基于非平衡电桥原理的太阳能双轴跟踪系统的设计

魏 萌，毛佳琪，王晋萱，马 瑜，罗海军

(1．温州大学 数理学院，浙江 温州 325035；2．杭州市和睦小学，浙江 杭州 310000)

随着现代工业发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，优先发展太阳能这个清洁可再生能源受到许多国家高度重视[1-5]。目前在光伏发电技术中，提高太阳能的接收效率是提高太阳能的利用率的关键问题之一，其中一种有效的解决便是设计一类能自动跟踪太阳光线的装置，最大程度上保证装置接收面垂直于太阳能光线，达到对太阳光辐射量的最大利用率[6-10]。

针对该问题，本文介绍一种基于非平衡电桥原理的双轴太阳能跟踪设备，该设备具有精度高、体积小、低能耗、性能稳定等优点，不仅可以用于真实的太阳能跟踪系统，同时由于物理原理清晰、设计巧妙，可广泛用于大中专院校、中小学等课堂演示实验和科普演示实验。

1 基本原理

图1是非平衡电桥电路示意图。当R1R3=R2R4时，电桥平衡，Uab=0。当R1R3≠R2R4时，电桥不平衡，Uab≠0。根据基尔霍夫电压和电流定律，可列方程解得：

图1 非平衡电桥测电压原理图

(1)

将R1和R4用相同的光敏电阻替代，R2和R3均用定值电阻R替代。此时电桥的输出电压会出现三种情况：

(1)当R1接收的光强大于R4时，即R10；

(2)当R1接收的光强小于R4时，即R1>R4，则Uab<0；

(3)当R1接收的光强等于R4时，即，R1R3=R2R4，此时电桥平衡，Uab=0。

从式(1)中看出，当R2和R3一定时(一般取相等值)，总体上Uab存在一种趋势：在Ucd一定时，R1、R4的阻值差值越大，Uab越大。

本设备中，我们用两个光敏电阻替代R1和R4，为了更加形象地显示光敏电阻对a、b两点电压U……