|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Urządzenie śledzące słońce. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Alternatywne źródła energii Do tej pory eksploatując panele fotowoltaiczne zadowalaliśmy się ogólnym rozproszeniem światła słonecznego. Co prawda wzięto pod uwagę pewne zmiany sezonowe, a także porę dnia (orientacja w kierunku wschód-zachód). Jednak po znalezieniu panele słoneczne pozostały mniej więcej nieruchome w swojej pozycji roboczej. W niektórych przypadkach nawet nie przywiązywaliśmy do tego dużej wagi, z grubsza kierując akumulator w stronę słońca. Jednak z doświadczenia wiadomo, że ogniwa słoneczne generują maksymalną energię tylko wtedy, gdy są ustawione dokładnie prostopadle do kierunku promieni słonecznych, a może się to zdarzyć tylko raz dziennie. Przez resztę czasu wydajność ogniw słonecznych wynosi mniej niż 10%. Załóżmy, że udałoby Ci się wyśledzić położenie Słońca na niebie? Innymi słowy, co by się stało, gdybyś obrócił panel słoneczny w ciągu dnia tak, aby zawsze był skierowany bezpośrednio w stronę słońca? Sama zmiana tego parametru zwiększyłaby całkowitą moc wyjściową ogniw słonecznych o około 40%, co stanowi prawie połowę wytwarzanej energii. Oznacza to, że 4 godziny użytecznego nasłonecznienia automatycznie zamieniają się w prawie 6. Monitorowanie słońca nie jest wcale trudne. Zasada działania urządzenia śledzącego Urządzenie śledzące składa się z dwóch części. Jeden z nich łączy w sobie mechanizm napędzający odbiornik promieniowania słonecznego, drugi – obwód elektroniczny sterujący tym mechanizmem. Opracowano wiele metod śledzenia Słońca. Jedna z nich polega na zamontowaniu ogniw słonecznych na uchwycie równoległym do osi biegunowej. Być może słyszałeś o podobnych urządzeniach zwanych równikowymi systemami śledzenia. Jest to popularne określenie używane przez astronomów. Dzięki obrotowi Ziemi wydaje nam się, że Słońce porusza się po niebie. Gdybyśmy wzięli pod uwagę ten obrót Ziemi, Słońce, mówiąc w przenośni, „zatrzymałoby się”. System śledzenia równikowego działa w podobny sposób. Ma oś obrotu równoległą do osi polarnej Ziemi. Jeśli podłączysz do niego ogniwa słoneczne i obracasz je tam i z powrotem, otrzymasz imitację obrotu Ziemi (ryc. 1). Oś zgodna z osią obrotu Ziemi.
Kąt pochylenia osi (kąt biegunowy) jest określony przez położenie geograficzne i odpowiada szerokości geograficznej miejsca, w którym urządzenie jest zamontowane. Załóżmy, że mieszkasz na obszarze odpowiadającym 40° szerokości geograficznej północnej. Następnie oś urządzenia śledzącego zostanie obrócona pod kątem 40° do horyzontu (na biegunie północnym jest prostopadła do powierzchni Ziemi (ryc. 2).
Obracanie ogniw słonecznych na wschód lub zachód wokół tej nachylonej osi będzie symulować ruch słońca po niebie. Jeśli będziemy obracać ogniwa słoneczne z prędkością kątową obrotu Ziemi, możemy całkowicie „zatrzymać” Słońce. Obrót ten odbywa się za pomocą mechanicznego układu popychacza. Aby obracać ogniwa słoneczne wokół osi, potrzebny jest silnik. W dowolnym momencie codziennego ruchu słońca płaszczyzna paneli słonecznych będzie teraz prostopadła do kierunku promieni słonecznych. Elektroniczna część urządzenia śledzącego dostarcza mechanizmowi napędowemu informacji o położeniu Słońca. Za pomocą polecenia elektronicznego panel jest instalowany w żądanym kierunku. Gdy tylko słońce przesunie się na zachód, sterownik elektroniczny uruchomi silnik elektryczny do czasu przywrócenia pożądanego kierunku panelu w stronę słońca. Charakterystyka trackera Nowość naszego urządzenia śledzącego polega nie tylko na orientacji ogniw słonecznych w stronę słońca, ale także na tym, że zasilają one elektroniczny „mózg” sterujący. Osiąga się to poprzez unikalne połączenie konstrukcji i właściwości elektrycznych urządzenia. Rozważmy najpierw cechy konstrukcyjne urządzenia, odnosząc się do ryc. 3.
