Схема ориентации за солнцем

Solar tracker — Система ориентирования на Солнце

Модель системы ориентирования на Солнце.

Во время моих солнечных опытов возник вопрос так называемой системы sun tracking, т.е. системы ориентирования на Солнце. Такие системы используют для автоматической ориентации таких приборов как солнечные тепловые концентраторы, солнечные батареи и т.д. В sun tracking системах используют датчики освещения, с помощью которых определяется наиболее оптимальное положение к солнцу. Вращения системы осуществляет двигатель с редуктором.

Для коррекции положения по одной оси используется два датчика освещения, в данном случае фоторезистора. Они расположены таким образом, чтобы при оптимальной ориентации на Солнце, уровень сигналов датчиков был одинаков. Если ось устройства ориентированы на солнце не точно, соответственно, один из датчиков освещается меньше. А разница между уровнями сигналов датчиков определяет в какую сторону надо вращать систему (двигатель).

Для ориентирования по двум осям я пытался использовать три сенсора. Для нормальной работы такой системы приходилось сначала ориентировать систему по одной оси, например в горизонтальной. А после того, как уровень сигналов от двух сенсоров выровняется, корректировать систему по вертикали. Но такой подход оказался хотя и интересным, однако не совсем технически грамотным. На самом деле, цена еще одного сенсора настолько мала, что проще сделать два независимых канала с 4-мя сенсорами. Это ускорит ориентирование по двум осям.

Сначала я расположил сенсоры таким образом, чтобы они были направлены под углом, как показано на рисунке (а). Идея заключалась в том, что только при оптимальном освещении сигналы с сенсоров будут равными. Такой подход оказался ошибочным. Особой разницы между сигналами двух сенсоров не было. Стабильно система заработала только с использованием перегородки между двумя сенсорами (рисунок б, в). Перегородка затеняет один из сенсоров при неправильном ориентировании, что существенно изменяет разницу между сигналами фоторезисторов. Для увеличения точности ориентирования сенсоры должны быть расположены как можно ближе друг к другу, а перегородка быть как можно длиннее (рисунок г, д). Также возможно использование двух перегородок смотри рисунок (є).

Первые эксперименты я проводил, используя сервомашинки. Но они не совсем подходят к этой задаче. Во-первых, сервомашинки довольно много потребляют электроэнергии, даже когда не двигаются. Во вторых, они имеют свою внутреннюю обратную связь по положению, что только мешает. В-третьих, управлять сервоприводами надо исключительно микроконтроллером. Хотя схема и была технически несовершенной, игрушка получилась забавная. За фонариком «головой» крутила очень забавно.

Логично чтобы система ориентирования на солнце работала от солнечной энергии, поэтому уровень потребления электроэнергии должно быть как можно более экономичным. Хочу заметить, что Солнце по небосводу движется неторопливо, поэтому хватит маломощного двигателя с редуктором, у которого передаточное число 200 и больше. Итак, дела пошли лучше, когда у меня появился такой редуктор. К редуктору присоединил миниатюрного двигатель. Для управления направлением вращения двигателя была изготовлена мостовая система. Опросы фоторезисторов и управления двигателем выполняет микроконтроллер. Хватило бы и простого компаратора, но в перспективе микроконтроллер должен выполнять еще некоторые сопутствующие функции.

Итак, конечная схема для ориентирования по дной оси такая:

Преимущество схемы в том, что она не требует соблюдения точных номиналов резисторов и настройки. Недостаток — наличие микроконтроллера, который надо программировать. Но этот недостаток нивелируется когда микроконтроллер выполняет дополнительные функции.

Программа для микроконтроллера выглядит так:

Источник

Солнечный трекер своими руками

Канал “тяп-ляп” показал, как сделать самодельный солнечный трекер для панелей. Они будут автоматически поворачивается вслед за солнцем, увеличивая КПД энергетической установки.

Понадобятся две солнечные батареи мощностью по по 3,5 ватт. На на выходе у одной более 6 вольт, что при последовательном соединении двух батарей даст более 12 вольт. На обратной стороне USB гнездо. Три выхода из трех сегментов батареи. Каждый из которых генерируют по 2 вольта. То есть при необходимости можно подключиться соответствующим образом и получить 2, 4, 6 вольт.

