М.В. Міщенко, канд. техн. наук
Чернігівський державний інститут економіки і управління, м. Чернігів, Україна
АВТОМАТИЗАЦІЯ ОРІЄНТАЦІЇ НА СОНЦЕ ГЕЛІОУСТАНОВОК
ТА МОДУЛІВ СОНЯЧНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ
Запропоновано систему автоматичної орієнтації на сонце вдень при сонячній погоді геліоустановок та модулів сонячних електростанцій з метою підвищення коефіцієнта корисної дії.
Ключові слова: геліоустановки; модулі сонячних електростанцій; фотодатчик; реверсивний електродвигун; зворотний зв’язок; мікропроцесорний пристрій.
Предложено систему автоматической ориентации на солнце днём в солнечную погоду гелиоустановок и модулей солнечных электростанций с целью повышения коэффициента полезного действия.
Ключевые слова: гелиоустановки; модули солнечных электростанций; фотодатчик; реверсивный электродвигатель; обратная связь; микропроцессорное устройство.
System of automatic orientation on the Sun in the afternoon in a sunny weather helium settings and modules of solar electro stations with the aim of increasing coefficient of efficiency has been offered.
Key words: helium settings; modules of the solar electro stations; photo sensor; up-down electro engine; feedback; microprocessor device.
Постановка проблеми. Постійне збільшення вартості енергоносіїв змушує шукати шляхи їх здешевлення. Одним із шляхів зменшення затрат на енергоносії та поліпшення стану довкілля є використання сонячної енергії.
Для підвищення коефіцієнта корисної дії вже існуючих та проектуємих модулів сонячних електростанцій і геліоустановок у наших географічних широтах доцільно використати автоматизацію орієнтації на сонце.
Мета роботи. Метою цієї роботи є розробка принципової схеми автоматизації орієнтування на сонце в сонячну погоду модулів сонячних електростанцій і геліоустановок.
Виклад основного матеріалу. Для підвищення ККД сонячних електростанцій та геліоустановок, призначених для отримання гарячої води, пропонується схема слідкування за сонцем в сонячну погоду за рахунок переміщення модулів сонячних елементів та геліоустановок відносно осі «Х» та осі «У» в просторі.
Схема складається з фотодатчика 1 (рис. 1), сигнали в цифровому вигляді з якого надходять в мікропроцесорний пристрій 2.
Сигнали положення рамки 9, яка обертається до 360° в просторі відносно осі «У» у підшипниках кочення 8, закріплених нерухомо, за допомогою реверсивного електродвигуна 3 з механічним редуктором, надходять до мікропроцесорного пристрою 2 з датчика положення механізму 5, пристрій відслідковування якого, в свою чергу, механічно прикріплений до реверсивного електродвигуна через вал 7 до рамки 9.
Якщо цифрові сигнали з фотодатчика 1, які відслідковують положення сонця в вертикальній площині, не співпадають з цифровими сигналами датчика зворотного зв’язку 5, то мікропроцесорний пристрій виробляє управляючі імпульси для реверсивного електродвигуна 3 і повертає рамку 9 в потрібному напрямку, до повного співпадіння цифрових сигналів з фотодатчика 1 і датчика положення механізму 5.
Сигнали положення рамки 10 в цифровому вигляді, яка обертається до 360° в просторі відносно рамки 9 по осі «Х» у підшипниках 12 за допомогою реверсивного електродвигуна 4, надходять до мікропроцесорного пристрою з датчиків положення механізму 6, який, у свою чергу, механічно прикріплений з одного боку до реверсивного електродвигуна, через вал 13, а з другого боку – до рамки 10 і далі до сонячних панелей 14.
Якщо цифрові сигнали з фотодатчика 1, які відслідковують положення сонця в горизонтальній площині, не співпадають з цифровими сигналами датчика зворотного зв’язку 6, то мікропроцесорний пристрій виробляє управляючі імпульси для реверсивного електродвигуна 4 і повертає рамку 10 в потрібному напрямку, до повного співпадіння цифрових сигналів з фотодатчика 1 для горизонтальної площини і датчика положення зворотного зв’язку в горизонтальній площині 6.
Таким чином досягається направлення модулів на сонце в сонячну погоду. Якщо день не сонячний – система повертає модулі в найкраще положення по освітленості в конкретній місцевості, дані про яке знаходяться в запам’ятовуючому пристрої мікропроцесора 2.
Рис. 1. Схема керування
Фотодатчик 1 (рис. 2) складається з кола 1, яке розбивається на сектори і доріжки, в яких розташовані фотоелементи. Чим більше секторів і доріжок, тим більш точні показання фотодатчика. Фотоелементи 4 виробляють сигнал для мікропроцесора про відхилення в горизонтальній площині, фотоелементи 5 вироблюють сигнал для мікропроцесора про відхилення у вертикальній площині.
У центрі кола знаходиться непрозорий стержень 3, довжина якого залежить від діаметра кола.
Фотодатчик закривається від атмосферних опадів прозорою кришкою 2.
Фотодатчик встановлюється так, щоб на нього завжди попадало сонячне проміння і не попадала тінь від сторонніх предметів.
Працює фотодатчик таким чином: сонце, попадаючи на фотодатчик, залишає тінь на фотоелементах від непрозорого стержня в центрі кола. Фотоелементи при зміні освітленості змінюють свої електричні параметри, які передаються мікропроцесору.
Залежно від того, в який точці знаходиться сонце, наприклад, на сході або заході, довжина тіні від непрозорого стержня буде максимальна і перекриватиме всі фотоелементи на одному з секторів кола, якщо сонце буде в зеніті, то тіні не буде і всі фотоелементи в одному з секторів будуть освітлені.
За рахунок зміни довжини тіні фотоелементи 4 в секторах освічуються по-різному, це дає змогу фотодатчику вироблювати сигнали про положення сонця в горизонтальній площині.
У вертикальній площині зміну положення сонця фотодатчик фіксує за рахунок фотоелементів 5, розташованих на доріжці біля непрозорого стержня – завжди, крім положення сонця в зеніті, один з фотодатчиків буде перекритий тінню від непрозорого стержня, що дозволяє однозначно визначити положення сонця.
Рис. 2. Фотодатчик
Датчик зворотнього зв’язку (рис. 3) працює таким чином: до валу 4 механічно прикріплений диск 3, умовно розбитий на сектори і доріжки, в яких зроблені отвори 5. Від кількості секторів і доріжок, в яких розташовані отвори на диску, залежить точність показань датчика зворотного зв’язку. При повороті валу комбінація розташування отворів різна, що дає змогу однозначно визначити положення механізму в певний проміжок часу. Зчитування інформації з диска виконується за рахунок світловипромінювачів і світлоприймачів 1, які розташовані нерухомо на одній осі і між ними повертається диск з різною комбінацією отворів. Світлоприймач спрацьовує, якщо через отвір у диску на нього потрапляє світло від світловипромінювача.
Рис. 3. Датчик зворотного зв’язку
Таким чином, інформація про положення механізму в цифровому вигляді потрапляє до мікропроцесора і там обробляється.
Список використаних джерел
1. Солнечная энергосистема. Расчёт [Электронный ресурс]. – Режим доступа: Solarwind.net.ua.
2. Солнечная энергетика [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.greenevolution.ru.