Heliostat. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Alternatywne źródła energii

 Komentarze do artykułu

Jednym z obszarów energii słonecznej jest bezpośrednia konwersja energii słonecznej na energię elektryczną za pomocą paneli słonecznych. W artykule opisano proste urządzenie, które pozwala automatycznie ustawić baterię słoneczną względem słońca.

Jak wiadomo, moc strumienia świetlnego na powierzchni Ziemi na równiku sięga 1,1 kW/m2 (na szerokości geograficznej Moskwy około 0,5 kW/m2).

Około 40% tej energii można przekształcić w energię elektryczną za pomocą baterii słonecznych stworzonych przez brytyjską firmę Sandia National Laboratories na bazie azotku arsenku indu i galu. W niektórych przypadkach wskazane jest zastosowanie konwencjonalnych baterii słonecznych o sprawności rzędu 20% [1].

Sprawność baterii słonecznych zależy od wielu czynników, jednak decydujące znaczenie ma orientacja jej elementów względem źródła promieniowania. Aby zachować optymalne oświetlenie paneli słonecznych, opracowano różne systemy śledzenia – od najprostszych analogowych po analogowo-cyfrowe [2]. Dostosowanie takich urządzeń komplikuje fakt, że próg ich działania zmienia się w zależności nie tylko od różnicy, ale także od całkowitego natężenia oświetlenia. Ponadto wymagana jest interwencja personelu konserwacyjnego, aby przywrócić takie systemy do stanu pierwotnego.

Proponowane urządzenie (heliostat) wykorzystuje sterowanie impulsowe i bez ingerencji z zewnątrz jest w stanie ustawić baterię słoneczną tak, aby uzyskać jak najlepsze oświetlenie. Schemat ideowy heliostatu pokazano na ryc. 1. Składa się z generatora zegara (DD1.1, DD1.2), dwóch układów scalających (VD1R2C2, VD2R3C3), tej samej liczby kształtowników (DD1.3, DD1.4), komparatora cyfrowego (DD2), dwóch falowniki (DD1.5, DD1.6) i przełącznik tranzystorowy (VT1-VT6) kierunku obrotu silnika elektrycznego M1, który steruje obrotem platformy, na której zainstalowana jest bateria słoneczna.

(kliknij, aby powiększyć)

Przy zasilaniu (z samego akumulatora słonecznego lub z akumulatora) generator na elementach DD1.1, DD1.2 zaczyna generować impulsy zegarowe, które następują z częstotliwością około 300 Hz. Podczas pracy urządzenia porównywane są czasy trwania impulsów generowanych przez falowniki DD1.3, DD1.4 i układy scalone VD1R2C2, VD2R3C3. Ich nachylenie zmienia się w zależności od stałej czasu całkowania, która z kolei zależy od oświetlenia fotodiod VD1 i VD2 (prąd ładowania kondensatorów C2 i C3 jest proporcjonalny do ich oświetlenia).

Sygnały z wyjść układów scalających podawane są na układy kształtujące poziom DD1.3, DD1.4, a następnie do komparatora cyfrowego wykonanego na elementach mikroukładu DD2. W zależności od stosunku czasów trwania impulsów wejściowych do komparatora na wyjściu elementu DD2.3 (pin 11) lub DD2.4 (pin 4) pojawia się sygnał niskiego poziomu. Przy równym oświetleniu fotodiod na obu wyjściach komparatora występują sygnały wysokiego poziomu.

Do sterowania tranzystorami VT1.5 i VT1.6 wymagane są falowniki DD1 i DD2. Wysoki poziom sygnału na wyjściu pierwszego falownika otwiera tranzystor VT1, na wyjściu drugiego - VT2. Obciążenia tych tranzystorów są kluczami na potężnych tranzystorach VT3, VT6 i VT4, VT5, które przełączają napięcie zasilania silnika elektrycznego M1. Obwody R4C4R6 i R5C5R7 wygładzają tętnienia u podstaw tranzystorów sterujących VT1 i VT2.

