Трекер с станиной для солнечных панелей. Контроллер поворота солнечной панели

На европейской части России солнце, наконец, стало светить достаточно ярко и долго, чтобы иметь возможность поддерживать свою автономную систему без привлечения внешней энергетики- электросетей и генераторов. Но есть несколько хитростей, позволяющих при небольших модификациях уже имеющейся системы собрать немного больше энергии. Первая - слежение за солнцем, вторая - слежение за точкой максимальной мощности солнечных батарей. Начнем с первого и самого интересного - солнечного трекера.

«Мопед не мой», но для понимания принципа действия очень наглядно.

Указанный выше трекер можно даже приобрести на Ebay . Стоит он порядка 52 000 рублей на конец апреля 2015 года в России, а способен удержать всего пару панелей, суммарной мощностью до 600 Вт. И так как с окупаемостью солнечной энергетики вопрос стоит очень тяжело, то с добавлением в смету такого трекера солнечная энергетика будет окупаться довольно долго. Поэтому крайне велика популярность самодельных трекеров с различным управлением.

Следует сделать ремарку и оценить целесообразность монтажа солнечного трекера. Такое устройство позволяет увеличить выработку энергии при том же количестве солнечных панелей в 1,6 раза за счет более длительного воздействия солнца на панели и оптимального угла установки СП относительно солнца.

Стоит выделить основные задачи, которые придется решать при слежении за солнцем:
1. Создать достаточно крепкую платформу, которая будет не только выдерживать вес самих панелей, но и порывы ветра. Трекер с 4-6 и более панелями можно считать большим парусом.
2. Создать механику поворота тяжелой платформы с высокой парусностью.
3. Создать логику управления механикой, для слежения за солнцем.

Начнем с первого пункта. Целесообразно размещать массивы батарей таким образом, чтобы они не затеняли друг друга и крепились кратно необходимому напряжению.

Для такого трекера необходим мощный фундамент и крепкое железо. Из всех испытанных устройств, для управления поворотной платформой, лучше всего подходят актуаторы. Хорошо видна механика управления на следующем снимке.

Данный трекер позволяет управлять положением солнечных панелей в двух плоскостях. Впрочем, можно сделать управление только по горизонтали, а по вертикали менять угол пару раз в году (весной и осенью).

Что касается логики всей системы, то можно пойти несколькими путями:
1. Слежение за максимально яркой точкой
2. Поворот и наклон по таймеру (восход и заход солнца известны и постоянны для каждого дня)
3. Гибридный вариант, сочетающий постоянный угол поворота и поиск максимальной яркости

Первый способ можно реализовать самостоятельно или купить у китайцев готовый девайс. Первый для управления трекером в одной плоскости

Второй для управления трекером в двух плоскостях

Грубо говоря, для слежения за максимальной яркостью в одной точке китайцы хотят 100$. Понятно, что данные системы не представляют большой сложности для человека, разбирающегося в принципах работы контроллеров, поэтому аналогичную систему можно собрать в 10 раз дешевле.
Выглядеть это будет так

Ну а детали проекта и реализацию можно прочитать . Проект не мой, поэтому я не буду заниматься плагиатом.
Детальнее о самостоятельном изготовлении солнечного трекера можно почитать на профильном форуме , где опытным путем вычислили оптимальные конструкции и лучшее оборудование для выполнения этой задачи.

Слежение за точкой максимальной мощности солнечных батарей (MPPT)
Во второй части своего цикла я рассказывал про два различных типа солнечных контроллеров. MPPT (Maximum Power Point Tracking) контроллер тоже следит за солнцем, но с другой позиции всей системы. Для простого объяснения приведу график и после разъяснение.

