Контроллер поворота солнечной панели

Вопрос стоимости и целесообразность приобретения.

Такое устройство будет стоить очень дорого. Средняя стоимость любого подобного устройства начинается от 200 000 рублей и выше. Более того, его электромеханика довольно сложная и хрупкая. Под влиянием внешней среды с дорогостоящим прибором может случиться любой непредвиденный казус.

Поэтому любители электроники уже давно наловчились изготавливать солнечные трекеры самостоятельно. Это может показаться удивительным, но самодельные устройства чаще всего работают гораздо эффективнее и надежнее, а материальные вложения мастеру нужно будет сделать минимальные.

Безусловно, собранное своими руками устройство не будет таким «презентабельным» внешне, как покупное. Но простая двуосная конструкция, изготовленная самостоятельно, полностью окупит время и усилия

Важно и то, что если она по тем или иным причинам выйдет из строя, домашний мастер будет вполне в состоянии починить

А будет ли работать?

Конечно, после прочтения вышеприведенного текста у читателя могут возникнуть несколько вопросов. Попробуем предугадать их.

1. Предложенная конструкция обеспечивает вращение только в одной плоскости, а отслеживать положение солнца нужно в двух.

Во-первых, одно-осевые трекеры распространены почти так же, как и двух-осевые, что говорит о том, что они не слишком много проигрывают в эффективности. Во-вторых, угол наклона панели к горизонту меняется очень медленно, так что регулировку этого угла можно делать и вручную, тем более, если предусмотреть возможность поворота трекера во второй плоскости.

2. SunSaluter  поставляется с каким-то механизмом «водяных часов», устройство которого из текста не очень понятно.

Ну так на то вам и голова дана, чтобы доработать идею до практического воплощения. Мне кажется (хотя, признаюсь, сам я такое устройство не делал, так что подсказка — чисто теоретическая), что можно приспособить медицинскую или лабораторную капельницу. Гугл вам в помощь.

3. Летом то может это и будет работать, а зимой вода замерзнет.

Да, изобретательница не зря ориентируется на страны, расположенные ближе к экватору. В России зимой морозы. Ну так залейте вместо воды антифириз. До -30 градусов будет работать, наверное. Надо пробовать.

Ну и в заключение несколько снимков, которые показывают практически реализованные примеры солнечных трекеров, построенных на принципе водяных часов:

В.Костромин

Компания «Русский ветер» предлагает новую электростанцию на базе солнечного трекера «Коловрат».

Солнечная установка «Коловрат-Р» явилась решением по максимальной оптимизации и удешевлению с сохранением тех возможностей, которые были реализованы в установке автоматического слежения за солнцем «Коловрат».

В первую очередь — это удешевление самой несущей конструкции. За счёт отказа от автоматики существенно снижена её стоимость.

Второе, — применение новейших высокоэффективных солнечных батарей с КПД до 19% против 13-14% как у большинства нынешних. Применение таких солнечных модулей позволяет сократить площадь батарей, их вес, а следовательно нагрузку на треккер. Данный треккер не рассчитан на установку большого количества солнечных модулей. И такая «прибавка» весьма существенна. Ведь каждый дополнительный ватт установленной мощности будет использоваться с максимальной эффективностью за счёт поворота модулей.

Представьте сами. Если ранее на наш треккер можно было установить солнечных батарей максимум на 800 Вт, то теперь это — 975 Вт, — почти киловатт!!! Соответственно, если ранее суточная выработка могла составлять от 4 до 5,6 кВт/час , то теперь — от 4,9 до 6,8 кВт/час. Это в средней полосе России, а в южных районах — до 10 кВт/ час в сутки. Для дачного дома или небольшого коттеджа — это практически полная автономия!

