采用微功耗控制器提高光伏效率
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对太阳的自 动跟踪是太阳 光伏发电系统中除了 提高太阳光电池本身的转换效应和提高蓄电池充放 电效应外另一种提高转换效率的有效手段， 以下从 三个方面进行分析： Ｉ目 ） 前太阳电池均采用绒面技术来提高人射光 的接收量， 其横截面结构如图 １ 所示。设绒面三角槽 内的夹角为 ７０ ０， 当光线人射角在这个平面内倾斜至 大于３’ ５ 时入射光的接收量就会大幅 度减少１ ２ １ ２目 ） 前太阳电池是以组件形式构成的， 表面为 玻璃封装。由于空气与玻璃的折射率不同， 光波将
图Ｉ 不同人射时光电池的受光情况
ＦｇＩ ｈ பைடு நூலகம்ｏ ａ ｅｔ ｂ ｓｃ ａ ｉ Ｔ ｅ ｔ ｃ ｐ ｄ ｉ ｏ ｔ ． ｈ ｏ ｅ ｙ ｎ ｃ ｌ ｉ
ｄ ｆ ｅｔ ｉ ｎ ａｇ ｎ ｌ ｉｅ ｎ ｉ ｄ ｔ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｃ
垂直分食
１ 跟踪太阳提高光伏装置转换效率
３从气象学 的角度分析， ） 地球上某一地点朝向
。 １‘・：・ Ｒ） 一Ｅ一，・‘ ７ ／： ・ ２ ２‘ “ ｘ ｛‘ ・
＋ ｏ ｅ （ 一Ｊ ｏ ＇ ： ， ｏ ３ｃ Ｏ Ｔ 一Ｔ ） ｃ ａｏ ｓ ｓ ） ｓ（
赤道倾斜平面的地外小时曝幅量的 计算公式是１， ３ １
、＝ 一）［ｓ，， 。１（ｒ＝ｎｎ一 ＋ ７ ／ｆ （ ） ？ ２ ｉ Ｅ ， ＇８ ｓ ｉ
２ 太阳跟踪装里的能耗 问题
采用太阳自 动控制装置可以提高太阳能的利用 率。 但同时也产生了一个问题， 那就是装里本身的 能耗。如果装置的能耗大于或等于采用了跟踪太阳 后所提高的那部分能Ｉ， 那么装里本身就变得毫无 意义。事实上， 这也是大家明知跟踪太阳可以提高 太阳能利用率， 但到 目前仍没有相应的装置进人实 用阶段的主要原因。本文中所介绍的装置正是在微 功耗的问题上进行了精心的设计， 使其能耗大大小 于所提高的太阳能的转换部分使其进人实用领域成
图 ６ 徽功耗太阳服踪装 Ｙ的控制电路
Ｆｇ ６ ｃｅ ｔ ｄ ｇａ ｏ ｔｅ ｔ ｌｒ ｔ ｍｉｉ ｒｙ ｓ ａｉ ｉ． Ｓｈｍａｉ ｉ ｒｍ ｈ ｃｎｒ ｅ ｗ ｈ ｎ ｅｅ ｄ ｉ ｔｎ ｃ ａ ｆ ｏ ｏ ｉ ｎｇ ｉｐ ｏ ｓ
在Ｄ ３３ Ｃ． Ｖ条件下。Ｄ １３ｉ是提供时间基准和 Ｓ３７ ｉ ＇ 定时中 断信号的芯片， 它的工作电流２Ａ 耗损功率 ｐ，
是很大的。
图３ 地外时日辱幅ｔ计算公式中各参数示愈图
Ｆ ３ ｈ ｄ ｒ ｏ ａｏｓ ｍ ｔ ｓ Ｔ ｅ ｇ ｍ ｖｒｕ ｐ ａ ｅ ｒ ｉ 呛 ｉ ａ ｆ ｉ ａ ａ ｒ ｅ ｎ
ｔ ｅ ａ ｉｔ ｎ ｒ ｌ ｈ ｉ ｄａｉ ｆ ｍｕａ ｒ ｒ ｏ ｏ