На графике видно, что максимум снимаемой мощности можно получить при нахождении в точке максимальной мощности, которая неизменно будет на зеленой линии. Обычный ШИМ контроллер просто не может этого делать. Кроме того, MPPT контроллер позволяет подключать сборку последовательно соединенных солнечных панелей. Такой способ подключения заметно снижает потери энергии при транспортировке от солнечных батарей до аккумуляторов. Экономическая целесообразность приобретения MPPT контроллера появляется, если мощность установленных СП больше 300-400 Вт. Опираясь на свой опыт, могу сказать, что стоит приобретать солнечный контроллер «на вырост», если только сразу не создается мощная энергетическая система, которая с запасом перекрывает потребности дома. Методом последовательного наращивания количества солнечных батарей я пришел к мощности в 800 Вт - это не много, но этого вполне хватит для дачного дома в летний период, чтобы вообще не обращаться к электросетям. Согласно калькулятору моя энергосистема усредненно будет приносить с апреля по август по 4 кВт*ч электроэнергии в день. Если не пользоваться электроплитой и микроволновкой для приготовления пищи, то такого количества энергии хватит для комфортной жизни семье из 4 человек. Но есть еще мощный пожиратель электроэнергии в частном доме в виде бойлера для приготовления горячей воды. Для подогрева 80 литрового бойлера потребуется как раз около 4.5 кВт*ч электроэнергии. Таким образом, автономка должна окупаться хотя бы на нагреве воды или обслуживании других потребителей.
В прошлой статье я рассказал о гибридном инверторе, который может использовать энергию с приоритетом от солнечных батарей и лишь недостающее забирать из сети. Как это относится к солнечному контроллеру? Дело в том, что российская компания МикроАрт с недавнего времени начала выпускать собственные MPPT-контроллеры , которые могут быть связаны с инверторами этого же производителя по общей шине. Ну а поскольку гибридный инвертор у меня уже установлен, с новым сезоном я решил испытать новый контроллер.

Надо сказать, что выглядит он брутально относительно двух предыдущих контроллеров, которые я уже имею в своем хозяйстве. Металлический корпус, радиаторы по сторонам (китайские модели имеют радиаторы на задней стенке), темно-серый стальной корпус. В последнее время мне стало нравиться, что в моем хозяйстве контроллеры начинают «общаться» со мной на русском языке. Раньше были пиктограммы, цифры и английские надписи. Можно это считать капризом, но это приятно. Сравнивать в этой статье новый контроллер с предыдущими моделями я не буду, а вынесу тестирование с китайскими моделями в отдельный текст. Пожалуй, там же рассмотрю целесообразность приобретения более или менее мощного контроллера, особенности работы и надежность.
Самое большое достоинство этого контроллера для меня - это возможность подкачки нужного количества энергии, чтобы не происходило заимствование энергии от аккумулятора, которое снижает его ресурс. Из трех моделей, которые представлены производителем, я выбрал самый популярный и оптимальный по соотношению напряжение\ток - Контроллер ECO Энергия MPPT Pro 200/100 . Опираясь на характеристики устройства можно сказать, что контроллер поддерживает входное напряжение до 200 В и выходной ток до 100А. С учетом того, что моя сборка аккумуляторов на 24 В (поддерживается напряжение аккумуляторов 12/24/48/96 В), контроллер позволит выдать максимальную мощность в 2400 Вт, то есть у меня есть двукратный запас по наращиванию солнечных батарей. Максимальная же мощность контроллера составляет 11 кВт при 110В на аккумуляторах (буферное напряжение). Контроллер поддерживает связь с гибридным инвертором МАП SIN Энергия Pro HYBRID v.1 24В по шине I2C и может мгновенно добавлять мощности, когда инвертор выдает информацию о повышении потребления энергии. Взаимодействие двух устройств одной фирмы - это, как правило, система отработанная, поэтому все сводится к включению одного шнурка в нужные разъемы устройств и активации нужных параметров. Мне же было интересно заявление производителя этого контроллера о том, что данный MPPT-контроллер может так же мгновенно добавлять мощность при использовании инвертора любого другого производителя. Стало интересно, как это реализовано. Все оказалось крайне просто:

Датчик тока вешается на плюсовой провод, ведущий к инвертору (вот почему неважен производитель инвертора) и используя эффект Холла контроллер вычисляет потребляемую мощность. Тут уже вступает в работу логика самого солнечного контроллера и он подкачивает нужное количество энергии. Все известные мне контроллеры опираются на напряжение аккумулятора, и только учитывая его, повышают ток заряда.
Продолжая исследование возможностей контроллера, я столкнулся с тем, что он оснащен тремя реле, срабатывание которых можно запрограммировать. К примеру, при достаточно солнечной погоде и отсутствии потребления домом электроэнергии, можно начать подогрев дополнительного бойлера или бассейна. Рассмотрим и обратный вариант: солнца нет, напряжение аккумуляторов снизилось до критичного уровня, когда инвертор может просто отключиться, а потребление энергии продолжается. Тогда можно запустить отдельный бензо\дизель генератор, просто замкнув реле. Но для этого генератор должен иметь сухой контакт запуска или отдельную систему автоматического пуска или САП (также называется АВР - Автоматический Ввод Резерва). Поскольку у меня, как и у большинства дачников, имеется простой китайский генератор, но со стартером, я посмотрел в сторону автоматизации его запуска и обрадовался, узнав, что МикроАрт уже давно выпускает свою автоматику .
Вернемся к контроллеру. Его монтаж стандартен: сначала подключаются клеммы аккумулятора, потом подключаются клеммы солнечных батарей и производится настройка параметров. Подключив внешний датчик тока, можно наблюдать, какую мощность потребляет инвертор в режиме реального времени.
Итак, разматываем провода, монтируем контроллер и начинаем экономить. На следующей фотографии демонстрируется работа инвертора в гибридном режиме, когда только часть энергии потребляется от сети, а основная - от солнечных батарей.

Солнечный контроллер специально подключен через внешний датчик тока для демонстрации работы с любым другим инвертором, выпущенным сторонним производителем.

Итог
Солнечный контроллер соответствует заявленным характеристикам и действительно подкачивает энергию, даже буду подключенным к «чужому» инвертору посредством датчика тока. Гибридный инвертор действительно подкачивает в сеть энергию от солнечных батарей (на фотографии из 200 потребляемых Ватт половина, то есть 100 Вт поступает от солнца. Минимальные 100 Вт контроллер всегда будет забирать из сети, а остальное брать от солнца - это особенность работы устройства). Проще говоря, комплект с момента подключения начал себя окупать. К сожалению, весна резко сменилась метелью, и в ближайшее время вряд ли удастся наблюдать высокую эффективность комплекта (гибридный инвертор+солнечный контроллер), но с мая я рассчитываю на практически полное покрытие своих энергетических нужд за счет солнца.

Анонс
В следующей, заключительной статье, я сравню три имеющиеся у меня солнечных контроллера и постараюсь ответить на все вопросы, которые возникли за время этого цикла материалов. Если осталась нераскрытой какая-либо тема и она будет интересна большому количеству Хаброчитателей, тогда я постараюсь собраться и выдать отдельный материал. А теперь я готов отвечать на вопросы. Да прибудет с вами Сила Солнце!

В настоящее время множество людей переходит на солнечные фонарики для сада, к примеру, или на зарядное устройство для телефона. Как всем известно, и понятно, работает такая зарядка от полученной днем солнечной энергии. Однако светило не стоит на месте целый день, а потому, создав поворотное устройство для солнечной батареи своими руками, можно повысить эффективность зарядка примерно в половину, передвигая батарею по направлению к солнцу на протяжении всего дня.

Трекер для солнечных панелей своими руками обладает несколькими очень весомыми преимуществами, которые стоят того, чтобы потратить время на его изготовление и установку.

Первое и наиболее важное преимущество – это то, что поворот солнечного элемента в течение всего дня может повысить КПД батареи примерно в половину. Достигается это за счет того, что максимально эффективная работа солнечных батарей достигается в период, когда лучи от светила падают перпендикулярно на фотоэлемент.
Второе преимущество устройства создается под влиянием первого. Из-за того, что батарея повышает свою эффективность и производит вполовину больше энергии, отпадает необходимость установки дополнительных стационарных батарей. К тому же сама поворотная батарея может обладать меньшим фотоэлементом, чем при стационарном способе. Все это экономит большие материальные средства.

