基于非平衡電橋原理的太陽能雙軸跟蹤系統的設計

魏 萌，毛佳琪，王晉萱，馬 瑜，羅海軍

(1．溫州大學 數理學院，浙江 溫州 325035；2．杭州市和睦小學，浙江 杭州 310000)

隨著現代工業發展，全球能源危機和大氣污染問題日益突出，優先發展太陽能這個清潔可再生能源受到許多國家高度重視[1-5]。目前在光伏發電技術中，提高太陽能的接收效率是提高太陽能的利用率的關鍵問題之一，其中一種有效的解決便是設計一類能自動跟蹤太陽光線的裝置，最大程度上保證裝置接收面垂直于太陽能光線，達到對太陽光輻射量的最大利用率[6-10]。

針對該問題，本文介紹一種基于非平衡電橋原理的雙軸太陽能跟蹤設備，該設備具有精度高、體積小、低能耗、性能穩定等優點，不僅可以用于真實的太陽能跟蹤系統，同時由于物理原理清晰、設計巧妙，可廣泛用于大中專院校、中小學等課堂演示實驗和科普演示實驗。

1 基本原理

圖1是非平衡電橋電路示意圖。當R1R3=R2R4時，電橋平衡，Uab=0。當R1R3≠R2R4時，電橋不平衡，Uab≠0。根據基爾霍夫電壓和電流定律，可列方程解得：

圖1 非平衡電橋測電壓原理圖

(1)

將R1和R4用相同的光敏電阻替代，R2和R3均用定值電阻R替代。此時電橋的輸出電壓會出現三種情況：

(1)當R1接收的光強大于R4時，即R10；

(2)當R1接收的光強小于R4時，即R1>R4，則Uab<0；

(3)當R1接收的光強等于R4時，即，R1R3=R2R4，此時電橋平衡，Uab=0。

從式(1)中看出，當R2和R3一定時(一般取相等值)，總體上Uab存在一種趨勢：在Ucd一定時，R1、R4的阻值差值越大，Uab越大。

本設備中，我們用兩個光敏電阻替代R1和R4，為了更加形象地顯示光敏電阻對a、b兩點電壓U……