基于光强感知的太阳跟踪系统设计

顾俊林　张同杰　王梓毅　杜祎倩

摘 要：太阳能作为一种新兴无污染的可再生能源，近些年来受到人们的广泛关注。太阳位置的变化会导致太阳能板表面光照强度的变化，对发电效率的影响较大。为解决上述问题，本文设计了一种能够自动追踪太阳位置的高效率光伏充电系统。通过光强感知模块检测太阳的实际位置来控制转台的水平与垂直方向的转动角度，调整光伏电池板使其跟随太阳位置变化而移动，实现太阳光能转化效率的最大化。

关键词：光强感知 太阳能 自动追踪

中图分类号：TP212.9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）03（b）-0118-02

光伏发电具有清洁性、安全性、经济性以及免维护性等显著优点[1]。目前，太阳能电池板一般采取固定安装方式，无法保证太阳光实时垂直照射，导致太阳能资源无法得到充分利用[2-3]。为进一步提高太阳能的转换效率，本文设计了一种可以自动跟随太阳光照的装置，保证太阳能电池板所在的平面始终与太阳光线垂直，从而提高设备的发电效率。

1 系统总体架构

系统总体架构如图1所示，由两个功能部分组成：光照采集部分、转台部分。光照采集部分由光照传感器和太阳能板组成，本系统通过光照传感器对光的感知从而判断太阳垂直照射的方向，并将信息传给主控板然后通过舵机控制转台进行双轴追踪。

2 太阳光强感知模块设计

本文利用光敏电阻的阻值与电压之间的变化关系检测太阳光的强度，设计的太阳光强模块如图2所示。

如图2所示，将光敏电阻与固定阻值的电阻串联并外接电压，使光照变化导致的光敏电阻阻值的变化转变成电压的变化，并将此电信号传递给控制电路用于判断和处理。本系统由两对共四个光敏电阻构成，供电电压为5V，光照强度相等时每对的中间电位均为2.5V。当太阳光入射角度发生变化时，光敏电阻的阻值变化将导致其两端的电压产生变化，与中间电位相比出现电压差。该电压差即可反映太阳的位置。

3 转台结构设计

转台结构如图3所示，其转动由Arduino mege2560控制舵机实现。

通过控制舵机对太阳能板的仰俯角和方位角进行调整，使其始终保持与太阳光线垂直，从而获取最大发电功率。执行装置选用的是DS3120大扭力舵机。为了使系统能够連续对太阳光线进行跟踪，设计转台的俯仰角范围为0°～90°，旋转角范围为0°～180°。

4 系统搭建

搭建好的太阳跟踪系统实物如图4所示。其中，太阳光强感知模块安装在太阳能板的正面中心位置。

通过实验，本文系统能够自动识别太阳方向，并随之调整跟随角度，保持太阳能板达到最大接收效率，而且在天气情况不佳的情况下也能正常运行。

5 结语

本文设计了一种基于光强感知的太阳跟踪系统。由光敏电阻阵列组成太阳光强感知模块来获取太阳位置，再通过舵机控制转台转动实现跟踪。该系统成本低、跟踪效果较好，可实现小型室外系统的电力自给自足，具有较强的应用价值。

参考文献

[1] 秦伟，李国强.光伏太阳能——21世纪的能源之星[J].新经济产业，2003，11（34）：44-46.

[2] 王景华，朱凤德.一种新型太阳能聚光器的研制[J].南京师大学报 2007，55（24） ：39-42.

[3] 高峰，孙成权，刘全根.太阳能开发利用的现状及发展趋势[J].世界科技研究与发展，2001，12（4）：35-39.