采用微功耗控制器提高光伏效率
杨景常， 杨燕翔， 杨晓龙， 帆 杨
（ 四川工业学院电子信息与电气工程系， ６０３） 成都 １０９
摘 要： 该文从理论上分析了采用太阳自动跟踪控制装置可提高太阳转换效率的空间； 并阐述了采用不同于传感器方式 的定时跟踪法的电路实现原理。这种电路不仅省去传感器和相关电路的能耗， 更重要的是在该电路中可以实现最省电 的休眠工作模式， 使采用太阳自 动跟踪控制装置后提高转换电能成为现实。该文还对比了固定安置的太阳电池板和采 用了太阳自动跟踪控制装置的太阳电池板在相同条件下的转换效率。结果得出采用定时太阳自 动跟踪装置的光伏发电
是本文在前面所提到的省电工作模式。
为６６ 。 Ｔ９Ｖ １」 ．娜 Ａ ８ ５ｉ为微功耗 ＣＵ 它根据 Ｌ ０ Ｐ，
Ｄ １３ 提供的时间， Ｓ３７ 定时控制步进电机按 １（ ／ ５＇ ｈ ） 的规律驱动太阳电池板， 保持太阳光进人电池板的 人射角约等于零。Ａ ８Ｌ ５ 工作于两种工作状态 Ｔ９ Ｖ １ 一工作态和休眠态。工作态的工作电流为 ５５ Ａ ． ， ｔ ｎ 休眠态的保持电流为 １ Ａ。关键在于电路主要工 ｍ 作于休眠态， 只有在调整太阳电池板角度时才进人 工作态， 休眠态和工作态的时间比约为 ６ ：。这就 ０１
一￣ 一 一 一 － － 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一一一一￣￣一一一一一一一一一
第２ ４卷
第３ 期
２ ０ 年 ６月 ０３
太
阳 能 学 报
Ｖ．．４ Ｎｏ ３ Ｉ２ ， ．
Ｉ ２ ０ － ． ０ ３
ＡＣ ＴＡ ＥＮＥＲ ＡＥ ＡＲＩ Ｓ ＮＩ Ａ ＧＩ Ｓ ＯＬ Ｓ Ｉ Ｃ
文ｔ编号 ：２４０９ （０ ３０ － ７０ ０５ －０６２０ ）３４ － ２ ５
公式中各参数的含义分别为：
一 ｃ／「“ ‘，‘一， 争， ｒ 一＋， ｚＴ （） 一Ｚ 一 〕 ） Ｔ
（） ４
ｃ ８ｏ ０ 月ｃ ｒｄ ｏ ｃ （ 一 ） ｓ］ｒ ｓ ｓ ｏ （） １
Ｅ — 太阳到达地球的不考虑大气影响的能 ｘ
量强度；— ｒ 地球在椭圆轨道 中运行时的实际 日、
侧 】 －０ －０ ６ ＇ ３ ０
间的夹角；— 太阳时角， ｒ 太阳人射光与当地的地 球径向平面的夹角。以上各参数的物理含义见图 ３
所示 。
向赤道倾斜的太阳电池板
太阳赤纬角
０ ＇ ３ ＇ ６ ＇ ９ ０ ０ ０
Ｔ ＇ ） （ ／
图４ 太Ｐ时角为４． Ｅ ５ 时的地外时眼辐ａ和采用跟踪
太阳的方法使 ＝ 时可增加的太阳能 二 ０
收稿 日翔 ２ ０－３２ ０２０ － ４
。 。 ３０ ６ ０ ０ ０ ０ ９ ０
入射角０ ／ （）
图２
某一时刻光能透射率随人射角度变化的情况
ｏ ｎ