Шаг 2: Выбор аккумуляторов

Все солнечные панели являются источниками постоянного тока. Электроэнергию они генерируют только днем. Если есть желание подключить нагрузку постоянного тока днем, то с этим нет никаких проблем, можно подключиться непосредственно от панелей. Но сделать это – не самое хорошее решение, потому что:

• Большинству приборов необходимо постоянное номинальное напряжение для эффективной работы. Передаваемое солнечными панелями напряжение и ток непостоянны. Они меняются в зависимости от интенсивности солнечного света, пасмурная погода – «не есть хорошо».
• Если вы хотите включить что-то ночью, то это что-то попросту не включится.

Указанная проблема решается использованием аккумуляторов, для накопления энергии в дневное время, и использования её в ночное. Существует много видов аккумуляторов. Аккумуляторы «открытого типа» с жидким электролитом, к которым относятся автомобильные аккумуляторы — предназначены для выдачи высокого тока в течение небольшого промежутка времени. Они не предназначены для глубокого разряда, у них задачи другие. Аккумуляторы для солнечных батарей являются аккумуляторами глубокого цикла, они легко переносят частичные разряды и предназначены для глубокого медленного разряда. Для солнечных электростанций хорошо подходят гелевые и литиевые аккумуляторные батареи (о том какие аккумуляторы лучше для солнечных электростанций мы писали тут).

Примечание: Перед тем как выбирать компоненты, определите, какую систему по напряжению вы хотите иметь: 12/24 или 48В. Чем выше напряжение, тем меньший ток будет в медных проводниках и тем меньше будут потери. Кроме того, чем выше рабочее напряжение, тем меньше потребуется сечение проводников. Чаще всего в качестве домашней электростанции используют системы с рабочим напряжением 12В или 24В. Это связано с тем, что часть домашних приборов можно питать напрямую от вашей электростанции, без двойного преобразования напряжения (вверх-вниз), которое приводит к потере мощности. В этом проекте рассмотрим систему 12В.

Параметры аккумулятора:

• Емкость аккумулятора рассчитывается в ампер-часах (Aч).
• Мощность (Вт)= Напряжение (В) х Ток (А). • Вт*час = Напряжение (В) х Ток (А) х Время (ч) = Вт*ч.
• Напряжение батареи = 12В (для нашей системы).

Емкость аккумулятора (Ач) = Мощность нагрузки (Вт)*Время работы (ч)/напряжение(В) = 250/12 = 20,83Ач.

Нужно понимать, что КПД аккумуляторов не может быть 100%, чаще всего КПД равен 80%. Учитывая это, имеем емкость аккумулятора (Ач) = 20,83/0,8 = 26Ач. Поскольку мы используем преобразователь напряжения, который имеет свой КПД, обычно его также принимают равным 80%, добавим его: 26/0,8 = 32,5Ач. Но и это еще не все — даже не смотря на использование аккумуляторов глубокого цикла, для продолжительного срока службы, их не рекомендуется разряжать до полной разрядки, и по-хорошему нужно оставлять хотя бы 30% заряда — чем больше оставим, тем дольше он прослужит, получается: 32,5*1,3 = 42,25Ач Округляем вверх, для того что бы получить целое число и выбираем аккумуляторы глубокого разряда емкостью от 45 ампер-часов (Ач).

Актуаторы для солнечных батарей – собираем систему ориентации панелей

• Устройство актуаторов и их назначение
• Устройство трекера
• Способы управления системой ориентации трекера  

Тема альтернативных безопасных источников электрической энергии актуальна сегодня как никогда — существует немало научных исследований и трудов на эту тему. Атомная и гидро- энергетика несут угрозу окружающей среде, а вот солнечная энергия признана одной из самых безопасных. Но эффективность солнечных станций зависит от правильной конструкции. Доказано: больше энергии аккумулируют панели, которые перемещаются вслед за солнцем в течение дня в разных плоскостях. Для устройства системы слежения (солнечного трекера) активно применяются актуаторы для солнечных батарей, называемые еще исполнительными устройствами.

Устройство актуаторов и их назначение

Назначение этих механизмов – изменять положение подвижной части трекера, и тем самым менять положение собственно панели (зеркала). По сути, они отвечают за правильную ориентацию фотоэлементов и поэтому входят в состав системы ориентации трекера солнечных батарей. В конструкции трекера может быть одно-два исполнительных устройства, в зависимости от того в скольких плоскостях будет происходить перемещение фотоэлементов. 

