傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，能源問(wèn)題已經(jīng)成為不容忽視的全球性問(wèn)題，而且隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的需求日益增加，以化石能源為基礎(chǔ)的能源結(jié)構(gòu)越來(lái)越不適合可持續(xù)發(fā)展的需要，人類(lèi)正在面臨著能源嚴(yán)重短缺和燃燒化石能源造成的環(huán)境污染問(wèn)題，因此，尋找新能源，已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。很快人們把目光聚焦在了身邊的可再生能源，水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽堋⑸镔|(zhì)發(fā)電等等，這些新能源都成為替代傳統(tǒng)一次性能源的新目標(biāo)。而每天豐富的太陽(yáng)輻射能[1]是取之不盡、用之不竭的，并且又有著無(wú)污染、廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，從而越來(lái)越受到人們的青睞，在人們的生活、工作中都有著廣泛的應(yīng)用。
     實(shí)驗(yàn)表明，在相同情況下，自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)集熱裝置[2]可以提高集熱溫度和集熱效率，太陽(yáng)能光電自動(dòng)跟蹤發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量要比固定發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量高30%。因此，高精度太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤技術(shù)也成為了當(dāng)今的熱點(diǎn)研究技術(shù)。
    傳統(tǒng)的太陽(yáng)能設(shè)備都采用固定式或者單軸跟蹤技術(shù)。固定式的太陽(yáng)能設(shè)備不隨太陽(yáng)位置的變化而移動(dòng)，嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)換效率。而現(xiàn)有的單軸跟蹤系統(tǒng)[6]不能滿足高精度的需求，并降低了機(jī)械裝置的安全性和穩(wěn)定性，阻礙了其大規(guī)模的普及應(yīng)用。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本文在對(duì)當(dāng)前各種跟蹤技術(shù)[3]方案論證的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了一種成本低、跟蹤精度高、實(shí)用性強(qiáng)的雙軸太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)。
1 光電式太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
    本文設(shè)計(jì)的光電式太陽(yáng)跟蹤[4]系統(tǒng)是由光電探測(cè)器、控制電路和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 光電探測(cè)器
    將太陽(yáng)在天空位置的改變歸結(jié)為兩個(gè)相互垂直的方向，即沿東西方向的變化(從日出到日落的變化)和沿南北方向的變化，分別用方位角和高度角來(lái)描述[5]。用一對(duì)光電探測(cè)器檢測(cè)方位角的變化；用另一對(duì)光電探測(cè)器檢測(cè)高度角的變化。當(dāng)一對(duì)光電探測(cè)器受到的光照度一樣時(shí)，說(shuō)明太陽(yáng)光與太陽(yáng)能電池板法線的夾角為零，太陽(yáng)光是垂直入射到太陽(yáng)能電池板上的；當(dāng)一對(duì)光電探測(cè)器受到的光照度不一樣時(shí)，說(shuō)明太陽(yáng)光與太陽(yáng)能電池板法線間的夾角不為零，太陽(yáng)光偏離了垂直入射方向，則需要調(diào)整太陽(yáng)能電池板的方位。考慮到成本，本文使用4個(gè)光敏電阻來(lái)作為光電探測(cè)器，分為兩組，經(jīng)實(shí)驗(yàn)后，效果理想。
1.2 控制電路
    本設(shè)計(jì)的控制電路由信號(hào)采集、信號(hào)比較兩部分構(gòu)成。控制電路如圖2所示。

    本電路的特點(diǎn)是每組由兩只光敏電阻組成，一組檢測(cè)東西方向的光照，另外一組檢測(cè)南北方向的光照。光敏電阻隨光照的變化產(chǎn)生電阻變化，然后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)送至比較器LM324的輸入端，LM324輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，及時(shí)調(diào)整電池板的角度，實(shí)現(xiàn)電池板的實(shí)時(shí)跟蹤，從而提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率。所以，本文設(shè)計(jì)的控制電路能夠根據(jù)太陽(yáng)所處的具體位置對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤， 而且調(diào)試簡(jiǎn)單， 成本低，使用方便。
1.3 機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)
    本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性較好，成本低廉，可在各種環(huán)境下使用，克服了其他陽(yáng)光跟蹤系統(tǒng)中機(jī)械傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重的問(wèn)題。因此在機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，在驅(qū)動(dòng)裝置上使用了功率較小的直流減速電機(jī)，降低了驅(qū)動(dòng)部分的能源損耗。
    此外，為了實(shí)現(xiàn)全方位控制的目的，本文設(shè)計(jì)了兩塊控制電路來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流減速電機(jī)，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)方位角和高度角的雙跟蹤。

3 硬件調(diào)試
    重點(diǎn)介紹圖2中R5和R6這兩個(gè)電阻。剛開(kāi)始設(shè)計(jì)的電路是沒(méi)有這兩個(gè)電阻的，但在做跟蹤太陽(yáng)的試驗(yàn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)的現(xiàn)象，無(wú)法鎖定太陽(yáng)。通過(guò)分析電路，決定在對(duì)準(zhǔn)時(shí)制造一個(gè)窗口區(qū)間用來(lái)鎖定裝置，由于LM324的阻抗很大，小電阻產(chǎn)生不了壓降，慢慢加大這兩個(gè)電阻的阻值，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)電阻的阻值為5.1 MΩ時(shí)效果最好。最后反復(fù)推敲得出結(jié)論：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度過(guò)快，在對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)時(shí)，因?yàn)榇嬖趹T性無(wú)法立即停止，會(huì)繼續(xù)往前一點(diǎn)，這時(shí)電機(jī)又會(huì)往回糾正，如此反復(fù)，這就是出現(xiàn)顫抖的原因，增加這兩個(gè)5.1 MΩ的電阻后，會(huì)產(chǎn)生0.2 V的壓降，相當(dāng)于制造了一個(gè)窗口，在這個(gè)窗口內(nèi)，裝置不再檢測(cè)并執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，只有偏離這個(gè)窗口才會(huì)執(zhí)行檢測(cè)，這樣就消除了抖動(dòng)的現(xiàn)象。
    本文設(shè)計(jì)的一種由光電探測(cè)器、控制電路、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成的光電式太陽(yáng)跟蹤器，該跟蹤器以LM324為核心，外圍電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可靠，跟蹤精度高，功耗低。由于該太陽(yáng)跟蹤器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，所以具有發(fā)展?jié)摿Α？蓪?shí)際應(yīng)用于太陽(yáng)能路燈等光電系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明該系統(tǒng)具有可推廣性。
參考文獻(xiàn)
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