Геліостат. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії

 Коментарі до статті

Одним із напрямків геліоенергетики є пряме перетворення сонячної енергії на електричну за допомогою сонячних батарей. У статті описується нескладний пристрій, що дозволяє автоматично орієнтувати сонячну батарею на сонці.

Як відомо, потужність світлового потоку біля Землі на екваторі досягає 1,1 кВт/м2 (на широті Москви близько 0,5 кВт/м2).

Приблизно 40% цієї енергії може бути перетворено на електричну сонячними батареями, створеними англійською компанією Sandia National Laboratories на основі нітридо-арсеніду галію-індії. У ряді випадків доцільним є використання і звичайних сонячних батарей з ККД 20% [1].

ККД сонячних батарей залежить багатьох чинників, але вирішальним є орієнтація її елементів щодо джерела випромінювання. Для підтримки оптимальної освітленості сонячних батарей розроблено різноманітні системи стеження – від найпростіших аналогових до аналого-цифрових [2]. Регулювання подібних пристроїв ускладнене тим, що поріг їхнього спрацьовування змінюється залежно не тільки від диференціальної, а й від загальної інтенсивності освітлення. Крім того, для встановлення таких систем у вихідний стан потрібне втручання обслуговуючого персоналу.

Пропонований пристрій (геліостат) використовує імпульсне регулювання і без втручання ззовні здатне орієнтувати сонячну батарею за найкращою освітленістю. Принципова схема геліостату зображено на рис. 1. Він складається з тактового генератора (DD1.1, DD1.2), двох інтегруючих ланцюгів (VD1R2C2, VD2R3C3), такого ж числа формувачів (DD1.3, DD1.4), цифрового компаратора (DD2), двох інверторів (DD1.5 .1.6, DD1) і транзисторного комутатора (VT6-VT1) напрямки обертання електродвигуна МXNUMX, керуючого поворотом платформи, де встановлено сонячна батарея.

(Натисніть для збільшення)

З подачею живлення (від сонячної батареї або від акумулятора) генератор на елементах DD1.1, DD1.2 починає виробляти тактові імпульси, що йдуть з частотою близько 300 Гц. При роботі пристрою порівнюються тривалості імпульсів, сформованих інверторами DD1.3, DD1.4 та інтегруючими ланцюгами VD1R2C2, VD2R3C3. Їхня крутість змінюється в залежності від постійного часу інтегрування, яка, у свою чергу, залежить від освітленості фотодіодів VD1 і VD2 (струм зарядки конденсаторів С2 і C3 пропорційний їхній освітленості).

Сигнали з виходів інтегруючих ланцюгів надходять на формувачі рівня DD1.3, DD1.4 і далі - цифровий компаратор, виконаний на елементах мікросхеми DD2. Залежно від співвідношення тривалостей імпульсів, що надходять на входи компаратора, сигнал низького рівня з'являється на виході DD2.3 елемента (висновок 11) або DD2.4 (висновок 4). При рівній освітленості фотодіодів на обох виходах компаратора є сигнали високого рівня.

Інвертори DD1.5 і DD1.6 необхідні управління транзисторами VT1 ​​і VT2. Високий рівень сигналу на виході першого інвертора відкриває транзистор VT1 на виході другого - VT2. Навантаженнями цих транзисторів є ключі на потужних транзисторах VT3, VT6 та VT4, VT5, які комутують напругу живлення електродвигуна М1. Ланцюги R4C4R6 та R5C5R7 згладжують пульсації на базах керуючих транзисторів VT1 та VT2.

Напрямок обертання двигуна змінюється залежно від полярності підключення до джерела живлення. Цифровий компаратор не дозволяє одночасно відкритися всім ключовим транзисторам, і таким чином забезпечує високу надійність системи.

Зі сходом сонця освітленість фотодіодів VD1 і VD2 виявиться різною і електродвигун почне повертати сонячну батарею із заходу на схід. У міру зменшення різниці в тривалості імпульсів, що виробляються формувачами, зменшуватиметься тривалість результуючого імпульсу і швидкість повороту сонячної батареї плавно сповільниться, що забезпечить її точне позиціонування. Таким чином, при імпульсному керуванні обертання валу електродвигуна можна передавати платформі із сонячною батареєю безпосередньо, без застосування редуктора.

Протягом дня платформа із сонячною батареєю повертатиметься слідом за рухом сонця. З настанням сутінків тривалості імпульсів на вході цифрового компаратора будуть однаковими і система перейде в черговий режим. У цьому стані струм, що споживається пристроєм, не перевищує 1,2 мА (в режимі орієнтації він залежить від потужності двигуна).

Акумулятор геліостату використовується для накопичення енергії, що виробляється сонячною батареєю, та живлення самого електронного блоку. Оскільки електродвигун вмикається лише для повороту батареї (тобто на нетривалий час), вимикач живлення не передбачено.

Цей пристрій орієнтує сонячну батарею в горизонтальній площині. Однак при її позиціонуванні слід враховувати географічну широту місцевості та пору року. Якщо доповнити конструкцію блоком вертикального відхилення, зібраним за аналогічною схемою, можна автоматизувати орієнтацію батареї в обох площинах.