Актуаторы, которые применяются в солнечных трекерах, имеют довольно простое строение. Они состоят из собственно исполнительного устройства (также называемого механизмом) и регулирующего органа. Простой механизм с двигателем будет выглядеть следующим образом: выдвижной шток, двигатель, редуктор.

Устройство трекера

Все трекеры имеют примерно одинаковое строение. Полная комплектация этих механизмов включает:

• Несущие конструкции – у них есть подвижные и фиксированные части. Подвижная часть конструкции может иметь как одну ось вращения (обычно горизонтальную), так и две. Именно этой частью и управляют актуаторы. Без них выстроить панель определенным образом не возможно.
• Уже упомянутый механизм ориентации. В его состав входят кроме исполнительных устройств, также специальные приборы, которые осуществляют управление ими.
• Механизмы, обеспечивающие защиту от молний, перегрузок, навигацию, стабилизацию и пр.
• Удалённый доступ.
• Инвертор для преобразования энергии.

Но сборка такого трекера не всегда экономически выгодна. Поэтому чаще всего, он имеет упрощенное строение – из несущей конструкции, актуаторов и системы управления ними.

Способы управления системой ориентации трекера  

Устройства данного типа позволяют выставить панель таким образом, чтобы лучи попадали на ее поверхность строго перпендикулярно – это главное условие эффективности батарей, таким образом можно аккумулировать больше энергии в течение светового дня.

Добиваются такого положения несколькими способами:

• В одном из них применяют фотоприемники. Они получают данные о положении солнца и помогают ориентировать нужным образом фотоэлементы. Недостаток этого способа в том, что в пасмурную погоду фотоприемники не работают, а значит, солнечная панель нельзя будет выставить в нужном направлении.
• Второй способ предполагает ручное управление, когда актуаторы управляются с помощью переключателей. Этот способ применяют чаще всего для сезонного изменения ориентации батарей, так как в течение дня менять положение панелей таким способом крайне неудобно.
• Можно использовать и таймер в системе трекера, тогда исполнительные устройства, отвечающие за ориентацию, будут приводиться в действие в определенное время, установленное заранее.
• Но лучше всего себя зарекомендовало программное управление актуаторами. Специальное программное обеспечение рассчитывает местоположение солнца в определенный момент времени, эти вычисления передаются на электростанцию и учетом них выстраиваются панели в нужном положении – устанавливается угол наклона в необходимую сторону.

Каждый из перечисленных способов актуален для разных типов электростанций: программный применим на крупных предприятиях, так стоит дороже и его просто экономически не выгодно устанавливать на небольших станциях с несколькими панелями. Остальные способы можно опробовать и в домашних условиях либо на небольших предприятиях.

Подписаться на рассылку

Сборка конструкции

Для сборки конструкции нашего проекта необходимо выполнить следующую последовательность шагов.

Шаг 1. Возьмите небольшой кусок картона и сделайте в нем отверстие на одном из его концов. В дальнейшем мы будем вставлять в него шуруп чтобы зафиксировать сервомотор.

Шаг 2. Соедините вместе два небольших куска картона в форме буквы «V» с помощью клея. Прикрепите их к солнечной панели как показано на следующем рисунке.

Шаг 3. Затем прикрепите нижнюю часть этих скрепленных в форме буквы «V» кусков картона к тому куску картона, в котором вы ранее сделали отверстие.

Шаг 4. Затем через сделанное отверстие прикрепите к этому куску картона сервомотор с помощью шурупа (обычно данный шуруп идет в комплекте с сервомотором когда вы покупаете его).

Шаг 5. Теперь поместите сервомотор на другой кусок картона. Размер этого куска картона должен быть больше чем предыдущих использованных кусков картона чтобы на него могли поместиться собранная макетная плата с батареей.

