基于低壓電氣控制的太陽能板轉向裝置

泰山學院物理與電子工程學院 吳瀟天 周營莉 李 峰

目前中國年能源消耗量以達世界第二的水準，隨著大量的能源消耗二氧化碳的排放量躍居世界首位，同時不斷消耗殆盡的煤炭石油等是不可再生能源，為解決中國能源環境問題，國家出臺了大量政策支持發展新能源，例如鼓勵支持安裝太陽能電池等，但由于現如今技術和材料等因素的限制，使得太陽能板的光能與電能之間的轉換效率非常低，在太陽能板的光能與電能之間的轉換效率沒有實質性突破前，為了增加電池的電量儲備，可利用增大光強等方式，然而一天的光照強度隨時間不斷變化，同時隨著時間的變化太陽光線照射到太陽能板的角度變化，太陽能發電儲備電量將大大受到削弱，為了利用到各個時間段最大光強的光線，加大每天的電量儲備。本系統僅運用光敏電阻與直流電動機等基本元件對太陽能發電裝置進行改造，結構簡潔高效。

目前主動式太陽光線追蹤系統大多采用以下幾種技術方案，例如計算機程序跟蹤精確度高但成本太高，時鐘追蹤誤差過大，GPS追蹤信號傳輸易受外界干擾等。本系統僅采用光敏電阻與直流電動機等基本元件對太陽能發電裝置進行改造，通過光敏電阻對光線照射角度的監測，促使太陽能板能實時追蹤光線，使得每天的電量儲備增加，以便于提供更多電器設備的使用。針對現有公共太陽能發電市場，本系統的工作僅依靠光線是否照射到光敏電阻，避免因其它因素引起的直流電動機的額外工作，最大程度調配電力的消耗與存儲，同時僅使用光敏電阻、直流電動機和組合開關等設備元件，則結構簡潔易做市場推廣。

1 系統的整體構成（如圖1所示）

本系統由轉向裝置、太陽能電池組、充放電控制器、直流負載與蓄電池等部分組成。整體的各部分裝置設計、各部分裝置之間連接簡潔合理，符合電路設計的基本原則。

2 系統的硬件設計（如圖2所示）

圖2所示為太陽能光伏發電原理示意圖，太陽能光伏發電基本原理為，利用一種半導體器件的光伏效應，將太陽散發的光量子吸收轉變為電能。當太陽光照在半導體上時，其中一部分光子被p-n結吸收，吸收的能量將p-n結中的電子從共價鍵中激發，以致產生電子-空穴對。在p-n結的內電場作用下，電子與空穴之間相互運動，使大量電子向受光面有聚集，而大量空穴在背光面有聚集，使半導體器件兩面產生電勢差，當在兩面接上負載，電流將通過負載從電勢高的背光面流向電勢低的受光面，形成一條完整的回路。太陽能電池就是一個具有光伏效應的半導體光電二極管材料器件，當日光照到半導體材料上時，此半導體材料就會吸收電磁輻射的能量用來生成電能。

圖1 系統的整體構成圖

圖2 系統的硬件設計圖

3 系統的軟件設計

當太陽光線未垂直照射在太陽能板上時，太陽光線被光敏電阻旁的擋板所遮擋，光敏電阻處在擋板下的陰影處，光敏電阻未受到光線的直接照射，光敏電阻由于接受到光強變小，光敏電阻的阻值隨之變大，則流經光敏電阻的電流變小，造成流經與光敏電阻處于并聯狀態的電磁繼電器線圈的電流變大，電磁繼電器線圈中間的鐵芯所附上的磁性隨線圈的電流變大而變大，磁性增大使得與電磁繼電器聯結的開關閉合，隨之直流電動機開始工作，太陽能板開始緩慢向著太陽方向轉動。

當太陽能板緩緩轉動到太陽光線垂直照射到太陽能板上時，光敏電阻慢慢移出擋板下的陰影處，此時光敏電阻受到光線的直接照射，光敏電阻由于接受到光強變大，光敏電阻的阻值隨之變小，則流經光敏電阻的電流變大，造成流經與光敏電阻處于并聯狀態的電磁繼電器線圈的電流變小，電磁繼電器線圈中間的鐵芯所附上的磁性隨線圈的電流變小而變小，磁性減小使得與電磁繼電器聯結的開關打開，隨之直流電動機停止工作，太陽能板停止轉動，保持板與光線垂直。

當一天結束，太陽能板轉過一定角度后觸碰到開關，電動機開始反轉，使得太陽能板轉回到初始角度，觸碰開關電路停止工作，等待第二天重新開始工作。

4 結語

本裝置系統設計特點與創新之處在于僅運用光敏電阻與直流電動機等基本元件對太陽能發電裝置進行改造，同時采用的直流電動機設備可直接使用中心充放電控制器設備供電，而不需要額外增加逆變器進行直交流轉換，使本裝置在能保證實時準確追蹤太陽光線垂直照射在太陽能板時，太陽能板所處的角度同時，大大降低了裝置成本問題。而裝置的工作僅依靠光線是否照射到光敏電阻，避免因其它因素引起的電動機的額外工作，最大程度調配電力的消耗與存儲。同時利用到各個時間段最大光強的光線，加大每天的電量儲備，以供給更多的公共設備。