Составные элементы трекера

Создание поворотного устройства для солнечных панелей своими руками включает в себя те же комплектующие, что и заводские товары.

Список обязательных деталей для создания такого устройства:

Основа или каркас – состоит из несущих деталей, которые подразделяются на две категории – это подвижные и неподвижные. В некоторых случаях каркас имеет подвижную часть лишь с одной осью – горизонтальной. Однако есть модели и с двумя осями. В таких случаях нужны актуаторы, которые управляют вертикальной осью.
Описанный ранее актуатор также должен входить в конструкцию и обладать устройствами не только поворота, но и устройствами контроля за этими действиями.
Необходимы детали, которые будут защищать устройство от капризов погоды – гроза, сильный ветер, дождь.
Возможность удаленного управления и доступа к поворотному устройству.
Элемент, преобразующий энергию.

Но стоит отметить, что сбор такого устройства иногда дороже, чем покупка уже готового, а потому в некоторых случаях упрощается до несущих деталей, актуатора, управление актуатором.

Электронные системы поворота

Принцип работы

Принцип работы поворотного устройства очень прост и держится на двух деталях, одна из которых механическая, а другая электронная. Механическая часть поворотного устройства соответственно отвечает за поворот и наклон батареи. А электронная часть регулирует моменты времени и углы наклона, по которым действует механическая часть.

Электрооборудование, используемое вместе с солнечными батареями, заряжается от самих же батарей, что в некотором роде также экономит средства на подпитку электроники.

Положительные стороны

Если говорить о достоинствах электронного оборудования для поворотного устройства, то стоит отметить удобство. Удобство заключается в том, что электронная часть устройства будет в автоматическом режиме управлять процессом поворота батареи.

Данное преимущество не единственное, а является лишь еще одним в списке тех, что были перечислены ранее. То есть помимо экономии средств и повышения КПД, электроника освобождает человека от надобности вручную осуществлять поворот.

Как сделать своими руками

Создать трекер для солнечных батарей своими руками несложно, так как схема его создания проста. Для того чтобы создать работоспособную схему трекера своими руками необходимо иметь в наличии два фоторезистора. Кроме этих составляющих, нужно также приобрести моторное устройство, которое будет поворачивать батареи.

Подключение этого устройства осуществляется при помощи Н – моста. Этот метод подключения позволит преобразовывать ток силой до 500 мА с напряжением от 6 до 15 В. Схема сборки позволить не только понять, как работает трекер для солнечных батарей, но и создать его самому.

Чтобы настроить работу схемы, необходимо провести следующие действия:

Удостовериться в наличия питания на схему.
Провести подключение двигателя с постоянным током.
Установить фотоэлементы нужно рядом, чтобы добиться одинакового количества солнечных лучей на них.
Необходимо выкрутить два подстроечных резистора. Сделать это нужно против часовой стрелки.
Запускается подача тока на схему. Должен включиться двигатель.
Вкручиваем один из подстроечников до тех пор, пока он не упрется. Помечаем это положение.
Продолжить вкручивание элемента до тех пор, пока двигатель не начнет крутиться в противоположную сторону. Помечаем и это положение.
Делим полученное пространство на равные отделы и посередине устанавливаем подстроечник.
Вкручиваем другой подстроечник до тех пор, пока двигатель не начнет немного дергаться.
Возвращаем подстроечник немного назад и оставляем в таком положении.
Для проверки правильности работы можно закрывать участки солнечной батареи и смотреть за реакцией схемы.

Часовой механизм поворота

Устройство часового механизма поворота в основе своей довольное простое. Для того чтобы создать такой принцип работы, нужно взять любые механические часы и соединить их с двигателем солнечной батареи.

