自动跟踪太阳的光纤导光照明系统的设计

《太阳能自动跟踪系统的设计与实现》篇一一、引言随着环境保护和可再生能源的日益重视，太阳能的利用成为了全球关注的焦点。

太阳能自动跟踪系统作为一种提高太阳能利用效率的重要手段，其设计与实现显得尤为重要。

本文将详细阐述太阳能自动跟踪系统的设计原理、实现方法和应用前景。

二、系统设计目标本系统的设计目标是为了提高太阳能的利用率和发电效率，通过自动跟踪太阳的运动，使太阳能电池板始终面向太阳，从而最大限度地接收太阳辐射。

同时，系统应具备操作简便、稳定可靠、成本低廉等特点。

三、系统设计原理太阳能自动跟踪系统主要由传感器、控制系统和执行机构三部分组成。

传感器负责检测太阳的位置，控制系统根据传感器的数据控制执行机构进行相应的动作，使太阳能电池板能够自动跟踪太阳。

1. 传感器部分：传感器采用光电传感器或GPS传感器，实时检测太阳的位置。

光电传感器通过检测太阳光线的强度和方向来确定太阳的位置，而GPS传感器则通过接收卫星信号来确定地理位置和太阳的位置。

2. 控制系统部分：控制系统是太阳能自动跟踪系统的核心部分，负责接收传感器的数据，并根据数据控制执行机构的动作。

控制系统采用微处理器或单片机等控制器件，通过编程实现控制算法。

3. 执行机构部分：执行机构主要负责驱动太阳能电池板进行动作。

常见的执行机构有电机、齿轮、导轨等，通过控制执行机构的动作，使太阳能电池板能够自动跟踪太阳。

四、系统实现方法1. 硬件实现：太阳能自动跟踪系统的硬件主要包括传感器、控制系统和执行机构。

传感器和执行机构的选择应根据实际需求和预算进行选择，而控制系统的硬件则需根据所采用的微处理器或单片机等器件进行设计。

2. 软件实现：软件实现主要包括控制算法的编写和系统调试。

控制算法的编写应根据传感器的数据和执行机构的动作进行编程，通过控制算法实现太阳能电池板的自动跟踪。

系统调试则需要对整个系统进行测试和调整，确保系统的稳定性和可靠性。

五、应用前景太阳能自动跟踪系统的应用前景广阔，可以广泛应用于太阳能发电、太阳能热水器、太阳能干燥等领域。

自动跟踪太阳光电路设计偶然在网上看到别人用简单的几个元器件做的自动跟踪太阳光的设计，感觉挺有意思，于是自己动手实操，加上自己的设计理念，亲自做了一块板子。

一、设计原理图二、设计PCB三、打样、焊接四、成品调试五、经验总结六、设计资源分享一、设计原理图设计思路参考网上，我这里加了一些自己的东西：1.使用光敏电阻，两个，通过光的强弱来判断方向（具体看下面的PCB 3D 显示）。

2.使用运放来比较电压，为了保证运放的输出功率，直接使用音频功放。

3.设计有供电接口，可以接太阳能板。

4.设计有直流电机接口，接入直流电机，给模块调整方位。

总体设计思路是使用两个运放，输出端直接接直流电机，输入端分别固定电压在2.5V和使用光敏电阻调节，当两个光敏电阻受到的太阳光强度不一样时，会调节运放的输出，驱动直流电机，转动角度，因此这是一个很简单的闭环系统，不需要单片机即可实现自动跟随。

如下图所示，我用了一个滑动电阻代替两个光敏电阻（光敏电阻，会根据光的大小而变化阻值，因而影响此电路的分压）。

场景一：阳光角度使光敏电阻一阻值小于光敏电阻二此时根据运放的特性，如果输入正端电压大于负端电压，则输出为正（下图的上面运放）；如果输入的负端电压大于正端电压，则输出为负（下图的下面运放），此时我们假设电机是顺时针旋转。

场景二：阳光角度使光敏电阻一阻值大于光敏电阻二此时根据分压，接入到直流电机的电压跟之前的相反了，电机会逆时针旋转。

也就是说，只要我把光敏电阻的位置放好，电机的方向匹配，就能实现自动跟踪，下面设计原理图：我这里多加了一个超级电容，类似于电池的功能，另外还有一个18650电池，兼容设计，在调试阶段，我还增加了开关，还有一个太阳能板，给系统供电。

二、设计PCB设计要点：1.结构设计上需要将两个光敏电阻放在板子的两边，保持对称。

2.光敏电阻下面是一块太阳能板，为了给超级电容或者18650锂电池充电，设计前期需要确定好购买的太阳能板的尺寸，然后再绘图。

第8卷第1期正德学院学报 Vol.8 No.1 2010年6月 Journal of Zhengde College Jun 2010太阳光线自动跟踪系统的设计白延敏正德职业技术学院江苏省南京市 211106【摘要】随着太阳能的广泛利用，如何提高对太阳能的利用率，成为太阳能研究的焦点问题之一。

