一种太阳能路灯自动跟踪装置设计
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摘 要：太阳能路灯自动跟踪装置是在现有太阳能路灯基础上进行的优化改进，通过对太阳光强度的追踪，可以大大提高现有太阳能路灯对太阳能这种可再生能源的吸收和利用效率，实现更大程度节能的目的。
关键词：太阳能路灯 自动跟踪 节能
太阳能作为一种清洁无污染的能源，发展前景非常广阔。开发利用太阳能也已经成为世界各国可持续发展的重要战略决策。目前，在国内外，许多城市也已经逐步的使用太阳能路灯，但是很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的，没有充分利用太阳能资源，发电效率低下。据实验，在太阳能光发电中，相同条件下，采用自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%，因此在太阳能利用中，进行跟踪是十分必要的。
1太阳能路灯自动跟踪系统
太阳能路灯主要是由太阳能电池板组件、太阳能蓄电池组、路灯控制器、光源以及灯房灯杆等构成。当输出电源为交流 220V 或110V ，还要配置逆变器。其结构系统图见图1：
当太阳能路灯实现对太阳光强的自动跟踪时，可使太阳能电池板的朝向精确追踪太阳位置的变化，始终保持太阳能电池板表面与太阳光垂直，这样会大大提高太阳能电池板的转换效率，理想情况下，可以使转换效率提高30％以上，大大提高太阳能的利用率。本文主要介绍一种不计算各地太阳位置数据、无软件、可在移动设备上随时随地准确跟踪太阳的智能太阳能路灯跟踪系统。它包含的模块有：传感器模块（含上拉电阻、光敏放大区调节）、单片机控制模块、电机驱动模块（L293D/继电器）、软件模块（程序设计）、电源模块、太阳能发电系统模块等。该自动跟踪系统各模块结构组成见图2。
其工作原理如下：传感器模块检测太阳光强度的大小以及位置信息，将结果输入到单片机控制模块中，单片机利用内置的程序判断输入的信号，并控制电机采取相应的转动方式来实时追踪太阳光最强的方位。电源模块为单片机系统以及电机系统提供驱动动力，太阳能电池板利用光伏发电原理吸收太阳能发电，并通过太阳能路灯转换装置将能量储存在相应的蓄电池中以备光线暗时使用。
2 具体模块设计
2.1 传感器模块
传感器模块由朝向三个方向的光敏电阻、三个保护电阻和运算放大器组成。每个光敏电阻和一个均值电阻串联后接电源两端。当光照到光敏电阻时，不同朝向的光敏电阻阻值减小不同，从而使光敏电阻和均值电阻之间的电位不同。通过运算放大器比较后输出比较结果。通过这个模块，系统实现了将外部光信号转换为系统内部的数字信号，并送入单片机模块。其电路图见图3。
2.2 单片机控制模块
本文设计了两种单片机控制模块的方案：
方案A。这个方案的主体是单片机。通过预先编写的程序，单片机对传感器模块电路输入的数字信号进行处理，并输出到执行部分，控制执行部分正常工作。使用单片机来控制，系统的成本必然增加，但是优势也很明显：通过修改单片机的程序，可以使这个系统成为一个更大系统的子系统，甚至可以增加所控制电机的数量，使一个控制模块能够同时从若干个传感器接收数字信号并进行处理，并控制这些传感器各自所对应的执行模块。
方案B是方案A的简化，通过逻辑门电路直接处理感光部分送入的数字信号，并将结果输出。这个方案的升级潜力低，但是造价低廉，维护简便，工作可靠性高。其电路图见图4。
2.3 电机驱动模块
核心是集成电路芯片L293D，芯片的使能端由单片机控制模块控制，电机转动的方向由传感器模块的输出直接控制。这样的电路能够降低控制模块的工作负担，通过L293D能够很好地实现电机的正反转。电机正反转的输出扭矩通过减速齿轮组放大后带动太阳能光电板转动，同时带动电路的感光部分一起转动，使感光头和光电池对准光源，达到接收太阳光的最佳角度。
3结语
传统的太阳能电池板大都采用固定式安装，即电池板固定在某个位置上，不随太阳位置的变化而移动，这样的结果将严重影响转换效率。据测算：如果系统与太阳光线角度存在25°的偏差，就会因垂直射入的辐射能减少而使光伏阵列的输出功率下降10％左右。目前世界上通用的太阳能跟踪系统都需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到PLC、单片机或电脑软件中，也就是靠计算太阳位置以实现跟踪。采用的是电脑数据理论，需要地球经纬度地区的的数据和设定，一旦安装，就不便移动或装拆，每次移动完就必须重新设定数据和调整各个参数；原理、电路、技术、设备都很复杂，非专业人士不能够随便操作。而太阳能跟踪系统是能够保持太阳能电池板随时正对太阳，是太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，能够显著提高太阳能光伏组件的发电效率。
参考文献
[1] 王欣伟等.太阳能风能发电系统中铅酸蓄电池建模与仿真[J]，030024.
[2] 杜海玲等.固定式和跟踪式太阳能接收器能量接收状况的比较[J]，030013.
[3] 郑小年，黄巧燕.太阳跟踪方法及应用[J]，湖北武汉，430074.
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