micro:bit 相关产品Jacdac SeriesJacdac能源实践套件案例十一：太阳能追踪本页总览案例十一：太阳能追踪简介利用两组光敏传感器——micro:bit主板自带的LED矩阵光敏传感器和Jacdac外接光敏传感器——实时对比左右两侧的光照强度。360°积木舵机驱动太阳能板模型自动转向较暗的一侧（注：追光方向取决于两组光敏传感器的安装位置——本模型中转向较暗一侧即为转向光源方向），直到两侧光照值趋近平衡，实现太阳能板自动追光对准光源。光照方向改变时，系统自动重新调整方向。案例目的认识太阳能发电原理——将太阳光能直接转化为电能。了解追光系统/自动跟踪原理——通过差分比较实现太阳能板始终正对光源。了解光能利用在人类能源体系中的重要地位。所需材料项目图片数量micro:bit V21Jacdac扩展板1Jacdac 10cm连接线1Jacdac 25cm连接线1Jacdac 光敏传感器1Jacdac舵机模块1360°积木舵机1USB数据线1传感器原理说明双传感器追光原理将两组光敏传感器分别放置在太阳能板模型的左侧和右侧，模拟"左眼"和"右眼"。程序持续比较两边的光照值：左侧光敏（micro:bit内置） 右侧光敏（Jacdac外接） │ │ └──────────┬───────────────────┘ ↓ 比较两侧光照值 ↓ ┌──────────────┼──────────────┐ ↓ ↓ ↓ 左边暗 两边接近 右边暗 ↓ ↓ ↓ 舵机左转 舵机停止 舵机右转（追光） （对准光源✓） （追光）搭建步骤模型原理说明360°积木舵机模块与追光太阳能板360°积木舵机驱动一块小型太阳能板模型旋转。舵机根据两组光敏传感器的读数差自动调整方向——差值越大转得越快，差值越小转得越慢，差值消失则停止。整个系统构成一个闭环反馈控制：传感器（眼）→ 程序判断（脑）→ 舵机动作（手）→ 太阳能板移动 → 传感器重新读数（眼），循环往复，直到对准光源。太阳能发电——把阳光变成电太阳能电池板（光伏板）的核心是半导体材料（通常是硅）。当太阳光（光子）照射到光伏板上时，光子的能量将硅原子中的电子"撞"出来，形成自由电子。光伏板内部的PN结内建电场将这些自由电子定向驱动，从而产生电流。整个过程不涉及任何机械运动、不燃烧任何燃料——是真正"静止发电"的清洁能源。太阳光（光子） → 激发硅原子电子 → PN结电场定向驱动 → 直流电流 → 电能连接示意图如下图所示，将micro:bit主板插入Jacdac扩展板，用连接线将光敏传感器和舵机模块采用菊花链方式连接在Jacdac扩展板金手指接口上。编程软件微软 MakeCodeMakeCode 编程步骤1：如何添加 Jacdac 扩展进入微软 MakeCode，点击 "新建项目"。在弹出窗口输入项目名称并点击 "创建"。点击代码抽屉中的 "扩展"。在弹出界面输入 "Jacdac" 并点击搜索图标，选择 Jacdac 软件库，如图所示。步骤2：连接硬件用数据线将micro:bit主板连接到计算机。注意： 若micro:bit主板初次运行Jacdac程序，请先预装一个空白Jacdac程序至主板，否则跳过此步骤。连接传感器，MakeCode自动识别并仿真呈现，在仿真区内传感器实时反馈传感器状态。点击 "ADD BLOCKS" 传感器扩展模块。注意： 连接新的传感器，重复执行一次"点击'ADD BLOCKS'传感器扩展模块"操作流程。如图所示编写程序参考程序链接https://makecode.microbit.org/_hK6K3yigEW0v你也可以通过以下网页直接下载程序，下载完成后即可开始运行程序。结果当光源照到追光太阳能模型上时，两组光敏传感器分别检测左右两侧的光照强度。如果一侧较暗，舵机自动向暗侧旋转带动太阳能板转向光源，直到两侧光照值相近（差值<阈值）后停止。移动光源位置时，系统自动重新追踪，始终保持太阳能板正对光源。思考如果只用一组光敏传感器（比如只有micro:bit的LED矩阵），能否实现追光？为什么？真实的太阳能追踪系统为什么通常不追求完美对准（允许几度的偏差），你能猜出原因吗？程序逻辑说明触发条件动作来源左侧光照值 < 右侧光照值（差值>阈值）360°积木舵机向左旋转，太阳能板转向光源方向micro:bit LED矩阵光敏 + Jacdac光敏传感器右侧光照值 < 左侧光照值（差值>阈值）360°积木舵机向右旋转，太阳能板转向光源方向micro:bit LED矩阵光敏 + Jacdac光敏传感器两侧光照值接近（差值≤阈值）舵机停止，太阳能板正对光源micro:bit LED矩阵光敏 + Jacdac光敏传感器知识拓展：追光逐日——太阳能与人类的阳光捕手之梦一、向日葵的智慧——为什么要追光在大自然中，向日葵（Helianthus annuus）的幼嫩花盘一天中会跟随太阳从东转到西，这种现象叫向日性（heliotropism）。