|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Човен із електроприводом на сонячних елементах. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії Пізнавальний аспект при конструюванні такого човна полягає у знайомстві з практичним освоєнням фотоелектрики. Періодичний характер сонячного освітлення диктує необхідність у багатьох схемах використовувати акумуляторну батарею, і, таким чином, ми маємо електричну енергію, коли вона потребує, а не тоді, коли світить сонце. Одна з головних проблем при використанні акумуляторів полягає в керуванні зарядним струмом: перезаряджання акумулятора може призвести до виходу його з ладу. До цього часу для гарантії надійності та великого терміну служби акумуляторної батареї використовувався регулятор заряду або обмежувався вихідний струм сонячної батареї. У цьому розділі вам доведеться познайомитися з новим режимом роботи сонячних батарей, а саме з саморегулюванням. При використанні не потрібно жодних регуляторів зарядного струму акумуляторних батарей. Батареї свинцево-кислотних акумуляторів На режим саморегулювання сонячної батареї великий вплив мають властивості свинцево-кислотної батареї, тому потрібно, як мені здається, коротко ознайомитися з їх принципом роботи. Свинцево-кислотний акумуляторний елемент складається з двох свинцевих пластин, занурених у слабкий розчин сірчаної кислоти. У цьому випадку має місце оборотна електрохімічна реакція, внаслідок якої може запасатись електричний заряд. Нас цікавитиме лише процес заряду. При розряді сульфатні іони кислотного залишку поглинаються із розчину свинцевими пластинами. Коли через пластини пропускається зарядний струм, електрична енергія "витягує" іони сульфатні назад в розчин. Після того, як акумулятор отримає близько 80% вихідного заряду, починає змінюватися хімічна рівновага всередині елемента. Свинець із солі поступово відновлюється до чистого металу. Результат аналогічний приміщенню у водний розчин двох металевих стрижнів, коли створюються чудові умови для електролізу. Насправді так і стається. Електроліз супроводжується виділенням бульбашок кисню та водню, тобто так званим ефектом "кипіння" акумуляторного елемента. Правильніше цей ефект назвати газовиділенням. Саме газовиділення призводить до псування свинцево-кислотної батареї. Якщо не вжити будь-яких заходів, елемент зрештою вийде з ладу Для запобігання пошкодженню необхідно знизити зарядний струм на самому початку газовиділення. Цій меті є регулятори заряду. Зменшити зарядний струм можна за допомогою резистора, підключеного послідовно з акумуляторною батареєю. Частина електричної енергії розсіюється на цьому резистори у вигляді тепла, що призводить до зниження зарядного струму. Інший спосіб, що часто застосовується: на акумуляторній батареї підтримують постійну напругу, а сила струму приймає різні значення. Оскільки величина струму залежить від різниці між напругою на акумуляторній батареї і зарядною напругою, можна регулювати швидкість заряду, змінюючи напругу. Подібно до електричної системи автомобіля, в якій використовується регулятор напруги, акумулятор підтримується в зарядженому стані. На жаль, використання регулятора напруги при повному зарядженні акумуляторної батареї вимагає збільшення часу заряду. При обмеженій кількості сонячного годинника протягом доби часу для заряду, природно, мало. Ймовірно, ви вже здогадалися, що ідеальне рішення – об'єднання регулятора струму та регулятора напруги в єдиному пристрої. Заряд починається великим струмом без будь-якого обмеження напруги. Коли батарея досягне стадії газовиділення, пристрій зменшує струм та перемикається в режим регулювання напруги. В акумуляторі запасається максимальна кількість заряду в найкоротший час, при цьому ймовірність перезарядження акумулятора виключається. Графічно ідеальний цикл заряду представлений на рис. 1. Саморегулююча сонячна батарея Тепер можна розглянути характеристику сонячного кремнієвого елемента, представлену на рис. 1 (верхня крива).
