摘要：本文提出了一种太阳能电池发电量实时监控系统的设计方案。系统利用at89s52单片机控制，采用霍尔电流传感器对太阳能电池的输出电流测量，其突出优点是可以在几乎不消耗能量情况下，将电流转换为电压进行测量。
可再生能源太阳能发电可分为太阳能光发电（又称光伏）和太阳能热发电两大类，后者由于技术比较复杂，只能用于比较大的容量，应用受到一定限制，所以目前实际应用较少。太阳能光发电具有取之不尽，用之不竭，无污染等诸多优点，已成为人类寻求新能源的热点。但同时又存在应用间歇性，发电量与气候条件有关的缺点。因此，为提高太阳能电池的利用率，实时监控发电量是很有必要的，可以及早发现太阳能电池工作中出现的异常情况。这里提出了一种太阳能电池发电量实时监控系统的设计方案。系统利用at89s52单片机控制，采用霍尔电流传感器对太阳能电池的输出电流测量，其突出优点是可以在几乎不消耗能量情况下，将电流转换为电压进行测量。
1、系统硬件设计
系统硬件电路如图1所示，主要由太阳能电池组、霍尔电流传感器组成的，i／u转换电路、液晶1602组成的显示装置、at89s52单片机构成的控制系统，以及铅酸蓄电池构成的储能系统5部分组成。其工作过程：太阳能电池接收光照时，产生电流，对蓄电池充电，单片机通过稳压装置由蓄电池提供驱动电压，对太阳能电池产生的电量进行实时信号采集。由于单片机只能接收电压信号，所以在信号接收前由i／u、u／u转换模块将信号调至合适的电压。经内部运算处理，结果送1602液晶显示装置显示电池发电量。
1．1a／d转换模块
当模拟信号输入单片机后需要转换为数字信号，由于需要同时测量太阳能电池输出电压和电流，故采用adc0832是8位串行双通道a／d转换器，a／d转换精度要依赖于有高稳定度的基准参考电压，参考电压设定为5v，由tl431产生。模拟信号经过rc滤波送入ad输入端，然后进行模数转换后串行输出。
1．2i／u转换模块
因单片机i／o接口只能接收0～5v的电压信号，实时采集太阳能电池输出电流需要将电流信号转换为电压信号，由于本系统是光伏发电系统的辅助设备，尽可能降低能量消耗是首要问题。由此霍尔电流传感器成为，根据霍尔效应原理进行工作，可在几乎不消耗能量的情况下将电流信号转换为电压信号。本系统采用tbcl0sy型霍尔电流传感器，额定输出电压为（±4±0．5％）v，±15v双电源供电，测量电流范围为o～1，基本满足小型离网光伏系统的应用。
1．3电源设计
单片机正常运行需要为片内的晶体管或场效应管供给电源，使其工作在相应状态。at89s52需要一个5v电源（实际工作电压为3．6～6．0v）。可用整流、稳压方式供电，获得4．5v左右的电压，因本系统为独立发电，且长期使用，考虑到电源寿命，该装置由市电或干电池提供驱动电源不符合实际，所以*方案应该由系统内部太阳能电池的蓄电池供电，经稳压集成块7805稳压为5v，输入单片机vcc引脚，驱动单片机及液晶显示装置。tbcl0sy霍尔电流传感器，需±15v双电源供电，同样采用系统内的蓄电池供电．经稳压集成块7805、7915稳压在±15v，从而驱动其工作。
1．4输出显示模块
电量计算公式为q=uit，其中时间t可根据需要在软件编程时自行确定，如每隔3min采样一次，经内部运算后送1602液晶显示发电量。为了节约电能，通过设置继电器，使液晶显示器显示10s后自动熄灭。
2、系统软件设计
系统软件设计主要由单片机完成，主要实现数据采集和控制显示，整个软件系统设计采用模块化思想，其测量和显示程序流程如图2所示。
3、系统测试分析
以200w的小型离网光伏系统为例，额定电压24v，zui大电流6．18a，蓄电池200ah。设计正常放电时间为2～3d，0～6．18a的电流按比例转换为0～5v的电压，由2只电阻构成的衰减器，输出电压放大比例由电阻r1和r2的比值决定，设定u／u转换比例为5／24，则r7=10kω，r6+rp2=48kω。根据电量计算公式q=uit，实验时间为中午12时至下午2时，从显示电量开始，每隔3min记录一次实际功率和监控系统所显示的数据，各次误差均小于3％，表l给出初始的10次测量误差情况，随电量逐渐增大，误差变化范围逐渐缩小。
4、结论
由at89s52单片机、霍尔电流传感器以及1602液晶等构成的太阳能电池发电量的实时监控系统结构简单、成本低廉、免维护、耗电量小并能有效地实时监控太阳能电池的发电量，及早发现太阳能电池工作中出现的异常情况。该系统设计作为光伏系统的辅助部件适用于小型离网光伏系统，同时该系统装置器件寿命较长，耐用可靠，使其在离网光伏系统中具有广泛应用。