控制器硬體設計

本研究單軸追日太陽光電系統控制器(1A-MPG)選用 Microchip 公司生產的 PIC18F26K22 微處理器，其功能強大並具有整合諸多功能於一身的特性。不但節 省開發時間，在降低體積與成本上也有相當大的助益，適合作為控制器之核心組 件，未來如需要擴充額外功能也極為方便。圖 2.2-5 為單軸追日控制器實體圖，此 控制器具有以下特點：

(1) 低成本：一台控制器控制可三座單軸追日裝置。

(2) 符合用電需求：本研究兩套系統皆裝設三座單軸追日發電量約 1.5 kWp，滿足 一般家庭之用電量。

(3) 功能：在控制器上可直接量測 PV 電流訊號以進行最大發電控制。

圖 2.2-5 1A-MPG控制器實體圖

為了避免控制器受到外在氣候條件影響，將單軸控制器放置於耐候高、防水性 佳的塑膠盒中，可以大幅減低陽光曝曬或風雨吹襲的機會。另外，本研究在 1A-MPG 控制器外殼的貫穿接頭上加入 O 形環，防止空氣中的水氣或下雨時雨水滲透 至電路板，進而影響控制器，如圖 2.2-6 所示。

圖 2.2-6 1A-MPG控制器放至於防水盒並在接頭處加入O形環

圖 2.2-7 為 1A-MPG 單軸追日控制器的完整電路設計圖，將針對三大重點部 分進行更詳細地說明：(1)推桿定位、(2)時鐘計時、(3)PV 電流訊號量測。

O 形環

圖 2.2-7

1. 推桿電流回授與定位控制 2. 時鐘 IC 計時 3. PV 電流訊號量測

(1)推桿定位

利用推桿具有可變電阻定位器之功能，在不同的推桿長度下，可變電阻值會隨 之改變，並利用分壓定理得出其電壓來當作輸出訊號，如圖 2.2-8 所示。再將所得 到之輸出訊號值對應至推桿長度，即可利用幾何關係計算出不同推桿長度所對應 之停駐角度。因此，本研究最主要是利用推桿伸縮，以轉動太陽能板的角度，並可 藉由其回傳之電壓訊號推算出當下太陽能板的停駐角度，並加以進行控制。

圖 2.2-8 推桿內部控制電路示意圖與對應之推桿長度

另一方面，若追日的過程發生異常情況，如：與建築物發生碰撞、強風吹襲、

外部電源故障使推桿電流過大，可能會造成推桿的毀損。因此，特別針對推桿異常 狀況做了下列三重的保護工作：

第一層防護 單晶片的回授控制電路：

在追日裝置切換停駐姿態的過程中，同時利用回授電路來量測推桿的工作電 流，如圖 2.2-7 編號 1 電路圖所示，進行主動的防護措施，若電流過大，立即關閉 電路停止動作。

第二層防護 追日裝置的保險絲設計：

在控制器上加裝了保險絲(耐電流的安培數略小於推桿的最大電流上限)的被

第三層防護 推桿自我的過載保護：

當上述兩道防護關卡皆失效後，才使用推桿本身的過載斷電保護。

上述三重保護措施，係為避免在異常突發的狀況下，造成推桿的毀損。

(2)時鐘計時

本研究追日裝置其動作主要是以時間為基準，當時間到達設定時間點，驅動推 桿伸縮使太陽電池進行轉動，因此需要較精準的時間。若使用微處理器的內建計時 器計時，長期使用下會產生相當大的累積誤差，因此選用時鐘 IC 作為計時元件（型 號：MCP79410）。且當控制器電源發生異常停止供電時，可自動偵測並切換至備用 的電源(如：水銀電池)來繼續供電，使時鐘 IC 在控制器斷電下也能正常運行，如 圖 2.2-9 所示，增加使用上的便利性。[17]

圖 2.2-9 MCP79410備用電源示意圖 [17]

(3) PV 電流訊號量測

1A-MPG 的追蹤方法是利用太陽板作為感測器，量測太陽板電流作為判定最 大功率的停駐角度，因此量測電流訊號是系統相當重要的ㄧ環。如圖 2.2-7 編號 3

為量測電流之電路圖，本研究選用 ACS712 做為電流量測 IC，精準度可達 0.01 安 培。

為了將電流訊號傳輸至控制器作為判斷依據，將其製作成一組件，考量到環境 及氣候因素，將電流量測 IC 組件放置於防水盒，具密封圈之接頭，防止下雨時雨 水滲透至電路板造成損毀，增加可靠度，如圖 2.2-10 所示。

圖 2.2-10 電流量測組件(包含防水接頭)