Kierunek obrotów silnika zmienia się w zależności od polaryzacji podłączenia do źródła zasilania. Komparator cyfrowy nie pozwala na jednoczesne otwarcie wszystkich kluczowych tranzystorów, co zapewnia wysoką niezawodność układu.

Wraz ze wschodem słońca oświetlenie fotodiod VD1 i VD2 będzie inne, a silnik elektryczny zacznie obracać panel słoneczny z zachodu na wschód. W miarę zmniejszania się różnicy w czasie trwania impulsów generowanych przez kształtowniki, czas trwania powstałego impulsu będzie się zmniejszał, a prędkość obrotowa baterii słonecznej będzie stopniowo zmniejszana, co zapewni jej dokładne pozycjonowanie. Dzięki temu, przy sterowaniu impulsowym, obrót wału silnika można przenieść bezpośrednio na platformę za pomocą baterii słonecznej, bez konieczności stosowania skrzyni biegów.

W ciągu dnia platforma zasilana energią słoneczną będzie się obracać, podążając za ruchem słońca. Wraz z nadejściem zmierzchu czas trwania impulsów na wejściu komparatora cyfrowego będzie taki sam, a system przejdzie w tryb gotowości. W tym stanie prąd pobierany przez urządzenie nie przekracza 1,2 mA (w trybie orientacji zależy to od mocy silnika).

Bateria heliostatu służy do magazynowania energii wytwarzanej przez baterię słoneczną i zasilania samej jednostki elektronicznej. Ponieważ silnik jest włączany tylko w celu włączenia akumulatora (tj. na krótki czas), nie ma wyłącznika zasilania.

Opisane urządzenie orientuje baterię słoneczną w płaszczyźnie poziomej. Jednak przy jego pozycjonowaniu należy wziąć pod uwagę szerokość geograficzną terenu i porę roku. Jeśli projekt zostanie uzupełniony blokiem odchylania pionowego zmontowanym według podobnego schematu, możliwa jest pełna automatyzacja orientacji akumulatora w obu płaszczyznach.

Oprócz wskazanych na schemacie w urządzeniu można zastosować mikroukłady serii K564, K176 (o napięciu zasilania 5 ... 12 V). Tranzystory KT315A są wymienne z dowolną serią KT201, KT315, KT342, KT3102 i KT814A - z dowolną serią KT814, KT816, KT818, a także germanem P213-P215, P217 z dowolnymi indeksami literowymi. W tym drugim przypadku między emiterami a podstawami tranzystorów VT3-VT6 należy podłączyć rezystory o rezystancji 1 ... 10 kOhm, aby zapobiec ich przypadkowemu otwarciu na skutek znacznego prądu wstecznego.

Zamiast fotodiod FD256 dopuszczalne jest stosowanie oddzielnych ogniw słonecznych samego akumulatora (połączonych z polaryzacją), fototranzystorów bez obwodów polaryzacji, a także fotorezystorów np. SF2, SFZ lub FSK dowolnej modyfikacji. Konieczne jest jedynie wybranie (poprzez zmianę rezystancji rezystora R1) częstotliwości generatora zegara zgodnie z niezawodnym działaniem komparatora cyfrowego.

Wszystkie części urządzenia zamontowane są na płytce drukowanej (rys. 2) wykonanej z dwustronnej folii z włókna szklanego. Tranzystory VT3 - VT6 przykręcone są do płytki i wyposażone w radiatory w kształcie litery L o powierzchni około 10 cm2, wygięte z pasków blachy ze stopu aluminium o grubości 1,5 mm. W przypadku korzystania z mocniejszego silnika elektrycznego, tranzystory te są umieszczane na zewnątrz płytki na oddzielnych radiatorach, które zapewniają efektywne odprowadzanie ciepła. Płytkę umieszczono w szczelnej plastikowej obudowie, przymocowanej na tym samym poziomie co bateria słoneczna.

Filtr światła zielonego służy do ochrony fotodiod przed nadmiernym napromieniowaniem. Pomiędzy fotokomórkami umieszczona jest nieprzezroczysta kurtyna. Umocowana jest prostopadle do płytki w taki sposób, że przy zmianie kąta świecenia zasłania jedną z fotodiod.

