以往的太陽能電池板通常采用固定支架的方式，固定支架的太陽能電池板朝向固定，無法轉(zhuǎn)動，固定支架太陽能電池板的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，易于維護，在大規(guī)模布置時可降低施工成本和后期維護成本。但固定支架太陽能電池板朝向固定的特點也決定了其能量轉(zhuǎn)換效率低下的特點，為了進一步提升太陽能電池板對太陽能的利用效率，對太陽能電池板轉(zhuǎn)軸支架的控制進行研究是非常有必要的。

2  太陽能電池板支架

太陽能電池板的支架分為固定支架和轉(zhuǎn)軸支架兩種，而轉(zhuǎn)軸支架又可以進一步分為單軸支架和雙軸支架兩種。其中單軸支架可以使太陽能電池板隨著太陽在地球上移動的方向水平移動，從而使太陽能電池板始終能受到太陽的照射[1-3]。但太陽在照射地面時還存在照射角度這一參數(shù)，通常來說，當太陽光的照射方向與太陽能電池板所在平面垂直時，能量轉(zhuǎn)換效率最高。但單軸支架只能是太陽能電池板沿水平方向轉(zhuǎn)動，無法保證太陽光始終垂直照射太陽能電池板平面，因此單軸支架對提升太陽能的利用率較為有限。

雙軸支架太陽能電池板則具備水平和垂直轉(zhuǎn)動的能力，在水平轉(zhuǎn)軸支架上有連接和支撐太陽能電池板的垂直轉(zhuǎn)軸，可以使太陽能電池板沿水平和垂直兩個方向轉(zhuǎn)動，這種轉(zhuǎn)動方式可以保證太陽能電池板始終接受太陽光的照射且與太陽光垂直，提升了太陽能的利用率。

由于太陽能電池板的轉(zhuǎn)軸支架更為脆弱，因此搭載有轉(zhuǎn)軸支架的太陽能電池板往往還配套有風速檢測儀，當風速較大時，檢測儀就會使太陽能電池板的切面與風向垂直，減輕電池板受風力的作用，以保護電池板的支架。

搭載轉(zhuǎn)軸支架的太陽能電池板雖然可以進一步提升太陽能的利用率，但其造價成本和維護成本相較于固定支架式電池板更高，且運行穩(wěn)定性較差，因此在目前的技術(shù)水平下難以大規(guī)模鋪設使用。目前大規(guī)模鋪設使用的電池板中絕大多數(shù)都是固定式支架電池板，轉(zhuǎn)軸支架的電池板使用率非常低。雖然固定支架式電池板對太陽能的利用率較低，但可以通過鋪設多個角度的太陽能電池板，增大鋪設面積的方式起到補償作用，而且即便是采用這種方式，固定支架式電池板的施工和維護成本依然要低于轉(zhuǎn)軸支架式的太陽能電池板。

3  控制方式

定時法。定時法是根據(jù)當?shù)厝照针S時間的變化條件，為太陽能電池板的轉(zhuǎn)軸支架加裝定時器，并按照當?shù)厝照盏淖兓瘯r間設置對應的電池板的轉(zhuǎn)動角度，使轉(zhuǎn)軸支架在定時器的控制下按照固定的時間進行轉(zhuǎn)動，以保證電池板的朝向與太陽光的照射方向垂直。定時器的時間要按照季節(jié)和氣候進行調(diào)整，且這種方式不適用于日照不穩(wěn)定、氣候變化頻繁的地區(qū)。

光敏電阻法。光敏電阻法是一種能夠根據(jù)光照強度不同自動調(diào)整太陽能電池板轉(zhuǎn)動角度的方法。通過將兩只光敏電阻布置在太陽能電池板的兩端，當太陽能電池板與太陽光的方向垂直時，兩只光敏電阻受到的光照強度是一致的，這時太陽能電池板不進行轉(zhuǎn)動操作。但當太陽光照射角度發(fā)生變化，使太陽能電池板與太陽光不再垂直時，兩只光敏電阻所受到的光照強度不一致，這時便會通過控制電路使電池板偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的方向為由受光照較強的光敏電阻朝著受光照較弱的光敏電阻轉(zhuǎn)動，當兩只光敏電阻的受光照強度相同時，太陽能電池板即可重新與太陽光垂直。

4  控制方案的優(yōu)化

定時器控制優(yōu)化方案。定時器控制的主要缺點在于需要頻繁地調(diào)節(jié)定時器的設置，這是一項非常費時費力的活動。因此，對于定時器控制優(yōu)化的思路就是使用計算機對電池板陣列的定時器進行同一控制，在布置定時器轉(zhuǎn)軸支架時可以先搭建計算機控制系統(tǒng)，將所有的定時器與計算機相連，即可通過計算機對所用的定時器進行統(tǒng)一的調(diào)整與控制，這種控制方式不受定時器數(shù)量的影響，減輕了調(diào)整定時器的人力勞動。此外，計算機控制定時器還可以實現(xiàn)對根據(jù)當?shù)氐臍庀笞詣訉Χ〞r器進行調(diào)節(jié)。計算機可以通過氣象、日照采集裝置或通過解析天氣預報的信息推測出當?shù)厝照盏淖兓闆r，進而通過計算機程序計算出調(diào)整定時器的方案，即可通過計算機實現(xiàn)對定時器的實時控制，可以解決定時器控制法不適用于日照變化頻繁地區(qū)的缺陷，從而擴大定時器控制法的應用范圍。

