基于光敏電阻的太陽追蹤控制系統設計研究

泰山學院物理與電子工程學院 魏 浩 楊德日 郭成英 吳蒙蒙

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基于光敏電阻的太陽追蹤控制系統設計研究

泰山學院物理與電子工程學院 魏 浩 楊德日 郭成英 吳蒙蒙

【摘要】本文介紹了基于光敏電阻太陽跟蹤控制系統的基本設計原理，系統硬件組成和控制算法。在此基礎上設計了一種跟蹤精度高，結構簡單，控制可靠的太陽跟蹤系統,現主要采用跟蹤太陽位置的方式最大限度地獲得輸出功率,有效地提高了太陽能的利用效率。

【關鍵詞】光敏電阻；光敏電阻光強比較法；模數轉換；光電轉換電路；A/D轉換

由于地球的自轉和太陽的公轉，導致一年春夏秋冬四季變換、每天日升日落，對于傳統的太陽能光伏發電系統，因為都是固定與某一地點，然而太陽的光照角度有是隨時變化的，因此導致傳統的光伏發電系統采光率低從而發電效率低。本設計可以對太陽光照進行跟蹤，最大限度地提高太陽光能利用率。因此在太陽能發電系統中，只要有效地保證太陽能電池板能夠一直正對太陽，才會使太陽能電池板的發電效率達到最高。而目前市場上通用的太陽能發電系統是計算一年中太陽所在的角度，其原理是根據安放地點的經緯度等信息進行整合計算確定固定的光線接收位置，但同時也存在一旦安裝便不易裝拆或移動的缺點。每次拆裝或移動之后就必須重新調整各個參數和設定數據，因此此類傳統太陽能發電系統對后續安裝的原理、電路和技術等有著較高的要求。

本設計彌補了上述缺陷，取而代之的是使用光電傳感器接收太陽光，將光信號轉換成電信號,進行模數轉換后送入單片機，單片機將采集的信號進行系統的分析和比較,隨之輸出控制信號產生步進電動機的轉動與轉向動作。從而始終讓入射光線垂直于太陽能電池面板,從而達到最高效率利用太陽能的目的。本新型設計可以不受外部條件和地域和的影響，可在-50℃-70℃的溫度范圍內正常工作，提高了太陽跟蹤精度，完美實現適時跟蹤，使太陽光能利用率達到最大限度地提高，可以廣泛地應用于各類需要太陽能發電和進行太陽跟蹤的設備中。

1　系統的總體構成（如圖1所示）

本系統由檢測電路、信號放大電路、步進電機驅動電路與核心控制電路等部分組成。各組成部分有序合理，符合電路、機械等設計的基本原則。

圖1　系統的總體構成圖

2　系統的硬件設計

利用光敏電阻在光照時阻值發生變化的原理, 在一塊電池板東西方向邊沿處的下方放置兩個屬性完全相同的光敏電阻。該設計性能穩定、結構合理、跟蹤準確、方便易用。結構設置如圖2所示：

圖2　結構設置圖

3　系統的軟件設計

光敏電阻光強比較法，該比較法中用的是光電轉換電路。首先太陽光射入光電轉換器，光電轉換器將光信號轉換成模擬電信號，隨后放大器將此模擬電信號放大送入單片機，然后單片機根據采集得到的信號進行分析比較，進行A/D轉換將其轉換成數字信號。隨之輸出控制信號產生步進電動機的轉動與轉向動作，從而使太陽能電池面板始終垂直于入射光線，進而最終實現太陽能的高利用效率。

根據光敏電阻在光照強度發生變化時其阻值隨之發生變化的原理，在一塊電池板東西方向邊沿處的下方放置兩個材料完全相同的光敏電阻。當太陽光線與太陽能電池板成直角時，因此也就保證了兩個屬性完全相同光敏電阻接收到的光強度相同，由此這兩個光敏電阻的阻值也相同，此時由單片機控制的核心控制系統發出信號使電動機不轉動。當太陽光線與太陽能電池板垂直方向出現一定夾角時，此時兩塊光敏電阻接收的太陽光線量開始發生變化，光敏電阻將此光線接受不平衡信號反饋給單片機控制系統，因此控制系統發出信號使電動機轉動，直至兩個光敏電阻上的光照強度相同，經過不斷感應和調節，最終達到時刻追蹤太陽光線的效果，在此我們稱之為光敏電阻光強比較法。

如圖3所示，其優點在于能夠較為容易地實現電路設計并精確地控制系統。

圖3　設計電路原理圖

4　結語

本設計特點與創新之處在于使用光電傳感器接收太陽光，通過光敏電阻將光信號轉換成電信號，通過模數轉換后將電信號送入單片機，單片機控制系統將采集的信號進行比較分析，隨后輸出控制指令控制步進電動機的轉動與轉向，在一定范圍內使太陽能電池面板與入射光線始終呈直角，從而達到最高效率利用太陽能的目的。

由此我們可以在各種需要太陽能發電系統的設備上安裝本基于光敏電阻的太陽追蹤控制系統，如火車、汽車、以及通訊應急車、特種軍用汽車、軍艦或輪船等，不論這些大型運輸設備向何方行駛、如何調頭、拐彎，智能太陽跟蹤儀都能保證設備的要求跟蹤部位正對太陽。

參考文獻

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魏浩（1995—），男，大學本科，現就讀于泰山學院物理與電子工程學院 2014級通信工程專業，研究方向：通信。

作者簡介：