太阳能追日跟踪系统设计+CAD图纸(9)
图3.1 太阳位置参考坐标系
a) 地平坐标跟踪系统 b)极轴坐标跟踪系统
3.2 跟踪方案的选择
太阳能光伏发电系统的发电效率与太阳高度角、大气透明度、海拔高度、日照时数、太阳能电池光电转换效率等有关。但是相对于某一固定地点来说，每天太阳东升西落，方位每时每刻都不一样；即使是同一地点不同日期的同一时刻也会因为太阳赤纬角的变化引起太阳高度的不同。太阳能发电系统要求电池组件始终尽可能最大限度垂直太阳入射光线，太阳追踪系统的工作状况对整个系统的发电效率有很重大的影响。现有太阳能光伏追踪方式根据追踪原理的不同可分为两类:视日运动轨迹追踪方式和光电追踪方式[5]。
3.2.1 视日运动轨迹追踪
太阳位置每天都在变化，但其运行规律是确定、可以计算的，视日运动轨迹追踪方式就是通过计算太阳每一时刻的位置来控制机械完成追踪。一些简单的太阳能光伏发电系统采用此追踪方式，即只在方位角上对太阳进行追踪，使光伏发电效率增高，但是太阳高度角变化所带来的效率损失也是很大的。
一、太阳高度角计算
1、一般时间
太阳高度角随着地方时和太阳的赤纬的变化而变化。太阳赤纬（与太阳直射点纬度相等）以δ表示，观测地地理纬度用φ表示（太阳赤纬与地理纬度都是北纬为正，南纬为负），地方时(时角)以t表示，有太阳高度角的计算公式：
（2-1）
2、正午时间
日升日落，同一地点一天内太阳高度角是不断变化的。日出日落时角度都为0， 正午时太阳高度角最大，时角为0，以上公式可以简化为：
（2-2）
由两角和与差的三角函数公式，可得
（2-3）
对于太阳位于天顶以北的地区而言，
（2-3）
对于太阳位于天顶以南的地区而言， ； （2-4）
二者合并，因为无论是 还是 ，都是为了求当地纬度与太阳直射纬度之差，不会是负的，因此都等于它的绝对值，所以正午太阳高度角计算公式[6]：
（2-5）
根据太阳高度角的计算，确定太阳能集热装置的俯仰角，可以预设太阳能集热装置的运动轨迹，这种方式最大的缺点就是不能精确追踪太阳，不能随环境的变化而变化。
图3.2 日照图
3.2.2 光电轨迹追踪
光电追踪是使用光电传感器作为探测组件，实时探测太阳位置并将信号送达PLC、单片机等控制核心进行处理后来完成对太阳位置的探测和追踪。当太阳位置变化时，这些传感器组件会得到不同的输出结果，根据这样的变化情况就可以知道太阳的变化情况或者知道太阳具体的偏差位置。一些太阳能追踪系统直接使用太阳能接收器作为传感组件，比如太阳能电池板。这类追踪系统的工作原理是先给定一个方向让转动轴转动，如果太阳能电池板上的输出增高，说明太阳在这这个方向上，则相应电机继续转动下去；反之如果输出降低，说明太阳在相反方向，则控制相应电机反转。这类系统简单，但是稳定性差、追踪精度低、追踪回应慢。其它的追踪系统一般采用单独的光电传感器来检测太阳位置，这些传感器采用不同的光感组件，有光电二极管、光电三极管、光电池、光敏电阻等[7]。