太阳光线自动跟踪系统基于ARM体系结构的LPC2131嵌入式处理器、驱动模块ST-24HB和步进电机组成驱动系统，使用光敏电阻构成跟踪传感器，并采用双轴式跟踪调整装置，使系统太阳电池板自动跟踪并垂直接收太阳光线，大大提高了太阳能利用率。

【关键词】太阳能自动跟踪 ARM 步进电机传感器在传统能源紧缺的今天，新能源和可再生能源的利用越来越受到各国政府的重视。

其中，太阳能以其取之不尽、用之不竭、绿色环保的特点成为人们瞩目的焦点，太阳能的利用已成为21世纪重大的研究课题之一。

人类对太阳能的利用主要有两种形式：光热转换形式和光电转换形式。

然而，这两种形式的太阳能利用都存在着能源密度低、利用的间歇性、空间分布时刻变化的问题。

在光电转换形式中，由于太阳能的利用受自然条件及日照的影响，无法保持太阳光始终垂直于太阳电池板，因此太阳能电池板昂贵、转化光电效率低而未能得到普及利用[1] [2]。

为提高太阳能利用率，本文设计了一种结构简单、成本低廉、具有应用价值的太阳光自动跟踪系统，可实现各种天气状况下的太阳跟踪，能使太阳能电池板最大限度地对准太阳，保持最大的发电效率。

整个太阳光线自动跟踪系统由跟踪系统和控制系统两部分组成。

跟踪系统包括跟踪传感器和转动式跟踪装置，而控制系统包括嵌入式最小系统、传感器接口、驱动电路。

一、跟踪系统结构1．太阳光线跟踪传感器设计跟踪传感器的设计主要是基于光敏电阻，光敏电阻器是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感。

它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小。

本系统选用的可见光敏电阻器型号为MG42-5，其最高工作电压为20V，额定功率5mW，亮电阻≤20KΩ，暗电阻≥2MΩ。

∙产品名称:绿色照明—太阳光光纤导入系统∙传导介质:光导纤维∙控制方式:内置自动控制系统∙单机质量:150kg∙工作温度:-20℃-80℃∙安装方式:固定型支架安装(可定制)∙照明标准:GB50034—2004《建筑照明设计标准》GB/T50033—2001《建筑采光设计标准》产品概述太阳光纤导入照明系统由室外主机、光缆、室内光纤灯具组成，主机需安装在阳光充足的室外，用于跟踪采集太阳光。

光缆用于高效传输主机采集的阳光导入室内，并通过室内灯具进行照明。

室外主机是该系统的主体部分，主要由光学采集镜片组、太阳跟踪传感器、高精度机械平台、自动跟踪系统等组成。

自动跟踪系统自太阳升起后开始工作，太阳落山后系统复位并进入休眠状态，在阴雨、多云、雾霾以及外部断电重启后，系统均会保持自动跟踪状态，并可根据四季昼夜时间以及地理位置的不同自动调整太阳跟踪轨迹。

性能参数产品型号SUNLIGHT-Ⅲ-36S/SUNLIGHT-Ⅲ-36P单机底座700mm×700mm单机高度1500mm单机质量150kg单机聚光透镜数量36单聚光透镜采光面积Φ100mm传输光纤材料纯石英/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）传输光纤单芯尺寸纯石英Φ1mm/PMMAΦ3mm光缆挤压拉伸阈值1000N光缆弯曲半径≥250mm单缆(六芯)典型照明参数室外太阳照度8万勒克斯≥1500流明传输距离40m太阳跟踪自动刷新频率≥60次/秒跟踪平台最小步进角度≤0.8″单机供电要求220V50Hz控制方式内置自动控制系统单机功率≤5W安装方式固定型支架安装(可定制)工作温度-20℃-80℃照明标准GB 50034—2004《建筑照明设计标准》GB/T50033—2001《建筑采光设计标准》优点兼具健康、节能、环保特性产品应用医院、育婴房、疗养院、康复中心、学校、别墅、高档宾馆、大型商场、火车站、地铁站、航空港、地下通道、运动场馆、大型停车场、室内绿化、小区住户采光权分配、地下矿井、施工隧道、战备仓库、电磁屏蔽室、海洋馆、水族馆、博物馆等。

太阳光自动跟踪系统课程设计太阳光自动跟踪系统，听起来是不是有点高大上？其实说白了，就是一个能自动跟着太阳转的设备，简单点说，就是“阳光大追踪”。

你是不是已经想象到那个阳光照射下来，跟着阳光走，一直不离不弃的场景了？其实这就是太阳能发电的一个重要环节，咱们把它搞得聪明一点，让它自己动起来，追着太阳走，这样能更好地吸收阳光，提高发电效率。