Як відомо, сонячний кремнієвий елемент є генератором струму. Незалежно від величини напруги до вигину кривий струм завжди незмінний. Напруга на елементі визначається опором навантаження. Зі зменшенням опору навантаження настає момент, коли струм більше не є визначальним фактором. Ця частина кривої названа "коліном". При великих значеннях напруги на опорі навантаження вступають в дію закони збереження енергії і квантової фізики, і струм спадає. Звернімо пильну увагу на цей факт, тому що в ньому полягає сенс саморегулювання сонячної батареї. Ця перехідна точка на характеристиці сонячної батареї є дуже важливою при подальшому розгляді. Насправді вона поділяє два режими роботи сонячної батареї. Вище її сонячний генератор виступає в ролі генератора струму, а нижче - еквівалентний регулятору напруги. Якщо порівняти графік роботи ідеального зарядного пристрою із вольт-амперною кривою сонячної батареї (рис. 1), можна відзначити, що дві криві дуже схожі. Фактично вони майже конгруентні. Тому цілком природно ув'язати обидві характеристики. Узгодивши точку перегину вольт-амперної кривої сонячної батареї з моментом початку газовиділення акумулятора, можна досягти ефекту саморегулювання. Повернемося до типового прикладу. Припустимо, що процес починається з повністю розрядженої свинцево-кислотної батареї. Підключимо тепер її до саморегулюючого сонячного генератора. При освітленні сонячної батареї акумулятор починає заряджатися. На початку процесу напруга батареї мало (<10). При цьому сонячна батарея працює в області вище коліна в режимі генератора струму. Іншими словами, акумулятор отримує максимальний струм, який може зробити сонячна батарея, що дозволяє досягти необхідного швидкого заряду. У міру накопичення заряду в акумуляторних елементах напруга починає поступово збільшуватись. Згадайте, як ми скористалися цим збільшенням у конструкції регулятора заряду. Ми знову можемо зробити те саме. Якщо узгодити напругу газовиділення, що починається при 12,6 В у 12-вольтовій акумуляторній батареї, з напругою "коліна" вольт-амперної кривої сонячної батареї, ми зможемо отримати зниження зарядного струму. Припускаючи, що акумулятор досягла стадії газовиділення, ми спостерігаємо, що сонячна батарея виходить з режиму стабілізації струму. Тепер збільшення заряду акумуляторної батареї та напруги на ній змусить сонячну батарею працювати у режимі регулятора напруги. В результаті знизиться зарядний струм. Чим більший заряд на батареї, тим більше стає статична напруга і тим далі робоча точка на характеристиці сонячної батареї просувається в область нижче коліна. За зростанням напруги слід відповідне зниження вихідного струму сонячної батареї. До моменту повного заряду акумуляторних елементів робоча точка зсувається за характеристикою так далеко вправо, що тепер від сонячної батареї тече лише невеликий струм, що підживлює. Він настільки малий, що батарея може залишатися в такому стані скільки завгодно довго, без побоювання перезаряду. У цій точці напруга на батареї набуває значення 13,2 В. У такому положенні все залишається до тих пір, поки ми не витратимо енергію, що накопичується в акумуляторній батареї. Коли елементи віддають енергію, напруга на батареї відповідно зменшується і робоча точка зміщується по вольт-амперній кривій у зворотному напрямку. Сила зарядного струму від сонячної батареї залежатиме від того, наскільки зменшилася величина напруги на акумуляторній батареї, тобто від пропорційної цій величині кількості витраченої енергії. Ось ми і досягли мети, тепер у нас є сонячний генератор, що саморегулюється. вплив температури Саморегулююча сонячна батарея має дуже несподівану властивість: вона враховує вплив температури. Деякі з навколишніх предметів не піддаються впливу температури. Не складають винятку сонячні елементи та акумулятори. Електричний заряд зберігається в свинцево-кислотній батареї завдяки хімічній реакції, яка дуже чутлива до зміни температури. Чим вище довкілля, тим швидше протікає реакція. Практично це означає, що в холодніших погодних умовах потрібна вища зарядна напруга. У звичайних регуляторів заряду стеження за температурою завжди становило проблему. Вирішити її простими засобами неможливо, а будь-який більш-менш складний спосіб буде приводити до ускладнення і подорожчання конструкції.
Температурна залежність вольтамперної характеристики кремнієвого сонячного елемента компенсує температурні властивості свинцево-кислотного акумуляторного елемента. Зниження температури практично викликає найефективнішу роботу сонячного генератора. Завдяки різним впливам на об'єм напівпровідника найбільше зачіпається компонента напруги. Саме це потрібно для акумуляторної батареї. При зниженні зовнішньої температури збільшується вихідна напруга сонячних елементів (саме в той момент), коли батареї потрібна більша зарядна напруга. Більше того, при роботі у звичайному температурному діапазоні залежності характеристик сонячної та акумуляторної батарей від температури настільки добре узгоджуються між собою (мал. 2), що не потрібні будь-які додаткові заходи для успішної спільної роботи цих батарей у загальному пристрої. Моторний човен Настав час розважальної частини нашої розповіді. Нехай тепер сонячна батарея, що саморегулюється, попрацює* на нас. Для даної конструкції було обрано невеликий моторний човен з електроприводом. Вона є гумовим надувним човном, виготовленим фірмою Metzeler. Її довжина 2,7 і ширина 1,2 м. Стійкість човна забезпечується двома рознесеними циліндрами типу понтонів, а плоске дно служить як простора "каюта".
