太陽能4個雙軸跟蹤平面鏡自動跟蹤裝置

陳金宇 李典航 孫繼元

(北華大學(xué)，吉林 吉林 132021)

隨著現(xiàn)代工業(yè)高速發(fā)展，化石能源的過度開采，各種環(huán)境污染和能源危機(jī)一度成為社會關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來，太陽能作為一種可再生的清潔能源逐漸走入大家的視野。但是傳統(tǒng)的太陽能發(fā)電普遍都存在利用率低，發(fā)電效率十分有限等問題。雖然現(xiàn)階段已經(jīng)出現(xiàn)了可進(jìn)行太陽光自動追蹤的雙軸跟蹤系統(tǒng)，大幅提高了太陽能利用率，增加太陽能的發(fā)電量。但雙軸跟蹤系統(tǒng)需要承載太陽能電池板重量，使得系統(tǒng)重量大，造價高，安裝不方便，而且跟蹤過程也需要消耗能量，只適用于大型廠企，不適合大范圍使用。

1 模塊方案

本裝置主要包括太陽能電池板、4個雙軸跟蹤平面鏡、5個陽光入射角檢測元件、智能控制器。4個雙軸跟蹤平面鏡分別立在太陽能板的4個邊上。太陽光經(jīng)四個平面鏡的反射后，聚在太陽能電池板的中心點(diǎn)形成光斑，光斑可增加太陽能電池板的表面照度，從而增加太陽能電池板的發(fā)電量。

5個陽光入射角檢測元件分別放置在太陽能陣列的中心，左側(cè)中間及底側(cè)，右側(cè)的中心及底側(cè)。太陽處在中午正上方時，中心檢測元件檢測太陽入射角；太陽在冬季的傍晚或早晨小角度時，左側(cè)底側(cè)和右側(cè)底側(cè)的檢測元件檢測太陽入射角；其它季節(jié)，太陽在傍晚或早晨小角度時，左側(cè)底側(cè)和右側(cè)底側(cè)的檢測元件檢測太陽入射角。在太陽能板的一邊兩個角上分別放一個，太陽能板的中間橫線上兩邊和中間位置分別放一個。功能：確定太陽光線的入射角。

陽光入射角檢測元件為圓柱形狀；圓柱下底面放多個光敏電阻，橫向一排，即X軸，豎向一排，即Y軸，構(gòu)成坐標(biāo)；圓柱上底面放凸透鏡。太陽光照在凸透鏡上，光線經(jīng)凸透鏡聚在圓柱底面上一點(diǎn)，離這點(diǎn)最近的光敏電阻最亮，此光敏電阻在坐標(biāo)中的位置可知，通過這個能計算出此時太陽的入射角。

太陽光線經(jīng)凸透鏡聚在圓柱形檢測元件的底面上一點(diǎn)，則這點(diǎn)附近的光敏電阻輸出的電壓值最大。因此光點(diǎn)的坐標(biāo)即是二排光敏電阻中最亮的那個位置的x、y值，由此可知太陽光線的入射角。入射角信號送給單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)的計算得出4個平面鏡應(yīng)轉(zhuǎn)動的角度，單片機(jī)發(fā)送信號給電機(jī)，使4個平面鏡轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，最后使四個平面鏡的反射光都聚在太陽能電池板中心上。

2 優(yōu)勢

常見的太陽能發(fā)電裝置普遍不具備追蹤裝置，這也就導(dǎo)致太陽能利用率低。而裝有雙軸跟蹤裝置太陽能發(fā)電機(jī)又有系統(tǒng)重量大，造價高，安裝不方便等缺點(diǎn)。本裝置主要由步進(jìn)電機(jī)、陽光入射角檢測元件、雙軸跟蹤平面鏡、太陽能板組成。各個部件之間都是通過簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)連接而成，短時間內(nèi)即可安裝完成。常見的器件也使得設(shè)備維修起來更加方便。利用4個雙軸跟蹤平面鏡追蹤裝置改變鏡面角度來實(shí)現(xiàn)太陽光的自動追蹤，還可以實(shí)現(xiàn)高聚光的功能，進(jìn)一步提高太陽能的利用效率，省去了雙軸跟蹤裝置，進(jìn)一步簡化了結(jié)構(gòu)，降低了成本。

3 結(jié)束語

可再生能源發(fā)展?jié)摿薮螅柲馨l(fā)電的發(fā)展前景也十分廣闊。本裝置通過改變四個雙軸跟蹤平面鏡的角度來實(shí)現(xiàn)高效率高精度的追光，使得太陽能板的聚光性大大提高。穩(wěn)定耐用且簡易的裝置滿足更多的家庭或小型企業(yè)的需求。因此，高效率、低成本的太陽能發(fā)電裝置在未來一定能得到廣泛利用。