|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Влаштування стеження за Сонцем. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії Досі під час експлуатації сонячних батарей ми задовольнялися загальною дисперсією сонячного світла. Щоправда, враховувалися деякі сезонні зміни, і навіть час доби (орієнтування у бік схід - захід). Проте сонячні батареї залишалися більш-менш зафіксованими одного разу знайденому робочому положенні. У ряді випадків ми навіть не надавали цьому особливого значення, приблизно виставляючи батарею у напрямку сонця. Однак з досвіду відомо, що сонячні елементи генерують максимальну енергію, тільки коли вони розташовуються точно перпендикулярно напрямку сонячних променів, а це може статися лише один раз на день. В решту часу ефективність роботи сонячних елементів складає менше 10%. Припустимо, що ви змогли простежити за становищем Сонця на небосхилі? Іншими словами, що трапилося б, якби ви повертали сонячну батарею протягом дня так, щоб вона завжди була спрямована безпосередньо на сонце? Тільки завдяки зміні цього параметра ви підвищили б повну віддачу від сонячних елементів приблизно на 40%, що становить майже половину вироблюваної енергії. Це означає, що 4 години корисної сонячної інтенсивності автоматично перетворюються майже на 6 годин. Стежити за сонцем зовсім не складно. Принцип роботи слідкуючого пристрою Слідкує пристрій складається з двох частин. Одна з них поєднує механізм, що приводить в рух приймач сонячного випромінювання, інша - електронну схему, що керує цим механізмом. Було розроблено низку методів стеження за сонцем. Один з них заснований на кріпленні сонячних елементів на тримачі, паралельному осі полярної. Можливо, ви чули про подібні пристрої, які називаються екваторіальними системами, що стежать. Це найпопулярніший термін, що використовується астрономами. Завдяки обертанню Землі нам здається, що Сонце рухається небосхилом. Якби ми врахували це обертання Землі, Сонце, образно висловлюючись, "зупинилося". Подібним чином діє екваторіальна система стежки. Вона має вісь, що обертається, паралельну полярній осі Землі. Якщо закріпити за нею сонячні елементи та обертати їх уперед та назад, вийде імітація обертання Землі (рис. 1). Осі, спрямованої з віссю обертання Землі.
Кут нахилу осі (полярний кут) визначається географічним положенням та відповідає широті місця, в якому змонтовано пристрій. Припустимо, ви живете в місцевості, що відповідає 40 ° пн.ш. Тоді вісь слідкуючого пристрою буде повернена на кут 40° до горизонту (на Північному полюсі перпендикулярна до поверхні Землі (рис. 2).
Обертання сонячних елементів на схід чи захід щодо цієї похилої осі імітуватиме рух сонця по небосхилу. Якщо ми повертатимемо сонячні елементи з кутовою швидкістю обертання Землі, ми зможемо повністю "зупинити" Сонце. Це обертання здійснюється механічною системою слідкуючого пристрою. Для обертання сонячних елементів навколо осі потрібний двигун. У будь-який момент добового руху сонця площина сонячних батарей буде тепер перпендикулярна до напрямку сонячних променів. Електронна частина слідкуючого пристрою видає провідному механізму інформацію про положення Сонця. За допомогою електронної команди панель встановлюється в потрібному напрямку. Як тільки сонце зрушить на захід, електронний регулятор запустить електродвигун до тих пір, поки знову не відновиться потрібний напрямок панелі на сонці. Характеристики слідкуючого пристрою Новизна нашого слідкуючого пристрою полягає не тільки у здійсненні орієнтації сонячних елементів на сонці, але й у тому, що вони живлять електронний "мозок", що управляє. Це досягається завдяки унікальній комбінації конструктивних та електричних характеристик пристрою. Розглянемо насамперед особливості конструкції пристрою, звернувшись до рис. 3.
Сонячна батарея складається з двох панелей, що містять три елементи, з'єднаних послідовно і розміщених на площинах прозорого пластмасового корпусу. Панелі з'єднані паралельно. Ці панелі монтуються під прямим кутом одна до одної. В результаті принаймні один із модулів буде постійно освітлений сонцем (з урахуванням розглянутих нижче обмежень). Спочатку розглянемо випадок, коли весь пристрій розташований так, що бісектриса кута, утвореного панелями, спрямована точно на сонце. При цьому кожна панель нахилена під кутом 45° до сонця (рис. 4) та виробляє електричну енергію.