Bateria słoneczna zamontowana jest na platformie, pod którą zamontowany jest silnik elektryczny MP-3-015 (napięcie zasilania 6 V), który obraca ją w płaszczyźnie poziomej. Możliwe jest zastosowanie silnika o większej mocy, w którym kierunek obrotu wału zmienia się również w zależności od polaryzacji napięcia.

Akumulator jest podłączony do akumulatora poprzez kolektor prądu, którego prąd ładowania odpowiada maksymalnemu prądowi generowanemu przez akumulator.

Zmontowane ze sprawnych części, urządzenie nie wymaga regulacji i natychmiast zaczyna działać. Jego czułość jest taka, że ​​akumulator jest pewnie prowadzony przez strumień światła z lampy MN 2,5 V-0,15 A umieszczonej w odległości 3 m od fotokomórek.

literatura

1. Zinowiew K., Pantuev V. Baterie słoneczne do zasilania REA. - Radio, 1995, nr 1, s. 44-2. 43; nr 44, s. XNUMX XNUMX, XNUMX.
2. Bayere T. 20 projektuje z ogniwami słonecznymi. - M.: Mir, 1988.

Autor: I.Tsaplin, Krasnodar

Zobacz inne artykuły Sekcja Alternatywne źródła energii.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach 02.05.2024

We współczesnym rolnictwie postęp technologiczny ma na celu zwiększenie efektywności procesów pielęgnacji roślin. We Włoszech zaprezentowano innowacyjną maszynę do przerzedzania kwiatów Florix, zaprojektowaną z myślą o optymalizacji etapu zbioru. Narzędzie to zostało wyposażone w ruchome ramiona, co pozwala na łatwe dostosowanie go do potrzeb ogrodu. Operator może regulować prędkość cienkich drutów, sterując nimi z kabiny ciągnika za pomocą joysticka. Takie podejście znacznie zwiększa efektywność procesu przerzedzania kwiatów, dając możliwość indywidualnego dostosowania do specyficznych warunków ogrodu, a także odmiany i rodzaju uprawianych w nim owoców. Po dwóch latach testowania maszyny Florix na różnych rodzajach owoców wyniki były bardzo zachęcające. Rolnicy, tacy jak Filiberto Montanari, który używa maszyny Florix od kilku lat, zgłosili znaczną redukcję czasu i pracy potrzebnej do przerzedzania kwiatów. ... >>

Zaawansowany mikroskop na podczerwień 02.05.2024

Mikroskopy odgrywają ważną rolę w badaniach naukowych, umożliwiając naukowcom zagłębianie się w struktury i procesy niewidoczne dla oka. Jednak różne metody mikroskopii mają swoje ograniczenia, a wśród nich było ograniczenie rozdzielczości przy korzystaniu z zakresu podczerwieni. Jednak najnowsze osiągnięcia japońskich badaczy z Uniwersytetu Tokijskiego otwierają nowe perspektywy badania mikroświata. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego zaprezentowali nowy mikroskop, który zrewolucjonizuje możliwości mikroskopii w podczerwieni. Ten zaawansowany instrument pozwala zobaczyć wewnętrzne struktury żywych bakterii z niesamowitą wyrazistością w skali nanometrowej. Zazwyczaj ograniczenia mikroskopów średniej podczerwieni wynikają z niskiej rozdzielczości, ale najnowsze odkrycia japońskich badaczy przezwyciężają te ograniczenia. Zdaniem naukowców opracowany mikroskop umożliwia tworzenie obrazów o rozdzielczości do 120 nanometrów, czyli 30 razy większej niż rozdzielczość tradycyjnych mikroskopów. ... >>

