太阳自动跟踪系统

引言

　　随着社会经济的快速发展，人类所面临的能源问题越来越突出，太阳能作为一种清洁能源，无疑受到各国的普遍重视。在相同条件下，光照强度越大，太阳能电池输出功率越大。因而增大太阳能电池受光面的光照强度，就可增大太阳能电池输出功率。除了提高太阳光电池本身的转换效应和提高蓄电池充放电效应外，对太阳的自动跟踪是太阳光伏发电系统中另一种提高转换效率的有效手段。因此，在太阳能的利用过程中，实施太阳跟踪是很有必要的。

　　对太阳进行跟踪的方法很多，但不外乎为采用确定太阳位置所用的两种坐标系统，即赤道坐标系和地平坐标系，并分为双轴跟踪和单轴跟踪。单轴跟踪已在很多文献作了介绍，本文要讨论的为双轴跟踪。为了叙述方便，在以后的陈述中将两种坐标系下的整个系统统称为太阳能板。

智能单元

　　控制系统选用了AT89C51单片机作为智能单元。AT89C51是一种低功耗、低电压、高性能的8位单片机。片内带有一个4 KB的FLASH可编程、可擦除只读存储器。文中所述系统为地平坐标系的双轴自动跟踪控制系统，因此采用双坐标步进电机控制，双坐标步进电机控制就是在x轴方向控制1台步进电机，在y轴方向控制1台步进电机。这2台步进电机同时驱动同一个对象，使对象在一个平面上以任意曲线运动。

光电传感器

　　本控制系统中所采用光电传感器为6块相同的硅光电池，其中4块用来制作四象限硅光电池，进行误差校正。2块作为判断光照强弱的信号输出传感器。

　　太阳跟踪传感器是本系统的关键部件。为了保证太阳能板的受光面始终与太阳光线保持垂直而不发生偏离，采用特制的四象限硅光电池作为太阳跟踪误差校正用传感器。

　　当光轴对准太阳时，光斑的中心在光轴上。四个象限接收到相同的光功率，输出相同的电压信号。当光轴未对准太阳时即太阳光与光轴成一角度θ时，光线经光学系统照射到四象限光电池上形成的光斑必然发生偏移即(x≠O，y≠O)。由于各象限的光功率与各象限的光斑面积成正比，每个象限被光斑覆盖的面积不同，因此各象限光电池产生的电压不尽相同。根据上述将Vx，Vy进行模数转换，然后送入单片机。单片机通过驱动设备可控制俯仰角电机和方位角电机转动，直到Vx=Vy=0，即x=0，y=0，则表明系统光轴已经对准太阳，根据以上原理即可对太阳能板位置误差进行校正。

异常处理

　　程序运行中会发生多种异常情况，有些可以通过检查输入数据判断，而有一些情况系统可以自行校正。光电传感器误差信号超出死区也应视为异常情况。可能的原因是出现了一干扰光源或太阳能板与太阳位置发生偏离。为了避免在多云情况下的盲目跟踪，如果辐射强度没有达到特定值，则对于误差信号超出死区不作任何操作。太阳能板与太阳位置发生偏离的情况下，系统有能力自动的回复运行状态。

　　在每次定时器T1中断时，系统都检查控制字。当控制字表明系统在校正状态时，输出控制量的值由预期位置量和光电传感器误差信号共同计算产生。