唐雪　劉偉　張鍔

在能源日益枯竭的今天，光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展越來越得到全世界的重視，把光伏產(chǎn)業(yè)帶進新農(nóng)村也是我國投資的重點。本文把光伏發(fā)電應(yīng)用于某農(nóng)村灌木耳產(chǎn)業(yè)，使灌木耳產(chǎn)業(yè)成為節(jié)能產(chǎn)業(yè)，再利用單片機軟件編程進行智能控制，實現(xiàn)自動化灌溉。

【關(guān)鍵詞】光伏 逆變器 STC51單片機

隨著農(nóng)業(yè)科學技術(shù)與信息技術(shù)的不斷發(fā)展，具有規(guī)?；瘷C械化的大面積示范區(qū)域木耳養(yǎng)殖成為農(nóng)民致富途徑之一，同時大規(guī)模的木耳養(yǎng)殖也衍生出相應(yīng)技術(shù)問題，大面積集中灌溉時農(nóng)村基礎(chǔ)電網(wǎng)電力負載差，嚴重影響農(nóng)民經(jīng)濟效益和生活質(zhì)量，甚至引起火災(zāi)等不安因素。由于北方農(nóng)作物生長周期短，重新鋪設(shè)電網(wǎng)成本高、操作復雜。所以急需尋找一種容易安裝成本低穩(wěn)定性好的新的能源灌溉手段，本文針對北方氣候，以木耳生長周期灌溉水量為基礎(chǔ)，為此選擇了太陽能為灌溉系統(tǒng)提供能源。本系統(tǒng)具有成本低，安裝方便，穩(wěn)定性強，易于擴展等優(yōu)點，滿足農(nóng)民種植需要。

1 光伏灌溉系統(tǒng)概述

光伏灌溉系統(tǒng)是由太陽能電池板及充放電控制器、蓄電池、1000瓦水泵、逆變器、控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)的工作過程為太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再由電能轉(zhuǎn)化為機械能。根據(jù)計算單位面積單位時間內(nèi)木耳灌溉所需要的能量來確定本系統(tǒng)選擇器件的主要參數(shù)。

太陽能電池板的作用是將太陽能轉(zhuǎn)化電能，太陽能電池板分為多晶硅太陽能電池板和單晶硅太陽能電池板。根據(jù)木耳灌溉面積及周期，計算得出每天需要能量，再根據(jù)太陽能電池板的壽命周期，尺寸，能量轉(zhuǎn)化率，選擇兩塊250W的單晶硅的太陽能電池板。

太陽能充放電控制器是協(xié)調(diào)太陽能電池板、蓄電池、負載工作的重要部件，主要為更高效率的太陽能充電，以及對蓄電池的過充過放保護。由于控制器24小時工作，為此選擇低功耗的控制器是必要的。

蓄電池和水泵選擇24V100AH的膠體電池和1000W 揚程4.5m的水泵。逆變器是將24V蓄電池的直流電轉(zhuǎn)化為交流220V，供給水泵使用?？刂葡到y(tǒng)是根據(jù)需要來智能控制水泵的通電時間。

2 逆變器系統(tǒng)

逆變電源的主要作用是為負載提供高質(zhì)量電能，如何降低輸出電壓中的諧波含量是研制逆變電源時所考慮的一個重要問題。在逆變電源中，負載特性在很大程度上決定了電源輸出電壓的調(diào)制方式。為了獲得比較理想的正弦波輸出，逆變器通常采用正弦脈寬調(diào)制方式 （SPWM）。由于本逆變器的負載為水泵，是感性負載，為此本逆變電路利用EGS002驅(qū)動模塊產(chǎn)生四路帶有死區(qū)時間的SPWM控制信號分別控制構(gòu)成H橋電路上的四個N溝道場效應(yīng)管，從而輸出純正弦波的信號。系統(tǒng)圖如圖1所示。

3 逆變器驅(qū)動信號結(jié)構(gòu)

