基于光敏电阻的太阳追踪控制系统设计研究

泰山学院物理与电子工程学院 魏 浩 杨德日 郭成英 吴蒙蒙



基于光敏电阻的太阳追踪控制系统设计研究

泰山学院物理与电子工程学院 魏 浩 杨德日 郭成英 吴蒙蒙

【摘要】本文介绍了基于光敏电阻太阳跟踪控制系统的基本设计原理，系统硬件组成和控制算法。在此基础上设计了一种跟踪精度高，结构简单，控制可靠的太阳跟踪系统,现主要采用跟踪太阳位置的方式最大限度地获得输出功率,有效地提高了太阳能的利用效率。

【关键词】光敏电阻；光敏电阻光强比较法；模数转换；光电转换电路；A/D转换

由于地球的自转和太阳的公转，导致一年春夏秋冬四季变换、每天日升日落，对于传统的太阳能光伏发电系统，因为都是固定与某一地点，然而太阳的光照角度有是随时变化的，因此导致传统的光伏发电系统采光率低从而发电效率低。本设计可以对太阳光照进行跟踪，最大限度地提高太阳光能利用率。因此在太阳能发电系统中，只要有效地保证太阳能电池板能够一直正对太阳，才会使太阳能电池板的发电效率达到最高。而目前市场上通用的太阳能发电系统是计算一年中太阳所在的角度，其原理是根据安放地点的经纬度等信息进行整合计算确定固定的光线接收位置，但同时也存在一旦安装便不易装拆或移动的缺点。每次拆装或移动之后就必须重新调整各个参数和设定数据，因此此类传统太阳能发电系统对后续安装的原理、电路和技术等有着较高的要求。

本设计弥补了上述缺陷，取而代之的是使用光电传感器接收太阳光，将光信号转换成电信号,进行模数转换后送入单片机，单片机将采集的信号进行系统的分析和比较,随之输出控制信号产生步进电动机的转动与转向动作。从而始终让入射光线垂直于太阳能电池面板,从而达到最高效率利用太阳能的目的。本新型设计可以不受外部条件和地域和的影响，可在-50℃-70℃的温度范围内正常工作，提高了太阳跟踪精度，完美实现适时跟踪，使太阳光能利用率达到最大限度地提高，可以广泛地应用于各类需要太阳能发电和进行太阳跟踪的设备中。

1　系统的总体构成（如图1所示）

本系统由检测电路、信号放大电路、步进电机驱动电路与核心控制电路等部分组成。各组成部分有序合理，符合电路、机械等设计的基本原则。

图1　系统的总体构成图

2　系统的硬件设计

利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理, 在一块电池板东西方向边沿处的下方放置两个属性完全相同的光敏电阻。该设计性能稳定、结构合理、跟踪准确、方便易用。结构设置如图2所示：

图2　结构设置图

3　系统的软件设计

光敏电阻光强比较法，该比较法中用的是光电转换电路。首先太阳光射入光电转换器，光电转换器将光信号转换成模拟电信号，随后放大器将此模拟电信号放大送入单片机，然后单片机根据采集得到的信号进行分析比较，进行A/D转换将其转换成数字信号。随之输出控制信号产生步进电动机的转动与转向动作，从而使太阳能电池面板始终垂直于入射光线，进而最终实现太阳能的高利用效率。

根据光敏电阻在光照强度发生变化时其阻值随之发生变化的原理，在一块电池板东西方向边沿处的下方放置两个材料完全相同的光敏电阻。当太阳光线与太阳能电池板成直角时，因此也就保证了两个属性完全相同光敏电阻接收到的光强度相同，由此这两个光敏电阻的阻值也相同，此时由单片机控制的核心控制系统发出信号使电动机不转动。当太阳光线与太阳能电池板垂直方向出现一定夹角时，此时两块光敏电阻接收的太阳光线量开始发生变化，光敏电阻将此光线接受不平衡信号反馈给单片机控制系统，因此控制系统发出信号使电动机转动，直至两个光敏电阻上的光照强度相同，经过不断感应和调节，最终达到时刻追踪太阳光线的效果，在此我们称之为光敏电阻光强比较法。

如图3所示，其优点在于能够较为容易地实现电路设计并精确地控制系统。

图3　设计电路原理图

4　结语

本设计特点与创新之处在于使用光电传感器接收太阳光，通过光敏电阻将光信号转换成电信号，通过模数转换后将电信号送入单片机，单片机控制系统将采集的信号进行比较分析，随后输出控制指令控制步进电动机的转动与转向，在一定范围内使太阳能电池面板与入射光线始终呈直角，从而达到最高效率利用太阳能的目的。

由此我们可以在各种需要太阳能发电系统的设备上安装本基于光敏电阻的太阳追踪控制系统，如火车、汽车、以及通讯应急车、特种军用汽车、军舰或轮船等，不论这些大型运输设备向何方行驶、如何调头、拐弯，智能太阳跟踪仪都能保证设备的要求跟踪部位正对太阳。

参考文献

[1]安毓英.光电子技术[M].北京:电子工业出版社,2003.

[2]高雅之,高岳.光电检测技术[M].北京:国防工业出版社,1999．

[3]童诗白.模拟电子技术基础(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2000.

[4]李广弟.单片机基础[M].北京:北京航空航天出版社,2001.

魏浩（1995—），男，大学本科，现就读于泰山学院物理与电子工程学院 2014级通信工程专业，研究方向：通信。

作者简介：