Якщо повернути пристрій на 45° вправо, права панель займе паралельне положення, а ліва - перпендикулярне до сонячних променів. Тепер тільки ліва панель генерує енергію, права - не діє. Повернемо пристрій ще на 45 °. Світло продовжує попадати на ліву панель, але під кутом 45°. Як і раніше, права сторона не висвітлюється і, отже, не генерує жодної енергії. Можна повторити подібне обертання і в ліву сторону, при цьому права панель генеруватиме енергію, а ліва - не діятиме. У будь-якому разі хоча б одна батарея виробляє електроенергію. Оскільки панелі з'єднані паралельно, пристрій завжди вироблятиме електроенергію. Під час експерименту модуль обертався на 180°. Таким чином, якщо конкретний пристрій закріпити так, щоб стик панелей був спрямований на полуденне сонце, на виході сонячної батареї завжди вироблятиметься електрична напруга незалежно від положення сонця на небосхилі. Від світанку і до заходу сонця якась частина пристрою буде освітлюватися сонцем. Чудово, але навіщо це все? Зараз дізнаєтесь. Електронна система стеження за сонцем Щоб стежити за рухом сонця небосхилом, електронна схема управління повинна виконувати дві функції. Насамперед вона має вирішити, чи взагалі є необхідність у стеженні. Немає сенсу витрачати енергію на роботу електромотора, якщо немає достатнього сонячного освітлення, наприклад за наявності туману або хмарності. Ось для якої мети насамперед необхідний описаний вище пристрій! Щоб зрозуміти принцип його дії, звернемося до електронної схеми, наведеної на рис. 3. Спочатку зосередимо свою увагу на реле RL1. Для спрощення подальших міркувань припустимо, що транзистор Q1 перебуває у стані насичення (проводить струм), а транзистор Q2 відсутня. Реле RL1 - елемент схеми, що реагує на струм, що протікає через нього. У реле є дротяна котушка, у якій енергія електричного струму перетворюється на енергію магнітного поля. Напруженість поля прямо пропорційна силі струму, що протікає через котушку. При збільшенні струму настає момент, коли напруженість поля зростає настільки, що якір реле притягується до осердя обмотки і контакти реле замикаються. Цьому моменту відповідає так званий поріг спрацьовування реле. Тепер зрозуміло, чому реле використовується для вимірювання порогової інтенсивності сонячної радіації за допомогою сонячних елементів. Як ви пам'ятаєте, струм сонячного елемента залежить від інтенсивності світла. У нашій схемі до реле фактично підключено дві сонячні панелі, і доки вони не генерують струм, що перевищує поріг спрацьовування, реле не вмикається. Таким чином, саме кількість падаючого світла визначає поріг спрацьовування. Якщо сила струму трохи менша від мінімального значення, то схема не працює. Реле та сонячна батарея підібрані так, що реле спрацьовує за інтенсивності світла, що досягає 60% від максимальної величини. Так вирішується перше завдання системи, що стежить - визначення рівня інтенсивності сонячного випромінювання. Замкнуті контакти реле включають електродвигун і система починає шукати орієнтацію на сонці. Ось ми і підійшли до наступного завдання, а саме знаходження точної орієнтації сонячної батареї на сонці. Для цього повернемося до транзисторів Q1 та Q2. У колекторному ланцюзі транзистора Q1 стоїть реле. Щоб увімкнути реле, необхідно скоротити транзистор Q1. Резистором /?1 задається струм усунення, яким відкривається транзистор Q1. Транзистор Q2 є фототранзистором, його базова область висвітлюється світлом (у звичайних транзисторів на базу подається електричний сигнал). Струм колектора фототранзистора прямо пропорційний інтенсивності світла. Резистор R1 крім того, що він задає струм зміщення транзистора Q1, використовується також як навантаження транзистора Q2. Коли база транзистора Q2 не висвітлюється світлом, колекторний струм відсутній і весь струм, що проходить через резистор R1, протікає через базу, насичуючи транзистор Q1. У міру збільшення освітлення фототранзистора починає текти колекторний струм, який протікає через резистор R1. Відповідно до закону Ома, збільшення струму через фіксований резистор R1 призводить до зростання на ньому падіння напруги. Таким чином, змінюється напруга на колекторі Q2. Коли ця напруга стане меншою за 0,7, відбудеться передбачене явище: зникає зміщення транзистора Q1 в силу того, що йому потрібно принаймні 0,7, щоб протікав базовий струм. Транзистор Q1 перестане проводити струм, реле RL1 вимкнеться і його контакти розімкнуться. Цей режим роботи буде мати місце лише тоді, коли транзистор Q2 спрямований безпосередньо на сонце. При цьому пошук точної орієнтації на сонці припиняється завдяки розмиканню ланцюга живлення двигуна контактами реле. Тепер сонячна батарея спрямована на сонце. Коли сонце йде з поля зору транзистора Q2, транзистор Q1 включає реле і механізм знову починає рухатися. І знову знаходить сонце. Пошук повторюється багаторазово під час руху сонця небосхилом протягом дня. Надвечір інтенсивність