Sudan University of Science and Technology College of Graduate Studies Department of Electrical Engineering

Tracking System: 
Solar Panels are a form of active solar power, a term that describes how 
solar panels make use of the sun’s energy; solar panels harvest sunlight and 
actively convert it to electricity. Solar Cells, or photovoltaic cells, are arranged 
in a grid-like pattern on the surface of the solar panel. Solar panels are typically 
constructed with crystalline silicon, which is used in other industries (such as the 
microprocessor industry), and the more expensive gallium arsenide, which is 
produced exclusively for use in photovoltaic (solar) cells. Solar panels collect 
solar radiation from the sun and actively convert that energy to electricity. Solar 
panels are comprised of several individual solar cells. These solar cells function 
similarly to large semiconductors and utilize a large area p-n junction diode. 
When the solar cells are exposed to sunlight, the p-n junction diodes convert the 
energy from sunlight into usable electrical energy. The energy generated from 
photons striking the surface of the solar panel allows electrons to be knocked out 
of their orbits and released, and electric fields in the solar cells pull these free 
electrons in a directional current, from which metal contacts in the solar cell can 
generate electricity. The more solar cells in a solar panel and the higher the 
quality of the solar cells, the total electrical output the solar panel can produce. 
The conversion of sunlight to usable electrical energy has been dubbed the 
Photovoltaic Effect. A solar tracker is a device that orients a payload toward the 
sun. The use of solar trackers can increase electricity production by around a 
third, and some claim by as much as 40% in some regions, compared with 
modules at a fixed angle. In any solar application, the conversion efficiency is 
improved when the modules are continually adjusted to the optimum angle as the 

---

11 
sun traverses the sky. As improved efficiency means improved yield, use of 
trackers can make quite a difference to the income from a large plant. 
Need For Solar Tracker: 
The energy contributed by the direct beam drops off with the cosine of 
the angle between the incoming light and panel.
The sun travels through 360 degrees east west a day, but from the 
perspective of any fixed location the visible portion 180 degrees during a 1/2 day 
period. Local horizon effects reduce this somewhat, making the effective motion 
about 150 degrees. A solar panel in a fixed orientation between the dawn and 
sunset extremes will see a motion of 75 degrees on either side, and thus, 
according to the table 2-2, will lose 75% of the energy in the morning and 
evening Rotating the panels to the east and west can help recapture these losses. 
A tracker rotating in the east west direction is known as a single-axis tracker.
The sun also moves through 46 degrees north south over the period of a 
year. The same set of panels set at the midpoint between the two local extremes 
will thus see the sun move 23 degrees on either side, causing losses of 83% a 
tracker that accounts for both the daily and seasonal motion is known as a dual 
axis tracker.
Table 2.2 Direct power lost (%) due to misalignment (angle I) 
Misalignment (angle 
I
) 
Direct power lost (%)=1-cos(I) 
0
0 
0 
1
0 
0.015 
3
0 
0.14 
8
0 
1 
23
0 
8.3 
30
0 
13.4 
45
0 
30 
75
0 
>75 

---

12 
Commercial purpose of solar tracking system:
• Increase Solar Panel Output.
• Maximum efficiency of the panel.
• Maximize Power per unit area.
• Able to grab the energy throughout the day. 
The sun’s position in the sky varies both with the seasons (elevation) and 
with time of day as the sun moves across the sky. Hence, there are also two types 
of solar tracker:
• Single Axis Solar Tracker.
• Dual Axis Solar Tracker. 
Single Axis Solar Tracker: Single axis solar trackers can either have a horizontal 
or a vertical axle. The horizontal type is used in tropical regions where the sun 
gets very high at noon, but the days are short. The vertical type is used in high 
latitudes (such as in UK) where the sun does not get very high, but summer days 
can be very long. 
Dual Axis Solar Tracker: Double axis solar trackers have both a horizontal and 
a vertical axle and so can track the sun’s apparent motion exactly anywhere in 
the world. This type of system is used to control astronomical telescopes, and so 
there is plenty of software available to automatically predict and track the motion 
of the sun across the sky. Dual axis trackers track the sun both east to west and 
north to south for added power output (approx. 40% gain) and convenience.
Solar tracker drives, can be divided into three main types depending on the 
type of drive and sensing or positioning system that they incorporate.

---

13 

Passive Trackers: Use the sun’s radiation to heat gases that move the 
tracker across the sky. 

Active Trackers: Use electric or hydraulic drives and some type of 
gearing or actuator to move the tracker.

Open Loop Trackers: Use no sensing but instead determine the position 
of the sun through prerecorded data for a particular site 
Passive Trackers: Passive trackers use a compressed gas fluid in two canisters 
each place in west and east of the tracker. The mechanism is in such a way that 
if one side cylinder is heated other side piston rises causing the panel to tilt over 
the sunny side. This affects the balance of the tracker and caused it to tilt. This 
system is very reliable and needs little maintenance.
Active Trackers: Active trackers measure the light intensity from the sun by 
using light sensors to determine where the solar modules should be pointing. 
Light sensors are positioned on the tracker at various locations in specially 
shaped holders. If the sun is not facing the tracker directly there will be a 
difference in light intensity on one light sensor compared to another and this 
causes to determine in which direction the tracker has to tilt with the help of the 
stepper or dc motor in order to be facing the sun. 

---

14 
CHAPTER THREE 
Solar Energy