Маючи невелику швидкість руху по воді (9,4 км/год), цей човен чудово підходить для лову риби або просто для приємної прогулянки в сонячний день. Сонячні батареї встановлюються на навісі, що захищає пасажирів від променів сонця (рис. 3). Крім живлення човнового електромотора фотоелектрична система може також забезпечити електроенергією радіоприймач, систему освітлення або водяний насос. Конструкція Починаємо наш опис з човна. Хоча для вибору є безліч типів човнів, перевага була віддана мною надувному понтонному човні з двох причин. По-перше, вона надувна. А це означає, що вона портативна та у спущеному стані зручна для зберігання. По-друге, надувний човен – добротне, стійке судно, яким можна користуватися протягом тривалого часу. Надалі я докладно поясню, як було здійснено перетворення сонячної енергії на даному конкретному човні. Якщо ви краще за мене розбираєтеся в човнах і захочете змонтувати сонячну батарею на човні іншого типу, скористайтеся такими рекомендаціями. Спочатку встановлюються сонячні батареї. У цій конструкції використовувалися сонячні батареї М-61 фірми ARCO Solar, Inc. саморегулюючого типу. Кожна батарея М-61 потужністю 25 Вт конструктивно виконана у вигляді панелі довжиною 120 см, шириною 30 см і товщиною 4 см, що містить 30 круглих монокристалічних елементів діаметром 10 см. Батарея розрахована на напругу 14,1 В і струм 1,75 А. Якщо ви хочете виготовити сонячну батарею, постарайтеся, щоб ваша батарея мала такі ж характеристики. Переконайтеся в тому, що сонячні батареї абсолютно водонепроникні: чого-небудь, а вологи буде достатньо! Для руху човна потрібні чотири сонячні батареї із зазначеними характеристиками. Розмістіть їх в один ряд на панелі розміром 120x120 см2 та з'єднайте паралельно. Повний струм чотирьох паралельно з'єднаних батарей становить 7 А, а напруга 14 В. Панель сонячних батарей кріпиться до палуби за допомогою каркасу із поліхлорвінілових водопровідних труб діаметром 4 см (Schedule-40). Пластмасова трубка - відмінний матеріал для подібних цілей; вона жорстка, недорога, легка і головне не схильна до корозії. Каркас із труб виконується відповідно до схеми, наведеної на рис. 4. З'єднання під 90° виконані за допомогою косинців, а верхня рама прикріплюється за допомогою трійників.
Потрібні чотири стійки завдовжки близько 120 см кожна. Нижні кінці двох передніх стійок з'єднуються стяжкою, яка, як видно з рис. 3, лежить на дні човна безпосередньо перед переднім сидінням. Дві задні стійки з'єднуються аналогічно та закріплюються біля заднього сидіння. Відріжте ножівкою шматки пластмасових труб необхідної довжини і зберіть каркас, підганяючи деталі за місцем. Хоча на рис. 4 наведено точні розміри (в см), їх необхідно використовувати лише як рекомендацію. Остаточне припасування здійснюється на самому човні. Каркас сонячної батареї, що несе, повинен щільно входити між понтонами при встановленні його на місце на дно човна. Коли ви переконаєтеся, що все зроблено правильно, склейте деталі чистим клеєм ПВХ, що містить розчинник для пластмаси. При склеюванні двох пластмасових деталей утворюється з'єднання так само міцне, як і вихідний матеріал. Як розчинник для поліхлорвінілу використовується тетрагідрофуран. Працюючи з ним, слід пам'ятати, що він отруйний, як, втім, більшість інших розчинників. Потрібно працювати з цим клеєм швидко, він не залишає часу для роздумів. Тому перш, ніж клеїти, підготуйте та розмістіть усі деталі. Склеюйте не більше двох деталей відразу і, перш ніж переходити до наступного з'єднання, дочекайтеся повного схоплювання клею. Потім за допомогою болтів з'єднайте разом сонячні батареї у єдиний блок площею 1,5 м2. Для цього на металевій окантовці батарей є спеціальні отвори. Між батареями необхідно залишити невеликий проміжок, щоб знизити парусність конструкції. Для розділення батарей можна використовувати розпірки. Потім панель сонячних батарей розміщується на каркасі, що несе, і прив'язується шнуром або мотузкою принаймні в чотирьох точках з кожного боку і в тих місцях, де батареї звинчені між собою. Краще не скупіться на шнур, інакше ваша батарея після сильного пориву вітру впаде у воду. Як човновий двигун використовується електричний мотор вагою