隨著全球?qū)η鍧嵞茉吹男枨笕找嬖鲩L，太陽能作為一種極具潛力的新能源，在能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型中扮演著重要角色。2025年，一系列旨在推動太陽能板行業(yè)發(fā)展的政策相繼出臺，為行業(yè)注入了新的活力。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，政策的扶持使得太陽能板的裝機(jī)容量預(yù)計在今年將實現(xiàn)大幅增長。在這樣的背景下，提高太陽能板對太陽能的利用率成為行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，而靈敏度可調(diào)式太陽能板光源跟蹤系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，為實現(xiàn)這一目標(biāo)提供了有效途徑。
目前，太陽光的跟蹤方法主要有視日運動軌跡跟蹤、光電傳感器跟蹤和衛(wèi)星定位跟蹤三種方式。視日運動軌跡跟蹤是一種開環(huán)控制系統(tǒng)，通過分析日地位置關(guān)系，利用球面三角公式等計算太陽相對于地球的位置，主流算法包括多種赤緯角近似算法，依據(jù)所在地經(jīng)緯度和時間計算太陽赤緯角來調(diào)整太陽能板朝向。但這種方式對內(nèi)部時鐘和經(jīng)緯度設(shè)置要求高，若存在偏差，誤差會隨時間累積，且有一定維護(hù)成本。
《2025-2030年全球及中國太陽能板行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報告》指出，光電傳感器跟蹤屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)，使用光敏電阻等光敏元件作為傳感器安裝在太陽能板周圍，利用其光敏感特性，在不同光強(qiáng)度下輸出不同信號，實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)和太陽位置反饋。該方式結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，跟蹤精度和靈敏度優(yōu)秀，經(jīng)濟(jì)效益良好。
衛(wèi)星定位跟蹤是視日運動軌跡跟蹤的分支，通過定位系統(tǒng)完成經(jīng)緯度和時鐘校準(zhǔn)，引入閉環(huán)控制減少誤差，但衛(wèi)星定位模塊電源功耗大，安裝成本高，不利于推廣。
綜合比較，光電傳感器跟蹤方式優(yōu)勢明顯，在此基礎(chǔ)上，采用四象限型結(jié)構(gòu)的光敏電阻作為光電轉(zhuǎn)換器，分布在太陽能電池板側(cè)面，經(jīng)實驗分析，這種結(jié)構(gòu)在特定入射角范圍內(nèi)，能使太陽能板對側(cè)形成較大阻值差距，具有較高定位精度，最終確定以此方式為基礎(chǔ)設(shè)計系統(tǒng)總體方案。
系統(tǒng)硬件部分，開關(guān)保險與隔離電源模塊至關(guān)重要。采用電氣隔離方式，將動力電路與電氣系統(tǒng)隔離，使用不同直流電壓，分別滿足電機(jī)驅(qū)動和電路芯片需求，避免電機(jī)運行干擾電路。電源輸入后并聯(lián)鋁電解電容器抑制噪聲和過沖，電機(jī)驅(qū)動電路采用 DC-DC IC 芯片，并在輸出端并聯(lián)去耦電容、電感和電容，保障系統(tǒng)電源穩(wěn)定。
自動待機(jī)檢測模塊是系統(tǒng)的重要功能模塊。當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)度低時，四點光強(qiáng)度差異小，跟蹤效益低，系統(tǒng)自動待機(jī)。該模塊使用開漏輸出的差動比較器 IC 芯片，正向輸入端接入采樣電壓，反向輸入端接入設(shè)定電壓，通過四路 “線與” 控制電磁繼電器，當(dāng)四路輸入信號均低于設(shè)定值時，系統(tǒng)不工作，超過設(shè)定閾值則正常工作，提升整體工作效率。
光強(qiáng)度采樣放大與光源定位模塊負(fù)責(zé)處理光信號。四路輸入信號經(jīng)運算放大器放大，提高信號負(fù)載能力，放大后的信號接入差動比較器比較電壓值，確定太陽光線入射方向。為解決單限比較器抗干擾能力差的問題，提出類遲滯回環(huán)傳輸特性的比較器方案，在差動比較器正向輸入端串聯(lián)電位器，實現(xiàn)一定誤差范圍內(nèi)電機(jī)剎車功能，優(yōu)化系統(tǒng)性能。
在系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計方面，主流光源跟蹤系統(tǒng)按跟蹤軸數(shù)量分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤方式。單軸跟蹤方式結(jié)構(gòu)簡單，但因太陽視運動，只能保證一年中小部分時間太陽光垂直照射太陽能板，跟蹤效果不佳。
雙軸跟蹤方式可在水平和垂直方向調(diào)整，保證電池板有較小陽光入射角，分為極軸式和高度角 - 方位角式(俯仰 - 航向式)。極軸式以赤道坐標(biāo)系為參考系，通過時角與赤緯角控制太陽能板朝向，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以普及;俯仰 - 航向式以地平坐標(biāo)系為參考系，通過高度角與方位角控制，其太陽能電池板可任意方向調(diào)整，精確度和穩(wěn)定性高，綜合機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜度適中，被廣泛應(yīng)用。因此，本系統(tǒng)選擇俯仰 - 航向式雙軸跟蹤方式。
綜上所述，在2025年太陽能板行業(yè)政策的有力推動下，靈敏度可調(diào)式太陽能板光源跟蹤系統(tǒng)通過對光電傳感器跟蹤方式的優(yōu)化，結(jié)合合理的硬件設(shè)計和機(jī)械結(jié)構(gòu)選擇，實現(xiàn)了自動待機(jī)功能和靈敏度可調(diào)。該系統(tǒng)具有成本低、可靠性高、調(diào)節(jié)方法簡單等優(yōu)勢，相較于傳統(tǒng)大型太陽能跟蹤設(shè)備，更適用于家用、商用等分散式小規(guī)模太陽能發(fā)電領(lǐng)域，為提高太陽能板的太陽能利用率提供了創(chuàng)新且實用的解決方案，對推動太陽能板行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
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