Виды поворотных устройств солнечных модулей
При проектировании и создании автономной фотоэлектрической энергетической установки должна решаться задача обеспечения максимальной выработки электрической энергии солнечными батареями путем разработки автоматической системы слежения солнечными батареями за Солнцем. Автоматическая система слежения за Солнцем должна обеспечивать:
- максимальный отбор мощности с единицы площади солнечной батареи;
-минимальное потребление мощности электромеханическими исполнительными механизмами при слежении за Солнцем;
- непрерывно-дискретное изменение положения рамы с солнечными батареями по внешним сигналам с АСС.
Повышение энергетической эффективности автономной солнечной электростанции с автоматической системой слежения за Солнцем достигнуто:
- за счет использования собственно сгенерированной электроэнергии без трансформации в другие типы и виды, с иными электрическими параметрами, что конструктивно воплощено в макете,
- за счет уменьшения затрат энергии на слежение путем реализации управления слежения с непрерывно-дискретным автоматическим слежением солнечными батареями за Солнцем.
Как известно, наибольший коэффициент полезного действия солнечные элементы генерируют лишь тогда, когда они размещаются точно перпендикулярно направлению солнечных лучей, а это может быть лишь один раз в день. В прочее время эффективность работы солнечных элементов составляет менее 10 %. Существенно повысить эффективность солнечного модуля можно, если обеспечить его поворотным механизмом, оснащенным автоматической системой слежения за солнцем.
|
|
|
Система слежения за солнцем - это приспособление для ориентирования панели солнечных батарей, поворачиваемых к солнцу, аналогично гелиостату. От устройств, снабженных такой системой, требуется высочайшая точность, чтобы солнечные лучи падали прямо на солнечные модули.
Есть два главных типа поворотных устройств солнечных модулей: одноосевые и двухосевые. Примеры представлены на рисунке 4
Одноосевые поворотные устройства реализуют разворот солнечного модуля вокруг единственной центральной оси, что достаточно комфортно для электростанций огромного масштаба. Двухосевые поворотные устройства разрешают наиболее гибко прослеживать состояние солнца, контролируя как азимутальный, так и угол склонения солнца над горизонтом.
Солнечный трекер - это устройство, направляющее солнечную батарею на солнечные лучи, позволяя выработать им в течение дня большее количество энергии. Трекеры бывают активные, пассивные и с ручной наводкой. Наиболее универсальны активные системы ориентирования. Принцип его действия основан на аналогово-цифровом сигнале платы управления, которая позволяет отказаться от использования микроконтроллеров и шаговых двигателей, позволяя снизить цену системы и упростить её, сохраняя качество и надёжность. Также для неё созданы оптические концевики и датчик света, которые позволяют установке эффективно ориентироваться на солнце, отключаться ночью и возвращаться на следующий день в исходное положение.
|
|
|
Рисунок 4 -одноосевые и двухосевые солнечные установки.
В настоящее время большая часть систем слежения за солнцем на месте эксплуатации нацелены на юг и установлены под постоянным углом в к горизонту.
На рисунке 5 представлены углы, определяющие пространственную ориентацию наземных СБ относительно Солнца: С, Ю, З, В - стороны света; А - положение Солнца на небосводе; а - азимут Солнца; в - зенитный угол и а - угол высоты Солнца; П - рабочая поверхность СБ; N- нормаль к П; ап - азимут П; £(i)- угол между направлением на Солнце (ОА) и N; в - угол наклона П зонту ». Солнце проходит через 360 градусов с востока на запад за день, однако с точки зрения любого фиксированного положения в видимой части это составляет 180 градусов в течение среднего полудневного периода (больше весной и летом, меньше осенью и зимой). Вследствие эффекта горизонта происходит уменьшение этого пути еще немного, что делает эффективным углом поворота трекера около 150 градусов. Солнечная батарея в фиксированной ориентации между восходом и закатом потеряет 75% энергии от очень малой выработки в утренние и вечерние часы. Разворот солнечной батареи на восток и запад может помочь вернуть эти потери. [ ]
|
|
|
Рисунок 5 - траектория движения Солнца относительно солнечной батареи
1.2.5 Описание механической системы передвижения двухосевого трекера
Оборудование солнечной батареи автоматическим поворотным механизмом формирует определённые запросы к механике, электронике и системе автоматического управления [7]. Так, для адекватного отслеживания положения солнца нужно, чтобы установка имела две степени свободы. Это реализуется с помощью использования двух исполнительных звеньев - подвижного диска и подвижной платформы.
На основе разработки имеющихся конструкций предложим следующее приспособления «платформы автоматического слежения за солнцем, на рисунке 6, где обозначены приспособление, состоящее из неподвижного основания (1) и подвижного диска (2), приводимого в перемещение приводом горизонтального вращения (3), двух стоек (4), платформы с закреплённой на ней солнечной батареей (5), приводимой в перемещение приводом вертикального вращения (6). Для обеспечения обратной связи приспособление еще подключает в себя несколько датчиков уровня освещенности (7) и концевые датчики»».
|
|
|
Внедрение в предоставленной конструкции двух приводов, управляющих вращением по горизонтальной и вертикальной осям, более оправдано как с энергетической, так и экономической точек зрения. Две степени свободы устройства разрешают, наиболее гибко осуществлять отслеживание расположения солнца на любой широте, при этом контролируется как угол склонения солнца над горизонтом, так и угол азимутального вращения.
Рисунок 6 Схема самодействующей солнечной установки.
Для реализации управления поворота модулей установки была использована Arduino, позволяющая программным путем задавать параметры вращения серводвигателей по горизонтали в необходимых градусах, в связи с чем необходимость использования концевых датчиков отпала.
1.2.6 Способы управления системой ориентации трекера
Существует несколько способов управления системой ориентации трекера. Первый способ подразумевает использование фотоприемников.
Фотоприёмники - это датчики, получающие информацию о местоположении Солнца на небе. Они представляют информацию о том, как необходимо направить солнечные батареи. Существенный минус этого метода содержится в том, что в облачную или пасмурную погоду информация с фотоприёмников станет различаться, и солнечную батарею не удастся навести в необходимое положение.
Другой способ - это применение ручного управления. Управляя актуаторами можно направить солнечные батареи в заранее записанные положения (применяя переключатели). В течение дня толком применять таковой метод невозможно, а вот для сезонного применения он довольно эффективен, когда нужно поменять угол наклона трекера относительно земли вслед за изменением склонения Солнца.
Однако лучший метод - это программное управление механизмом вращения. Рассчитав положение Солнца в установленный момент времени, специальное программное обеспечение передаёт эту информацию на электростанцию, и с учётом преобразованных данных трекер устанавливает угол наклона всех солнечных батарей и ориентирует их в подходящую сторону.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 174; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!