基于温度补偿太阳轨迹跟踪传感器设计

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1、基于温度补偿太阳轨迹跟踪传感器设计　　摘要：在提高太阳能利用效率方面，采用太阳轨迹跟踪是很常见的方法，本文提出了一种新型高精度太阳轨迹跟踪传感器的设计思想，给出了其外形参数及硬件电路。该传感器利用暗筒阴影实现太阳轨迹由粗到精的跟踪，有效过滤了大部分的环境干扰，并采用温度传感器对传感器信号进行温度特性校正，在数字滤波电路的配合下，实现太阳照射角的高精度测量。实测结果显示，本文设计的传感器可有效提高太阳能电池板的效率。关键词：太阳轨迹跟踪；温度校正；光电传感器中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：1引言随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本逐渐攀高，各种安全和污染隐患无处不在

2、。太阳能[1]作为一种无污染取用不竭的安全、环保新能源越来越被重视。在西部地区，利用太阳能光伏发电在解决通信、广播、电视电源等方面已经开始取得显著成效。例如通过GPRS通信和太阳能供电技术结合，可实现交通路况信息传递，与传统传输和供电模式相比真正实现了“应需”数据采集。9作为光伏发电的集能装置（电池帆板）与太阳的位置密切相关，要在有限的使用面积内利用更多的太阳能，首选方案之一就是始终保持电池帆板集能面与阳光垂直照射，同时采用装置自动跟踪太阳光线。研究表明，太阳能设备对太阳光线运动的跟踪与非跟踪，其能量的利用率相差30%以上。近年来为降低光伏发电成本，聚光发电也更加受到人们的关注，尤

3、其是高倍聚光电池（砷化电池）的量产，使高倍聚光应用更加广泛。而高倍聚光对太阳位置的精度要求极高，而传感器则像高精度跟踪设备的“眼睛”尤为重要。本文设计了一种新型太阳能跟踪传感器，利用暗筒的阴影实现太阳位置由粗到精的跟踪[1]，并通过温度传感器采集传感器附近的温度值，运用敏感元件的温度特性对传感器采集到的信号进行温度补偿[2]，实现高精度的全自动太阳跟踪[3]，价格便宜，功能强大。2传感器的工作原理（a）侧视图（b）俯视图（a）sideelevation(b)topview图1传感器结构示意图2.1传感器的结构9传感器主要由8个参数一致的小型硅光电池组成，其结构见图1。设置一个圆柱形

4、暗筒，屏蔽外界环境的散射光线及其它干扰光线，使得外界干扰光线对跟踪效果的影响降到最低。在暗筒外部东、南、西、北4个方向上分别布置4个小型硅光电池。其中，一对小型硅光电池(E，G)东西对称安装在暗筒外侧，用来粗略地检测太阳由东往西运动的方位角；另一对小型硅光电池(H,F)南北对称安装在暗筒外侧，用来粗略检测太阳的高度角。在暗筒内部，东、南、西、北4个方向上也分别布置4个小型硅光电池，其中，一对小型硅光电池(A，C)东西对称安装在暗筒的内侧，用来精确检测太阳由东往西运动的偏转角度；另一对小型硅光电池(B，D)南北对称安装在暗筒的内侧，用来精确检测太阳的高度角。中心o布置一个温度传感器D

5、S18B20，用于测量硅光电池附近的温度，便于温度补偿。传感器的主要参数定义列在表1中。表1传感器主要参数定义Table1Maindefinedparametersofsensor2.2传感器的工作原理以东西方向(方位角)为例，假设太阳的高度角是不变的，即假设暗筒在高度方向始终正对太阳。当早上太阳从东方升起的时候，光电池G接收到的光强(阳面)大于E接收到的光强(阴面)，因此，输出一个差分信号，经过处理后传送到控制器中，继而驱动电机使跟踪平台转动。当转动到一定的精度范围内，方位角偏差不太大时，与G串联的C开始起主导作用，使暗筒精确对准太阳。当太阳向西偏移时，9E和A分别起作用使平台向

6、西跟踪太阳，当遇到云层遮住太阳等其他原因导致太阳偏离较远时，E起主导作用进行较大范围的搜索跟踪，到一定精度后A慢慢起主导作用进行精确跟踪。高度角的跟踪基本原理和工作方式与方位角类似。中心处0点的温度传感器DS18B20，用于检测传感器附近的空气温度，可直接得到8-10位精度的数字温度值。光电池C，G串联，输出电压记为；光电池E,A串联，输出电压记为；光电池F,B串联，输出电压记为；光电池H,D串联，输出电压为。输出电压经放大，滤波后进行AD转换。，分别表示太阳光线在东西方向，南北方向偏离传感器中心的情况，偏差信号控制方位角电机，偏差信号控制俯仰角电机，使整个装置实现完全跟踪，直到，

7、，此时跟踪平台正对太阳。，的关系式定义为：（1）（2）其中为增益系数。2.3传感器的温度校正9硅光电池的开路电压、短路电流随温度变化的曲线表征了它的温度特性[5]。由于它关系到应用硅光电池的仪器设备的温度漂移，影响测量精度或控制精度等重要指标，因此温度特性是硅光电池的重要特性之一。图2为硅光电池的温度特性曲线，图中可以看出硅光电池的开路电压随温度上升而明显下降，短路电流随温度上升却是缓慢下降的，它们与温度成线性关系。硅光电池作为检测元件时，应考虑温度漂移的影响，并采用