光敏電阻控制優(yōu)化方案。光敏電阻可以較為精確地實現(xiàn)對太陽能電池板的控制，但仍然存在較多的缺陷。首先是光敏電阻易受外部環(huán)境的影響，太陽能電池板陣列一般布置在室外環(huán)境，光敏電阻長時間暴露在這種室外環(huán)境下會不可避免的積累灰塵，影響光敏電阻的精度；室外環(huán)境中的不可控因素如動物活動、風沙等很可能會對光敏電阻造成破壞；此外，布置在太陽能電池板兩端的兩只光敏電阻只能檢測與其所在平面平行的光照角度變化，無法檢測與其所在平面垂直的光照角度變化，對垂直方向上的日照變化利用率不高。

在對光敏電阻控制方案進行優(yōu)化時，首先是保證光敏電阻長期暴露在室外的狀態(tài)下仍能夠正常運行，首先可以在光敏電阻外層布置硬質(zhì)玻璃護罩，從而起到對光敏電阻的保護作用，其次可以在光敏電阻外側(cè)安裝雨刷，可以起到像汽車雨刷相同的清潔效果，防止光敏電阻因長時間暴露在室外積塵影響靈敏度；或是將光敏電阻布置在太陽能電池板下部，利用太陽能電池板平面起到對光敏電阻的保護作用，通過反射鏡實現(xiàn)對光路的傳導，使光敏電阻能夠正常的發(fā)揮作用。

在布置光敏電阻時，為提升其對光照方向變化的探測能力，可選擇在太陽能電池板的四邊中心處布置，從而實現(xiàn)對水平和垂直兩個方向的日照變化的檢測，提高光敏電阻控制太陽能電池板的精度，進一步提升對太陽能的利用率。

為了進一步節(jié)省使用光敏電阻控制的成本，可以在一小塊區(qū)域中的一個太陽能電池板上布置光敏電阻，并根據(jù)日照的范圍將該電池板周圍的電池板設置為同步旋轉(zhuǎn)。一般來說，日照的范圍比單塊太陽能電池板的面積要大得多，因此在一個小區(qū)域內(nèi)的太陽能電池板可視為一個整體，將這些太陽能電池板設置為同步轉(zhuǎn)動可在提升太陽能利用率的同時減少光敏電阻的布設數(shù)量，起到降低施工成本和維護成本的作用。

5  發(fā)展趨勢

分布式控制。分布式控制是目前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的一個研究熱點，通過若干臺計算機組成控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)不但便于維護和后續(xù)升級，其自身也有冗余性，可以在一定程度上防御對控制系統(tǒng)的破壞。而太陽能電池板陣列應用分布式控制，可以將不同地區(qū)或同一地區(qū)不同區(qū)域內(nèi)的太陽能電池板陣列的控制系統(tǒng)組合在一起，形成一個龐大的控制平臺，這種分布式控制可以增加控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提升對太陽能電池板陣列的控制效率。

智能化控制。智能化控制可以極大地強化計算機的控制水平，減輕人力勞動的負擔。對于需要經(jīng)常維護的太陽能電池板陣列，使用智能化控制技術(shù)，不但可以實現(xiàn)對電池板轉(zhuǎn)軸的進一步精密控制，提升太陽能的利用效率。

6  結(jié)語

太陽能是重要的新型能源，而太陽能電池板是利用太陽能的中間媒介，因此本文對太陽能電池板的轉(zhuǎn)軸支架的控制進行了研究。目前大多數(shù)的太陽能電池板采用的是固定支架，轉(zhuǎn)動支架有水平單向支架和雙向支架兩種，常用的支架控制方式有定時器控制法和光敏電阻控制法兩種，但這兩種控制方式都存在缺陷，本文針對缺陷制定了優(yōu)化方案。未來的太陽能電池板控制技術(shù)將在各種新型技術(shù)的加持下變得更加先進，對于太陽能的利用效率也將進一步提升。

Optimum Control Method of Rotary Shaft Support for Solar Panels 

PAN Jing, ZHANG Guanghua 

Abstract — Because the solar irradiation has the characteristics of changing with time, when laying solar panels, it can rotate with the direction of solar irradiation by rotating shaft bracket, which can improve the utilization rate of solar energy. Based on this, this paper studies the control of the rotating shaft bracket of solar panels. 

Index Terms —  new energy, solar energy, energy storage battery, spindle bracket.