太陽能跟蹤控制器的發展狀況

　　當前，各種類型的太陽能跟蹤控制系統，可以分為兩類：機械跟蹤系統和電控跟蹤系統。機械跟蹤系統一般為壓差式。電控跟蹤系統可分為光電傳感式跟蹤控制系統和視

　　日運動軌跡跟蹤系統［3］。下面分別對這些系統作簡要的介紹［4］：

　?。?）壓差式跟蹤

　　系統的基本工作原理是：跟蹤系統沒有對準太陽，即太陽能光線沒有垂直照射到系統時，系統內部密閉容器兩側受光而積不同，介質會因光照的不同發生相應的物理變化，產生不同的壓力，從而在兩側形成壓力差。在這種壓力差的作用下，使跟蹤控制系統做相應方向的運動，重新調整，直到兩側的壓力相同。此時，容器兩側受光相同，系統對準到太陽。根據密閉容器里存儲的介質，可以將壓差式太陽能跟蹤系統分為液壓差式、氣壓差式、重力差式等。這類跟蹤控制系統機構結構簡單，造價較低，不用電子控制部分和外部電源，為純機械控制系統。但該系統有局限性，一般只能用于單軸跟蹤系統，跟蹤精度很低。因此，此系統僅適用于一般用戶的低需求時采用。

　?。?）光電傳感式太陽能跟蹤控制

　　光電傳感式太陽跟蹤控制系統采用光敏硅光電管、硅光電池等元件。目前國內較常用的光電跟蹤系統有電動式、重力式、電磁式。這些光電跟蹤控制系統都采用光敏元件作為傳感器。在這類跟蹤控制系統中，傳感器一般安裝在采光板上或固定的位置，通過電機的轉動來調整采光板的位置使采光板正對太陽。當太陽向西移動時，采光板的跟著偏移，光電傳感器因受到陽光照射會輸出一定值的電壓或電流，作為輸入信號，經放大電路放大，由電機轉動調整太陽能采光板的角度使跟蹤系統對準太陽。光電傳感器式跟蹤具有靈敏度高，反應快等優點，機械結構設計相對簡單，但容易受天氣的影響，若出現陰天或云遮住太陽的情況，太陽光線經過散射，就會導致跟蹤控制系統無法對準太陽實際的位置，甚至引起執行機構的誤動作，使跟蹤失敗。

　?。?）視日運動軌跡跟蹤控制

　　視日運動軌跡跟蹤控制系統按系統的軸數，分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤兩種：

　　單軸跟蹤方式一般分為三種方式：傾斜布置東西跟蹤；焦線南北水平布置，東西跟蹤；焦線東西水平布置，南北跟蹤。以上三種跟蹤方式都是單軸轉動的南北向跟蹤或東西向跟蹤，工作原理相同。跟蹤系統的轉軸（或焦線）東西向布置，由預先計算好的太陽赤緯角的變化，即跟蹤角度，使太陽能采集板繞轉軸作俯仰轉動。采用此種跟蹤方式，一天之中只有正午時刻太陽光與柱形拋物面的母線相垂直，此時熱流最大；而在早上或下午太陽光線都是斜射。單軸跟蹤的優點是結構比較簡單，由于入射光線不能始終與太陽能接收板垂直，太陽能的利用率相對較低。

　　綜上，在以上各種跟蹤控制系統中，純機械式的跟蹤控制器精度較低，但是跟蹤太陽的目的在于提高太陽能的利用率，如果精度低，跟蹤利用率就比較低，要提高利用率就要在添加其它設備，額外提高了成本。光電傳感式太陽跟蹤控制系統的精度較高，但如上所述還存在不少問題。如果要提高太陽能的利用效率，需要進一步的研究和探討，開發出真正高精、實用、廉價的太陽能自動跟蹤器， 本文將對此做進一步研究。

　　太陽跟蹤器工作原理

　　太陽的光照強度是隨著天氣變化而實時變化的，當光照強度較好時，光電傳感器對光線比較敏感，此時選用自動追蹤模式（即光電跟蹤）；當天氣不好、光照強度比較弱時，漫反射的加重對光電傳感器產生很大的干擾，這種情況下選用固定跟蹤模式。圖2.1所示為系統硬件結構，本系統采用雙軸跟蹤，利用高度角—方位角式跟蹤，采集來的信號通過特定的電路進行處理后，輸入單片機內，經過單片機內部程序的處理得到太陽位置偏差角度，進而驅動電機實現對太陽的精確跟蹤。

　　圖2.1太陽能跟蹤系統基本框圖

　　2.2太陽能跟蹤器各模塊設計

　　2.2.1固定軌跡跟蹤模塊

　　雖然太陽位置是實時變化的，但是它的運行規律還是可循的。軟件算法主要根據太陽的運行規律計算其實時方位角和高度角，以及太陽能跟蹤控制器的水平角和仰角。利用時鐘芯片和單片機控制單元按照太陽運行遵循的公式計算得到太陽的實時位置，通過指令使電機驅動太陽跟蹤裝置，實現太陽實時跟蹤［5］。