Ｙ ｇ Ｔ ｅ ａｏ ｆ ｔ ｎ ｒ ｙ ｎ － ２ ｈ ｖ ｉｉ ｏ ｐｏ ｅ ｅｇ ｔａ ｓ ｉ． ａ ｔｎ ｈ ｏ ｒ ｒ
５ 实测数据记录和分析
２０ 年３ 月 ７日在四川工业学院第二教学楼 ０２
楼顶进行了太阳电池主件 电能转换实验 ， 所采用的
平均日 耗能＝ ６６Ｗ ３３ Ｗ （４ １ ０ ［． Ｘ ４ ．ｒ ｘ － ） ｝ ２＋ ｎ ２ ／ ３
＋ ． （２ ７ Ｗ＋１ ．５ Ｗ） １３ ］ ８１ｍ ｘ ０ ／ － １８４Ｗｈ ７． ５ ＋ ． Ｗｈ － ． （５ ｔ ＋ ８７ ｍ Ａ ０ Ｗｈ ０２ ４ ）
（） ３
其 中
３ 徽功耗太阳跟踪装Ｉ的实现
微功耗太阳跟踪装置的机械结构见图５ ０ 图５ 中的支撑杆用于对公式（） ４ 中电池板朝向 赤道倾斜度的调节， 是地点的纬度， 笋 常数； Ｓ是太 阳赤纬角， 它随着季节的变化而缓慢变化， 每月变化 的角度约为８， 每月调整一次可 ｓ ＇ 所以 使（ 一ｐ Ｒ 十）
Ｈ一 ｝０） ｉＴ ｐ争 （ｒＴ ， ｒ ２ 一） ／（
令（ Ｓ一尹 ） ＋Ｒ 二
Ｏ
（） ５
． 导 ．）＇ Ｃ Ｅ（ｒｃｓ ＝ ｒ）ｏｂ
地距离， 其中ｒ 为日 地平均距离；— 太阳人射 ｐ 、 Ｓ
光与赤道平面的夹角；— 地球上某点的地理纬 价
度ｆ － ｌ
朝向赤道的平面与当地水平面（ 切面） 之
Ｆ ． ｈ ｓａｅｅ ｙ ｒ ｅ ｂ ｎ ｉ ｉ ４ ｅ ｒ ｒ ｉｐ ｖｄ ｕｋ ｇ ｇ Ｔ ｏ ｎ ｇ ｍ ｏ ｌ ｙ ｎ
ｒ ａ ｓｌ ｔ ｅ ｅ ｎｌ４＇ ＝ ｔ ｒ ａｇ ５ ０ ｏ ｉ ａ ｍ
平行地球经面的 太阳
电池板 法平面
以上从纯理论的角度对三个方面的因素进行分 析， 可以看出采用太阳跟踪装置提高转换率的潜力
设太阳入射时角的变化率与时间成正比， 则每 时刻的曝辐量为图４ 中曲线下的面积。阴影部分就
是在地外时曝辐量计算的前提采用跟踪太阳的方法 使ｒ ０ ＝ 时还能增加的能Ａ。其计算公式如下：
万方数据
３期
杨景常 等 ： 采用微功耗 控制器 提高光伏效 率
太阳时角是以 １（ ／ 的速率按一定的规律周 ５０ ｈ ） 期性变化， 对这个角度 自动跟踪方式成为装置功耗大 小的关键。以往文章中报道的都是采用传感器技术。 在自 动控制装置中使用传感器具有控制灵敏度高的 优点， 但在太阳自 动跟踪装置中却不是一个最好的方
洲 雏
川 附 川 丫
＼
分布来看 ， 西部地区的太阳年辐射总量均在 ５０ ４０ Ｎ（ ｍ －） ［ （ ＇ａ以上， ／ 西藏地区达到 ６０Ｎ ／ｍ － ７０ Ｕ （ ２ 以 ａ ）
廿’ 〕 。开发太阳能对中国的西部开发有着现实意
义。近几年来， 中国的太阳电池技术发展得很快， 光 伏发电已成为太阳能利用中最具活力的领域。随着 太阳电池成本下降， 几十瓦的太阳电池组件已形成 了一个民用消费市场。因此提高光伏发电装置的转 换效率， 无论是从科技应用的角度还是从商业的角 度来说都成为急需解决的课题。