близько 13 кг. Подібні електромотори виробляються різними фірмами, наприклад, Montgomery Ward і Sears. Човниковий двигун поставляється прикріпленим до дерев'яної траверси, яка легко витримає невеликий електродвигун, оскільки конструкція розрахована на невелику потужність до 4 л. с. (близько 3 кВт). Електромотор живиться від 12-вольтової свинцево-кислотної батареї. Це батарея гельних елементів, подібна до описаного в гол. 14 типів. По суті, гельний елемент аналогічний звичайному свинцево-кислотному елементу з рідким електролітом. Однак у гельний елемент заливається не рідкий, а густий електроліт фірми Jell-O, що має консистенцію желе Застосування акумуляторної гельної батареї замість стандартної морської батареї обумовлено відсутністю протікання електроліту. Навіть якщо човен перекинеться (чого ніколи не траплялося), кислота не проллється. Оскільки сонячні батареї - саморегулюючі, єдине, що потрібно - це приєднати їх до акумуляторної батареї, а ту в свою чергу до електромотора. Все дуже просто! З якою метою у цій конструкції використовуються сонячні саморегулюючі сонячні батареї? З одного боку, такі батареї спрощують конструкцію та підвищують надійність. Це – головна причина. З іншого боку, це дало можливість продемонструвати вам ще одну властивість сонячних батарей. Можливості човна Чи добре працюють сонячні батареї? Що ж, зізнаюся: на рис. 3 ви бачите не мій човен, він належить Гері Занстечеру (який сидить у ньому), якому я і даю можливість пояснити, чи гарна вона. Ось його думка: "Це - стійке судно, легке у транспортуванні та складання. Зазвичай човен пришвартований до Марини-дель-Рей. Ми користуємося нею у вихідні дні та у вільний час. Завдяки своїм характеристикам човен розвиває швидкість 9,4 км/год. При русі двигун споживає 25 А, отже, акумуляторної батареї ємністю 80 А-год вистачає приблизно на 3 год роботи. Однак необхідно пам'ятати, що одночасно відбувається безперервне підзаряджання від сонячної батареї. Я катався на човні по 4-5 год поспіль і ніколи не відчував нестачі в електроенергії. Звичайно, я користувався човном лише у сонячні дні. Човен знаходиться на стоянці принаймні протягом тижня між поїздками, тому сонячні батареї мають достатньо часу для заряджання акумуляторів. Подивіться, чи сонячні батареї не орієнтовані на сонце. Це робити нерозумно, оскільки човен постійно змінює свою орієнтацію та напрямок руху. Батареї встановлені горизонтально і, звичайно, більшу частину часу не генерують повного струму. Тим не менш, коли сонце знаходиться високо над обрієм, вони функціонують досить добре. Батареї лише прив'язані до панелі, тому можна дуже швидко зняти. Вони досить дорогі, і я не хочу втратити їх у шторм. Щоправда, човен витримував вплив вітру, що дме зі швидкістю до 56 км/год, без будь-яких проблем. Взагалі мушу сказати, що човен із сонячною батареєю - дуже кумедна штука”. Автор: Байєрс Т.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Електрична капсула для стимуляції шлунка та покращення апетиту. ▪ Біорозкладні контейнери із салату ▪ У Дубаї збудують власний Місяць
▪ розділ сайту Параметри, аналоги, маркування радіодеталей. Добірка статей ▪ стаття Нанесення об'єкта на карту. Основи безпечної життєдіяльності ▪ стаття Коли почали говорити про вандалізм? Детальна відповідь ▪ стаття Шавлія прутоподібна. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Музичний тренажер. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття 7-елементна логоперіодична. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Коментарі до статті: Сергій Повний струм становить 7А .... Виміри електромоторів показують 9А на 1-ій швидкості і 14 А на 2-ій. Спокусливо додати площу до 1500Х1400 (дві батареї 1500Х700,7А 140Вт=14А, 280Вт,ККД 14%,вага 4кг) і рухатися навіть у похмуру погоду зі швидкістю близько 2,5-3 км.год. І чи є сенс тягати на даху легкої надувнушки важку конструкцію, якщо підзарядка дуже мала, струм 25А садить батарею за 3 години. Швидше, доцільно залишати всю сонцеконструкцію на стоянці! Розмір судна не відповідає безпеці-ЦТ занадто високий, монокристалічний. панелі крихкі і вимагають армуючої рами, тобто вага близько 12 кг.
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page