光伏电站除尘清洁系统

扬州职业大学电子工程学院 刘冬梅 方小坤

光伏电站除尘清洁系统

扬州职业大学电子工程学院 刘冬梅 方小坤

光伏电站清洁系统是以灰尘传感器为主要传感器检测器件，以步进电机作为系统机械动力机来源，实现系统对光伏组件灰尘自主检测和智能清洁。应用超声波检测技术实现对光伏组件的边缘检测，为单片机建立光伏组件二维坐标系，实现系统防跌落功能。

灰尘传感器；超声波检测；步进电机

引言

近年来，光伏组件的生产成本的大幅下降以及国家产业政策支持使得光伏发电迅速变成最具潜力的新能源产业。太阳能组件的发电效率受环境温度、光强、电池片与电池片互联方式以及灰尘的影响。其中，灰尘对电池组件的影响较大。当灰尘不均匀覆盖光伏组件表面时，光伏组件的输出U-P特性曲线呈现为多峰值特性曲线，将大大影响最大功率点位置。因此，定期对太阳能电池组件清洁维护，是一种快速提高光伏电站发电效率的有效途径。

1 光伏电站除尘清洁系统设计方案

光伏电站除尘清洁系统是以单片机为系统控制核心，以灰尘传感器为主要传感器检测器件，以步进电机作为系统机械动力机来源，实现系统对光伏组件灰尘自主检测和智能清洁。同时，应用超声波检测技术实现对光伏组件的边缘检测，为单片机建立光伏组件二维坐标系，实现系统防跌落功能。为实现人机友好交互，加入了数码管动态显示电路。

硬件系统以AT89S52单片机最小系统作为控制中心，结合灰尘检测模块、超声波边缘检测、数码管动态显示、电机驱动以及按键七个部分组成。硬件框图如图1所示。

图1 硬件框图

如图1单片机P0口为数码管动态显示段码输出口；P1口为步进电机控制脉冲输出口；P2^0、P2^1为A/D转换PCF8591通信口；P2^2为GP2Y1010的控制口；P2^3～P2^5为数码管位选码输出口与74LS138译码器相连；P2^6、P2^7分别为超声波测距模块HC-SR04的控制口可接收口；独立按键与单片机外中断口P3^2和P3^3相接。P3^6为电机选择输出端。

2 光伏电站除尘清洁系统关键电路设计

2.1 灰尘检测电路设计

灰尘是处于分割状态的微小固体颗粒。灰尘浓度的测量可以采用消光法测定。光束穿过一含有颗粒的介质时，由于受到颗粒的散射和吸收，使得穿过介质后的透射光强度衰减，其衰减量与颗粒浓度相关。使用红外发射管发射一定强度的红外光，用红外光电接收管测得透射光强度。由此，将灰尘浓度转换为光信号，由光信号转化为模拟电信号。单片机系统不能直接识别模拟信号，与采用集成组合逻辑电路A/D转换器将模拟信号转化为数字信号，供单片机计算处理。

本设计灰尘检测功能采用的GP2Y1010AUF传感器与A/D转换器PCF8591两部分电路相结合方式。灰尘检测硬件电路如图3所示。

图2 灰尘检测硬件电路图

图3 电机驱动硬件电路图

2.2 超声波边缘电路设计

高频率、波长短的超声波衍射能力很差，因此在空气中能够定向直线传播方向性好，能量易集中。在不同的介质中能传播足够远的距离。声音在空气中传播速度可测，约为340m/s。

HC-SR04为压电式超声测距模块。压电式超声测距利用压电晶体的谐振工作。从发射超声波开始启动定时器，当接收到障碍物反射波关闭定时器。当单片机P2^6口给超声波测距模块的控制引脚Trig发送一个10us以上的高电平，模块内部电路循环发送8个40KHz的脉冲，Echo口输出高电平。当单片机检测到P2^7引脚有高电平输入，开启定时/计数中断。当此口变为低电平时就可以读定时器的值t。根据公式s=340t/2，可测得系统到光伏板的距离。当超过设定值，单片机便发送检测到边缘的信号改变电机的运动状态，实现防跌落功能。

2.3 步进电机驱动电路设计

电机驱动硬件电路图3中，ULN2803集成芯片U1和U2的11～14引脚对应连接直行电机和转向电机的蓝、粉、黄、橙四根引线，他们对应输入端引脚5～8引脚同时公用连接AT89S52单片机P1^4～P1^7四个I/O口。三极管Q1和Q2作为电机选择控制开关，集电极与+5电源相连，发射极连电机公共端COM，Q1的基极直接与单片机P3^6口相连，Q2的基极连反相器输出后接单片机P3^6口。当P3^6口为高电平时转向电机与电源接通转动，当P3^6口为低电平时直行电机与电源接通转动。电阻R1和R2为限流电阻。清洁电机蓝、粉、黄、橙引线与U1的15～18四引脚相连，15～18引脚对应的输入脚与单片机P1^0～P1^3四个I/O口连接。

3 结论

整个系统能够实现光伏组件上灰尘检测；能够自主运行；系统要能自我保护，达到防跌落的功能。实验数据表明定期对光伏组件除尘可以提高电站5%的发电量，提高组件工作寿命。

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刘冬梅（1978—），女，江苏扬州人，东南大学硕士毕业，讲师，研究方向：电子信息技术。