电机驱动耗能为： 休眠态 ２ １Ｖｘ０ ＝ Ｗ Ａ ０
万方数据
太
阳
能
学
报
２ ４卷
工作态 ２ ｘ６ ｍＡ＝ ．Ｗ １Ｖ ０ ０ ７２ 工作态累计时间：ｍｎ 从早晨 ９时到下午 ６时， ２ ｉ（ 每
｝ ０ ３ ８ Ｗｈ ．１６
ｌｍｎ ０ ｉ调整一次， 调整 ５ 次， 每日 ４ 每次调整用时 １） ｓ 加上回调时间， 合计为 １３ｈ ／ ０
在面向民用市场 的设备中采用人工方式调整。
被跟踪对象的运行轨迹有规律可寻时， 采用传感器的 意义不大。所以本文介绍的太阳跟踪装置中， 采用了 更有效和节能的定时跟踪方法。电路见图６ ０ 在电路中， 仅用到了两个集成器件和一个可拆 卸的键盘显示部件 ， 键盘显示部件用于对时间的调 整。一旦时间调整的工作完成即可拆去， 它的耗能 也就停止了。 电路中的两个集成器件均为微功耗器件， 工作
式。 其一， 传感器和 相应的电 路要耗费电能； 对 其二，
Ｆ５ ｉ ｇ Ｍ ． ５
徽 功耗 太 阳跟 踪装 置 的机 械结构
ｓｐ ｏ ｍ ｎ ｒ ｙ ｄ ｓ ａｉ ｅ ｅ ｇ ｉｉ ｔ ｎ
， ． ｔａ ｃ ｄ ｖｃ 叨 ｒ ｎ ｅ ｅ ｉｅ ｒ
Ｔ ｅ ｇａ ｏ ｈ ｄａｒｍ ｉ ｆ
的角度在 士 ０ ４以内。这个角度的调整可以采用自动 方式 ， 只是 自动方式增加的性价比是很小的。因此，
４ 微功耗太阳 跟踪装里的功耗计宾
Ｄ １３ 集成芯片的耗能为： Ｓ３７ ３３ ２ ＝ ．ｆ ．Ｖｘ 协 ６６Ｗ ， Ａ ８Ｌ ５ 集成芯片的耗能为： Ｔ ９Ｖ １ 休眠态 ３３ １ ． ｘ Ａ＝ ｍ Ｖ Ｖ ｔ ３３ Ｎ ｎ ．
工作态 ３３ ｘ５５ Ａ＝ ．５ Ｗ ．Ｖ ｍ ． １ １ｍ ８
ｒｔ ｗｉ ｉｃｄ ｎ ａ ｇｅ ｎ ｌ ａｉ ｔ ｎ ｉｅ ｔ ｏ ｈ
从图 ２可以看出， 折射能量随太阳人射角的加 大而减小， 由于入射光进入大气层角度的变化， 正午 和晨晚到达 电池组件表面的能量是不一样的。所
万方数据
太
阳
能
学
报
２ ４卷
以， 这里将某一时刻人射角为。时人射光强度视为 ’ 一个单位值， 得到该时刻的光能透射率。
为可能。
如果我们在安置朝向赤道的太阳电池板平面与
水平面夹角时使（ 一 ＝ ， 笋 助 ｏ则式（） １可以简化为：
Ｈ一 －／＝ｃｒ ｏ１‘ｒ； ｏ ， Ｅ ）ｏｓ 一Ｚｓｒ Ｉ ａｄ ｃ
， ｏ ｓ ‘一｛ｓｃｒｒ ｃｃＳｏ ｄ Ｃ 争二ｐ）Ｓ 一 （ｒ ｒＺ ／Ｃ ｏ Ｓ
ｒ １
（） ２
一天内太阳赤纬角 Ｓ值的变化可以忽略不计， 我们利用式（） ２ 计算太阳利用效率时， 暂且将 ｃ ａ ｏ ｓ 视为一个常数， 则又可简化为：
系统能大幅度提高转换效率
关挂词： 太阳光伏发电系统； 微功耗处理器； 定时跟踪棋式； 光电转换效率
中图分类号 ： 文徽株识码 Ａ