Следующий важный узел – два сервопривода. Один будет поворачивать солнечную батарею по горизонтальной оси, а другой по вертикальной. Эти приводы непростые, их не так просто заставить вращаться. Необходима некоторая доработка. В наборе с каждым из двигателей идут пластиковые крестовины, диски, винты для крепления. Для двигателя приобретённые кронштейны. Также в наборе крепежные винты, подшипник и диски. Контроллер заряда. Он будет принимать энергию от солнечных батарей и передавать её в аккумулятор.

Начнем работу своими руками с электронной начинки. Схема трекера для солнечной панели ниже.
Электрическая схема, плата, программа для редактирования платы: https://cloud.mail.ru/public/DbmZ/5NBCG4vsJ
Схема очень простая и легкая для повторения. Она наиболее удачная из нескольких проверенных вариантов. Но даже ей автору пришлось немножко изменить. Пришлось изменить номиналы переменных и постоянных резисторов, была спроектирована схема печатной платы.

Для начала распечатаем схему печатной платы трекера на специальной бумаге. Это лазерно-утюжная технология. Бумага имеет глянцевый вид. С обратной стороны она обычная матовая. Печатать нужно на лазерном принтере на глянцевой стороне. После контакта с утюгом надо дать остыть и бумага легко отрывается от слоя.

Перед переносом текстолит обязательно нужно обезжирить. Лучше всего использовать мелкую наждачную бумагу. Прикладываем рисунок к плате и проглаживаем горячим утюгом 2 минуты.
Теперь нужно вытравить плату трекера. Можно использовать персульфат аммония. Продается в магазинах радиотоваров. Один и тот же раствор можно использовать несколько раз. Желательно перед применением подогрев жидкости до 45 градусов. Это сильно ускорит процесс травления. Через 20 минут правление успешно завершилось. Теперь нужно снять тонер. Опять используем наждачку или ацетон.

Теперь можно проделать отверстие в плате. Можно приступать к пайке деталей.

Сердце солнечного трекера – операционный усилитель lm324n. Два транзистора типа 41c, типа 42c. Один керамический конденсатор 104. Многие детали автор разработки заменил на smd тип. Вместо диодов 5408 использованные их аналоги smd типа. Главное использовать не менее 3 ампер. Один резистор на 15 килоом, 1 на 47 килоом. Два фоторезистора. 2 подстроечных резисторов на 100 и 10 килоом. Последний отвечает за чувствительность фото датчика.

Далее смотрите на видео об изготовлении своими руками трекера с 8 минуты

Устройство слежения за солнцем для солнечных панелей – гелиостат

Гелиостат, или по другому, трекер – это такое устройство для слежения за солнцем, в нашем случае для поворота солнечных панелей, что бы они всегда были перпендикулярно солнцу. Ведь не секрет, что именно в таком случае солнечная панель отдаёт максимальную мощность. На схеме вверху устройство для слежения за солнцем (гелиостат) использует импульсное регулирование и без всякой помощи человека способно ориентировать солнечную батарею по наилучшей освещенности.

