视日运动轨迹跟踪、光电跟踪及混合跟踪等太阳自动跟踪技术能有效的提高太阳能发电效率,传感器是其中的核心部件决定并影响着发电系统的跟踪特性,而传统的传感器存在跟踪视场范围窄、跟踪精度不高且价格昂贵等问题。因此,开发设计高性能新型传感器具有重要的意义。本文以太阳跟踪利用系统控制装置为研究对象,结合了视日运动轨迹跟踪和光电跟踪两种方式对太阳跟踪系统进行设计,同时提出了一种三棱台式光电跟踪传感器并进行了软件和硬件设计;对传感器的视场范围特性和聚焦光斑光强特性进行研究;搭建了系统试验平台,并基于三棱台式光电跟踪传感器的太阳跟踪系统进行了跟踪视场范围和跟踪精度的实验研究。本文主要研究工作如下:首先,为了能实现大范围追踪太阳和提高跟踪效率、跟踪精度,本文通过对太阳跟踪方式的分析探讨,设计了视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合的太阳跟踪系统。同时设计了一种三棱台式的光电跟踪传感器并阐述了其结构组成及粗-精跟踪模块的工作原理,对传感器粗-精跟踪模块的信号采样电路及具体结构参数进行了设计。视日运动轨迹跟踪和光电跟踪两种功能的实现,将能提高控制系统的稳定性和可靠性。然后,通过建立三个光敏电阻所接收的太阳光强与太阳光线入射角之间的数学函数,分析传感器的视场范围特性;基于图像分割和边缘检测技术对传感器的聚焦光斑光强特性进行研究。得出结论:传感器的高度角方向的视场范围在90~90-?(10)?之间,方位角方向的视场范围在180~180-?(10)?之间,能有效避免跟踪目标丢失的问题;通过对不同光强的聚焦光斑图像进行边界轮廓提取,得出有效入射偏角范围为1~1-?(10)?,此时聚焦光斑强度值较大,边界轮廓质量较高且能确保传感器的跟踪精度。最后,搭建了由三棱台式光电跟踪传感器、测试装置、双轴跟踪装置、高度角直流电机、方位角直流电机、PC机等构成的系统试验平台,对系统的跟踪视场范围和跟踪精度进行实验研究,实验数据表明:系统的高度角视场范围在90~90-?(10)?之间,方位角方向的视场范围在180~180-?(10)?之间,能实现全方位的跟踪太阳;在精跟踪模式下,系统的跟踪误差在5.1??之间,能满足太阳跟踪利用系统控制装置对跟踪精度的要求,且传感器可采用廉价的光敏电阻和光电池作为光敏元器件。设计的系统试验装置,有助于相关学者对这一领域更深入的研究。