０ 引
言
太阳能对于人类是一种取之不尽并能 自由公平
利用的绿色能源。太阳能的利用将成为 ２ 世纪重 １
大的研究课题。我国的太阳能资源 比较丰富。从其
在两种介质的界面上产生反射和折射（ 透射）折射 ， 能量与太阳光人射界面的角度相关。根据几何光学 的原理分析， 可以得到如图２的曲线。
图Ｉ 不同人射时光电池的受光情况
ＦｇＩ ｈ பைடு நூலகம்ｏ ａ ｅｔ ｂ ｓｃ ａ ｉ Ｔ ｅ ｔ ｃ ｐ ｄ ｉ ｏ ｔ ． ｈ ｏ ｅ ｙ ｎ ｃ ｌ ｉ
ｄ ｆ ｅｔ ｉ ｎ ａｇ ｎ ｌ ｉｅ ｎ ｉ ｄ ｔ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｃ
垂直分食
１ 跟踪太阳提高光伏装置转换效率
３从气象学 的角度分析， ） 地球上某一地点朝向
。 １‘・：・ Ｒ） 一Ｅ一，・‘ ７ ／： ・ ２ ２‘ “ ｘ ｛‘ ・
＋ ｏ ｅ （ 一Ｊ ｏ ＇ ： ， ｏ ３ｃ Ｏ Ｔ 一Ｔ ） ｃ ａｏ ｓ ｓ ） ｓ（
赤道倾斜平面的地外小时曝幅量的 计算公式是１， ３ １
、＝ 一）［ｓ，， 。１（ｒ＝ｎｎ一 ＋ ７ ／ｆ （ ） ？ ２ ｉ Ｅ ， ＇８ ｓ ｉ
２ 太阳跟踪装里的能耗 问题
采用太阳自 动控制装置可以提高太阳能的利用 率。 但同时也产生了一个问题， 那就是装里本身的 能耗。如果装置的能耗大于或等于采用了跟踪太阳 后所提高的那部分能Ｉ， 那么装里本身就变得毫无 意义。事实上， 这也是大家明知跟踪太阳可以提高 太阳能利用率， 但到 目前仍没有相应的装置进人实 用阶段的主要原因。本文中所介绍的装置正是在微 功耗的问题上进行了精心的设计， 使其能耗大大小 于所提高的太阳能的转换部分使其进人实用领域成
图 ６ 徽功耗太阳服踪装 Ｙ的控制电路
Ｆｇ ６ ｃｅ ｔ ｄ ｇａ ｏ ｔｅ ｔ ｌｒ ｔ ｍｉｉ ｒｙ ｓ ａｉ ｉ． Ｓｈｍａｉ ｉ ｒｍ ｈ ｃｎｒ ｅ ｗ ｈ ｎ ｅｅ ｄ ｉ ｔｎ ｃ ａ ｆ ｏ ｏ ｉ ｎｇ ｉｐ ｏ ｓ
在Ｄ ３３ Ｃ． Ｖ条件下。Ｄ １３ｉ是提供时间基准和 Ｓ３７ ｉ ＇ 定时中 断信号的芯片， 它的工作电流２Ａ 耗损功率 ｐ，
是很大的。
图３ 地外时日辱幅ｔ计算公式中各参数示愈图
Ｆ ３ ｈ ｄ ｒ ｏ ａｏｓ ｍ ｔ ｓ Ｔ ｅ ｇ ｍ ｖｒｕ ｐ ａ ｅ ｒ ｉ 呛 ｉ ａ ｆ ｉ ａ ａ ｒ ｅ ｎ
ｔ ｅ ａ ｉｔ ｎ ｒ ｌ ｈ ｉ ｄａｉ ｆ ｍｕａ ｒ ｒ ｏ ｏ
采用微功耗控制器提高光伏效率
杨景常， 杨燕翔， 杨晓龙， 帆 杨
（ 四川工业学院电子信息与电气工程系， ６０３） 成都 １０９