Для того чтобы заставить работать двигатель, необходимо установить один подвижный контакт на длинную стрелку механических часов. Второй неподвижный закрепляется на двенадцати часах. Таким образом, каждый час, когда длинная стрелка будет проходить через двенадцать часов, контакты будут замыкаться, и двигатель будет поворачивать панель.

Временной промежуток в один час, выбран исходя из того, что за это время солнечное светило проходит по небу около 15 градусов. Установить еще один неподвижный контакт можно на шесть часов. Таким образом, поворот будет проходить каждые полчаса.

Водяные часы

Данный способ управления поворотным устройством был изобретен одной предприимчивой канадской студенткой лет и отвечает за поворот лишь одной оси, горизонтальной.

Принцип работы также прост и заключается в следующем:

Солнечная батарея устанавливается в изначальное положение, когда солнечные лучи попадают на фотоэлемент перпендикулярно.
После этого к одной из сторон цепляют емкость с водой, а к другой стороне цепляют какой-нибудь предмет такого же веса, что и емкость с водой. Дно емкости должно обладать небольшим отверстием.
Через него вода будет понемногу вытекать из емкости, из-за чего будет уменьшаться вес, а панель будет потихоньку наклоняться в сторону противовеса. Определить размеры отверстия для емкости придется экспериментально.

Данный способ является наиболее простым. К тому же он экономит материальные средства, которые ушли бы на покупку двигателя, как в случае с часовым механизмом. К тому же, провести монтаж поворотного механизма в виде водяных часов можно самостоятельно, даже не обладая какими-либо специальными знаниями.

Видео

Как сделать трекер для солнечной батареи своими руками, вы узнаете из нашего видео.

При строительстве загородных домов, домиков на дачных участках, теплиц, различных фермерских построек все чаще стали применяться автономные системы электрообеспечения. Солнечные батареи обеспечивают независимость от общих электрических сетей. Да и в городах в частном секторе нередко можно увидеть на крышах домов солнечные панели домашних электростанций.

Эти панели могут быть с моно- и поликристаллическими кремниевыми структурами, могут быть построены на базе батарей, выполненных по аморфной или микроморфной технологии, могут быть даже использованы солнечные батареи, выполненные по технологии «Moth Eye» («Глаз мотылька»). При этом каждое здание строится таким образом, чтобы солнечные панели были установлены в месте, максимально освещаемом солнцем.

Эффективность современных гелиевых систем в среднем не превышает 18% - 20%. У лучших образцов эффективность может достигать 25%. В 2014 году ученые Австралийского центра UNSW по усовершенствованию фотовольтаики сообщили, что им удалось добиться эффективности солнечных батарей в 40%.

При этом нужно понимать, что измерение величины эффективности производится, когда гелиевая панель освещается солнцем под прямым углом. Если солнечная батарея закреплена стационарно, то в течение дня, когда солнце перемещается по небосводу, период прямого освещения батареи солнцем будет относительно небольшим. И поэтому эффективность даже самых совершенных солнечных панелей будет снижаться.

Для того чтобы минимизировать снижение эффективности гелиевых систем, солнечные панели должны устанавливаться на поворотных модулях, которые позволят в течение всего светового дня ориентировать батареи на солнце. Такое поворотное устройство, на котором закреплена несущая конструкция с одной или несколькими солнечными панелями, называется трекером.

Он предназначен для того, чтобы следить за солнцем, и, в зависимости от его положения, ориентировать на него солнечную панель. Это устройство, в зависимости от исполнения, включает в себя один или два датчика слежения за солнцем, а также поворотный механизм. Трекер должен быть установлен в хорошо освещаемом солнцем месте на земле, на стационарной станине, либо на мачте, которая поднимет трекер на такую высоту, чтобы солнечная батарея всегда была освещена солнцем.