освітлення падає. Сонячна батарея вже не може генерувати кількість енергії, достатню для живлення електронної системи, і в останній раз контакти реле розмикаються. Рано-вранці наступного дня сонце висвітлює батарею системи, що стежить, орієнтовану на схід, і робота схеми починається знову. Аналогічно відбувається розмикання контактів реле, якщо освітленість знижується через погану погоду. Припустимо, наприклад, що з ранку прекрасна погода та система, що стежить, почала роботу. Однак опівдні небо почало хмуритися і зниження освітленості призвело до припинення роботи системи, що стежить доти, поки небо знову не проясниться після полудня, а можливо, наступного дня. Коли б це не сталося, система, що слідкує, завжди готова відновити роботу. Конструкція Змайструвати пристрій стеження досить просто, оскільки значна частина деталей виготовляється з органічного скла. Однак дуже важливим моментом є узгодження характеристик сонячних батарей та реле. Необхідно відібрати елементи, що генерують струм 80 мА за максимальної інтенсивності сонячного випромінювання. Відбір можна здійснити за допомогою тестування. З цією метою цілком підійде цей тестер. Я виявив, що серповидні елементи видають у середньому струм близько 80 мА. Тому з усіх типів елементів, що надходять у продаж, для свого пристрою використовував саме ці елементи. Обидві сонячні панелі аналогічні конструкції. Кожна містить три елементи, які послідовно з'єднані і прикріплені до пластин з оргскла розміром 10x10 см2. Елементи постійно піддаються впливу навколишнього середовища, тому їм необхідно передбачити заходи захисту. Непогано зробити наступне. Покладіть готову батарею на пластину з оргскла, покладену на плоску металеву поверхню. Зверху накрийте батарею порівняно товстим (0,05-0,1 мм) шаром лавсанової плівки. Ґрунтовно прогрійте отриману конструкцію паяльною лампою, щоб пластмасові деталі розплавилися і спаялися разом. При цьому будьте обережні. Якщо покласти пластину з оргскла на недостатньо плоску поверхню або перегріти її, вона може покоробитись. Все має відбуватися аналогічно до приготування сендвіча з сиром на грилі.
Після закінчення перевірте надійність герметизації, особливо по краях сонячних елементів. Можливо, потрібно трохи обтиснути краї лавсану, поки він ще гарячий. Після того, як панелі досить охолонуть, склейте їх разом згідно рис. 5 і з'єднайте їх паралельно. Не забудьте припаяти до батарей висновки, перш ніж збирати пристрій. Електронний мозок Наступним важливим елементом конструкції є реле. Практично реле є котушкою, намотаною на герконовий контакт невеликого розміру. Обмотка реле складається з 420 витків емальованого мідного дроту № 36, намотаного на каркас досить малого розміру, щоб у нього з натягом входив герконовий контакт. Я використовував як каркас соломинку для коктейлю. Якщо ви торкнетеся гарячим лезом ножа до кінців соломинки, утворюються ніби щічки каркаса, що оберігають обмотку від сповзання за краї. Повний опір обмотки має становити 20-30 Ом. Вставте геркон у каркас і зафіксуйте його краплею клею. Потім приєднайте до реле транзистор Q1 та резистор R1. Не підключаючи транзистор Q2, подайте електроживлення від сонячних елементів та перевірте працездатність схеми. Якщо все працює правильно, реле повинне спрацьовувати, коли інтенсивність сонячного світла становить близько 60% повної інтенсивності. Для цього можна просто прикрити 40% поверхні сонячних елементів непрозорим матеріалом, наприклад, картоном. Залежно від якості геркона, можливо, спостерігатимуться деякі відхилення від ідеального значення. Прийнятним є початок роботи реле при інтенсивності світла, що становить 50-75% максимально можливої величини. З іншого боку, якщо ви не вклалися в ці межі, необхідно змінити кількість витків обмотки реле, або струм сонячної батареї. Кількість витків обмотки реле слід змінювати відповідно до наступного правила. Якщо реле спрацьовує раніше, кількість витків необхідно зменшити, якщо пізніше – збільшити. Якщо ви хочете поекспериментувати зі зміною струму сонячної батареї, підключіть до неї резистор, що шунтує. Тепер підключіть до схеми фототранзистора Q2. Його треба помістити у світлонепроникний корпус, інакше він не буде правильно працювати. Для цього візьміть мідну або алюмінієву трубу довжиною близько 2,5 см та діаметром, що відповідає діаметру корпусу транзистора. Один кінець труби слід розплющити так, щоб залишилася щілина шириною 0,8 мм. Закріпіть трубу на транзисторі. Готова схема управління, що містить елементи Q1, Q2, R1 та RL1, з метою герметизації заливається рідким каучуком. Від пристрою виводяться чотири приводи: два – від контактів реле, два – від сонячних батарей. Для заливки рідкого каучуку використовується форма із щільного паперу (типу поштової картки). Для її виготовлення листом паперу оберніть олівець і закріпіть папір, щоб він не розгорнувся. Після засихання шару полімеру навколо схеми видаліть паперову форму.