Pułapka powietrzna na owady 01.05.2024

Rolnictwo jest jednym z kluczowych sektorów gospodarki, a zwalczanie szkodników stanowi integralną część tego procesu. Zespół naukowców z Indyjskiej Rady Badań Rolniczych i Centralnego Instytutu Badań nad Ziemniakami (ICAR-CPRI) w Shimla wymyślił innowacyjne rozwiązanie tego problemu – napędzaną wiatrem pułapkę powietrzną na owady. Urządzenie to eliminuje niedociągnięcia tradycyjnych metod zwalczania szkodników, dostarczając dane dotyczące populacji owadów w czasie rzeczywistym. Pułapka zasilana jest w całości energią wiatru, co czyni ją rozwiązaniem przyjaznym dla środowiska i niewymagającym zasilania. Jego unikalna konstrukcja umożliwia monitorowanie zarówno szkodliwych, jak i pożytecznych owadów, zapewniając pełny przegląd populacji na każdym obszarze rolniczym. „Oceniając docelowe szkodniki we właściwym czasie, możemy podjąć niezbędne środki w celu zwalczania zarówno szkodników, jak i chorób” – mówi Kapil ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Tranzystory elektrochemiczne o unikalnych właściwościach 05.03.2023 Międzynarodowa grupa badawcza z Northwest University w Chinach stworzyła tranzystor elektrochemiczny, który przewodzi zarówno zwykłą elektryczność, jak i jony. Jest kompatybilny z krwią, odą i odporny na warunki zewnętrzne. Rozwój opiera się na nowym rodzaju polimeru elektronicznego i architekturze pionowej, a nie płaskiej. Zakres nowości to wearable electronics, bioelektronika i medycyna. Tranzystor charakteryzuje się wysoką wydajnością, lekkością i elastycznością. Nowy tranzystor ma zdolność wzmacniania znaczących sygnałów, dzięki czemu jest bardzo przydatny w wykrywaniu biomedycznym. Pozwoli to na opracowanie urządzeń ubieralnych, które będą w stanie przetwarzać sygnały in situ – dokładnie w środowisku biotechnologicznym. Potencjalne zastosowania obejmują monitorowanie tętna, poziomu sodu i potasu we krwi oraz śledzenie ruchów gałek ocznych w celu badania zaburzeń snu. Pionowy tranzystor elektrochemiczny oparty na nowym materiale polimerowym. Rozwój i synteza materiałów, a także produkcja i charakterystyka tranzystorów wymagały współpracy chemików, materiałoznawców, naukowców biomedycznych i inżynierów z całego świata. Tobin J. Marks, światowy lider w dziedzinie materiałoznawstwa i elektroniki organicznej, profesor chemii katalitycznej w Weinberg College of Arts and Sciences, kierował zespołem badawczym wraz z Antonio Facchettim, profesorem chemii w Weinberg. Wei Huang, profesor z China University of Electronic Science and Technology, Jonathan Rivney, profesor inżynierii biomedycznej w McCormick School oraz 17 innych naukowców uczestniczyło w rozwoju. Aby stworzyć bardziej niezawodne i wydajne obwody elektroniczne, potrzebne są dwa rodzaje tranzystorów: tranzystory typu p, które przenoszą ładunek dodatni, oraz tranzystory typu n, które przenoszą ładunek ujemny. Łańcuchy składające się z nich nazywane są komplementarnymi. Problem, z którym borykali się naukowcy w przeszłości, polegał na tym, że tranzystory typu n są trudne do wyprodukowania i zwykle są niestabilne. Jest to pierwsza praca demonstrująca elektrochemiczne tranzystory obu typów (p+n) o podobnych i bardzo wysokich parametrach, skutkujące wydajnymi elektrochemicznymi obwodami komplementarnymi.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Pietruszka za tysiąc euro za pęczek

▪ Medyczny nano żel

▪ TPS65135 - Zasilacz bipolarny DC-DC z jednym dławikiem

▪ Komputer we wtyczce

▪ Google wprowadził własny tablet

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja serwisu Bezpieczeństwo pracy. Wybór artykułów

▪ artykuł I koniec balu. Popularne wyrażenie

▪ Artykuł Które stany mają dostęp do morza drugiego rzędu? Szczegółowa odpowiedź

▪ Selektor artykułów. Opis pracy

▪ artykuł Zastępczy olej suszący. Proste przepisy i porady

▪ artykuł Inteligentna magnetyczna gęś. eksperyment fizyczny

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

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

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024