Схема гелиостата состоит из тактового генератора (DD1.1, DD1.2), двух интегрирующих цепей (VD1R2C2, VD2R3C3), такого же числа формирователей (DD1.3, DD1.4), цифрового компаратора (DD2), двух инверторов (DD1.5, DD1.6) и транзисторного коммутатора (VT1—VT6) направления вращения электродвигателя М1, управляющего поворотом платформы, на которой установлена солнечная батарея. С поступлением питания генератор на элементах DD1.1, DD1.2 вырабатывает тактовые импульсы, следующие с частотой около 300 Гц. При работе устройства сравниваются длительности импульсов, сформированных инверторами DD1.3, DD1.4 и интегрирующими цепями VD1R2C2, VD2R3C3. Их крутизна меняется в зависимости от постоянной времени интегрирования, которая, в свою очередь, зависит от освещенности фотодиодов VD1 и VD2 (ток зарядки конденсаторов С2 и СЗ пропорционален их освещенности). Сигналы с выходов интегрирующих цепей поступают на формирователи уровня DD1.3, DD1.4 и далее — на цифровой компаратор, выполненный на элементах микросхемы DD2. В зависимости от соотношения длительностей импульсов, поступающих на входы компаратора, сигнал низкого уровня появляется на выходе элемента DD2.3 (вывод 11) или DD2.4 (вывод 4). При равной освещенности фотодиодов на обоих выходах компаратора присутствуют сигналы высокого уровня. Инверторы DD1.5 и DD1.6 необходимы для управления транзисторами VT1 и VT2. Высокий уровень сигнала на выходе первого инвертора открывает транзистор VT1, на выходе второго — VT2. Нагрузками этих транзисторов являются ключи на мощных транзисторах VT3, VT6 и VT4, VT5, которые коммутируют напряжение питания электродвигателя М1. Цепи R4C4R6 и R5C5R7 сглаживают пульсации на базах управляющих транзисторов VT1 HVT2. Направление вращения двигателя меняется в зависимости от полярности подключения к источнику питания. Цифровой компаратор не позволяет одновременно открыться всем ключевым транзисторам, и, таким образом, обеспечивает высокую надежность системы.

Утром с восходом солнца освещенность фотодиодов VD1 и VD2 окажется различной, и электродвигатель начнет поворачивать солнечную батарею с запада на восток. По мере уменьшения разницы в длительностях импульсов формирователей, будет уменьшаться длительность результирующего импульса, и скорость поворота солнечной батареи плавно будет замедляться, что обеспечит ее точное позиционирование на солнце. Таким образом, при импульсном управлении вращение вала электродвигателя можно передавать платформе с солнечной батареей непосредственно, без применения редуктора. В течение дня платформа с солнечной панелью будет поворачиваться за движением солнца. С наступлением сумерек длительности импульсов на входе цифрового компаратора окажутся одинаковыми, и система перейдет в дежурный режим. В этом состоянии потребляемый устройством ток не превышает 1,2 мА (в режиме ориентации он зависит от мощности двигателя).

Если дополнить конструкцию блоком вертикального отклонения, собранным по аналогичной схеме, можно полностью автоматизировать ориентацию батареи в обеих плоскостях. Если вдруг указанных на схеме микросхем не оказалось, их можно заменить на микросхемы серий К564, К176 (при напряжении питания 5…12 В). Транзисторы КТ315А заменимы любыми из серий КТ201, КТ315, КТ342, КТ3102, а КТ814А — любыми из серий КТ814, КТ816, КТ818, а также германиевыми П213—П215, П217. В последнем случае между эмиттерами и базами транзисторов VT3— VT6 следует включить резисторы сопротивлением 1…10 кОм, чтобы предотвратить их случайное открывание вследствие значительного обратного тока. Вместо фотодиодов ФД256 можно поставить кусочки от солнечных элементов (включенные с соблюдением полярности), фототранзисторы без цепей смещения, а также фоторезисторы, например, СФ2, СФЗ или ФСК любой модификации. Следует только подобрать (изменением сопротивления резистора R1) частоту тактового генератора по надежному срабатыванию цифрового компаратора. Для защиты фотодиодов от избыточного облучения применен зеленый светофильтр. Между фото датчиками помещают непрозрачную шторку. Ее закрепляют перпендикулярно плате с таким расчетом, чтобы при изменении угла освещения она затеняла один из фотодиодов.
Источник

Источник

Как самостоятельно собрать трекер для солнечной батареи

Дата публикации: 26 апреля 2019

Солнечные панели вырабатывают оптимальный коэффициент полезного действия только тогда, когда их расположение находится в перпендикулярной плоскости по отношению к источнику энергии (солнечным лучам). Чтобы улучшить работоспособность альтернативных источников электроэнергии, инструкторы создают множество разных приспособлений. Одно из них — солнечный трекер. Предназначение этого механизма — слежение за движением солнца по небу и перемещение поверхности фотоэлектрического модуля в то положение, в котором есть возможность поглощать как можно больше ультрафиолетового излучения.

Преимущества и принцип работы

Установка трекера дает следующие преимущества:

рост коэффициента полезного действия на 40-45%;
увеличение производимой электроэнергии;
экономия финансовых средств.