Bateria słoneczna składa się z dwóch paneli zawierających po trzy elementy każdy, połączonych szeregowo i umieszczonych na płaszczyznach przezroczystej obudowy z tworzywa sztucznego. Panele są połączone równolegle. Panele te są montowane względem siebie pod kątem prostym. W rezultacie co najmniej jeden z modułów będzie stale oświetlony słońcem (z zastrzeżeniem ograniczeń omówionych poniżej). Rozważmy najpierw przypadek, gdy całe urządzenie jest ustawione tak, że dwusieczna kąta utworzonego przez panele jest skierowana dokładnie w stronę słońca. W tym przypadku każdy panel jest nachylony pod kątem 45° do słońca (rys. 4) i wytwarza energię elektryczną.
Jeśli obrócisz urządzenie o 45° w prawo, prawy panel przyjmie położenie równoległe, a lewy będzie prostopadły do promieni słonecznych. Teraz tylko lewy panel generuje energię, prawy jest nieaktywny. Obróćmy urządzenie o kolejne 45°. Światło w dalszym ciągu pada na lewy panel, ale pod kątem 45°. Tak jak poprzednio, prawa strona nie jest oświetlona i dlatego nie generuje żadnej mocy. Podobny obrót możesz powtórzyć w lewą stronę, przy czym prawy panel będzie generował energię, a lewy będzie nieaktywny. W każdym razie co najmniej jedna bateria wytwarza energię elektryczną. Ponieważ panele są połączone równolegle, urządzenie zawsze będzie generować prąd. Podczas naszego eksperymentu moduł obrócił się o 180°. Tak więc, jeśli dane urządzenie zostanie zamontowane tak, że złącze paneli będzie skierowane w stronę południowego słońca, na wyjściu baterii słonecznej zawsze będzie generowane napięcie elektryczne, niezależnie od położenia słońca na niebie. Od świtu do zmierzchu pewna część urządzenia będzie oświetlona przez słońce. Świetnie, ale po co to wszystko? Teraz dowiedz się. Elektroniczny system śledzenia słońca Aby śledzić ruch słońca po niebie, elektroniczny obwód sterujący musi spełniać dwie funkcje. Przede wszystkim musi zdecydować, czy śledzenie w ogóle jest potrzebne. Nie ma sensu marnować energii na pracę silnika elektrycznego, jeśli nie ma wystarczającej ilości światła słonecznego, np. mgły lub zachmurzenia. Do tego przede wszystkim potrzebne jest opisane powyżej urządzenie! Aby zrozumieć zasadę jego działania, przejdźmy do obwodu elektronicznego pokazanego na ryc. 3. Na początek skupmy się na przekaźniku RL1. Aby uprościć dalszą dyskusję, załóżmy, że tranzystor Q1 jest w stanie nasycenia (przewodzi prąd), a tranzystor Q2 nie jest obecny. Przekaźnik RL1 jest elementem obwodu reagującym na przepływający przez niego prąd. Przekaźnik zawiera cewkę drucianą, w której energia prądu elektrycznego zamieniana jest na energię pola magnetycznego. Natężenie pola jest wprost proporcjonalne do prądu przepływającego przez cewkę. Wraz ze wzrostem prądu przychodzi moment, w którym natężenie pola wzrasta tak bardzo, że zwora przekaźnika zostaje przyciągnięta do rdzenia uzwojenia i styki przekaźnika zamykają się. Moment ten odpowiada tzw. progowi zadziałania przekaźnika. Teraz jest jasne, dlaczego przekaźnik służy do pomiaru progowego natężenia promieniowania słonecznego za pomocą ogniw słonecznych. Jak pamiętacie, prąd ogniwa słonecznego zależy od natężenia światła. W naszym obwodzie do przekaźnika podłączone są tak naprawdę dwa panele słoneczne i dopóki nie wygenerują prądu przekraczającego próg zadziałania, przekaźnik się nie załączy. Zatem to ilość padającego światła określa próg reakcji. Jeśli prąd jest nieco mniejszy niż wartość minimalna, obwód nie działa. Przekaźnik i baterię słoneczną dobiera się tak, aby przekaźnik załączał się, gdy natężenie światła osiągnie 60% wartości maksymalnej. W ten sposób rozwiązano pierwsze zadanie systemu śledzącego – określenie poziomu natężenia promieniowania słonecznego. Zamknięte styki przekaźnika włączają silnik elektryczny, a system zaczyna szukać orientacji względem słońca. Teraz dochodzimy do kolejnego zadania, a mianowicie ustalenia dokładnej orientacji baterii słonecznej względem słońca. Aby to zrobić, wróćmy do tranzystorów Q1 i Q2. W obwodzie kolektora tranzystora Q1 