植物追光靠的是生长素分布不均——背光面生长素浓度高、细胞伸长快，导致茎向光弯曲。成熟向日葵停止追踪，花盘固定朝向东方——面朝早晨的太阳有助于更快升温，吸引传粉昆虫。人类从向日葵身上学到了一个道理：始终正对光源，才能接收最多的能量。 太阳能追踪系统正是这一自然智慧的工程实现：追踪方式相对固定角度的增益描述无追踪（固定安装）基准（100%）太阳能板以一个固定角度安装，只在正午前后效率最高单轴追踪+15%~25%沿一个方向（通常是东西方向）追踪太阳，成本约增加10~15%双轴追踪+30%~45%沿水平和垂直两个方向精确追踪，始终正对太阳，成本约增加25~35%二、太阳能——地球上最"大方"的能源地球每1.5小时接收到的太阳能，就相当于全人类整整一年的能源消耗。太阳每秒钟通过核聚变释放的能量约为3.8×10²⁶瓦，其中到达地球大气层顶部的约1.7×10¹⁷瓦——是地球所有化石燃料储量总和的十万倍。全球太阳能关键数据数值2025年全球太阳能装机容量约 2,900 GW（29亿千瓦）2025年全球新增太阳能647 GW，占全球新增可再生能源约79%2024年全球太阳能发电量2,132 TWh，占全球电力6.9%组件价格（2024年）约0.10美元/瓦，一年暴跌45%全球最大太阳能电站中国青海塔拉滩光伏电站，装机15.7 GW，面积相当于一个新加坡太阳能增长最快国家中国（2025年新增378 GW），99个国家五年内装机翻倍太阳能发电量在2015年~2024年间增长了约16倍，是人类历史上增长最快的能源形式。光伏组件价格在过去十年下降了约90%，让太阳能从"昂贵的未来能源"变成了"最便宜的新建电力"。三、从沙子到电站——太阳能电池是怎么造出来的太阳能电池板的核心材料是硅——地球上最丰富的元素之一，占地壳质量的约27.7%，仅次于氧。从沙子（主要成分二氧化硅SiO₂）到能发电的电池板，需要经历以下关键步骤：沙子（SiO₂） ↓ 高温冶炼（约2000°C）工业硅（纯度~99%） ↓ 化学提纯多晶硅（纯度99.9999%，即"6个9"） ↓ 拉单晶或铸多晶硅锭（单晶或多晶） ↓ 切片（厚度约0.15~0.2mm）硅片（wafer） ↓ 掺杂（磷/硼）→ 形成PN结电池片（cell） ↓ 串联封装（玻璃+EVA+背板）光伏组件（panel） ↓ 安装到电站太阳能发电站 一块标准太阳能电池板的寿命可达25~30年，期间几乎不需要维护。25年后，其发电效率仍能保持初始的80%以上。四、追光原理的跨学科应用你在这个案例中实现的"差分比较追光"，原理远不止用于太阳能板：应用领域追光原理的体现天文望远镜自动导星系统追踪天体运动，补偿地球自转机器人导航红外循迹小车用双传感器比较左右反光强度，保持在黑线上自动门控制红外传感器检测到人体靠近时自动开门，与追光系统的双传感器差分比较逻辑一脉相承人脸追踪摄像头识别到人脸后，云台自动旋转使人脸保持在画面中央声音定位双麦克风阵列比较声音到达两个麦克风的时间差，定位声源方向植物研究研究向日葵的向光性分子机制，启发人工光合作用系统 洞察： 你在micro:bit上写的那几行追光代码——"比较两个值 → 向差值方向移动 → 直到平衡"——与许多高端自动控制系统的算法，本质上遵循的是同一套逻辑。朴素但通用。五、追光与未来——太空中的太阳能人类对追光最大的想象，或许不在沙漠里，而在太空中：太空太阳能电站（Space-Based Solar Power）：在距离地球36,000公里的地球同步轨道上，建超大型太阳能电池阵列。太空没有大气吸收、没有云层遮挡、没有昼夜交替——日照强度是地表的1.4倍且24小时不间断。收集到的电能通过微波或激光传回地球。日本、美国、欧洲航天局等多个国家和组织均已启动太空太阳能研究计划，探索从太空向地球无线传输清洁能源的可行性。这一构想最大的技术难题之一是极高精度的追光对准——从36,000公里外要把微波束精确地打在地面接收天线上（几公里的圆盘），容错弧度极小。 思考： 你今天用两组光敏传感器实现的追光模型，正是这一切宏大工程的起点。人类学会了追光，就有了无尽的可能性。太阳每秒都在免费发放能量——学会"捕获"它，就是学会了与宇宙和谐共处。
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