阳光跟踪伺服机构优化提升

根据太阳与地球之间的相对运动规律对阳光进行跟踪和聚集，就需要采用伺服机构。如前所述，跟踪装置可采用单轴跟踪和双轴跟踪两种方式。

1.单轴跟踪机构

单轴跟踪按转轴的布置不同可分为南北水平轴跟踪、东西水平轴跟踪和南北地轴跟踪等方式。其中南北水平轴方式的转轴南北方向水平布置，受光面朝向由东向西转动跟踪阳光。这种方式在夏天可捕捉较多的太阳能，但是冬天就较差。

东西水平轴方式的转轴东西方向水平布置，靠受光面朝向的南北俯仰运动跟踪阳光。这种方式在正午时可实现受光面与阳光垂直，但早晚却不能。与南北水平轴方式比较，这种方式捕捉阳光在夏季不如前者，而在冬季则优于前者。

南北地轴跟踪式系统的转轴南北方向倾斜布置，自东向西转动跟踪太阳。一般令转轴的倾斜度即转轴与地轴的夹角等于Φ，电池板的高度角为90°-Φ。参考图8-3可知受光面实际上就是与所在的纬度平面垂直。但是这种单轴跟踪方式和其他两种方式一样，不能维持受光面与入射阳光垂直。

图8-3 单轴跟踪系统

a）南北水平式 b）东西水平式 c）南北地轴式

2.双轴跟踪机构

一种典型的双轴跟踪系统是如图8-4a所示的高度—方位式跟踪系统。该系统具有方位轴和俯仰轴两根转轴。方位轴垂直于地平面，其旋转控制电池板（法线）的方位角，而俯仰轴为一水平轴，其旋转控制电池板的俯仰角（高度角）。两轴的协调转动可使电池板表面维持与太阳光线的垂直。(www.xing528.com)

另一种典型的双轴跟踪系统是如图8-4b所示的极轴式跟踪系统。其中一根轴与地球自转轴平行，与地平面夹角等于当地纬度。如果只有这根轴就相当于上述单轴南北地轴式系统，在该系统中增加一根与极轴垂直的旋转轴，称为赤纬轴。这两根轴的协调旋转同样可以维持受光面与阳光垂直，而且赤纬角可以最多一天调节一次。这种结构的缺点是受光面的重心不能落在极轴上从而使其承受扭矩，使结构设计相对复杂。

在实用的阳光跟踪系统设计中要解决如下关键问题：

1）机械传动系统的优化设计。要面向低成本、低传动损耗和恶劣运行环境下的高可靠性进行研究和设计；

图8-4 典型的双轴跟踪机构

a）高度—方位式 b）极轴式

2）电力驱动系统设计。要面向低功率、低功耗、高转矩、高定位精度和恶劣运行环境下的高可靠性进行研究和设计；

3）控制器、控制网络与控制策略的设计。