基于TMS320F2812的太陽跟蹤器系統設計

太陽能是一種無污染、無噪聲、無公害的可再生能源，目前開發利用太陽能的方式很多，光伏發電是其中一種主要的利用方式。所謂光伏，是以太陽能電池為媒介，將太陽光直接轉化為電能的過程。我國目前采用的光伏發電電池以普通單晶硅多晶硅為主，轉換效率較低；聚光電池轉換效率較高，但需要跟蹤精度較高的太陽跟蹤器，時時刻刻跟蹤太陽，使太陽光線與集光板垂直，利用圖1所示的菲涅耳透鏡使光線匯聚在聚光器的聚光電池上，提高能量密度，從而提高發電效率。

1 太陽跟蹤器跟蹤原理

目前國內外的太陽跟蹤器按跟蹤原理分為：傳感器檢測的主動跟蹤原理和太陽位置計算的被動跟蹤原理。本文將兩種原理相結合設計了基于TI公司的DSP芯片TMS320F2812的太陽跟蹤控制器。

1．1 傳感器檢測的原理

利用硅光電池的光電效應，在太陽能集光板上高度和方位方向各放置兩個長方形的硅光電池板，陽光通過通光筒照射在硅光電池板上，如圖2所示。

高度方向硅光電池被分為A、B兩個區域，方位方向硅光電池被分為C、D兩個區域。通過電壓比較電路可分別計算出它們之間的電壓差：

其中，UA、UB、UC、UD為A、B、C、D各點的電壓，K為標定系數，由此可在一定范圍內檢測角度偏差，從而確定運動方向和角度變化大小。

1．2 太陽位置計算的原理

太陽在天球上的位置可由太陽高度角和太陽方位角來確定。地球上觀測點同太陽中心連線與地平面的夾角，稱為太陽高度角；地球上觀測點同太陽中心連線在地平面上的投影與正南方向之間的夾角，稱為太陽方位角。太陽運行軌跡與太陽高度角α、方位角γ的關系如圖3所示。

要計算α和γ，可以采用以下計算方法：

δ為太陽赤位角，ω為太陽時角，φ為當地的緯度。對于δ和ω這兩個參數的精確計算要滿足高精度跟蹤的需求，并根據實際情況來不斷修正；同時，還需要結合傳感器檢測的原理加以修正。采用TMS320F2812做主處理器，根據硬件時鐘提供的日歷時間計算出太陽的高度角和方位角，進而控制電機轉動方向和角度，由傳動機構帶動支架轉動精確地跟蹤太陽。