2 2 2 西北大学学报 (自然科学版) 2004 年 4 月 ,第 34 卷第 2 期 ,Apr. ,2004 ,Vol. 34 ,No. 2 Journal of Northwest University (Natural Science Edition) 太阳能电池板自动跟踪控制系统的设计 王雪文 ,王 　洋 ,阎军锋 ,赵 　武 ,张志勇 (西北大学 电子科学系 ,陕西 西安 　710069) 摘要 :目的 　提高太阳能电池的转换效率 。方法 　光敏电阻光强比较与精确数据处理相结合 。结 果 　设计出了一套自动使太阳能电池板保持与太阳光垂直的控制系统 ,构建了自动跟踪系统模型 。 结论 　所构建的光敏电阻比较法 ,达到预期的性能指标 ,控制精度高 ,具有广泛的应用潜力 。 关 　键 　词 :太阳能电池 ;设计 ;构建 ;自动跟踪 中图分类号 : TP11 　　文献标识码 :A 　　文章编号 :1000 274 Ⅹ(2004) 02 0163 02 　　传感器技术的发展使太阳能的使用进入了一个 新的时代 ,一系列新型太阳能电池不断涌现 1 ～3 , 但转换效率不高 ,且造价十分昂贵 4 。一般放置太 阳能电池板时 ,朝向是固定的 ,而太阳的位置是不同 的 ,无法保证太阳光始终垂直于电池板 ,使转换效率 降低 ,造成所需的电池板面积增大 ,设备成本增加 , 不利于推广和应用 。本文设计了 4 个基本测试方 案 ,分别是定时法 、坐标法 、电池板光强比较法和光 敏电阻光强比较法 ,经比较筛选出较准确的方案 ,利 用光敏器件和智能式传感器系统的思想 ,设计并构 建了一个能自动根据太阳光方向来调整太阳能电池 板朝向的自动跟踪系统 ,有效地提高了太阳能的利 用率 。 1 　设计原理 1. 1 　定时法 根据太阳在天空中每分钟的运动角度 ,计算出 太阳能电池板每分钟应转动的角度 ,从而确定出电 动机的转速 ,使得电池板根据太阳的位置而相应变 动 。这种方法称为定时法 ,其优点是电路简单 ,但由 于不同季节日出日落的时间不同 ,会降低该系统调 整的精确度 。 1. 2 　坐标法 将 3 个光敏三极管放置在不同的朝向 ,一个竖 直朝向天空 ,一个朝向正东方 ,另一个朝向正西方 , 太阳从不同角度照射到 3 个光敏管的光强不同 ,它 们产生的光电流强度不同 。太阳光方向与正东方的 夹角θ与光强 (或光电流) 的关系会发生变化 。 依据θ值调整太阳能电池板的角度 ,使得太阳 能电池板一直朝向太阳的方向 。其优点在于调整精 确度较高 ,但实现电路过于复杂 。 1. 3 　太阳能电池板光强比较法 把两块完全相同的太阳能电池板按照一定的角 度连接成“人”字型 ,它们既用作光电转化的电池 ,也 起光敏器件的作用 。太阳光垂直照射地面时 ,两块 电池板上得到的太阳光的能流密度完全相等 ,产生 的光电流大小相等 ,此时控制它们方位的电动机不 工作 。入射太阳光与地面的夹角改变时 ,如果甲电 池板得到太阳光的能流密度大于乙得到的能流密 度 ,则甲电池板产生的光电流强度就大于乙电池板 的光电流强度 ,利用这一信号驱动电动机转动 ,使得 电池板与太阳光的夹角同光垂直于地面时完全相 同 。其优点为调节较为精确 ,电路也比较简单 ,但两 个电池板之间的夹角始终存在 ,永远无法达到真正 意义上的垂直 。 1. 4 　光敏电阻光强比较法 利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理 , 将两个完全相同的光敏电阻分别放置于一块电池板 东西方向边沿处的下方 (光与电池板垂直时 ,一半可 接收光 ,一半在下边) 。如果太阳光垂直照射太阳能 电池板时 ,两个光敏电阻接收到的光照强度相同 ,所 04 　　收稿日期 :2002 　　基金项目 :陕西省教育厅科技计划重点资助项目 ( EE97322) 　　作者简介 :王雪文 (1964 18 ) ,女 ,陕西大荔人 ,西北大学副教授 ,从事电子材料与器件研究 。 © 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 

2 2 —461— 西北大学学报 (自然科学版) 　　　　　　　　　　　　　　　　　第 34 卷 以它们的阻值完全相等 ,此时电动机不转动 。当太 阳光方向与电池板垂直方向有夹角时 ,接收光强多 的光敏电阻阻值减小 ,驱动电动机转动 ,直至两个光 敏电阻上的光照强度相同 。其优点在于控制较精 确 ,且电路也比较容易实现 。 2 　电路原理与电路实现 基于以上原理选择控制精度高和电路易于实现 的光敏电阻光强比较法为最终方案 ,其实现电路的 原理框图如图 1 所示 。 号 ,这样能屏蔽一些微小信号的扰动 ,使系统的工作 更稳定。 2. 3 　控制单元 根据前一级送出的触发信号 ,控制电动机的工 作状态 。由于继电器在实现逻辑过程中需要的吸合 电流较大 ,会造成整体电路的耗电增大 ;另外 ,继电 器的反应速度很慢 ,灵敏度不高 ,会造成设备整体灵 敏度及精确度下降 。为了降低整个电路的功耗 ,提 高控制灵敏度 ,采用晶闸管对电动机进行控制 。 3 　结 　论 对 4 种设计方案进行了对比筛选后认为 :定时 法电路简单 ,但由于季节的影响 ,系统的控制精度较 差 ;坐标法控制精度较高 ,但控制电路复杂 ;光强比 较法使系统的太阳能利用率不能达到最佳 ;光敏电 阻比较法电路实现最简单 ,对太阳能的利用率最大 。 对光敏电阻比较法进行了构建 ,经分析调试 ,把构建 的电路放在各种环境下进行测试 ,结果表明环境亮 度不影响电路的准确控制 ,达到预期的性能指标 ,且 运行可靠 。总之 ,本设计方案适宜于太阳能电池的 实际应用 ,易于推广 ,为提高太阳光的利用率提供了 重要的依据 。 参考文献 : 1 　苏红兵 ,陈庭金 ,施兆顺. 电化学沉积生长 GaAs 薄膜的 工艺研究 J . 电子元件与材料 ,2003 ,22 (4) :28 29. 2 　林鸿生 ,段开敏 ,马 　雷. a SiC/ c Si 异质结太阳能电池 设计分析 J . 半导体学报 ,2002 ,23 (5) : 492 497. 3 　杨术明 ,李富友 ,黄春辉. 染料敏化稀土离子修饰二氧 化钛纳米 晶 电 极 的 光 电 化 学 性 质 J . 中 国 科 学 (B 辑) ,2003 ,33 (1) :59 65. 4 　苏月琼. 太阳能电池前程似锦 J . 电子产品世界 , (编 　辑 　亢小玉) 2001 , (3) :27 30. 图 1 　电路原理框图 Fig. 1 　Circuit principle diagram 2. 1 　信号采集部分 用光敏电阻实现信号采集的电路原理为桥式电 路 ,电路的输出信号只与照射在两个光敏电阻上光 强的相对值有关 ,不受外界环境的影响 ,增加了装置 的抗干扰能力 。 2. 2 　数据处理部分 采用非倒向放大接法 ,由运算放大器及其外围 电阻组成线性放大单元 。零电位调整单元以抵消零 点漂移的直流信号 。因调零后包含一定量的负脉冲 信号 ,用反相单元为下一级电路提供正电压信号。对 输入信号进行判断 ,当输出信号的强度大于一定值 时 ,给下一级一个高电平信号 ;反之 ,提供低电平信 Design of automatic track control system in solar cell WAN G Xue wen , WAN G Yang , YAN J un feng , ZHAO Wu , ZHAN G Zhi yong (Department of Electron and Science , Northwest University , Xi′an 710069 , China) Abstract :Aim 　Improving the photoelectric transfer rate of solar cell. Methods 　The principle of the compari son of the photic intensities that the two photoresistors incept is adopted , and is combined with precise data pro cessing. Results 　A set of automatic track control system , which can keep that sunlight illuminate vertically so lar cell by day , is designed and constructed. Conclusion 　The constructed system of the comporisono the photic intensities of photoresistors reached the properity targets , which are highly precise and has widespread applicable potentialities. Key words :solar cell ; design ; construct ; automatic track control system © 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net