【文章內容簡介】 化，轉化效率和轉化功率都受到很大的限制。太陽能光伏板利用太陽能的效率比較高的時候是在光線偏離垂直方向正負十五度以內。所以說能夠自動跟隨太陽轉動的太陽能板供電裝置的效果更好，比固定式太陽能供電裝置的光能利用率更高。針對自動調節(jié)太陽光照射的最佳傾角設計，首先要實現(xiàn)對太陽方位的確定，本文探討了兩種方案來實現(xiàn)對太陽方位的檢測，將他們的優(yōu)缺點進行比較之后，最終確定了方案，并且做出了相應的優(yōu)化。之后說明了控制原理，并對每一個模塊的設計及軟硬件部分做出詳細說明。2 光伏發(fā)電工作原理 光伏發(fā)電工作原理光伏發(fā)電技術運用到了光生伏特。在半導體的界面上可以做到把接收到的太陽光線轉變成能量—電能。太陽能電池是核心部件。此外，控制設備功率的器件還要額外的加入其中。光伏發(fā)電裝置的優(yōu)點是受地域的限制較少，因為陽光照射大地的范圍廣闊，同時，光伏系統(tǒng)還有很多優(yōu)點也值得更多的去開發(fā)利用【7】。基本不會造成污染，沒有噪聲的干擾，使用或者安裝起來也快速便捷，不需要再次消耗燃料，不需要架設輸電線路，就可以就地發(fā)電并供電的優(yōu)點。光伏發(fā)電設備的可取之處在于設備的構成十分的簡單,沒有太復雜的機械結構。而且設備運行起來十分穩(wěn)定，使用年限很長。 設計依據根據歐幾里得平面幾何知識的推理獲悉，在三維空間中，假設有一條確定的直線和一個確定的平面，如果對平面進行一定的旋轉，使得直線和平面垂直，那么平面的旋轉可以分解為水平方向的旋轉和垂直方向的旋轉的疊加，證明方法是作平面的垂線，旋轉垂線使得該垂線和原先確定的直線平行。假設有確定的直線，其方程為，平面的方程為，設平面為水平面，則與平面垂直的平面都是豎直面。 三維坐標中的線面圖直線的方向向量為： ()該直線與水平面的夾角： ()平面法向量： ()該向量與水平面的夾角： ()過已知直線做豎直面： ()過做豎直面： ()將平面在平面上沿逆時針方向旋轉度，然后在豎直平面上沿逆時針方向旋轉度，就可以使和直線平行，即平面和直線垂直，其中是豎直面和豎直面的夾角，是和的夾角，即： () ()根據以上推理，要想使太陽能光伏板與太陽光線照射方向相互垂直需滿足兩個條件1確定太陽光線所照射的方向2調整太陽能光伏板的水平方向，另外轉動的輪子和滑輪分別由太陽能自動跟蹤小車的兩個電機在水平方向和豎直方向分別進行驅動控制【8】。： 太陽能蓄電自動跟蹤器水平旋轉示意圖太陽能自動跟蹤器小車由一個固定的支撐點（點P）和一個輪子支撐起來。滾輪轉動（電機M2驅動）時，以點P為圓心，帶動整個裝置繞P點轉動。從圖二可知，此時滾輪在水平面xy上經過的軌跡是一個以支撐點P為圓心的圓。： 太陽能蓄電自動跟蹤器豎直方向旋轉示意圖太陽能光伏板放在A板上并將其固定，電機M1圍繞渦桿轉動，渦桿被固定在該位置，只允許繞z軸轉動，在xy平面內不允許發(fā)生移動。渦桿上安裝一個升降平臺（升降平臺連接并固定在太陽能光伏板A板的一端），由于與A板一端相連，所以升降平臺不能進行水平方向上的旋轉。因此，電機驅動渦桿轉動時，升降平臺只能進行上下移動，即升降平臺上任意一點只有z的坐標值會變化。A板一端由于升降平臺的帶動在豎直方向上下移動，而A板另一端被架在平行板高度沒有發(fā)生變化B平面上，在B平面上可以進行滑動，使A板和B板的夾角Q發(fā)生一定的變化（），從而實現(xiàn)在豎直方向上太陽能光伏板平面（A板）發(fā)生角度的變化。為使太陽能利用效率始終保持最高，在太陽能板同一平面上安裝光電池，利用光電池來檢測該平面的法線與太陽垂直入射角偏離的情況。本作品包含太陽能設備，太陽能光伏板支撐架被設置在太陽能光伏板的背面中心，與豎直轉軸相連接在一起；通過兩個電動機實現(xiàn)上述裝置的上下運動和水平周轉運動；太陽能光伏板上安裝感光裝置，通過控制電路進而控制電動機的工作以達到實現(xiàn)對太陽跟蹤的目的。使得所設計的設備在吸收太陽光后轉化成電能的功率達到進一步的提高。 光伏組件最佳傾角設計——循跡控制器的設計方案到目前為止國內外關于針對光伏組件陽光循跡控制方面有很多設計方案，但光敏元件比較式陽光循跡和時鐘式陽光循跡的設計方案占主導地位。 時鐘式陽光循跡時鐘式陽光循跡方案，主要是先通過手動輸入當時光伏組件安放的經度和緯度，之后通過依照時鐘芯片用來提供一些信息如時間信號和經緯度等等，電機所需要的轉速也會通過計算機的測試來得出。進而由電動機控制光伏板的轉動，對應太陽的運動方位做出調整。這種循跡方式的特點是構成其的電子路線并不是十分復雜【9】。這種跟蹤裝置的制作及使用成本較為昂貴，對投入民用的范圍不大。計算機的處理系統(tǒng)的要求也較高，需要有很大的計算能力，這就不得不加入大規(guī)模的集成電路作為支持。此類跟蹤裝置主要的使用范圍仍是集中于大發(fā)電量的電力部門，或者是對太陽軌跡進行觀測的氣象臺等。因為其中應用到了計算機控制技術，可以使得在設備的控制方面具有很大的精確度。 光敏元件比較式循跡光敏元件比較式陽光循跡，最核心的部件是光敏元件，光敏元件的特別之處，或者說特點是其參數性能會隨著太陽光線的照射而發(fā)生變化。一般的設計方式是在采光板的邊沿處，分四個方向上都安裝上了相同的光敏元件。當太陽運動至所發(fā)出的光線與采光板的平面呈90176。角時，這個時候相對的兩個方向上的光敏元件在接收太陽光能量多少的數值是相等的。因為差值并沒有產生所以電機并不會轉動。而當太陽繼續(xù)運動，偏離了于采光板垂直的角度，沒有到達或者是已經超過了這個垂直的角度時，光線會與采光板的法線形成一定的夾角。這一次，太陽能將是兩個光敏接收元素之間的區(qū)別。直到馬達驅動的照明板打開再垂直于太陽光線，兩個感光元件相當于收到等量的能量。電機停止轉動。這種循跡方式的優(yōu)點在于擁有較高的精確度，控制起來也相對容易。內部電路及外部構件較為簡單，但是追蹤效果并不是十分出色【10】。選擇時鐘式陽光循跡控制方案，則需要專門的時鐘芯片來確定時間，并且對經緯度的確定存在一系列的問題，若是手動進行輸入，則還需要查詢本地經緯度，操作起來很不方便，不利于光伏發(fā)電技術的推廣。如果是選用GPS來精確定位其地理位置，又會很大程度上的增加了系統(tǒng)的成本?？紤]到系統(tǒng)精確度、電路的復雜程度以及設備成本方面等因素，本文選擇了控制較為精確，精度也相對較高，電路設計也比較容易實現(xiàn)的光敏元件比較式陽光循跡方案，來進行陽光的快速跟蹤與精確定位。3 系統(tǒng)的硬件設計 系統(tǒng)總體結構本設計包括步進電機、步進電機驅動器，光電轉換器、盛群MCU HT46UR232系列單片機以及相應的機械方面的設計等。太陽能電池板水平和豎直方向的轉動分別由位于兩個方向的電機調整【11】。單片機加電復位后，單片機將對通過光敏電阻采樣并進行A/D轉換后的電壓模擬信號進行比較，此時的電位差會有幾種情況，當電壓大于所設定的范圍，則控制令電動機繼續(xù)轉動，若電壓小于設定的范圍，電機反轉。: 系統(tǒng)總體結構 感光元件的選取光敏，這個元件又被稱作光感電阻，這種電阻的特別之處在于其阻值會在光線的照射下發(fā)生改變。光線越強阻值越小，光線越弱阻值越大。 光敏電阻工作原理圖，在黑暗的環(huán)境中，光敏電阻的內部不會產生光電子，陽極與陰極不導通，相當于有很高的阻值。一旦有光線照射到光敏電阻的身上時，此時就存在著一種情況，就是光敏電阻中的光子本身的能量如果超過了半導體材料本身的一種特性值—禁帶寬度。這是光子就有能力跳躍移動到導帶當中。除此之外還會有一個本身帶有正電的空穴生成在價帶當中，隨著數量的增多阻值降低。 光電池隨著當今社會能源結構的進一步改變與升級，太陽能電力系統(tǒng)作為其中的一種新型環(huán)保，高能量的能源。在電力供應上它的地位越來越高。光電池所應用到的原理是靠其中被摻雜的氧化硅的特性