由EG8010產(chǎn)生四路SPWM為本系統(tǒng)的驅(qū)動信號，SPWM為正弦波脈寬調(diào)制波形就是與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形。它的原理是把正弦波分成等分，然后把每一等分的正弦曲線與橫軸包圍的面積用一個與此面積相等的矩形脈沖來代替，矩形脈沖的幅值是不變的，各脈沖的中點與每一等分的中點重合。這樣，由若干個等幅不等寬的矩形脈沖組成的波形稱作SPWM波。SPWM技術(shù)能夠極有效地減少輸出波形的諧波含量，它不僅動態(tài)響應(yīng)快，而且在頻率、效率等諸多方面有著明顯的優(yōu)點，所以被廣泛的應(yīng)用在逆變電源的各個部分進行諧波的消除和電壓的調(diào)節(jié)。由于產(chǎn)生的四路SPWM信號驅(qū)動能力不足以直接驅(qū)動MOS管，為此選用了IRF2110S驅(qū)動芯片進行驅(qū)動。IRF2110S具有2A的驅(qū)動能力，并且還具有隔離強弱信號的能力，它大大提高了電路的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

4 逆變器保護電路

逆變器保護包括過壓和欠壓保護、過流保護、過溫保護。過壓保護是防止輸出電壓過高導致用電器負載燒毀，欠壓保護是防止輸出電壓過低導致用電器不能正常工作，EG80101芯片內(nèi)部設(shè)定過壓保護閾值為3.15V，欠壓保護閾值2.75V，延時采樣時間為300ms，當外部發(fā)生過壓或欠壓保護時，EG8010 芯片控制SPWM模塊輸出低電平，關(guān)閉所有功率MOSFET管，此時輸出低電平，延時8S后SPWM模塊輸出高電平重新打開功率 MOSFET管，再判斷此時輸出電壓情況，若在100ms內(nèi)仍然欠壓或過壓，EG8010芯片再次控制SPWMOUT輸出低電平關(guān)閉MOSEFT，如果欠壓和過壓次數(shù)累積到5次仍然出現(xiàn)欠壓或過壓事件，則EG8010將徹底關(guān)斷 SPWM模塊的輸出，要想正常工作需要系統(tǒng)重新上電。

EG8010管腳（14） 是測量逆變器輸出電流大小的管腳，電流流經(jīng)采樣電阻會產(chǎn)生采樣電壓，芯片內(nèi)部基準電壓設(shè)定0.5v過流檢測延時時間為 600mS，若出現(xiàn)過流事件，EG8010會使SPWM模塊輸出低電平。從而使負載輸出低電平，保護功率 MOSFET 和負載。

如圖3所示 NTC 熱敏電阻 RT1 和測量電阻 RF1 組成一個簡單的分壓電路，能進行過溫保護，分壓值隨著溫度值變化而變化數(shù)值，這個電壓的大小將反映出 NTC 電阻的大小從而得到相應(yīng)的溫度值。NTC 選用 25℃對應(yīng)阻值 10K（B 常數(shù)值為 3380）的熱敏電阻，TFB引腳的過溫電壓設(shè)定在 4.3V，當發(fā)生過溫保護時，EG8010 根據(jù)引腳（9）PWMTYP 的設(shè)置狀態(tài)將輸出 SPWMOUT1～SPWMOUT4 到“0”。從而保護功率 MOSFET 和負載。

5 51單片機控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)需要自動控制灌溉時間和灌溉時間間隔，并且人為可控制灌溉時間與灌溉間隔。為此設(shè)計了基于51單片機的控制系統(tǒng)如圖4所示：

按鍵S1、S2、S3是設(shè)定灌溉時間與灌溉時間間隔的，單片機內(nèi)部開始定時，當需要灌溉時單片機P13腳輸出高電平控制水泵轉(zhuǎn)動，高電平時間由灌溉時間控制，當需要人為的控制灌溉時間控制開關(guān)K2即可。

6 結(jié)束語

通過對尚志市葦河鎮(zhèn)木耳養(yǎng)殖基地現(xiàn)場測試分析，本套系統(tǒng)完全滿足木耳生長環(huán)境下使用，不僅節(jié)約了電能，而且科學的對木耳進行了灌溉。提高了木耳產(chǎn)量，進而提高了農(nóng)民的效益。

（通訊作者：張鍔，教授。）

參考文獻

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作者簡介

唐雪（1989-），女，黑龍江省人?，F(xiàn)為哈爾濱師范大學碩士研究生在讀。

作者單位

哈爾濱師范大學 黑龍江省哈爾濱市 150025endprint