Шаг 6. Прикрепите фоторезисторы по обоим сторонам солнечной панели с помощью клея. Припаяйте соединительные провода к их выводам, в дальнейшем к ним нужно будет подсоединять резисторы.

Шаг 7. Теперь поместите плату Arduino, батарею и макетную плату на лист картона и сделайте соединения, показанные на схеме, приведенной далее в этой статье. Финальный вид нашей конструкции показан на следующем рисунке.

Особенности конструкции

Для детального восприятия приведем пример, как использовались солнечные лучи батареями ранее. Например, солнечная батарея выполнена из двух панелей, каждая из которых содержит три элемента. Элементы соединены параллельно. Панели монтируются таким образом, чтобы между ними был прямой угол. В таком случае минимум одна панель в любом случае будет «впитывать» солнечные лучи.

Панели образуют угол в 900, биссектриса которого направлена строго на солнце. Если всю конструкцию повернуть на 450 вправо или влево, одна панель будет работать, вторая – бездействовать. Такая позиция использовалась для того, чтобы улавливать солнечные лучи одной батареей в первую половину дня, а во второй половине за дело принимается вторая батарея.

Однако с применением поворотного устройства автоматического слежения, можно навсегда забыть о проблемах расположения батарей. Теперь все они без исключения будут иметь обращенные под углом 900 поверхности к солнцу.

Схема автоматического поворота должна также для большей эффективности работы учитывать наличие факторов, которые ограничивают энергию солнечных лучей. Нет смысла использовать питание в случае тумана, дождя или облачности, когда солнце спрятано полностью или частично.

Механизмы ориентирования солнечных батарей

Подвижные элементы трекеров могут управляться вручную либо автоматически. Второй вариант предполагает наличие в системе работающих от электродвигателя одного или двух актуаторов.

Рис.1

 Поддержку нужного направления на солнце (может выдаваться программно в виде Рис.1 алгоритма солнечной позиции – SPA) эти устройства осуществляют следующим образом.

 Способ №1. Использование датчиков с чувствительными фотоэлементами.

При оптимальной ориентации поток излучения на датчики одинаков. По мере перемещения солнца определенные фотоэлементы начинают получать меньше света, на что тут же реагирует система управления и посылает сигнал на актуаторы для совершения коррекции.

Достоинство такой системы – в полной автоматизации и расчете азимутного и зенитного углов в режиме реального времени. Недостаток – в полной потере работоспособности при отсутствии достаточного освещения, во время сильного дождя, снега или загрязнения поверхности датчика.

Способ №2. Ручное управление актуаторами.

Как и прямая корректировка угла наклона панелей своими руками, управление актуаторами с помощью тумблеров позволяет изменять ориентацию вручную, но гораздо быстрее. Обычно ручная коррекция производится нечасто, 2-4 раза в год, чего вполне достаточно для относительно малобюджетных СЭС.

Возможно и полуавтоматическое управление трекерами, для чего используется запрограммированный таймер на логическом контроллере, а не сложное ПО на защищенном компьютере.

 Правила выбора трекеров для солнечных панелей

Трекерную систему определенного вида выбирают исходя из таких факторов, как климатические условия данной местности, размеры модулей, площадь участка и т.д.

 Оптимальным выбором является:

• HSAT с горизонтальной осью – для систем в низких широтах. Они сравнительно недорогие, проще в эксплуатации и обеспечивают максимальную производительность во второй половине суток, когда потребление наибольшее.
• VSAT с вертикальной осью – в высоких широтах, где более важным является следование за низко стоящим солнцем с востока на запад.
• двухосные TTDAT и AADAT – в масштабных высокопроизводительных СЭС, где даже незначительное повышение КПД одной панели за счет оптимального направления на солнце дает серьезный рост общей генерации системы.

Как сделать поворачивающее устройство для солнечных батарей своими руками?