znajduje się przekaźnik. Aby włączyć przekaźnik należy zewrzeć tranzystor Q1. Rezystor /?1 ustawia prąd polaryzacji, który otwiera tranzystor Q1. Tranzystor Q2 reprezentuje fototranzystor, jego obszar podstawy jest oświetlony światłem (w konwencjonalnych tranzystorach do podstawy przykładany jest sygnał elektryczny). Prąd kolektora fototranzystora jest wprost proporcjonalny do natężenia światła. Rezystor R1 oprócz ustawienia prądu polaryzacji tranzystora Q1 służy także jako obciążenie dla tranzystora Q2. Gdy baza tranzystora Q2 nie jest oświetlona światłem, nie ma prądu kolektora i cały prąd płynący przez rezystor R1 przepływa przez bazę, nasycając tranzystor Q1. Wraz ze wzrostem oświetlenia fototranzystora zaczyna płynąć prąd kolektora, który przepływa tylko przez rezystor R1. Zgodnie z prawem Ohma wzrost prądu przez stały rezystor R1 prowadzi do wzrostu spadku napięcia na nim. Zatem zmienia się również napięcie na kolektorze Q2. Gdy napięcie to spadnie poniżej 0,7 V, nastąpi przewidywane zjawisko: Q1 straci polaryzację, ponieważ potrzebuje co najmniej 0,7 V do przepływu prądu bazowego. Tranzystor Q1 przestanie przewodzić prąd, przekaźnik RL1 wyłączy się, a jego styki zostaną rozwarte. Ten tryb działania wystąpi tylko wtedy, gdy tranzystor Q2 zostanie skierowany bezpośrednio na słońce. W takim przypadku poszukiwanie dokładnej orientacji względem słońca kończy się z powodu otwarcia obwodu zasilania silnika przez styki przekaźnika. Teraz panel słoneczny jest skierowany bezpośrednio na słońce. Kiedy słońce opuszcza pole widzenia tranzystora Q2, tranzystor Q1 włącza przekaźnik i mechanizm ponownie zaczyna się poruszać. I słońce znów się odnajduje. Poszukiwania powtarza się wiele razy, gdy słońce przemieszcza się po niebie w ciągu dnia. Wieczorem intensywność światła maleje. Panel słoneczny nie jest już w stanie wygenerować wystarczającej ilości energii do zasilania układu elektronicznego, a styki przekaźnika otwierają się po raz ostatni. Następnego ranka słońce oświetla skierowaną na wschód baterię systemu śledzącego i działanie obwodu rozpoczyna się od nowa. W podobny sposób styki przekaźnika otwierają się, jeśli oświetlenie zmniejsza się z powodu złej pogody. Załóżmy na przykład, że rano jest ładna pogoda i system śledzenia zaczyna działać. Jednak w południe niebo zaczęło się pochmurnie, a spadek oświetlenia spowodował, że system śledzący przestał działać do czasu, aż niebo ponownie się przejaśniło po południu, a być może i następnego dnia. Ilekroć tak się stanie, system śledzenia jest zawsze gotowy do wznowienia pracy. projekt Wykonanie urządzenia śledzącego jest dość proste, ponieważ znaczna część części wykonana jest ze szkła organicznego. Jednak bardzo ważnym punktem jest koordynacja charakterystyk paneli słonecznych i przekaźników. Należy dobrać elementy, które przy maksymalnym natężeniu promieniowania słonecznego generują prąd o natężeniu 80 mA. Wyboru można dokonać poprzez testowanie. Ten tester jest całkiem odpowiedni do tego celu. Odkryłem, że ogniwa półksiężycowe wytwarzają średni prąd około 80 mA. Dlatego ze wszystkich typów elementów, które trafiają do sprzedaży, użyłem tych elementów do mojego urządzenia. Obydwa panele słoneczne mają podobną konstrukcję. Każdy składa się z trzech elementów, które są połączone szeregowo i przymocowane do płyt z plexi o wymiarach 10x10 cm2. Elementy będą stale narażone na działanie środowiska, dlatego konieczne jest zapewnienie im środków ochronnych. Byłoby miło wykonać następujące czynności. Umieść kompletną baterię na płycie z pleksiglasu umieszczonej na płaskiej metalowej powierzchni. Przykryj górną część akumulatora stosunkowo grubą (0,05–0,1 mm) warstwą folii Mylar. Dokładnie podgrzej powstałą strukturę za pomocą palnika, aby plastikowe części stopiły się i zlutowały razem. Wykonując tę czynność, zachowaj ostrożność. Jeśli umieścisz płytę z pleksiglasu na niewystarczająco płaskiej powierzchni lub ją przegrzejesz, może się ona wypaczyć. Wszystko powinno przypominać przygotowanie grillowanej kanapki z serem.
Po zakończeniu sprawdź, czy uszczelka jest dobrze zamocowana, szczególnie wokół krawędzi ogniw słonecznych. Może być konieczne lekkie zaciśnięcie krawędzi dakronu, gdy jest jeszcze gorący. Po wystarczającym ostygnięciu paneli sklej je ze sobą, jak pokazano na rys. 5 i połączyć je równolegle. Nie zapomnij przylutować przewodów do akumulatorów przed złożeniem urządzenia. elektroniczny mózg Kolejnym ważnym elementem konstrukcyjnym jest przekaźnik. W praktyce przekaźnik to cewka nawinięta na mały kontaktron. Uzwojenie przekaźnika składa się z 420 zwojów emaliowanego drutu miedzianego nr 36 nawiniętego wokół ramy wystarczająco małej, aby zmieścić kontaktron z zakłóceniami. Jako ramkę wykorzystałam słomkę koktajlową. Jeśli dotkniesz końcówek słomy gorącym ostrzem noża, uformują się policzki ramy, zabezpieczające nawinięcie przed zsunięciem się po krawędziach. Impedancja uzwojenia powinna wynosić 20-30 omów. Włóż kontaktron do ramy i zabezpiecz kroplą kleju. Następnie podłącz tranzystor Q1 i rezystor R1 do przekaźnika. Nie podłączając tranzystora Q2, załączyć zasilanie z ogniw słonecznych i sprawdzić działanie obwodu. Jeżeli wszystko działa poprawnie, przekaźnik powinien zadziałać, gdy natężenie światła słonecznego wyniesie około 60% pełnego natężenia. Aby to zrobić, możesz po prostu pokryć 40% powierzchni ogniw słonecznych nieprzezroczystym materiałem, takim jak karton. W zależności od jakości kontaktronu mogą występować pewne odchylenia od wartości idealnej. Dopuszczalne jest uruchamianie przekaźnika przy natężeniu światła 50-75% maksymalnej możliwej wartości. Z drugiej strony, jeśli nie spełniasz tych limitów, musisz zmienić albo liczbę zwojów uzwojenia przekaźnika, albo prąd panelu słonecznego. Liczbę zwojów uzwojenia przekaźnika należy zmieniać zgodnie z poniższą zasadą. Jeśli przekaźnik zadziała wcześniej, należy zmniejszyć liczbę zwojów, jeśli później, należy ją zwiększyć. Jeśli chcesz poeksperymentować ze zmianą prądu panelu słonecznego, podłącz do niego rezystor bocznikowy. Teraz podłącz fototranzystor Q2 do obwodu. Należy go umieścić w światłoszczelnej obudowie, w przeciwnym razie nie będzie działał poprawnie. Aby to zrobić, weź rurkę miedzianą lub aluminiową o długości około 2,5 cm i średnicy odpowiadającej średnicy obudowy tranzystora. Jeden koniec rury należy spłaszczyć tak, aby pozostała szczelina o szerokości 0,8 mm. Podłącz rurkę do tranzystora. Gotowy obwód sterujący, zawierający elementy Q1, Q2, R1 i RL1, w celach uszczelniających wypełniony jest płynną gumą. Z urządzenia wychodzą cztery napędy: dwa ze styków przekaźnika, dwa z paneli słonecznych. Do wylewania płynnej gumy należy użyć formy wykonanej z grubego papieru (np. pocztówki). Aby to zrobić, owiń ołówek kartką papieru i zabezpiecz papier tak, aby się nie rozwinął.Po wyschnięciu warstwy polimeru wokół diagramu usuń papierową formę.
Pracuj z urządzeniem Urządzenie śledzące jest dość proste w obsłudze. Najpierw zmontuj prosty mechanizm śledzący. Zamontuj baterię na osi obrotowej. Akumulator można zamontować na odpowiedniej ramie, a następnie przymocować ramę do rury za pomocą łożysk ślizgowych lub tocznych. Następnie zainstaluj silnik ze skrzynią biegów, aby obrócić ramę wokół własnej osi. Można to zrobić na wiele sposobów. Ponieważ przekaźnik wykonuje tylko funkcje włączania i wyłączania w obwodzie elektronicznym, konieczne jest posiadanie elementów przełączających napięcie obrotowe silnika elektrycznego. Wymaga to wyłączników krańcowych umieszczonych w skrajnych pozycjach ramy. Są one połączone zgodnie ze schematem pokazanym na ryc. 6. Wyłącznik krańcowy nr 1 znajduje się na rys. 6 jest nieprawidłowe. Aby zapewnić prawidłową pracę obwodu, zaciski wyłącznika krańcowego należy połączyć równolegle ze stykami przekaźnika RL1, połączonymi szeregowo z przekaźnikiem.
Z rysunku widać, że jest to prosty obwód przełączający polaryzację.Po podłączeniu zasilania silnik elektryczny zaczyna się obracać. Kierunek jego obrotu zależy od polaryzacji źródła zasilania. W momencie zasilenia przekaźnik przełączający polaryzację RL1 nie działa, ponieważ obwód zasilający jego uzwojenia jest przerwany przez styki normalnie rozwarte. Silnik elektryczny obraca ramę w stronę wyłącznika krańcowego nr 1. Wyłącznik ten jest tak umiejscowiony, że rama opiera się o nią jedynie w skrajnym położeniu obrotu. Autor wyznacza w ten sam sposób różne przekaźniki na schematach na rysunkach 3 i 6. Aby uniknąć nieporozumień w przyszłości, przekaźnik RL1 na rysunku 3 nazywany jest kontaktronem systemu śledzącego, a jego styki na rysunku 6 nazywane są kontaktronami. Przekaźnik RL1 na ryc. 6 ma większą moc niż kontaktron z trzema grupami styków przełączających. Kiedy ten przełącznik jest zamknięty, włącza się przekaźnik RL1, który zmienia polaryzację napięcia zasilania silnika elektrycznego, a ten zaczyna się obracać w przeciwnym kierunku. Chociaż styk końcowy nr 1 ponownie się otwiera, przekaźnik pozostaje włączony ze względu na zamknięcie jego styków. Gdy rama naciśnie wyłącznik krańcowy nr 2, obwód mocy przekaźnika RL1 zostaje otwarty i przekaźnik zostaje wyłączony. Kierunek obrotu silnika zmienia się ponownie i śledzenie nieba jest kontynuowane. Cykl przerywa jedynie kontaktron RL 1 z obwodu monitorowania promieniowania słonecznego, który steruje obwodem zasilania silnika elektrycznego. Jednakże przekaźnik RL 1 jest urządzeniem niskoprądowym i nie może bezpośrednio przełączać prądu silnika. W ten sposób kontaktron przełącza przekaźnik pomocniczy, który steruje silnikiem elektrycznym, jak pokazano na ryc. 6. Panele słoneczne systemu śledzącego muszą być umieszczone w pobliżu mechanizmu obrotowego. Kąt ich nachylenia powinien pokrywać się z kątem nachylenia osi biegunowej, a złącze akumulatorów powinno być skierowane w stronę południowego słońca. Moduł elektroniczny podłącza się bezpośrednio do urządzenia obrotowego. Ustawić szczelinę osłony fototranzystora równolegle do osi biegunowej. Uwzględnia to sezonowe zmiany położenia słońca nad horyzontem. Autor: Byers T.
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Wzmocnione karty pamięci firmy Silicon Power ▪ Akumulator wodny do pojazdów elektrycznych ▪ Internet będzie dostępny nawet w kosmosie ▪ Odkryto najbardziej odległy obiekt w Układzie Słonecznym
▪ sekcja serwisu Dla początkującego radioamatora. Wybór artykułu ▪ artykuł Petra Lebiediewa. Biografia naukowca ▪ artykuł Co utrzymuje kaczkę na powierzchni? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Dwulistny górnik. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł 5 woltów z portu RS-232. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Znikająca magiczna różdżka. Sekret ostrości
Komentarze do artykułu: Gaias Całkowicie niezrozumiały wzór. Gdzie są „oczy” na schemacie elektrycznym?
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony