1、 摘摘 要要 太阳能是已知的最原始的能源，它干净、可再生、丰富，而且分布范围广，具有非常广 阔的利用前景。但太阳能利用效率低，这一问题一直影响和阻碍着太阳能技术的普及，如何 提高太阳能利用装置的效率，始终是人们关心的话题，太阳能自动跟踪系统的设计为解决这 一问题提供了新途径，从而大大提高了太阳能的利用效率。 跟踪太阳的方法可概括为两种方式：光电跟踪和根据视日运动轨迹跟踪。光电跟踪是由 光电传感器件根据入射光线的强弱变化产生反馈信号到计算机，计算机运行程序调整采光板 的角度实现对太阳的跟踪。光电跟踪的优点是灵敏度高，结构设计较为方便；缺点是受天气 的影响很大，如果在稍长时间段里出现乌云遮住太阳的
2、情况，会导致跟踪装置无法跟踪太阳， 甚至引起执行机构的误动作。 而视日运动轨迹跟踪的优点是能够全天候实时跟踪，所以本设计采用视日运动轨迹跟踪 方法和双轴跟踪的办法，利用步进电机双轴驱动，通过对跟踪机构进行水平、俯仰两个自由 度的控制，实现对太阳的全天候跟踪。该系统适用于各种需要跟踪太阳的装置。该文主要从 硬件和软件方面分析太阳自动跟踪系统的设计与实现。 第一 ：机械部分设计 机械结构主要包括底座、主轴、齿轮和齿圈等。当太阳光线发生偏离时，控制部分发出 控制信号驱动步进电机 1 带动小齿轮 1 转动，小齿轮带动大齿轮和主轴转动，实现水平方向 跟踪：同时控制信号驱动步进电机 2 带动小齿轮 2，小
3、齿轮 2 带动齿圈和太阳能板实现垂直 方向转动，通过步进电机 1、步进电机 2 的共同工作实现对太阳的跟踪。 第二：控制部分设计： 主要包括传感器部分、信号转换电器、单片机系统和电机驱动电路等。系统采用光电检 测追踪模式实现对太阳的跟踪。传感器采用光敏电阻，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下方。当两个光敏电阻接收到的光照强度不相同时，通过运放 比较电路将信号送给单片机，驱动步进电机正反转，实现电池板对太阳的跟踪。 最后本文进行了总结，对未来做了展望。 关键词：太阳能；跟踪；太阳能电板/光敏电阻；单片机；步进电机 第一章 绪 论 1.1 课题来源 太阳能是取之不尽，用
4、之不竭的绿色新能源，随着我国国民经济的飞速发展，太阳能越 来越被广泛地利用，它主要有一下利用方式： 太阳能热发电：主要是把太阳的能量聚集在一 起，加热来驱动汽轮机发电。太阳能光伏发电：将太阳能电池组合在一起，大小规模随意。 可独立发电，也可并网发电。太阳能水泵：正在取代太阳能热动力水泵，九十年代我国研制 的 25kW 光伏水泵在新疆运用。太阳热水器：我国自从 1958 年研制出第一台热水器后，经 过四十多年的努力，我国太阳热水器产、销量均占世界首位。 本课题就是根据现有的太阳能 采光不足，采光系统相对固定，不能充分利用太阳能能源，我们提出了太阳能跟中系统，随 着太阳光照热量时间等因数自动调整角
5、度吸收最大的能量，来设计太阳能自动系统。 1.1.1 能源现状及发展 能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。当前，包括我国在内的绝大多数国家都以 石油、天然气和煤炭等矿物燃料为主要能源。随着矿物燃料的日渐枯竭和全球环境的不断恶 化，很多国家都在认真探索能源多样化的途径，积极开展新能源和可再生能源的研究开发工 作。 虽然在可预见的将来，煤炭、石油、天然气等矿物燃料仍将在世界能源结构中占有相当 的比重，但人们对核能以及太阳能、风能、地热能、水利能、生物能等可持续能源资源的利 用日益重视，在整个能源消耗中所占的比列正在显著地提高。据统计，20 世纪 90 年代，全 球煤炭和石油的发电量每年增长 1
6、%，而太阳能发电每年增长 20%，风力发电的年增长率更 是高达 26%。预计在未来的 5 至 10 年内，可持续能源将能够与矿物燃料相抗衡，从而结束矿 物燃料一统天下的局面。 相对于日益枯竭的化石能源来说，太阳能似乎是未来社会能源的希望所在。 1.1.2 我国的太阳能资源 我国年日照时数多在 1400-3200 小时之间，大致以秦岭-淮河、川西山地为界，其东南年 日照时数多在 2200 小时以下，其西北在 2200 小时以上。川黔地区平均年日照时数 1400 小时 以下，其中，四川宝兴 826.4 小时，峨眉 946.8 小时，马边 951.5 小时，云南盐津 952.1 小时 等，是我国年日照最少的台站。锡林浩特、呼和浩特、银川、西宁、拉萨一线以西北，平均 年日照时数多在 3000 小时以上，其中青海冷湖 3553.9 小时，内蒙古达来库布 3443.2 小时， 哈日奥日布格及西藏定日 3393.3 小时，新疆哈密 3359.1 小时等，是我国年日照最多的台站。 我国平均年日照百分率分布趋势与年日照时数相似。大致大致以秦岭-淮河、川西山地之 东南，年日照百分率在 50以下
