隨著全球資源逐漸匱乏與能源需求不斷增長(zhǎng)之間的矛盾日益凸顯，太陽能作為綠色清潔能源受到越來越多的關(guān)注和研究，開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力是整個(gè)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一。目前的太陽能利用方式主要有以下四種：光熱利用、太陽能發(fā)電、光化利用及光生物利用。

我國較成熟的太陽能產(chǎn)品主要集中在太陽能熱水系統(tǒng)和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)兩個(gè)方面，經(jīng)過多年的發(fā)展，這兩項(xiàng)產(chǎn)業(yè)已形成較為完整的產(chǎn)業(yè)化體系。然而，在目前大多數(shù)的太陽能項(xiàng)目中，仍未最大限度地利用太陽能，未能隨著太陽高度角及方位角的變化，及時(shí)變換太陽能電池板或太陽能集熱器的旋轉(zhuǎn)角度，一天中有相當(dāng)一部分時(shí)間未能有效利用太陽能。若能隨著太陽位置的變化不斷調(diào)整太陽能電池板或集熱器的角度，即對(duì)太陽進(jìn)行跟蹤，則可以很大程度上提高太陽能的利用率。

目前國內(nèi)外的太陽跟蹤器按跟蹤原理分為：傳感器檢測(cè)的主動(dòng)跟蹤原理和太陽位置計(jì)算的被動(dòng)跟蹤原理。

傳感器檢測(cè)的主動(dòng)跟蹤原理：

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利用硅光電池的光電效應(yīng)，在太陽能集光板上高度和方位方向各放置兩個(gè)長(zhǎng)方形的硅光電池板，陽光通過通光筒照射在硅光電池板上。高度方向硅光電池被分為A、B兩個(gè)區(qū)域，方位方向硅光電池被分為C、D兩個(gè)區(qū)域。通過電壓比較電路可分別計(jì)算出它們之間的電壓差。

太陽位置計(jì)算的被動(dòng)跟蹤原理：

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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(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)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(yùn)行軌跡與太陽高度角α、方位角γ的關(guān)系。δ為太陽赤位角，ω為太陽時(shí)角，φ為當(dāng)?shù)氐木暥取?duì)于δ和ω這兩個(gè)參數(shù)的精確計(jì)算要滿足高精度跟蹤的需求，并根據(jù)實(shí)際情況來不斷修正；同時(shí)，還需要結(jié)合傳感器檢測(cè)的原理加以修正。根據(jù)硬件時(shí)鐘提供的日歷時(shí)間計(jì)算出太陽的高度角和方位角，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向和角度，由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)支架轉(zhuǎn)動(dòng)精確地跟蹤太陽。

如今，有多種跟蹤太陽的方式：

時(shí)鐘式太陽跟蹤裝置：此裝置是一種被動(dòng)式裝置，有單軸和雙軸兩種類型，系統(tǒng)根據(jù)時(shí)間將方位角和仰俯角分為幾等份，在固定時(shí)間段內(nèi)通過控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)按固定的角度旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而跟蹤太陽。

最大功率跟蹤裝置：本方法以動(dòng)態(tài)平衡追蹤太陽能系統(tǒng)的最大功率。本方法特征是太陽能板與直流／直流升降壓轉(zhuǎn)換器間聯(lián)接一個(gè)瞬間功率型超級(jí)電容，作為能量的動(dòng)態(tài)平衡器，將太陽能板產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換成電容器形態(tài)的電能進(jìn)行最大功率演算，可大幅度簡(jiǎn)化演算程序，提升追蹤演算的實(shí)時(shí)性與可靠度，提高太陽能系統(tǒng)效率。

光電式跟蹤裝置：此類裝置使用光電傳感器如硅傳感器，硅傳感器是一種工業(yè)級(jí)太陽能傳感器，傳感器體的緊湊尺寸使它易于集成在任何應(yīng)用程序中使用它或者沒有安裝板。對(duì)于全球水平測(cè)量應(yīng)用，傳感器可以安裝水平位置與標(biāo)準(zhǔn)可拆卸安裝板與精神水平和水平腳。具有防紫外線擴(kuò)散的單硅探測(cè)器在低太陽高程時(shí)也給出了余弦響應(yīng)角度。由于圓錐的作用，使其在擴(kuò)散面上的淤積或水沉積作用最小幾何形狀。

以上每種跟蹤方式都可完成對(duì)太陽的跟蹤，但這些方式都是被動(dòng)式太陽跟蹤方式，只能被動(dòng)地接收太陽輻射作為驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)。時(shí)鐘式靈敏度不高，不能高效地利用太陽能；最大功率和光電跟蹤裝置靈敏度高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為方便，但受天氣的影響很大，如果在較長(zhǎng)時(shí)間段里出現(xiàn)烏云遮住太陽的情況，太陽光線往往不能照到硅光電管上，導(dǎo)致跟蹤裝置無法對(duì)準(zhǔn)太陽，甚至?xí)饒?zhí)行機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)作。

太陽以電磁波的形式向外傳遞能量，稱太陽輻射(solar radiation)，是指太陽向宇宙空間發(fā)射的電磁波和粒子流。太陽輻射所傳遞的能量，稱太陽輻射能。太陽輻射強(qiáng)度是表示太陽輻射強(qiáng)弱的物理量，稱為太陽輻射強(qiáng)度。單位是W/m2，即點(diǎn)輻射源在給定方向上發(fā)射的在單位立體角內(nèi)的輻射通量。

太陽輻射是地球表層能量的主要來源。太陽輻射在大氣上界的分布是由地球的天文位置決定的，稱此為天文輻射。由天文輻射決定的氣候稱為天文氣候。天文氣候反映了全球氣候的空間分布和時(shí)間變化的基本輪廓。太陽輻射隨季節(jié)變化呈現(xiàn)有規(guī)律的變化，形成了四季。除太陽本身的變化外，天文輻射能量主要決定于日地距離、太陽高度角和晝長(zhǎng)。