傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，能源問題已經(jīng)成為不容忽視的全球性問題，而且隨著社會經(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)越來越不適合可持續(xù)發(fā)展的需要，人類正在面臨著能源嚴(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)。而每天豐富的太陽輻射能[1]是取之不盡、用之不竭的，并且又有著無污染、廉價的優(yōu)點(diǎn)，從而越來越受到人們的青睞，在人們的生活、工作中都有著廣泛的應(yīng)用。
     實(shí)驗表明，在相同情況下，自動跟蹤太陽集熱裝置[2]可以提高集熱溫度和集熱效率，太陽能光電自動跟蹤發(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，高精度太陽自動跟蹤技術(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)。固定式的太陽能設(shè)備不隨太陽位置的變化而移動，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。針對這一現(xiàn)狀，本文在對當(dāng)前各種跟蹤技術(shù)[3]方案論證的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種成本低、跟蹤精度高、實(shí)用性強(qiáng)的雙軸太陽跟蹤控制系統(tǒng)。
1 光電式太陽跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
    本文設(shè)計的光電式太陽跟蹤[4]系統(tǒng)是由光電探測器、控制電路和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)三部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 光電探測器
    將太陽在天空位置的改變歸結(jié)為兩個相互垂直的方向，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描述[5]。用一對光電探測器檢測方位角的變化；用另一對光電探測器檢測高度角的變化。當(dāng)一對光電探測器受到的光照度一樣時，說明太陽光與太陽能電池板法線的夾角為零，太陽光是垂直入射到太陽能電池板上的；當(dāng)一對光電探測器受到的光照度不一樣時，說明太陽光與太陽能電池板法線間的夾角不為零，太陽光偏離了垂直入射方向，則需要調(diào)整太陽能電池板的方位。考慮到成本，本文使用4個光敏電阻來作為光電探測器，分為兩組，經(jīng)實(shí)驗后，效果理想。
1.2 控制電路
    本設(shè)計的控制電路由信號采集、信號比較兩部分構(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，一組檢測東西方向的光照，另外一組檢測南北方向的光照。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)的電信號送至比較器LM324的輸入端，LM324輸出相應(yīng)的控制信號，控制驅(qū)動電機(jī)工作，及時調(diào)整電池板的角度，實(shí)現(xiàn)電池板的實(shí)時跟蹤，從而提高太陽能的轉(zhuǎn)換效率。所以，本文設(shè)計的控制電路能夠根據(jù)太陽所處的具體位置對太陽進(jìn)行實(shí)時跟蹤， 而且調(diào)試簡單， 成本低，使用方便。
1.3 機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)
    本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，剛性較好，成本低廉，可在各種環(huán)境下使用，克服了其他陽光跟蹤系統(tǒng)中機(jī)械傳動部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重的問題。因此在機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，在驅(qū)動裝置上使用了功率較小的直流減速電機(jī)，降低了驅(qū)動部分的能源損耗。
    此外，為了實(shí)現(xiàn)全方位控制的目的，本文設(shè)計了兩塊控制電路來驅(qū)動兩個直流減速電機(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這兩個電阻。剛開始設(shè)計的電路是沒有這兩個電阻的，但在做跟蹤太陽的試驗時，會出現(xiàn)抖動的現(xiàn)象，無法鎖定太陽。通過分析電路，決定在對準(zhǔn)時制造一個窗口區(qū)間用來鎖定裝置，由于LM324的阻抗很大，小電阻產(chǎn)生不了壓降，慢慢加大這兩個電阻的阻值，經(jīng)反復(fù)試驗后發(fā)現(xiàn)，這兩個電阻的阻值為5.1 MΩ時效果最好。最后反復(fù)推敲得出結(jié)論：電機(jī)轉(zhuǎn)動速度過快，在對準(zhǔn)太陽時，因為存在慣性無法立即停止，會繼續(xù)往前一點(diǎn)，這時電機(jī)又會往回糾正，如此反復(fù)，這就是出現(xiàn)顫抖的原因，增加這兩個5.1 MΩ的電阻后，會產(chǎn)生0.2 V的壓降，相當(dāng)于制造了一個窗口，在這個窗口內(nèi)，裝置不再檢測并執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)動，只有偏離這個窗口才會執(zhí)行檢測，這樣就消除了抖動的現(xiàn)象。
    本文設(shè)計的一種由光電探測器、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跟蹤器，該跟蹤器以LM324為核心，外圍電路簡單，性能穩(wěn)定可靠，跟蹤精度高，功耗低。由于該太陽跟蹤器結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，所以具有發(fā)展?jié)摿Α？蓪?shí)際應(yīng)用于太陽能路燈等光電系統(tǒng)，現(xiàn)場試驗證明該系統(tǒng)具有可推廣性。
參考文獻(xiàn)
[1] 郭廷瑋，劉鑒民.太陽能的利用[M].北京:科學(xué)技術(shù)出版社，1987.
[2] 李建英，呂文華，賀曉雷，等.一種智能型全自動太陽能跟蹤裝置的機(jī)械設(shè)計[J].太陽能學(xué)報，2003，24(3)：330-334.
[3] 王尚文，高 偉，黃樹紅.混合雙軸太陽自動跟蹤裝置的研究[J].可再生能源，2007，25(6):10-13.
[4] 張 鵬，王興君，王松林.光線自動跟蹤在太陽能光伏系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007(14):189-194.
[5] 關(guān)繼文，孔令成，張志華.高精度太陽能跟蹤控制器設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].自動化與儀器儀表，2010(3)：23-25.
[6] KALOGIROUSA. Design and construction of a one-axis sun-tracking system[J]. Solar Energy，1996，57(6)：465-469.