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基于视日运行轨迹的双轴太阳跟踪系统

张国梁;李虹;刘立群;张巧娟

【摘要】Inordertoimprovetheefficiencyofphotovoltaicpower

generation,thebiaxialsolartrackingdevicewasdesignedwithATmage16

microcontrollerasthecontrolchip,onthebasisofchoosinghighaccuracy

sunlocational-gorithm,byusingphotosensitiveresistanceeyetracking

Anglefine-tuning.Andthetrackingnumberandtrackingintervalsat

differenttimewereoptimizedthroughtheanalysisofrelationshipbetween

energyconsumptionandpro-ductioncapacityduringthedeviceruntime.

Theoreticalanalysisandexperimentalresultsshowthattheschemecan

accuratelytrackthesun,andcaneffectivelyimprovetheutilizationrateof

solarenergy.%为了提高光伏发电的效率，设计了双轴太阳能跟踪装置。本设计

以ATmage16单片机作为控制芯片，在选用高精度太阳位置算法的基础上，用光

敏电阻对视日跟踪进行角度微调。并且通过分析装置运行时的耗能和产能的关系，

对不同时间段的跟踪次数和跟踪间隔进行优化。理论分析与实验结果表明，该方案

能够准确跟踪太阳，且能有效提高太阳能的利用率。

【期刊名称】《太原科技大学学报》

【年(卷),期】2014(000)004

【总页数】5页(P262-266)

【关键词】单片机;视日运行轨迹;光敏电阻;步进电机

【作者】张国梁;李虹;刘立群;张巧娟

【作者单位】太原科技大大学电子信息工程学院，太原030024;太原科技大大学

电子信息工程学院，太原030024;太原科技大大学电子信息工程学院，太原

030024;太原科技大大学电子信息工程学院，太原030024

【正文语种】中文

【中图分类】TP202

太阳能是一种清洁的可再生能源，并且经过转换可以大规模应用于工业生产和生

活，所以，太阳能利用的关键在于太阳能转换技术。提高太阳能的转换率可以从两

个方面进行改进：一方面是提高太阳能电池的能量转换率，另一方面是提高太阳能

的接收效率。太阳能跟踪装置在实时跟踪太阳的情况下，可有效提高太阳能的接收

效率，且相比于前者更容易实现[1-4]。理论分析表明：太阳的跟踪与非跟踪，能

量的接收率相差[5]，高精度的跟踪太阳可以有效提高太阳能利用率。

本文在前人研究的基础上，充分考虑阴云遮蔽等复杂天气情况的影响。采用两步跟

踪方案，即装置先进行视日运行轨迹跟踪，后用光电跟踪方式进行角度微调，并且

充分考虑产能与耗能的关系，对不同时间段的跟踪次数和跟踪间隔进行优化，从而

达到预测跟踪的目的。

1太阳位置的确定方法

视日运动轨迹跟踪即根据太阳的运行规律实现实时跟踪，确定太阳的位置是实现跟

踪的关键因素之一。相对于地平面而言，太阳的位置通常用高度角和方位角两个坐

标决定[6]，如图1所示。

图1地平坐标系Fig.1Thehorizontalcoordinatesystem

图中θz是天顶角，αs是太阳高度角，γs是太阳方位角。太阳高度角、赤纬角和

时角的关系为式(1)，由此可以计算出高度角。

sinαs=cosθz=sinφsinδ+cosφcosδcosω

(1)

式中，φ是双轴系统所在地区的纬度，δ是赤纬角，ω是时角。

通常太阳赤纬角的近似计算公式为(2)，时角的计算公式为(3).而太阳方位角、时

角、赤纬角和高度角的关系为公式(6)所示，其中n为一年中日期序号。

(2)

(3)

e=9.87sin2B-7.53cosB-1.5sinB

(4)

(5)

(6)

当太阳光线照射到倾斜面上时，定义太阳光线与倾斜面法线之间的夹角为太阳入射

角θT，则太阳入射角与其它角度