Для этого потребуется заготовить необходимые части:

1. Электронное устройство для контроля функционирования трекера.
2. Каркас для установки. Обычно его изготавливают из металла.
3. Устройство для преобразования энергии чтобы поворачивающие двигатели работали от фото элементов.
4. Средства защиты солнечных модулей от плохой погоды.
5. Механизмы, которые поворачивают каркас и осуществляют контроль процесса.

Алгоритм изготовления трекера своими руками

1. Приобретаете металлический профиль и из него создаете удерживающий каркас. Сечение профиля подбираете на глаз. Параметры данной установки зависят от того, сколько солнечных батарей на нее будет установлено. Данная деталь задает вид трекера. То есть на этом этапе определяется сколько передвигаемых осей будет и как они будут располагаться в пространстве. Для воплощения этой конструкции в жизнь требуется опыт работы со сварочным аппаратом и электрическим ручными инструментами.
2. Чтобы трекер поворачивался горизонтально применяется серодвигатель. За счет его можно выполнять повороты в разные направления. Чтобы управлять данным устройством нужно сделать специальный электрический прибор. В основе этого пульта управления лежат фоторезисторы. Схему можно найти в интернете. Но лучше всего приобрести готовое устройство.
3. Чтобы установка вращалась вокруг вертикальной оси можно подключить к ней часовой механизм. Для этого нужно припаять электрические контакты к стрелке часов (подвижный контакт) и к часовым отметкам на циферблате (неподвижный контакт). Создав один подобный контакт, например, на 12 часах циферблата, двигатель станет запускаться 1 раз в час. Если выполнить еще 1-н не двигающий контакт на шести часах, движок будет запускаться через 30 минут. Двигатель работает в следующем порядке: самая длинная стрелка выполняет поворот и проходит через 12 часов, контакты сцепляются, цепь регулирования двигателем привода замыкается, движок выполняет поворот панели. Чтобы выполнить поворот в горизонтальной оси можно задействовать принцип водяных часов. В таком случае солнечные батареи примут горизонтальную позицию. С одного конца к модулю крепится утяжеление в виде кирпича или еще что-то. С другой устанавливается канистра с водой с таким же весом, как и кирпичи. Создаются отверстия в канистре с водой. В итоге вода вытекает и под действием изменения массы солнечный модуль делает поворот. Диаметр отверстий в емкости и их количество определяется на глаз. С этим следует поэкспериментировать.
4. Для защиты от осадков можно использовать любой подходящий материал.
5. Чтобы автоматически управлять системой потребуется создать для этого специальное устройство. Но лучше всего прикупить его в магазине.
6. Система подключается к инвертору. Это нужно для преобразования постоянного тока в переменный. Если имеются знание в области радиотехнике тогда его можно без проблем собрать самостоятельно.

Таким образом создается трекер для солнечных батарей. Надеемся данная информация была полезной!

Привод для солнечных батарей

Главные рабочие элементы вышеперечисленных электростанций, это фотогальванические панели, концентраторы солнечной энергии или промышленные фокусные зеркала с парогенераторами. В любом случае, каким бы ни был основной рабочий элемент, его требуется перемещать для обеспечения оптимального угла падения солнечных лучей.

НПП «Сервомеханизмы» предлагает ознакомиться с информацией по новой линейке исполнительных механизмов линейного перемещения специально разработанных для позиционирования направляющих в фотоэлектрических панелях. Благодаря специально-разработанной конструкции, составу материалов и внутренним особенностям серии SEA, механизмы успешно применяются в установках с фотогальваническими панелями площадью от 50 до 300 м2.

Особо прочные механизмы электрические прямоходные (МЭП) серии SEA спроектированы и изготовлены для работы в жестких условиях окружающей среды. Применение специальных материалов и материалов, стойких к ультрафиолетовому излучению гарантирует долгий жизненный цикл электропривода и высокую надежность при бесперебойной работе в течение 10-25 лет.

Устройство механизма

Технические характеристики

 TF — наконечник с отверстием

TS — наконечник со сферическим подшипником

Процесс сборки линейного актуатора для солнечных батарей

Модели актуаторов

Применение исполнительных механизмов

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.

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине