牛得林+康學(xué)亮+林曉芳

【摘要】 太陽能自動跟蹤系統(tǒng)是為了提高太陽能發(fā)電裝置的發(fā)電效率而設(shè)計的。本系統(tǒng)主要作用是讓太陽能發(fā)電板實(shí)時對太陽進(jìn)行跟蹤，使太陽光實(shí)時垂直照射在太陽能發(fā)電板，這樣就可以達(dá)到提高發(fā)電效率的目的。本文主要介紹了太陽能跟蹤系統(tǒng)的硬件設(shè)計和總體控制方案。

【關(guān)鍵詞】 太陽能 自動跟蹤系統(tǒng)

引言

太陽能作為全世界公認(rèn)的一種干凈能源，它相對于傳統(tǒng)的化石能源有三大長處：第一：它是目前為止人類可以使用的分布最廣的能源之一。從太陽誕生之時到現(xiàn)在的幾億年中，太陽損耗的能量不到它本身總能量的百分之二。目前太陽正處于壯年期，它所剩下的能量還可供地球消耗幾十億年之久。第二：在地球的每個角落都有太陽能的分布。無論是在炎熱的非洲還是寒冷的極地太陽能都是一種方便獲得便捷能源。特別是在那些不利于架設(shè)電網(wǎng)線路的地區(qū)，更能突出太陽能發(fā)電的重要性。第三：太陽能作為清潔能源，在作為一次能源發(fā)電時不會對環(huán)境造成污染，大力發(fā)展太陽能發(fā)電還可減少化石燃料燃燒，對緩解環(huán)境污染有積極作用。

一、總體方案

本方案中經(jīng)過兩個垂直較著在太陽能發(fā)電板上的的太陽能主動跟蹤傳感器來檢測照到太陽能發(fā)電板上的太陽光。豎直方向的太陽能自動跟蹤傳感器檢測并控制太陽能發(fā)電板的水平角度，水平方向的太陽能自動跟蹤傳感器檢測并控制太陽能發(fā)電板豎直角度[1]。太陽能自動跟蹤傳感器通過判斷太陽入射光線的照射角度，并通過L298N電機(jī)驅(qū)動模塊對兩個自鎖減速電機(jī)來調(diào)控太陽能電池板的角度，這樣就可以實(shí)現(xiàn)控制太陽能電池板對太陽方位進(jìn)行實(shí)時追蹤，從而提高對太陽能的利用率。

二、硬件系統(tǒng)方案

2.1 傳感器

本設(shè)計中的采用全封閉式太陽能自動跟蹤傳感器作為太陽光線。此傳感器可以防水防雨防雹安全可靠，從而極大避免了傳感器因極端天氣而遭到破壞導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作的情況，這樣就可以使系統(tǒng)全天候條工作。傳感器靈敏度高無論是中午較強(qiáng)烈的陽光還是早晚較弱的太陽光線都能正確對準(zhǔn)光線，并準(zhǔn)確判斷方位。

全封閉式太陽能自動跟蹤傳感器為了方便安裝，傳感器上只設(shè)計了四根線，他們分別是5V電源線，地線，還有兩根是信號線。全封閉式太陽能自動跟蹤傳感器中使用兩個背對安放的光敏電阻用于檢測光照及光照角度[1]。當(dāng)傳感器兩側(cè)光照不對稱時，傳感器兩根信號線輸出電壓不相等，通過這個電壓差在結(jié)合傳感器放置的位置就可以判斷出太陽能電池板此刻的方位，然后通過控制減速電機(jī)來調(diào)整電池板到最佳方位。

2.2 電機(jī)驅(qū)動

本方案采用L298N電機(jī)驅(qū)動模塊作為電機(jī)的驅(qū)動模塊。

L298N機(jī)電驅(qū)動模塊具備較高轉(zhuǎn)矩重量比和較寬的調(diào)速規(guī)模。相對于電子市場上的其他驅(qū)動模塊，L298N電機(jī)驅(qū)動模塊具有很高的可靠性。因此L298N電機(jī)驅(qū)動模塊被廣泛的應(yīng)用在電子設(shè)計方面。L298N電機(jī)驅(qū)動模塊在設(shè)計上由邏輯電源和驅(qū)動電源兩個電源電路組成，由圖可知6V和12V分別為邏輯電源和驅(qū)動電源。J4和J6接口接入的是輯電邏源和驅(qū)動電源，進(jìn)而為電機(jī)驅(qū)動模塊供電。J1與J2分別為全封閉式太陽能自動跟蹤傳感器控制兩個自鎖減速電機(jī)的輸入端，J3與J5分別與兩個自鎖減速電機(jī)的正極和負(fù)極相連。

因?yàn)楸居媱澙玫淖枣i減速電動機(jī)是線圈式的電動機(jī)，是以從運(yùn)行狀況驟然轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顩r時會構(gòu)成很大的反向電流，在電路中添加穩(wěn)壓二極管電路就為了在發(fā)生反向電流的時可以泄流以保護(hù)電路不被損害。

驅(qū)動電路的信號輸入接口J1，J2接水平傳感器的兩條信號線來驅(qū)動控制太陽能發(fā)電板俯仰自由度的電機(jī)，J3，J5接豎直傳感器的兩條信號線來驅(qū)動控制太陽能發(fā)電板水平自由度的電機(jī)，J4接電機(jī)的電源線，用于給減速電機(jī)供電。當(dāng)照到傳感器的光照不對稱時，傳感器兩根信號線輸出電壓不相等導(dǎo)致電機(jī)驅(qū)動輸出端的電壓不相等，則作用在減速電機(jī)兩端電壓也就不相等這樣就可以驅(qū)動電機(jī)正傳或反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)到合適角度后，傳感器兩端關(guān)照對稱，兩個信號線輸出等伏的電壓，電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。

三、總結(jié)

本設(shè)計中L298N電機(jī)驅(qū)動模用于間歇性的跟蹤太陽方向，進(jìn)而使太陽能電池板一直處于大功率輸出狀態(tài)。提高太陽能發(fā)電裝置的發(fā)電效率，進(jìn)而使經(jīng)濟(jì)效益最大化。

參 考 文 獻(xiàn)

[ 1]L298N電機(jī)驅(qū)動板 步進(jìn)機(jī)器人 Arduino 單片機(jī)模塊_電機(jī)驅(qū)動板.

[2]一種基于單片機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測儀設(shè)計.