Трекер с четырьмя солнечными панелями на мачте

Даже простейшее поворотное устройство с системой слежения за солнцем позволяет получить максимальный коэффициент полезного действия от гелиевых батарей. Как показали исследования, при отсутствии должной ориентации солнечных панелей на солнце теряется до 35% мощности. Поэтому, чтобы выйти на запланированную мощность в случае неподвижного крепления фотоэлементов, приходится устанавливать большее количество панелей.

Принцип построения систем управления поворотом солнечных батарей

Промышленностью выпускается несколько видов систем управления поворотом солнечных батарей. Это достаточно дорогие (до 100000 рублей) устройства, которые могут управлять положением сразу нескольких гелиевых панелей.

Поскольку солнце в течение дня перемещается не только по горизонтали, но и по вертикали, то эти системы управления отслеживают оба изменения положения и, в соответствии с полученной информацией, выдают команды на поворот панели вокруг горизонтальной или вертикальной осей. В общем случае такая система управления состоит из солнечного датчика, преобразователя (П) сигнала с этого датчика, усилителя (У) сигнала, микроконтроллера (МК), устройства управления двигателем (УУД), самого двигателя и, наконец, непосредственно рамы, на которой крепится гелиевая панель.

Схема управления трекера

Характерно, что для управления поворотом в обеих осях используется одна и та же схема. Различны только датчики положения солнца и двигатели. Простейший датчик положения солнца состоит из двух фотодиодов, разделенных непрозрачной перегородкой.

В зависимости от того, за каким перемещением следит этот датчик, перегородка устанавливается горизонтально или вертикально, но обязательно направлена строго на солнце. Пока оба фотодиода освещаются одинаково, сигналы, поступающие с них, равны. Как только солнце переместится настолько, что один из фотодиодов окажется в тени перегородки, происходит разбаланс сигналов и система управления вырабатывает соответствующую команду на поворот солнечной батареи.

Схема датчика положения солнца

В качестве двигателей для поворотной платформы используются, как правило, шаговые двигатели или реактивно-вентильные двигатели. В таких системах управления датчики слежения установлены на этой же платформе и поворачиваются вместе с нею, обеспечивая тем самым точную ориентацию гелиевой панели на солнце. Для надежной работы датчика необходимо предусмотреть защиту его от загрязнения, налипания снега, затенения оптики случайными предметами.

Существуют системы управления, в которых датчики слежения удалены от несущей поворотной платформы и находятся в месте, защищенном от подобных воздействий. В этом случае сигнал с датчиков поступает на сельсин-передатчик. Ориентируя датчик слежения на солнце, сельсин-передатчик передает управляющее воздействие на сельсин-приемник, который и поворачивает несущую платформу, направляя ее точно на солнце.

Система управления поворотом солнечных панелей на базе часового механизма

Промышленные установки – полностью укомплектованные гелиевые электростанции с двухосными поворотными модулями – достаточно дорогое удовольствие. Например, промышленный трекер UST-AADAT стоит порядка полутора миллионов рублей. Естественное желание всех владельцев солнечных электростанций – повысить выходную мощность, но при этом сократить расходы. В результате появились самодельные устройства, оригинальные по своему решению, в которых используются подручные материалы. И эти устройства вполне успешно управляют ориентацией панелей на солнце.

Один из вариантов такого устройства – система управления ориентацией гелиевых панелей, построенная на базе часового механизма. Для слежения за солнцем вовсе не обязательно использовать светоприемные устройства. Для этого достаточно взять обычные настенные механические часы. Подойдут даже старые ходики. Известно, что за один час солнце проходит по небосводу с востока на запад путь, соответствующий угловому перемещению на 15°. Поскольку для гелиевой панели такое угловое смещение не особенно критично, то достаточно включать поворотный механизм один раз в час.

Слежение за перемещением солнца по часам

Устройство для поворота гелиевой панели вокруг вертикальной оси может выглядеть следующим образом. В циферблате на расстоянии длины минутной стрелки от центра, в месте, соответствующем 12-ти часам, устанавливается неподвижный контакт. Подвижный контакт – на острие минутной стрелки.