摘 要： 该文从理论上分析了采用太阳自动跟踪控制装置可提高太阳转换效率的空间； 并阐述了采用不同于传感器方式 的定时跟踪法的电路实现原理。这种电路不仅省去传感器和相关电路的能耗， 更重要的是在该电路中可以实现最省电 的休眠工作模式， 使采用太阳自 动跟踪控制装置后提高转换电能成为现实。该文还对比了固定安置的太阳电池板和采 用了太阳自动跟踪控制装置的太阳电池板在相同条件下的转换效率。结果得出采用定时太阳自 动跟踪装置的光伏发电
是本文在前面所提到的省电工作模式。
为６６ 。 Ｔ９Ｖ １」 ．娜 Ａ ８ ５ｉ为微功耗 ＣＵ 它根据 Ｌ ０ Ｐ，
Ｄ １３ 提供的时间， Ｓ３７ 定时控制步进电机按 １（ ／ ５＇ ｈ ） 的规律驱动太阳电池板， 保持太阳光进人电池板的 人射角约等于零。Ａ ８Ｌ ５ 工作于两种工作状态 Ｔ９ Ｖ １ 一工作态和休眠态。工作态的工作电流为 ５５ Ａ ． ， ｔ ｎ 休眠态的保持电流为 １ Ａ。关键在于电路主要工 ｍ 作于休眠态， 只有在调整太阳电池板角度时才进人 工作态， 休眠态和工作态的时间比约为 ６ ：。这就 ０１
一￣ 一 一 一 － － 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一一一一￣￣一一一一一一一一一
第２ ４卷
第３ 期
２ ０ 年 ６月 ０３
太
阳 能 学 报
Ｖ．．４ Ｎｏ ３ Ｉ２ ， ．
Ｉ ２ ０ － ． ０ ３
ＡＣ ＴＡ ＥＮＥＲ ＡＥ ＡＲＩ Ｓ ＮＩ Ａ ＧＩ Ｓ ＯＬ Ｓ Ｉ Ｃ
文ｔ编号 ：２４０９ （０ ３０ － ７０ ０５ －０６２０ ）３４ － ２ ５
公式中各参数的含义分别为：
一 ｃ／「“ ‘，‘一， 争， ｒ 一＋， ｚＴ （） 一Ｚ 一 〕 ） Ｔ
（） ４
ｃ ８ｏ ０ 月ｃ ｒｄ ｏ ｃ （ 一 ） ｓ］ｒ ｓ ｓ ｏ （） １
Ｅ — 太阳到达地球的不考虑大气影响的能 ｘ
量强度；— ｒ 地球在椭圆轨道 中运行时的实际 日、
侧 】 －０ －０ ６ ＇ ３ ０
间的夹角；— 太阳时角， ｒ 太阳人射光与当地的地 球径向平面的夹角。以上各参数的物理含义见图 ３
所示 。
向赤道倾斜的太阳电池板
太阳赤纬角
０ ＇ ３ ＇ ６ ＇ ９ ０ ０ ０
Ｔ ＇ ） （ ／
图４ 太Ｐ时角为４． Ｅ ５ 时的地外时眼辐ａ和采用跟踪
太阳的方法使 ＝ 时可增加的太阳能 二 ０
收稿 日翔 ２ ０－３２ ０２０ － ４
。 。 ３０ ６ ０ ０ ０ ０ ９ ０
入射角０ ／ （）
图２
某一时刻光能透射率随人射角度变化的情况
ｏ ｎ
Ｙ ｇ Ｔ ｅ ａｏ ｆ ｔ ｎ ｒ ｙ ｎ － ２ ｈ ｖ ｉｉ ｏ ｐｏ ｅ ｅｇ ｔａ ｓ ｉ． ａ ｔｎ ｈ ｏ ｒ ｒ
５ 实测数据记录和分析
２０ 年３ 月 ７日在四川工业学院第二教学楼 ０２
楼顶进行了太阳电池主件 电能转换实验 ， 所采用的
平均日 耗能＝ ６６Ｗ ３３ Ｗ （４ １ ０ ［． Ｘ ４ ．ｒ ｘ － ） ｝ ２＋ ｎ ２ ／ ３
