1.2.2.1 一维跟踪

一维跟踪依据转动轴的放置方式分为东南向和南北向跟踪[21]，这两种跟踪形式的工作原理基本相同。南北向跟踪的原理图如图1.1所示，图中所示的跟踪转轴东西向放置，根据计算机的太阳赤纬角，跟踪装置带动太阳能电池板绕转轴做俯仰运动，实现太阳跟踪。这种跟踪方式，只能在一个方向上进行跟踪，除正午时太阳垂直入射，其他时刻均为斜射。

一维跟踪结构简单、易实现，但是功能有限，不能很好的跟踪太阳，不能显著的提高太阳能的利用率。

图1.1 南北向一维跟踪（单轴东西水平布置）

1.2.2.2 二维跟踪

二维跟踪又称为全跟踪，能够在两个相互垂直的方向上跟踪太阳，以获得更多的太阳能。目前国内外已开发的双轴太阳跟踪系统的结构形式主要包括根据时角坐标系太阳运动规律设计的极轴式太阳全跟踪系统，以及根据地平坐标系太阳运动规律设计的地平坐标系太阳全跟踪系统[22]。

（1）极轴式全跟踪

    极轴式全跟踪是基于极坐标系的，原理图如图1.2所示。跟踪机构的两个转轴中，指向北极的为极轴；与极轴垂直的为赤纬轴。跟踪过程中，跟踪机构先进行视日运动，为了适应太阳赤纬角的变化，跟踪机构定期的围绕赤纬轴做俯仰运动。

图1.2 极轴式全跟踪

（2）地平坐标系全跟踪

    地平坐标系是以地平圈为基圈，用太阳高度角h和方位角A来确定太阳在天球中的位置的[21]，如图1.3所示。

图1.3 高度角和方位角

地平坐标系双轴跟踪又称为高度角-和方位角式太阳跟踪方法，其原理图如图1.4所示。太阳能设备的能量转换部分的垂直于地平面，另一根轴与方位轴垂直，称为俯仰轴。工作时太阳能设备的能量转换部分根据太阳的视日运动绕方位轴转动改变方位角，绕俯仰轴作俯仰运动改变太阳能设备的能量转换部分的倾斜角，从而使能量转换部分所在平面的主光轴始终与太阳光线平行。

图1.4 地平坐标系全跟踪

本论文研究的太阳自动跟踪系统将光电跟踪及太阳运动轨迹跟踪结合运用，实现对太阳全天候、高效率的跟踪，提高太阳能的利用率。

2  系统总体设计

2.1 系统方案设计

2.1.1 系统设计要求

随着可再生能源的短缺，能源危机离人们不再遥远。面对这一严峻的挑战，太阳能作为可再生的能源越来越受到人们的关注，提高太阳能的利用率在生活中就显得尤为重要。太阳相对于地球每天都是东升西落的，如果只是固定方向的放置太阳能设备，只能转化相当有限的太阳能，为尽可能的提高太阳能的利用率提出以下的系统设计要求。

(1)根据太阳的运动轨迹及太阳高度角和方位角的变化规律，制定合理的跟踪方案。文献综述

(2)系统能够及时有效的应对各种天气状况，在天气晴朗时，利用光电跟踪的方式对太阳进行跟踪；在阴天时采用太阳运动轨迹跟踪方案。总的来说就是在一天中尽可能的提高太阳能的转化率。。

2.1.2 系统方案

根据系统设计要求，最后确定了以下的设计方案，具体如图2.1所示。

图2.1 系统总体设计框图

由于系统装置处于室外，受到很多因素的干扰，为了保证系统正常工作，在此提了一些技术指标，如表2.1所示。

表2.1 技术指标

跟踪精度