Таким образом, каждые 60 минут будет происходить замыкание контактов и включаться двигатель, поворачивающий солнечную панель. Отключение двигателя можно организовать различными способами, например, конечным выключателем или реле времени. Если на циферблате установить еще один неподвижный контакт в месте, соответствующем 6-ти часам, то коррекция положения панели будет производиться через каждые полчаса.

В этом случае устройства отключения двигателя должны быть настроены на поворот несущей платформы на угол 7,5°.

Кроме того, при желании здесь же, на этом механизме, с помощью еще одной контактной группы, но уже на базе часовой стрелки можно собрать схему автоматического возврата солнечной панели в исходное положение. На базе этой же часовой стрелки можно собрать систему управления поворотом панели и вокруг горизонтальной оси. Пока часовая стрелка двигается до 12-ти часов, несущая рама поднимается вслед за солнцем. После 12-ти часов двигатель горизонтальной оси реверсируется, и солнечная панель начинает вращаться в обратном направлении.

Принцип водяных часов в системе управления поворотом солнечных панелей

Эта система была придумана девятнадцатилетней студенткой Иден Фулл из Канады. Она предназначена для управления одноосным трекером. Принцип работы следующий. Вращение производится вокруг горизонтальной оси. Солнечная панель устанавливается в начальное положение таким образом, чтобы солнечные лучи были перпендикулярны плоскости панели.

На одну сторону панели подвешивается емкость с водой, на противоположную сторону подвешивается груз, равновесный с емкостью, наполненной водой. В нижней части емкости проделывается небольшое отверстие, чтобы вода по каплям вытекала из этого сосуда. Размер этого отверстия подбирается экспериментально. По мере вытекания воды сосуд становится легче, и противовес медленно поворачивает раму с панелью.

Трекер на «водяных часах»

Подготовка трекера к работе заключается в том, что в опустевшую емкость заливается вода и солнечная панель устанавливается в исходное положение.

Эти два примера далеко не исчерпывают возможные варианты построения поворотных модулей. При небольшой фантазии можно получить простое, но очень эффективное устройство, которое гарантированно сможет повысить эффективность домашней гелиевой электростанции.

Общая дисперсия света солнца, которая использовалась ранее, не давала отменного результата. Точнее сказать, тот результат, который человечество получало, нельзя было при всех его показателях назвать идеальным. Солнечные батареи устанавливались стационарно и пребывали в одном зафиксированном положении. Система слежения за солнцем сняла эту проблему.

Максимальная энергия, которую можно получить, будет генерирована в случае перпендикулярного направления солнечных лучей на плоскость батарей. В обратном случае эффективность солнечных батарей крайне мала – приблизительно 10-15%. Если использовать систему автоматического наведения батарей на солнце, можно повысить результат на 40%.

Как это работает

Устройство слежения состоит из двух важных частей: механизма, который осуществляет поворот и наклон батарей в нужную сторону и электронной схемы, которая приводит в действие механизм.

Расположение батарей определяется географической широтой местности, где они должны быть установлены. К примеру, нужно установить батареи в местности, которая соответствует 330 северной широты. Это значит, что ось устройства должна быть повернута на 330 по отношению к горизонту земли.

Само вращение возможно благодаря двигателем, работа которого регулируется автоматикой. Автоматика «следит» за местом расположения Солнца на небоскребе и по мере его продвижения в западном направлении дает сигнал двигателю делать поворот всех батарей.

Интересным и любопытным выдается тот факт, что питание для двигателя идет от самих солнечных батарей. Слежение за солнцем делает само солнце, а это тоже экономия средств.

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.

Особенности устройства

Автоматические системы слежения промышленного производства более прогрессивны как в техническом плане, так и в эстетическом. Однако это вовсе не значит, что устройства, которые были изготовлены в домашних условиях, являются неполноценными. Они могут иметь некоторые недочеты, но в любом случае имеют высокий показатель.