＋ ． （２ ７ Ｗ＋１ ．５ Ｗ） １３ ］ ８１ｍ ｘ ０ ／ － １８４Ｗｈ ７． ５ ＋ ． Ｗｈ － ． （５ ｔ ＋ ８７ ｍ Ａ ０ Ｗｈ ０２ ４ ）
（） ３
其 中
３ 徽功耗太阳跟踪装Ｉ的实现
微功耗太阳跟踪装置的机械结构见图５ ０ 图５ 中的支撑杆用于对公式（） ４ 中电池板朝向 赤道倾斜度的调节， 是地点的纬度， 笋 常数； Ｓ是太 阳赤纬角， 它随着季节的变化而缓慢变化， 每月变化 的角度约为８， 每月调整一次可 ｓ ＇ 所以 使（ 一ｐ Ｒ 十）
Ｈ一 ｝０） ｉＴ ｐ争 （ｒＴ ， ｒ ２ 一） ／（
令（ Ｓ一尹 ） ＋Ｒ 二
Ｏ
（） ５
． 导 ．）＇ Ｃ Ｅ（ｒｃｓ ＝ ｒ）ｏｂ
地距离， 其中ｒ 为日 地平均距离；— 太阳人射 ｐ 、 Ｓ
光与赤道平面的夹角；— 地球上某点的地理纬 价
度ｆ － ｌ
朝向赤道的平面与当地水平面（ 切面） 之
Ｆ ． ｈ ｓａｅｅ ｙ ｒ ｅ ｂ ｎ ｉ ｉ ４ ｅ ｒ ｒ ｉｐ ｖｄ ｕｋ ｇ ｇ Ｔ ｏ ｎ ｇ ｍ ｏ ｌ ｙ ｎ
ｒ ａ ｓｌ ｔ ｅ ｅ ｎｌ４＇ ＝ ｔ ｒ ａｇ ５ ０ ｏ ｉ ａ ｍ
平行地球经面的 太阳
电池板 法平面
以上从纯理论的角度对三个方面的因素进行分 析， 可以看出采用太阳跟踪装置提高转换率的潜力
设太阳入射时角的变化率与时间成正比， 则每 时刻的曝辐量为图４ 中曲线下的面积。阴影部分就
是在地外时曝辐量计算的前提采用跟踪太阳的方法 使ｒ ０ ＝ 时还能增加的能Ａ。其计算公式如下：
万方数据
３期
杨景常 等 ： 采用微功耗 控制器 提高光伏效 率
太阳时角是以 １（ ／ 的速率按一定的规律周 ５０ ｈ ） 期性变化， 对这个角度 自动跟踪方式成为装置功耗大 小的关键。以往文章中报道的都是采用传感器技术。 在自 动控制装置中使用传感器具有控制灵敏度高的 优点， 但在太阳自 动跟踪装置中却不是一个最好的方
洲 雏
川 附 川 丫
＼
分布来看 ， 西部地区的太阳年辐射总量均在 ５０ ４０ Ｎ（ ｍ －） ［ （ ＇ａ以上， ／ 西藏地区达到 ６０Ｎ ／ｍ － ７０ Ｕ （ ２ 以 ａ ）
廿’ 〕 。开发太阳能对中国的西部开发有着现实意
义。近几年来， 中国的太阳电池技术发展得很快， 光 伏发电已成为太阳能利用中最具活力的领域。随着 太阳电池成本下降， 几十瓦的太阳电池组件已形成 了一个民用消费市场。因此提高光伏发电装置的转 换效率， 无论是从科技应用的角度还是从商业的角 度来说都成为急需解决的课题。
电机驱动耗能为： 休眠态 ２ １Ｖｘ０ ＝ Ｗ Ａ ０
万方数据
太
阳
能
学
报
２ ４卷
工作态 ２ ｘ６ ｍＡ＝ ．Ｗ １Ｖ ０ ０ ７２ 工作态累计时间：ｍｎ 从早晨 ９时到下午 ６时， ２ ｉ（ 每
｝ ０ ３ ８ Ｗｈ ．１６
