4.3 光电跟踪程序 25

4.4 本章小结 26

结论 27

致谢 28

参考文献 29

附录A 31

附录B 36

附录C 36

附录D 37

1  引言

1.1 课题研究背景及意义

长期以来,世界能源主要依靠石油和煤炭等矿物燃料,而这些矿物作为一次性不可再生资源,储量有限,而且燃烧时产生大量的二氧化碳,造成地球气温升高,生态环境恶化。据国际能源机构预测,人类正面临矿物燃料枯竭的严重威胁，这种全球性能源危机,迫使各国政府投入大量的人力和财力,研究和开发新能源,如太阳能等[1]。  

就目前而言，如何提高太阳能的利用率仍然是国内外学者研究的重要方向。解决这一问题主要从提高太阳能的转换率和提高太阳能的接收效率两方面入手。前者在目前仍然有较为广阔的发展前景，后者就目前来说已经取得了较好的成就，以目前的技术可以解决[2]。实验表明,与太阳辐射方向保持垂直的表面和始终朝南铅直方向的固定表面,一天中两者接收到的太阳辐射的比大约是3:1[3]。因此精确的跟踪太阳，可以提高太阳的接收率和利用率，进一步开发太阳能领域。论文网

本课题将在现有基础上，以结构简单和准确高效为原则，设计简单的全天候太阳能自动跟踪系统。这一系统虽然简单，但是很好的解决了不能全天候跟踪太阳、太阳能利用率低等问题。这对降低太阳能发电成本，促进太阳能在通讯、野外监测、民用、军事等领域的推广应用有重要作用。同时，能有效地利用我国西部地区丰富的太阳能资源，顺应西部大开发的战略需求，改善我国太阳能利用水平低的问题，为我国光伏产业作贡献[4]。

1.2 研究现状

用于太阳跟踪的方式很多，就目前研究来说，主要分为光电跟踪和太阳运动轨迹跟踪两种[5-7]，下面将分别介绍。

1.2.1 光电跟踪

光电跟踪通过硅光电池、四象限光电探测器、光敏电阻等光敏元件，来检测太阳的运动方向，并控制相关的跟踪装置追踪太阳的运行。由分析可知，该跟踪方式是一种基于闭环控制的跟踪方式。目前，我国国内的跟踪器基本有两大类：一类是纯机械式的跟踪器；一类是机电一体化的跟踪器[8]。在光电跟踪的过程中，通常可以利用现成的四象限光电探测器，调整太阳板的位置，使太阳垂直入射。太阳光照射在四象限光电探测器上，将产生并输出与光电强度和光照面积成正比的光电流，由于在接收太阳光的过程中，四个象限上接收的太阳光强不一样，得到的光电流不一样，该光电流经过运算放大器转换放大后，作为偏差信号，用来控制跟踪装置的调整，从而实现对太阳高度角和方位角的跟踪[9]。

由于光电跟踪是一种基于闭环控制的跟踪方式，灵敏度比较高，受天气的影响比较大。晴天时，光电跟踪可以很好的实现跟踪；阴雨天时，光电跟踪想要较好的实现跟踪比较困难，容易受到外界的影响。故单一的采用光电跟踪来实现对太阳的跟踪得到的结果是不太准确的。

1.2.2 太阳运动轨迹跟踪

太阳运动轨迹跟踪不受任何外界环境的影响，只是通过使用天文学公式，计算出太阳运动轨迹的理论值来控制跟踪装置进行太阳跟踪。该跟踪方式是一种基于开环控制的跟踪方式。太阳运动轨迹跟踪的方法可以分为一维跟踪和二维跟踪两种[18~20]。