За что покупают и чем привлекает вся конструкция:

Устройства не требуют компьютерной настройки и программного обеспечения;
GPS-приемник считывает данные о местном времени, а также о местоположении;
Легкий вес, что достигается использованием легких металлов (алюминий и его сплавы);
Наличие коммуникационного порта дает возможность вовремя диагностировать неполадки в работе;
Ременной привод, приводящий в действие механизм более надежный, чем шестеренный;
GPS-приемник всегда обновляет данные о времени, так что сбой исключен – например, работа в ночное время невозможна;
Любая конструкция требует минимального вмешательства со стороны человека;
Позволяют работать при любых возможных атмосферных влияниях, в том числе низких и высоких температур;

Возможность изготовления своими руками

Если есть возможности и желание, то всегда можно попробовать изготовить устройство самому. Конечно, это несколько тяжело, ведь потребуется не только глубокое знание и навыков в электромоделировании, но и дополнительные усилия для изготовления самой мачты, при монтаже солнечных батарей и т.п.

Внимательно изучив форумы, можно смело заявлять о том, что есть профессионалы не промышленного уровня. В разных регионах (где это целесообразно и рентабельно) уже давно не диковинкой стало использование солнечных батарей при наличии поворотной системы слежения.

Разные мастера предлагают свои схемы, наработки, делятся опытом. Так что, если возникла потребность усовершенствовать конструкцию солнечных батарей и повысить производительность, всегда есть возможность сделать это самостоятельно, не задействовав при этом максимума финансовых средств.

Попросил недавно друг собрать ему "гелиостат" для ориентации солнечной панели за солнцем, под использование небольших моторов. Схема была взята из просторов интернета, проверена авторская плата, работает. Но я нарисовал также свою печатную плату, покомпактней, в которой резисторы и конденсаторы можно ставить планарного типа SMD.

Далее идёт описание схемы от автора. Это устройство использует импульсное регулирование и автоматически способно ориентировать солнечную батарею по наилучшей освещенности. Принципиальная схема 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 подачей питания (от самой солнечной батареи или от аккумулятора) генератор на элементах DD1.1, DD1.2 начинает вырабатывать 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.

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, вырабатываемых формирователями, будет уменьшаться длительность результирующего импульса, и скорость поворота солнечной батареи плавно замедлится, что обеспечит ее точное позиционирование. Таким образом, при импульсном управлении вращение вала электродвигателя можно передавать платформе с солнечной батареей непосредственно, без применения редуктора.

В течение дня платформа с солнечной батареей будет поворачиваться вслед 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).

Аккумулятор гелиостата используется для накопления энергии, вырабатываемой солнечной батареей, и питания самого электронного блока. Поскольку электродвигатель включается лишь для поворота батареи (на короткое время), выключатель питания не предусмотрен. Данная схема ориентирует солнечную батарею в горизонтальной плоскости. Однако при ее позиционировании следует учитывать географическую широту местности и время года. Если дополнить конструкцию блоком вертикального отклонения, собранным по аналогичной схеме, можно полностью автоматизировать ориентацию батареи в обеих плоскостях.

Для защиты фотодиодов от избыточного облучения применен зеленый светофильтр. Между фотодатчиками помещают непрозрачную шторку. Ее закрепляют перпендикулярно плате с таким расчетом, чтобы при изменении угла освещения она затеняла один из фотодиодов. Подробнее читайте в статье в прилагаемом архиве . Общий вид печатной платы:

После сборки проверил работу прибора - всё срабатывает как надо, при засвете одного и второго светодиода срабатывает мотор по часовой и против часовой стрелки.

Радиатор несколько великоват, столь большого размера не требуется, но другу такой понравился, потом сказал порежет на две половины для двух готовых плат, тестирует пока, поскольку с мощностью моторов ещё не определился.

Эти радиаторы всё сняты с блоков питания , у меня их много накопилось, а люди всё несут и несут. Разработка - И. Цаплин . Сборка и испытание схемы - Igoran .

Обсудить статью КОНТРОЛЛЕР ПОВОРОТА СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