ｌｍｎ ０ ｉ调整一次， 调整 ５ 次， 每日 ４ 每次调整用时 １） ｓ 加上回调时间， 合计为 １３ｈ ／ ０
在面向民用市场 的设备中采用人工方式调整。
被跟踪对象的运行轨迹有规律可寻时， 采用传感器的 意义不大。所以本文介绍的太阳跟踪装置中， 采用了 更有效和节能的定时跟踪方法。电路见图６ ０ 在电路中， 仅用到了两个集成器件和一个可拆 卸的键盘显示部件 ， 键盘显示部件用于对时间的调 整。一旦时间调整的工作完成即可拆去， 它的耗能 也就停止了。 电路中的两个集成器件均为微功耗器件， 工作
式。 其一， 传感器和 相应的电 路要耗费电能； 对 其二，
Ｆ５ ｉ ｇ Ｍ ． ５
徽 功耗 太 阳跟 踪装 置 的机 械结构
ｓｐ ｏ ｍ ｎ ｒ ｙ ｄ ｓ ａｉ ｅ ｅ ｇ ｉｉ ｔ ｎ
， ． ｔａ ｃ ｄ ｖｃ 叨 ｒ ｎ ｅ ｅ ｉｅ ｒ
Ｔ ｅ ｇａ ｏ ｈ ｄａｒｍ ｉ ｆ
的角度在 士 ０ ４以内。这个角度的调整可以采用自动 方式 ， 只是 自动方式增加的性价比是很小的。因此，
４ 微功耗太阳 跟踪装里的功耗计宾
Ｄ １３ 集成芯片的耗能为： Ｓ３７ ３３ ２ ＝ ．ｆ ．Ｖｘ 协 ６６Ｗ ， Ａ ８Ｌ ５ 集成芯片的耗能为： Ｔ ９Ｖ １ 休眠态 ３３ １ ． ｘ Ａ＝ ｍ Ｖ Ｖ ｔ ３３ Ｎ ｎ ．
工作态 ３３ ｘ５５ Ａ＝ ．５ Ｗ ．Ｖ ｍ ． １ １ｍ ８
ｒｔ ｗｉ ｉｃｄ ｎ ａ ｇｅ ｎ ｌ ａｉ ｔ ｎ ｉｅ ｔ ｏ ｈ
从图 ２可以看出， 折射能量随太阳人射角的加 大而减小， 由于入射光进入大气层角度的变化， 正午 和晨晚到达 电池组件表面的能量是不一样的。所
万方数据
太
阳
能
学
报
２ ４卷
以， 这里将某一时刻人射角为。时人射光强度视为 ’ 一个单位值， 得到该时刻的光能透射率。
为可能。
如果我们在安置朝向赤道的太阳电池板平面与
水平面夹角时使（ 一 ＝ ， 笋 助 ｏ则式（） １可以简化为：
Ｈ一 －／＝ｃｒ ｏ１‘ｒ； ｏ ， Ｅ ）ｏｓ 一Ｚｓｒ Ｉ ａｄ ｃ
， ｏ ｓ ‘一｛ｓｃｒｒ ｃｃＳｏ ｄ Ｃ 争二ｐ）Ｓ 一 （ｒ ｒＺ ／Ｃ ｏ Ｓ
ｒ １
（） ２
一天内太阳赤纬角 Ｓ值的变化可以忽略不计， 我们利用式（） ２ 计算太阳利用效率时， 暂且将 ｃ ａ ｏ ｓ 视为一个常数， 则又可简化为：
系统能大幅度提高转换效率
关挂词： 太阳光伏发电系统； 微功耗处理器； 定时跟踪棋式； 光电转换效率
中图分类号 ： 文徽株识码 Ａ
０ 引
言
太阳能对于人类是一种取之不尽并能 自由公平
利用的绿色能源。太阳能的利用将成为 ２ 世纪重 １
大的研究课题。我国的太阳能资源 比较丰富。从其
在两种介质的界面上产生反射和折射（ 透射）折射 ， 能量与太阳光人射界面的角度相关。根据几何光学 的原理分析， 可以得到如图２的曲线。