一种智能可折叠太阳能光伏板系统

刘云龙　刘健　侯俊　陈英杰　孙凯　王圳

摘 要：本文介绍的是一能感知不利于发电或对光伏板有损害的天气，并且实现太阳能光伏板在以上天气情况下自动收缩，在适合发电的天气情况下伸出光伏板的装置。在处理传感器收集到的数据时，采集大量的数据，对平均后的多组数据进行比较，选取最优的数据。采用PID算法进行控制光伏板进出收容箱，通过把连续的数学积分离散化，计算机和传感器就可以进行数据计算。

关键词：折叠；PID算法控制；防抖动

本智能太阳能光伏板折叠系统不同于现存的太阳能发电装置，该系统能抵抗外部不利自然条件，克服天气、地形地貌的影响，减少管理人员配置，提高智能管理水平，主要分为两大体系：太阳能光伏板折叠机械体系和太阳能光伏板折

1 雨的感知

加入雨传感器的目的是让光伏板在下雨的情况下收缩进收容箱。本结构采用一种可以反馈两种信号的雨滴传感器，它可以向单片机传递模拟信号和数字信号，该传感器引出四路接口，分别是GND，VCC，DO，AO，其中GND直接接单片机负极，VCC接5V正极。模拟信号接口返回的数据范围是0.1023，模拟信号的数据准确和详细，因为它的数据是连续性的，所以它能反映各种天气，也方便数据的采集与处理，综上所述，采用模拟信号接口。

关于雨传感器的程序，本结构采用防抖动的设计，即先采集一次数据，算出一个数据量，然后隔一定时间再采集一次数据，算出另一个数据量，年后数据进行比较，看二者的误差是否在设定的范围内，数据若满足误差则说明传感器的信号是稳定的，可以采用第一个数据量代表的天气情况，否则弃置该数据再重复上述动作。这样是为了保证在采集这两次数据的时间内天气情况稳定的，能够排除一些意外情况导致的数据骤变，这样的处理方式能增强抗外界干扰能力。

2 雪的感知

加入雪传感器的目的是让光伏板在下雪的情况下收缩进入收容箱。本结构采用的雪量传感器是雨量传感器和发热电阻丝共同组成的，雨量传感器与前文的是相同的，在其的表面布设一层发热电阻丝，在采集雪的数据的时候先让发热电阻丝工作一段时间，若其表面有雪，则在这一段时间内，雪就会融化成水，雨滴传感器就会感知水的存在，这样就把感知雪的问题转化成了上文感知雨的问题，这样进行数据采集，数据处理的方式同上文雨滴传感器。

3 光的感知

加入光强传感器的目的是让光伏板在晚上或光强度不适合发电的时候收缩光进收容箱。本结构采用的也是可以返回DO和AO信号的传感器，同雨滴传感器，为了能够更准确的反映光强数据，采用AO信号，为了排除有异物瞬间遮挡传感器的可能，数据处理也采用防抖动处理，第一组数据与第二组数据相隔一定时间，再比对这两组数据的误差是否在允许范围内。

4 电机结合超声波测距用PID算法精确控制太阳能光伏板进出收纳箱

光伏板进出收容箱需要精确控制，在伸展光伏板阶段，如若有部分光伏板留在收容箱内，会导致整体光伏板无法完全展开，这就会使发电效率降低。在收缩光伏板阶段，如若有部分光伏板遗留在收容箱外，则这部分光伏板就会在一次次收缩时都会遗留在外面，分光伏板就会有很大的损伤，因此，控制光伏板进出收容箱的算法必须要非常精确，本结构中我们采用位置式PID控制算法[1]控制。PID 控制器是一种将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，用这一控制量对被控对象进行控制。

由于计算机是一种采样控制，不能进行连续控制，只能采用离散计算的方式来处理数据的，因此上述表达式的积分项和微分项不能被计算机直接使用，必须对上式进行离散化处理，首先要确定传感器的采样周期T，采样序号为K，则采样时间KT对应着上式的连续采样时间t，用矩形数值法近似代替积分，用一阶后向差代替微分，做近似变换后得下式，即离散表达式：

本结构中，光伏板进出收容箱是通过电机驱动的，电机的速度可以在初始运行时求出，但是电机的的速度是会发生改变的，这是由于光伏板进出收容箱时不同的时刻折叠状态不同，光伏板与轨道之间的摩擦力也不同，故光伏板做变加速运动，由于速度的改变带来的偏差可由上式离散化的微分来提前预测，然后矫正，这样一来，我们就只需要确定电机运行的时间，通过上式我们的出uk，它就是电机运行的时间，通过一次次的判断，一次次的计算，最终光伏板会准确进出收容箱。

5 结论

本文研究的系统能够极大地保护太阳能板，延长其使用寿命。基于折叠并收容的设计，本系统的适用性更广，对运行的地形环境要求不高，在有坡度的地形中也可以使用。另外，本系统使用的电源是外部电源，整个系统没有接入太阳能发电板的电池，如果把本系统接入太阳能电池，通过程序对电池的工作状况及电量进行即时监测，更加的人性化，整个系统将会更加协调。

参考文献：

[1]鲍旭红.位置式PID控制算法在城轨ATO系统中的应用[J].長沙理工大学学报（自然科学版），2017，14（03）：84.89.

[2]李梅，金力.《智能车PID算法的设计》实验综述[J].电脑知识与技术，2013，9（16）：3826.3829.