КПД увеличивается тогда, когда лучи солнца падают на рабочую поверхность под углом 90 0 . Эффективность сразу многократно возрастает. Поскольку производительность конкретной солнечной батареи становится больше, то нет нужды в установке дополнительных панелей. Следовательно, затраты на весь комплект солнечной электростанции снижаются, поскольку устанавливать дополнительные фотоэлектрические модули не требуется. Схема солнечного трекера:

Как уже было сказано выше, солнечный трекер выполняет 2 функции — отслеживание местоположения Солнца и поворот рабочей поверхности в нужном направлении. За установление параметров траектории движения светила и выявление точки максимальной концентрации солнечных лучей отвечает USB-приемник. Устройство принимает сигнал от спутника GPS-навигатора. В зависимости от того, какие данные получил приемник, дается команда на перемещение фотоэлектрического модуля. Система перемещения модулей оборудована серводвигателем. Его задача — изменение направления вращения вала. Благодаря этому панель перемещается по разным сторонам.

Типы трекеров

По конструкции трекеры системы ориентации солнечных батарей разделяются на 2 основных категории — с одной и с двумя осями вращения.

У устройств с одной осью вращения одна степень свободы. Ориентация — с севера на юг. Этот вид по расположению оси вращения делится на следующие виды:

горизонтальная ось — находится в горизонтальном положении относительно земной поверхности;
вертикальная ось — расположена вертикально относительно земной поверхности;
наклонная ось — находится в промежутке между вертикальной и горизонтальной траекторией;
полярно ориентированная ось — ее местоположение зависит от того, где находится полярная звезда.

У двухосевого солнечного трекера отслеживания обе конструкции работают независимо друг от друга. Но они соединены в общую систему, которая обеспечивает движение трекера. Количество степеней свободы — две.

Отдельный подвид трекеров с двумя осями вращения — это те, которые укомплектованы опорным элементом. Есть 2 варианта таких устройств. Первый — роль опоры выполняет опорный столб. В верхней части располагается площадка, на которой установлен поворотный механизм. Второй вариант — роль основы выполняет круглая платформа или кольцо. На такой плоскости получится расположить сразу несколько панелей.

Как сделать трекер для солнечных батарей своими руками

Для работы понадобятся:

Шесть длинных обработанных досок и 4 коротких.
Два колеса от велосипеда.
Железные детали для крепления малого размера с отверстиями по краям.
Линейный привод на 12 вольт.
Светодиодный датчик слежения.
Гайки, болты, винты, кабель и провод.

Сначала нужно подготовить основу из дерева. Нужно отмерить длину и ширину досок, обработать их, сколотить 2 половины треугольником. Затем скрепить их поперечными досками. Затем нужно подобрать подходящие железные детали (как на картинке) и проделать в них 6 отверстий на одинаковых расстояниях. Затем крепления прикручиваются к доскам шурупами.

Далее нужно прикрепить колеса велосипеда на верхней части так, как показано на картинке. В качестве соединительного элемента используются крупные болты.

При помощи кабеля крепится линейный привод. Кабель скрепляется металлической скобой. Нужно использовать именно гибкий материал для скрепления, чтобы в будущем рабочая поверхность могла двигаться и поворачиваться в нужном направлении.

Затем сверху закрепляется светодиодный датчик. Чтобы защитить его от повреждений, нужно накрыть его прозрачным предметом (чтобы пропускать лучи солнца). Это может быть, к примеру, пустая банка.

Самодельный трекер для солнечных батарей готов. Самостоятельно можно смастерить и солнечный коллектор, и даже солнечную батарею.

К 2030 году солнечные панели станут самым дешевым ВИЭ в Европе
Альтернативные виды энергии для дома и особенности их использования
Эффективный солнечный коллектор своими руками
Насос на солнечных батареях: применение, преимущества и недостатки

Заинтересовало, нужно будет смастерить себе. У меня стоят на птичнике солнечные батареи. Сейчас у меня стоят не поворотные батарее и при отсутствии солнца не происходит аккумуляция, а когда солнце есть идут уже излишки электричества.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Источник