Крім зазначених на схемі, у пристрої можна застосувати мікросхеми серій К564, К176 (при напрузі живлення 5...12). Транзистори КТ315А замінні будь-якими із серій КТ201, КТ315, КТ342, КТ3102, а КТ814А - будь-якими із серій КТ814, КТ816, КТ818, а також германієвими П213-П215, П217. В останньому випадку між емітерами та базами транзисторів VT3-VT6 слід включити резистори опором 1...10 кОм, щоб запобігти їх випадковому відкриванню внаслідок значного зворотного струму.

Замість фотодіодів ФД256 можна використовувати окремі сонячні елементи самої батареї (включені з дотриманням полярності), фототранзистори без ланцюгів зміщення, а також фоторезистори, наприклад, СФ2, СФЗ або ФСК будь-якої модифікації. Слід лише підібрати (зміною опору резистора R1) частоту тактового генератора з надійного спрацьовування цифрового компаратора.

Усі деталі пристрою змонтовані на друкованій платі (рис. 2) із двосторонньо фольгованого склотекстоліту. Транзистори VT3 - VT6 пригвинчені до плати і мають тепловідведення Г-подібної форми площею близько 10 см2, зігнутими зі смужок листового алюмінієвого сплаву товщиною 1,5 мм. При використанні потужнішого електродвигуна ці транзистори розміщують поза платою на окремих тепловідведення, що забезпечують ефективне теплорозсіювання. Плата поміщена в герметичний пластмасовий корпус, закріплений на одному рівні із сонячною батареєю.

Для захисту фотодіодів від надмірного опромінення застосовано зелений світлофільтр. Між фотодатчиками розміщують непрозору шторку. Її закріплюють перпендикулярно до плати з таким розрахунком, щоб при зміні кута освітлення вона затіняла один з фотодіодів.

Сонячна батарея встановлена ​​на платформі, під якою змонтований електродвигун МП-3-015 (напруга живлення 6), що обертає її в горизонтальній площині. Можливе застосування потужнішого двигуна, у якого напрямок обертання валу також змінюється в залежності від полярності напруги.

До батареї через струмознімач підключений акумулятор, зарядний струм якого відповідає максимальному струму, що виробляється батареєю.

Зібраний із справних деталей пристрій не вимагає налагодження і відразу починає працювати. Його чутливість така, що батарея впевнено орієнтується світловим потоком від лампи МН 2,5 В-0,15 А, що знаходиться на відстані 3 м від фотодатчиків.

література

1. Зінов'єв К., Пантуєв В. Сонячно-акумуляторні батареї для живлення РЕА. – Радіо, 1995, № 1, с. 44; №2, с. 43, 44.
2. Байєре Т. 20 конструкцій із сонячними елементами. - М: Мир, 1988.

Автор: І.Цаплін, м.Краснодар

Дивіться інші статті розділу Альтернативні джерела енергії.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Електронний тренажер сили волі 06.04.2015 На сайті KickStarter успішно просувається збір коштів на пристрій kSafe, який задуманий як помічник тим, у кого не вистачає сили волі. Судячи з того, що за початкової мети $50000 на момент підготовки новини зібрано майже $65000, хоча до закінчення збору коштів залишається ще 39 днів, пристрій дуже затребуваний. kSafe – ємність з електронним замком, що відкривається за допомогою смартфона. За задумом розробників, помістивши у ній якийсь предмет і закривши замок, користувач зможе мотивувати себе досягнення певної мети, оскільки замок відкривається лише за виконанні заданої умови. Наприклад, щоб замок відкрився, має настати заздалегідь вказаний час. Або користувач повинен пройти задану кількість кроків. Третій варіант умови - побувати в місці із заданими координатами (це може бути, скажімо, спортзал чи бібліотека). За виконанням умов стежить програма на смартфоні. Як стверджується, оминути захист не можна. За бажання можна змінити початкову умову, але у бік ускладнення. Крім того, можна використовувати kSafe як звичайний сейф з кодовим замком. Навіть якщо джерело живлення сейфа, якого вистачає на півроку, розрядиться, сейф залишається закритим. Об'єм kSafe - 5,5 л, чого достатньо для таких предметів, як пульт дистанційного керування, джойстик від ігрової консолі, невеликий планшет. Зарезервувати один пристрій учасник збору коштів може за $89. Доступний різновид із прозорим, білим або чорним корпусом.

Інші цікаві новини:

▪ Пластмаса з пам'яттю

▪ Кардіопринтер

▪ Розшифрований помідор

▪ Тури на повітряних кулях стратосферою

▪ Ноутбук Razer x Lambda Tensorbook для розробників

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Ваші історії. Добірка статей

▪ стаття Все зрозуміти - все пробачити. Крилатий вислів

▪ стаття Що таке промисловий алмаз? Детальна відповідь

▪ стаття Аквапед. Особистий транспорт

▪ стаття Підключення квартирного електрощита. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Стабілізатор напруги на мікросхемі КР142ЕН19 із захистом, 27/7-25 вольт 2 ампери. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024