不信？你往下看，保证让你眼前一亮。

咱得知道，太阳能发电要靠阳光。

你想呀，太阳一出来，咱们就等着吸收它的能量，但光照强度不同的时候，怎么能最有效地利用太阳能呢？这时候，咱们就得用太阳光自动跟踪系统了。

这个系统呢，通俗点说，就是给光伏电池板装上一双“眼睛”，让它能看到太阳，然后根据太阳的位置，自动调整角度。

就像咱们平常看电影的时候，电视遥控器能调节角度一样，太阳光自动跟踪系统就能调整光伏板的方向，使其始终对准太阳，保证最大限度地吸收太阳能。

你要是问，为什么不直接让太阳能板朝一个固定的方向就行了呢？唉，这问题可难不倒我。

因为太阳从早到晚的路径是不一样的。

早上从升起，下午落到西方，你要是把光伏板固定不动，太阳照射的角度就会一直变化，结果呢，电池板吸收的太阳能就不够多，效率也就大打折扣了。

对吧？就像你一整天都对着太阳背面站，怎么可能晒到好太阳？不过，太阳光自动跟踪系统就不同了，它能通过一系列巧妙的装置，全天候调节板子的角度，始终保持最优的光照位置。

这一切的核心其实就是那些传感器。

别看它们个头不大，作用可不小。

它们会感应太阳的位置，然后通过控制系统计算出光伏板应该转到什么角度。

然后，电机一启动，板子就开始转动，跟着太阳跑。

这过程啊，看着真是简单，实际操作起来，可是有一套复杂的技术在里面。

你想想，传感器得精确，电机得有劲，还得考虑到各种环境因素，比如风速、温度啥的。

这就像是在和太阳斗智斗勇，你追我赶，谁也不愿意掉队。

其实你仔细想想，太阳光自动跟踪系统就像是一个忠实的小跟班。

它总是默默地执行着它的任务，似乎没什么大不了的，但它的努力却决定了电池板的吸收效率。

全光谱、最自然、最健康的照明——太阳光光纤照明系统
将太阳光引入室内，这套太阳光光纤照明系统可以自动跟踪太阳，为室内尤其地下室提供全光谱、最自然、最健康的照明！
图1 国产太阳光光纤照明系统
本世纪初，清华大学建筑学院节能楼安装了一套类似系统，名曰“向日葵系统”，为日本进口产品。

当时技术让人惊叹，它采用GPS
定位、凸镜组聚焦、光纤导入、阳光自动跟踪等技术。

据了解，该系统将阳光压缩1.5万倍，通过光纤导入将阳光传输，获得稳定的太阳光采光，其原理见图1。

而价格更让人乍舌！大面积使用投资巨大，记忆中这样一套系统售价约30万元人民币（三盏灯）。

另一缺点是该系统利用光纤导光，光通量受限制，只能小范围照明。

因此，这套系统更多展示技术，实用价值不大。

图2 日本的向日葵系统
而今看到的这套太阳光光纤照明系统为国产专利技术，北京一家企业研发、制造，产品成功应用于北京怀柔APEC会议中心，至今运行良好！
图3 从另一角度看国产太阳光光纤照明系统。

Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2021年第15期·175·文章编号：2095－6835（2021）15－0175－02光纤导光的太阳能自动跟踪装置设计＊杨文婷，冼智锦，宁存岱，李春玲，潘家新（广西建设职业技术学院，广西南宁530007）摘要：太阳能导光系统具有良好的产业化前景，有助于推动太阳能应用技术在中国的进一步发展。

设计了一种利用光纤导光的智能跟踪太阳光装置，白天自动切换阴晴跟踪模式，夜晚停止工作；同时辅以时钟模块以及双轴跟踪自动控制装置，由光线的偏转触发控制信号，从而带动双轴偏转。

这样装置能在任何气候条件下都保证稳定、可靠的跟踪控制，太阳角度追踪更为精确；能自动根据太阳光方向来调整光纤聚光装置的方向，使聚光装置始终垂直于太阳入射光线，从而提高太阳能的接收效率。

关键词：太阳能；光纤导光；自动跟踪；智能中图分类号：TK519文献标志码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2021.15.0781引言太阳能是一个非常理想的天然光源，世界各国在开发新能源上尤其重视对太阳能的开发和利用。

中国在未来将继续扩大太阳能的利用规模，顺应全球能源转型的大趋势。

然而太阳光照方向强度随时间不断变化，这就对太阳能的收集和利用装置提出了更高的要求，太阳光导光是太阳能应用领域的一个重要分支，它利用光导纤维直接将聚光器收集的太阳光聚焦传导至白天需要光照的场所。

以光纤为导光介质的太阳光聚光系统，可用于光纤照明及太阳能泵浦光纤激光器等领域，无需光电-电光转化，符合开发利用新能源的当代主题[1-2]。

2装置组成自动跟踪太阳能光纤导光装置主要由自动跟踪系统、电源系统、光纤导光系统、光纤灯四部分组成。

其中，自动跟踪系统包括玻璃罩、电机、减速装置、支架、电动伸缩杆、传动杆、跟踪传感器以及主控模块。

跟踪传感器由圆筒、菲涅尔透镜及圆筒内部的阵列式感光传感器构成；主控模块包括电路模块、液晶显示器、按键。