本项目为我的本科毕业设计。研究成果已在 ICEEI 2023 发表，并发表于论文（DOI：10.1109/ICEEI59426.2023.10346650）。

背景

太阳能是一种可再生能源，通常通过光伏（太阳能电池板）转换为电能。然而，太阳能电池板的效率较低，因此需要探索其他替代方案，例如定日镜（heliostat）。

定日镜是一种用于聚光太阳能发电（CSP）系统的装置，通过将阳光反射到锅炉上来产生电能。然而，其较高的投资成本仍然是发展中的主要障碍。

本研究致力于开发一种能够在一天中持续将阳光反射到目标上的定日镜系统。

方法

定日镜通过在两个轴上移动镜面来工作：方位角轴（azimuth）和仰角轴（elevation）。这两个轴也用于表示在特定时间和地点太阳的位置。

太阳的位置可以通过 NOAA Solar Calculator 进行算法计算。在获得太阳的方位角与仰角后，可以调整镜面位置，使反射光始终照射在目标上。

镜面应位于太阳与目标之间。系统可以用如下框图表示：

定日镜需要使用加速度计与陀螺仪传感器，以及磁力计来检测镜面的姿态，并通过舵机进行控制。

这是我在 Desmos 中制作的动画，展示了最终系统的理想行为。红线表示镜面，黄线表示入射阳光，绿线表示反射光。

原型

为该系统设计了电路板（PCB）以承载所需的电子元件。

随后，将元件焊接并组装至外壳中，如下图所示。

结果

我们进行了实验，以评估系统在保持阳光反射至目标方面的性能，以及其对目标的加热效果。以下为定日镜的演示视频（可开启字幕观看）。

由反射阳光引起的温度变化如下图所示：

结论

定日镜可以通过计算太阳与目标的位置来确定镜面角度，从而实现对反射光的控制。所开发的原型成功提高了目标区域的温度。