应用前景广阔的自动跟踪光照系统

一．前言

本文介绍一种可有广泛用途的自动跟踪光照系统，该产品可利用取之不尽、用之不竭的太阳能来为人类的工农业生产和办公居住生活服务。当今世界，石油、煤炭资源日趋紧张，能源价格节节攀升，不可再生资源的快速减少所形成的能源危机给包括我国在内的很多国家造成巨大的压力。人们不得不需要寻找新的替代能源和制定安全的能源对策。

利用太阳能是我国新能源政策的一个重要方面。自动跟踪光照系统就是一个利用太阳能的产品项目。它利用光机电一体化技术采集太阳光并将光线投放到需要的地方或空间，为人们提供改善照明、取暖、绿化、促进农作物生长等应用服务，在提高农业、林业、种植业产量和绿化美好城市环境、提升人们生活质量等领域有着广泛的用途。

二．工作原理与产品设计

以下给出的是本产品的设计框图。

系统主要由光敏电路、CNC电路、伺服驱动电路、伺服电机、减速器、采光板组成。其工作原理是从太阳的升起时，到太阳西落时这段有太阳照耀的时间里，采光板会在伺服电机的驱动下自动跟踪太阳的转动轨迹，并保持以最佳的角度将太阳光折射到需要的地方或空间去，从而发挥太阳光提供的能量作用。其最大的特点是全天自动跟踪，可随心所欲定向投放阳光，投放量的大小可通过控制采光板的面积和数量任意选择。

在城市或农村一个固定的使用场合，一年四季太阳的运动轨迹是固定的。我们可利用键盘和CNC电路将对应于该轨迹的采光板的运动程序编制出来并存储于CNC装置中。根据产品的应用目的，可编制四个程序（对应于春夏秋冬），也可以编制12个程序（对应于每个月份）。当安装、调试完成后，一年四季采光板将会自动按照预定的程序指令进行转动，指定的地方或空间就会始终获得最好最充足的阳光，不需要使用者再去操作，非常方便。对个别需要修正的情况，可通过键盘进行微调修正，修正结果会得到保存。

伺服驱动电路的作用是将CNC的指令信号放大，并驱动伺服电机旋转。伺服电机通过减速器传递扭矩带动采光板转动。由于采光板不需要连续运动，只进行间歇运动，故电力消耗不大，电源电路没有多大的负担，电耗很少。光敏电路的作用是接受阳光信号，并输入给CNC电路，供编程调试使用，日常也可作为启停电源的信号之用。当然，也可以利用CNC内部的时钟控制功能来控制启停。所以，夜间，本产品是不耗费电力的。减速器的作用一是获得较大的扭矩，二是获得较小的转动角度。一般情况下，一套伺服系统即够用，特殊情况，也可带两套伺服系统以满足特殊要求。

采光板用镀膜玻璃或金属膜制成，其面积根据具体用途来确定。应用场合不同所用采光板数量也不同，如在改善照明或房间取暖的场合，使用一快采光板即可。但在农业、林业、种植业和为环境绿化提供阳光等场合，有时可能会需要使用多块采光板，这时，伺服系统的容量可按采光板的数量和面积及驱动功率来确定。

当然，采光板送出的光线有些场合会直接到达目的地，有些场合限于实际地形地貌或建筑物环境直接到达不了目的地，这种情况，就需要增加折射板完成光线的后续传递，这部分工作要在勘察具体应用现场后开展工程设计时纳入考虑。

三．应用和前景

自动跟踪光照系统有很多用途，下面举几个例子加以说明。

1）用于高架桥下的环境绿化

近年来，大都市的高架桥越来越多，高架桥下面出现了大片不见阳光的空间地面。城市规划者一般将其设计成绿地，种上花草树木，希望获得绿化环境、美化城市的效果。但令城市规划部门和绿化部门苦脑的是由于桥下缺少阳光，花草树木的生长和维护都很困难。以上海为例，桥下花草树木的存活率仅有三分之一左右，花钱不少，效果很不理想，成为城市建设的一大难题。

自动跟踪光照系统的出现，将为解决这一难题提供了钥匙。作为高架桥的附属设施，它可以全天候地将阳光洒向桥下指定的绿化地带，从而保证绿化植物的正常生长。既能获得理想的美化城市环境、净化城市空气的效果，又能减少维护绿化地带的人力物力费用，同时，现实存在的因维护作业导致交通不畅的情况也可大大减少。真是一举三得。可以说，自动跟踪光照系统在这里大有可为。

2）用于改善背阴房间的自然照明

生活中有很多办公室、民宅房屋或仓库等地方背阴，终年不见阳光。因为光线不好，甚至白天由于工作或学习的需要，还不得不开电灯。使用自动跟踪光照系统可解决这一问题，使室内光线充足，人们感到视觉舒适和心情愉快，还能因不在需要开灯而节省电能。

3）用于冬季的室内补充取暖

上面所说的背阴的地方，到了冬天会比朝阳的地方寒冷（会差好几度）。特别是南方地区，一般没有暖气，条件好的可能会使用空调来提高点室内空气温度，但有浪费电能的缺点。条件差的空调没有，只能挨冻。利用火炉取暖的就要耗费煤炭。使用自动跟踪光照系统的好处是，即使是朝北的房屋也可整个白天都可得到温暖的阳光，室内温度能提高好几度，既有利于人的健康和工作舒适，又节省用电和能源消耗。

4）用于促进作物的生长

作物的生长条件之一是靠光合作用。光照不足，作物不生长，果木不结果，蔬菜不发育。相反，提供充足的阳光、甚至增强阳光的提供可大大促进粮食作物、水果林木、大棚蔬菜的产量。国内已有这样的成功报道，即采用人工弯枝法使水果的产量提高了3倍，达到了亩产2万斤，农民幸福地走上了小康之路。其实，成功的秘诀归根结底就在于增强了阳光的照射。本产品正是提高种植业的有利工具，完全符合农村市场奔小康的需求，大有用武之地。不仅能帮助农民提高产量，而且，还能把农民从繁重的体力劳动中解放出来。相信随着农民生产资料投资能力的不断提高，自动跟踪光照系统产品会逐步走进农田、果园和蔬菜大棚，帮助农民朋友走上共同富裕的道路。

希望有关部门和有眼光的投资家、企业家能扶持这一创新节能技术的推广应用，使其能广泛地发挥为国家建设和人民生活服务的作用。