太阳视日跟踪系统的设计*

□ 韩丽艳 □ 宫 德 □ 刘占民 □ 何海洋

北京石油化工学院 机械工程学院 北京 102617

开发利用太阳能是解决人类能源危机和减少环境污染的有效手段之一，国内外有关机构对此均投入了大量的人力、物力进行深入广泛的研究［1］。而研制具有实用价值的自动跟踪系统以实现低成本利用太阳能的目的，则是促进太阳能广泛应用的主要途径之一。本文提供一种控制电路简单，由步进电机驱动的低成本、实用的新型太阳跟踪装置。

1 工作原理

从地球上观测者的角度看，整个天球像是在围绕我们旋转，其实这是地球以外的天空包括日月星辰，概无例外的以与地球运动相反的方向、但却以相同的周期（1日）运动着，其运动的轨迹就是周日圈，天体的周日圈就是它所在的那条赤纬圈［2］。如图1所示，天体愈近天极，其赤纬圈愈小；离天极愈远，赤纬圈愈大。

地球公转的周期是一年，也就是太阳沿黄道连续两次经过春分点所需的时间，其长度为365.2422日，如图2所示。

相对于太阳而言，地球的大小可以忽略，因此地球只是中心点的一个点，半径大小忽略。但是观察者直立时的方向是和其所在的地理位置密切相关的，比如在赤道上，观察者直立方向垂直于NS（南北极）；而在南北极，观察者的直立方向就是NS线的方向。太阳相对地球的经纬度运动相当于从冬至到夏至，再从夏至返回到冬至的等速运动，如图3所示。

▲图1不同纬度地区的周日运动图

▲图2 地球公转周年回归运动

▲图3太阳位置变化图