基于低压电气控制的太阳能板转向装置

泰山学院物理与电子工程学院 吴潇天 周营莉 李 峰

目前中国年能源消耗量以达世界第二的水准，随着大量的能源消耗二氧化碳的排放量跃居世界首位，同时不断消耗殆尽的煤炭石油等是不可再生能源，为解决中国能源环境问题，国家出台了大量政策支持发展新能源，例如鼓励支持安装太阳能电池等，但由于现如今技术和材料等因素的限制，使得太阳能板的光能与电能之间的转换效率非常低，在太阳能板的光能与电能之间的转换效率没有实质性突破前，为了增加电池的电量储备，可利用增大光强等方式，然而一天的光照强度随时间不断变化，同时随着时间的变化太阳光线照射到太阳能板的角度变化，太阳能发电储备电量将大大受到削弱，为了利用到各个时间段最大光强的光线，加大每天的电量储备。本系统仅运用光敏电阻与直流电动机等基本元件对太阳能发电装置进行改造，结构简洁高效。

目前主动式太阳光线追踪系统大多采用以下几种技术方案，例如计算机程序跟踪精确度高但成本太高，时钟追踪误差过大，GPS追踪信号传输易受外界干扰等。本系统仅采用光敏电阻与直流电动机等基本元件对太阳能发电装置进行改造，通过光敏电阻对光线照射角度的监测，促使太阳能板能实时追踪光线，使得每天的电量储备增加，以便于提供更多电器设备的使用。针对现有公共太阳能发电市场，本系统的工作仅依靠光线是否照射到光敏电阻，避免因其它因素引起的直流电动机的额外工作，最大程度调配电力的消耗与存储，同时仅使用光敏电阻、直流电动机和组合开关等设备元件，则结构简洁易做市场推广。

1 系统的整体构成（如图1所示）

本系统由转向装置、太阳能电池组、充放电控制器、直流负载与蓄电池等部分组成。整体的各部分装置设计、各部分装置之间连接简洁合理，符合电路设计的基本原则。

2 系统的硬件设计（如图2所示）

图2所示为太阳能光伏发电原理示意图，太阳能光伏发电基本原理为，利用一种半导体器件的光伏效应，将太阳散发的光量子吸收转变为电能。当太阳光照在半导体上时，其中一部分光子被p-n结吸收，吸收的能量将p-n结中的电子从共价键中激发，以致产生电子-空穴对。在p-n结的内电场作用下，电子与空穴之间相互运动，使大量电子向受光面有聚集，而大量空穴在背光面有聚集，使半导体器件两面产生电势差，当在两面接上负载，电流将通过负载从电势高的背光面流向电势低的受光面，形成一条完整的回路。太阳能电池就是一个具有光伏效应的半导体光电二极管材料器件，当日光照到半导体材料上时，此半导体材料就会吸收电磁辐射的能量用来生成电能。

图1 系统的整体构成图

图2 系统的硬件设计图

3 系统的软件设计

当太阳光线未垂直照射在太阳能板上时，太阳光线被光敏电阻旁的挡板所遮挡，光敏电阻处在挡板下的阴影处，光敏电阻未受到光线的直接照射，光敏电阻由于接受到光强变小，光敏电阻的阻值随之变大，则流经光敏电阻的电流变小，造成流经与光敏电阻处于并联状态的电磁继电器线圈的电流变大，电磁继电器线圈中间的铁芯所附上的磁性随线圈的电流变大而变大，磁性增大使得与电磁继电器联结的开关闭合，随之直流电动机开始工作，太阳能板开始缓慢向着太阳方向转动。

当太阳能板缓缓转动到太阳光线垂直照射到太阳能板上时，光敏电阻慢慢移出挡板下的阴影处，此时光敏电阻受到光线的直接照射，光敏电阻由于接受到光强变大，光敏电阻的阻值随之变小，则流经光敏电阻的电流变大，造成流经与光敏电阻处于并联状态的电磁继电器线圈的电流变小，电磁继电器线圈中间的铁芯所附上的磁性随线圈的电流变小而变小，磁性减小使得与电磁继电器联结的开关打开，随之直流电动机停止工作，太阳能板停止转动，保持板与光线垂直。

当一天结束，太阳能板转过一定角度后触碰到开关，电动机开始反转，使得太阳能板转回到初始角度，触碰开关电路停止工作，等待第二天重新开始工作。

4 结语

本装置系统设计特点与创新之处在于仅运用光敏电阻与直流电动机等基本元件对太阳能发电装置进行改造，同时采用的直流电动机设备可直接使用中心充放电控制器设备供电，而不需要额外增加逆变器进行直交流转换，使本装置在能保证实时准确追踪太阳光线垂直照射在太阳能板时，太阳能板所处的角度同时，大大降低了装置成本问题。而装置的工作仅依靠光线是否照射到光敏电阻，避免因其它因素引起的电动机的额外工作，最大程度调配电力的消耗与存储。同时利用到各个时间段最大光强的光线，加大每天的电量储备，以供给更多的公共设备。