridharan K.
摘
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