Робота з пристроєм Експлуатувати пристрій, що слідкує, досить просто. Для початку зберіть нескладний стежить механізм. Зміцніть вашу батарею на осі, що обертається. Ви можете закріпити батарею на потрібній рамі, після чого приєднати раму до труби, використовуючи підшипники тертя або кочення. Потім встановіть двигун з редуктором для обертання рами навколо осі. Це можна зробити безліччю способів. Оскільки реле виконує лише функції включення та вимкнення в електронній схемі, необхідно мати елементи, які перемикали б напругу обертання електродвигуна. Для цього необхідні кінцеві вимикачі, розташовані в крайніх положеннях рами. Вони підключаються згідно зі схемою, наведеною на рис. 6. Кінцевий вимикач №1 включений на рис. 6 невірно. Для забезпечення правильної роботи схеми висновків кінцевого вимикача необхідно підключити паралельно контактам реле RL1, включеним послідовно з реле.
З малюнка видно, що це проста схема перемикача полярності. При подачі живлення електромотор починає обертатися. Напрямок його обертання залежить від полярності джерела живлення. У момент подачі живлення реле перемикання полярності RL1 не спрацьовує, тому що ланцюг його обмотки розірвано нормально розімкненими контактами. Електромотор обертає раму до кінцевого вимикача № 1. Цей вимикач розташований так, що рама впирається в неї тільки в крайньому положенні свого обертання. Автор однаково позначає на схемах рис 3 та 6 різні реле. Щоб уникнути плутанини в подальшому реле RL1 на рис 3 називається герконовим реле системи, що слідкує, а його контакти на рис 6 називаються герконовими. Реле RL1 на рис 6 - потужніше, ніж герконове, з трьома групами контактів, що перемикають. При замиканні цього вимикача спрацьовує реле RL1, яке змінює полярність напруги живлення електромотора, і останній починає обертатися в протилежному напрямку. Хоча кінцевий контакт № 1 знову розмикається, реле залишається увімкненим завдяки тому, що його контакти замкнуті. При натисканні рами кінцевої вимикач № 2 ланцюг живлення реле RL1 розмикається і реле вимикається. Напрямок обертання двигуна знову змінюється, і стеження за небозводом триває. Цикл переривається тільки за допомогою герконового реле RL 1 із схеми стеження інтенсивністю сонячного випромінювання, яке керує схемою живлення електромотора. Проте реле RL 1 - слаботочний прилад і може безпосередньо комутувати струм мотора. Таким чином, герконове реле комутує допоміжне реле, яке керує електромотором, як показано на рис. 6. Сонячні батареї системи стеження необхідно розташувати поблизу механізму обертання. Кут їхнього нахилу повинен збігатися про кутом нахилу полярної осі, а стик батарей спрямований на полуденне сонце. Електронний модуль підключається безпосередньо до пристрою обертання. Щілину кришки фототранзистора зорієнтуйте паралельно до полярної осі. Тим самим враховуються сезонні зміни у становищі сонця над горизонтом. 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
▪ Інноваційні джерела живлення TDK-Lambda DRF ▪ Вплив світла на розлади настрою ▪ Інфрачервоний детектор камер Smoovie
▪ розділ сайту Блискавкозахист. Добірка статей ▪ стаття Еріх Марія Ремарк. Знамениті афоризми ▪ стаття Звідки беруться мочалки? Детальна відповідь ▪ стаття Логічні елементи та їх електричні аналоги. Радіо - початківцям ▪ стаття Розрахунок RC-фільтрів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Підняття вибраної картки, поверненої у колоду. Секрет фокусу
Коментарі до статті: Гаяс Абсолютно незрозуміла схема. Де "очі" в електросхемі?
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