基于光強感知的太陽跟蹤系統(tǒng)設計

顧俊林　張同杰　王梓毅　杜祎倩

摘 要：太陽能作為一種新興無污染的可再生能源，近些年來受到人們的廣泛關注。太陽位置的變化會導致太陽能板表面光照強度的變化，對發(fā)電效率的影響較大。為解決上述問題，本文設計了一種能夠自動追蹤太陽位置的高效率光伏充電系統(tǒng)。通過光強感知模塊檢測太陽的實際位置來控制轉(zhuǎn)臺的水平與垂直方向的轉(zhuǎn)動角度，調(diào)整光伏電池板使其跟隨太陽位置變化而移動，實現(xiàn)太陽光能轉(zhuǎn)化效率的最大化。

關鍵詞：光強感知 太陽能 自動追蹤

中圖分類號：TP212.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（b）-0118-02

光伏發(fā)電具有清潔性、安全性、經(jīng)濟性以及免維護性等顯著優(yōu)點[1]。目前，太陽能電池板一般采取固定安裝方式，無法保證太陽光實時垂直照射，導致太陽能資源無法得到充分利用[2-3]。為進一步提高太陽能的轉(zhuǎn)換效率，本文設計了一種可以自動跟隨太陽光照的裝置，保證太陽能電池板所在的平面始終與太陽光線垂直，從而提高設備的發(fā)電效率。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，由兩個功能部分組成：光照采集部分、轉(zhuǎn)臺部分。光照采集部分由光照傳感器和太陽能板組成，本系統(tǒng)通過光照傳感器對光的感知從而判斷太陽垂直照射的方向，并將信息傳給主控板然后通過舵機控制轉(zhuǎn)臺進行雙軸追蹤。

2 太陽光強感知模塊設計

本文利用光敏電阻的阻值與電壓之間的變化關系檢測太陽光的強度，設計的太陽光強模塊如圖2所示。

如圖2所示，將光敏電阻與固定阻值的電阻串聯(lián)并外接電壓，使光照變化導致的光敏電阻阻值的變化轉(zhuǎn)變成電壓的變化，并將此電信號傳遞給控制電路用于判斷和處理。本系統(tǒng)由兩對共四個光敏電阻構(gòu)成，供電電壓為5V，光照強度相等時每對的中間電位均為2.5V。當太陽光入射角度發(fā)生變化時，光敏電阻的阻值變化將導致其兩端的電壓產(chǎn)生變化，與中間電位相比出現(xiàn)電壓差。該電壓差即可反映太陽的位置。

3 轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)設計

轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)如圖3所示，其轉(zhuǎn)動由Arduino mege2560控制舵機實現(xiàn)。

通過控制舵機對太陽能板的仰俯角和方位角進行調(diào)整，使其始終保持與太陽光線垂直，從而獲取最大發(fā)電功率。執(zhí)行裝置選用的是DS3120大扭力舵機。為了使系統(tǒng)能夠連續(xù)對太陽光線進行跟蹤，設計轉(zhuǎn)臺的俯仰角范圍為0°～90°，旋轉(zhuǎn)角范圍為0°～180°。

4 系統(tǒng)搭建

搭建好的太陽跟蹤系統(tǒng)實物如圖4所示。其中，太陽光強感知模塊安裝在太陽能板的正面中心位置。

通過實驗，本文系統(tǒng)能夠自動識別太陽方向，并隨之調(diào)整跟隨角度，保持太陽能板達到最大接收效率，而且在天氣情況不佳的情況下也能正常運行。

5 結(jié)語

本文設計了一種基于光強感知的太陽跟蹤系統(tǒng)。由光敏電阻陣列組成太陽光強感知模塊來獲取太陽位置，再通過舵機控制轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動實現(xiàn)跟蹤。該系統(tǒng)成本低、跟蹤效果較好，可實現(xiàn)小型室外系統(tǒng)的電力自給自足，具有較強的應用價值。

參考文獻

[1] 秦偉，李國強.光伏太陽能——21世紀的能源之星[J].新經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)，2003，11（34）：44-46.

[2] 王景華，朱鳳德.一種新型太陽能聚光器的研制[J].南京師大學報 2007，55（24） ：39-42.

[3] 高峰，孫成權(quán)，劉全根.太陽能開發(fā)利用的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].世界科技研究與發(fā)展，2001，12（4）：35-39.