一种新颖实用的户用太阳自动跟踪装置

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1、一种新颖实用的户用太阳自动跟踪装置作者:汪铁龙陈国茜凌立彬摘要文章首先对太阳能电池板跟踪系统设计方案进行了论证，然后详细介绍了全电路双轴自动跟踪方式的工作原理及具体实施控制方案。经过不断实验改进，本系统具有以下功能及特点：①使用全电路双轴自动跟踪方式，跟踪精度高，成本却很低；②阴天及夜晚自动停止工作，既节省了电能，又减小了机械部分的磨损；③装有西限位开关，使跟踪装置在傍晚光线变暗时自动返回到初始状态，便于次日凌晨重新对太阳进行跟踪；④机械结构简单，便于安装，基本不需要日常维护。总之，本设计作品提高了太阳能跟踪器的跟踪精度，同时降低了成本，具有很好的推广及

2、应用价值。一、引言太阳能作为一种清洁无污染的能源，开发前景十分广阔。然而它存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题，这就对太阳能的收集和利用装置提出了更高的要求。目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的，不能充分利用太阳能资源，发电效率低下。据实验，在太阳能发电中，相同条件下一般单轴跟踪系统可提高发电量20%左右，双轴跟踪系统可提高35%左右，聚光型跟踪系统会更高。图1为具有跟踪系统和没有跟踪系统的采样光强的对比。图1跟踪模式与非跟踪模式采样光强的对比目前我国已开始在牧区和偏远地区普及使用无跟踪装置（跟踪器）的户用太阳能光伏系统，但是太阳能利用率

3、不高，发电效率较低，已不能满足此类地区人民日益增长的生活用电需求。为了提高此类光伏发电装置的发电效率，就必须要使用光伏发电跟踪装置，但现有的太阳跟踪器中，纯机械式和时钟式的机电跟踪器精度较低，而精度高的跟踪器成本及价格又高，这都会制约产品的普及。因此，研究开发出一种价格低廉、性能可靠的户用太阳自动跟踪装置就有着非常明显的经济价值及现实意义。二、方案的选择与论证本论文所研究的跟踪方式适用于分布式户用小型太阳能装置。分布式小型太阳能装置太阳能电池板面积小,对跟踪精确度的要求比较高,而要提高跟踪精度,势必会提高成本，而高成本（对应高价格）又必然限制了小型太阳能

4、利用装置的推广及应用。所以在进行设计方案的选择与论证时必须二者兼顾，综合考虑。1.自动跟踪方案的选择与论证：跟踪太阳的方式、方法有很多，但不外乎以下三类：定时跟踪、视日运动轨迹跟踪和光电跟踪。方案一：定时跟踪定时跟踪是一种根据太阳在天空中每分钟的运动角度，计算出太阳能聚光器每分钟应转动的角度，从而确定出电机的转速，使得聚光器根据太阳的位置而相应变动的跟踪方法。这种方法采用程控系统，但程序跟踪本身存在许多局限性，如安装运行前需要精确定位，出现误差后又不能自动调整等问题，所以其应用及推广受到了很大的限制。方案二：视日运动轨迹跟踪视日运动轨迹跟踪按照旋转轴的个

5、数又可分为单轴跟踪和双轴跟踪。单轴跟踪的光伏阵列只能围绕一个旋转轴旋转，采用的跟踪方式一般为：①倾斜布置东西跟踪；②焦线南北水平布置，东西跟踪；③焦线东西水平布置，南北跟踪。单轴跟踪的优点是结构简单，但收集太阳能的效果并不理想。双轴跟踪光伏阵列可沿两个旋转轴运动，能同时跟踪太阳的高度角和方位角的变化，从而可以获得最多的太阳能，在理论上可完全跟踪太阳的运行轨迹且实现入射角为零。双轴跟踪又可分为两种方式：极轴式全跟踪和高度角-方位角式全跟踪。双轴跟踪收集太阳能的效率较高，效果也明显。在所有跟踪方式中视日运动轨迹跟踪精度最高，但价格相当昂贵（据报道，国外产品要

6、几十万美元，国产的要几十万人民币），机械及控制系统极其复杂。故只适合大型太阳能电站使用，不适合分布式户用小型太阳能装置。方案三：光电跟踪光电跟踪是利用光电传感器检测太阳光是否偏离太阳能电池板法线,当太阳光偏离太阳能电池板法线时,传感器发出偏差信号,经放大等调理电路处理后控制执行机构,使太阳能电池板重新对准太阳光。国内常用的光电跟踪装置有：重力式光电跟踪装置、电磁式光电跟踪装置、电动式光电跟踪装置。太阳能电池板的光电跟踪经常用到光敏电阻光强比较法和光敏二极管光强比较法方法两种方式。它们的工作原理基本相同。下边以光敏电阻光强比较法为例说明。利用光敏电阻在光照

7、时阻值发生变化的原理，如果太阳光垂直照射太阳能电池板时，两个光敏电阻接收到的光照强度相同，所以它们的阻值完全相等，此时电动机不转动。当太阳光方向与电池板垂直方向有夹角时，接收光强多的光敏电阻阻值减小，驱动电动机转动，直至两个光敏电阻上的光照强度相同。这种跟踪方式的优点是灵敏度高，结构设计较为方便，控制较精确，且电路也比较容易实现，但缺点是受天气影响大,阴雨天无法对准太阳,甚至引起执行机构的误动作。方案四：全电路双轴跟踪将光电跟踪和视日运动轨迹跟踪两种跟踪方式进行某种程度的结合，我们提出了一种新颖的太阳跟踪方式：太阳光偏离太阳能电池板的偏差信号利用光电传感

8、器进行检测；机械控制部分则采用方位角—高度角式全跟踪结构，但机械部分只用控制电路