Гелиостат. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Одним из направлений гелиоэнергетики является прямое преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью солнечных батарей. В статье описывается несложное устройство, позволяющее автоматически ориентировать солнечную батарею на солнце.

Как известно, мощность светового потока у поверхности Земли на экваторе достигает 1,1 кВт/м2 (на широте Москвы около 0,5 кВт/м2).

Примерно 40% этой энергии может быть преобразовано в электрическую солнечными батареями, созданными английской компанией Sandia National Laboratories на основе нитридо-арсенида галлия-индия. В ряде случаев целесообразно использование и обычных солнечных батарей с КПД 20% [1].

КПД солнечных батарей зависит от многих факторов, но решающим является ориентация ее элементов относительно источника излучения. Для поддержания оптимальной освещенности солнечных батарей разработаны разнообразные системы слежения - от простейших аналоговых до аналого-цифровых [2]. Регулировка подобных устройств осложнена тем, что порог их срабатывания меняется в зависимости не только от дифференциальной, но и от общей интенсивности освещения. Кроме того, для установки таких систем в исходное состояние требуется вмешательство обслуживающего персонала.

Предлагаемое устройство (гелиостат) использует импульсное регулирование и без вмешательства извне способно ориентировать солнечную батарею по наилучшей освещенности. Принципиальная схема гелиостата изображена на рис. 1. Он 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.

(нажмите для увеличения)

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 C3 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 и VT2.

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 (т. е. на непродолжительное время), выключатель питания не предусмотрен.

Описываемое устройство 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.

Кроме указанных на схеме, в устройстве можно применить 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 с любыми буквенными индексами. 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 допустимо использовать отдельные солнечные элементы самой батареи (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.

Все детали устройства смонтированы на печатной плате (рис. 2) из двусторонне фольгированного стеклотекстолита. Транзисторы VT3 - VT6 привинчены к плате и снабжены теплоотводами Г-образной формы площадью около 10 см2, согнутыми из полосок листового алюминиевого сплава толщиной 1,5 мм. При использовании более мощного электродвигателя эти транзисторы размещают вне платы на отдельных теплоотводах, обеспечивающих эффективное теплорассеяние. Плата помещена в герметичный пластмассовый корпус, закрепленный на одном уровне с солнечной батареей.

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.

Солнечная батарея установлена на платформе, под которой смонтирован электродвигатель МП-3-015 (напряжение питания 6 В), вращающий ее в горизонтальной плоскости. Возможно применение более мощного двигателя, у которого направление вращения вала также изменяется в зависимости от полярности напряжения.

К батарее через токосъемник подключен аккумулятор, зарядный ток которого соответствует максимальному току, вырабатываемому батареей.

Собранное из исправных деталей устройство не требует наладки и сразу же начинает работать. Его чувствительность такова, что батарея уверенно ориентируется по световому потоку от лампы МН 2,5 В-0,15 А, находящейся на расстоянии 3 м от фотодатчиков.

Литература

1. Зиновьев К., Пантуев В. Солнечно-аккумуляторные батареи для питания РЭА. - Радио, 1995, № 1, с. 44; № 2, с. 43, 44.
2. Байере Т. 20 конструкций с солнечными элементами. - М.: Мир, 1988.

Автор: И.Цаплин, г.Краснодар

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Горькие продукты улучшают работу мозга 08.11.2025

Как выяснили японские ученые, горький вкус флаванолов играет важную роль в стимуляции центральной нервной системы. Даже при минимальном усвоении этих веществ организм получает сигнал к повышению активности нейромедиаторов и улучшению когнитивных функций, что делает натуральные продукты с горьким вкусом потенциально полезными для мозга и общей физиологии. В поисках способов улучшить работу мозга ученые все чаще обращаются к натуральным соединениям, содержащимся в привычных продуктах питания. Одним из таких веществ являются флаванолы, присутствующие в какао, красном вине и ягодах. Исследователи из Технологического института Сибаура в Японии выяснили, что горький и вяжущий вкус этих соединений способен активировать мозг через вкусовые рецепторы, способствуя улучшению памяти, внимания и способности к обучению. Ранее было известно, что флаванолы защищают нейроны и поддерживают когнитивные функции, однако их биодоступность - доля вещества, поступающая в кровь - крайне низка. Это вызвал ...>>

Дождевой электрогенератор 08.11.2025

Группа разработчиков Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики представила дождевой электрогенератор, который превращает дождевые капли в источник электричества, используя саму воду как структурный и электрический элемент. В отличие от традиционных капельных генераторов, где электричество создается на твердых диэлектрических пленках с металлическими электродами, новое устройство плавает непосредственно на поверхности воды. Вода одновременно выполняет роль опоры и проводника, что позволило снизить вес системы на 80%, а стоимость уменьшить почти наполовину, сохранив при этом мощность до 250 вольт на каждую каплю. "Мы позволили воде одновременно выполнять структурную и электрическую функции, создав легкую, доступную и масштабируемую систему", - объяснил профессор Ванлин Гуо, ведущий автор исследования. Такая концепция открывает путь к созданию гидровольтаических систем, которые могут работать в водоемах без использования суши, дополняя солнечные и ветровые технологии. П ...>>

Климат влияет на длительность беременности 07.11.2025

Беременность традиционно воспринимается как естественный биологический процесс с предсказуемыми сроками, однако современные исследования все чаще доказывают, что на ее продолжительность влияют факторы, выходящие далеко за пределы медицины. Среди них особое место занимают климат и окружающая среда - именно эту взаимосвязь впервые подробно изучили ученые из Университета Кертина в Австралии. Их работа раскрывает, что экстремальные погодные условия способны не только вызывать преждевременные роды, но и, напротив, удлинять срок беременности. Команда исследователей проанализировала данные почти 400 тысяч новорожденных, появившихся на свет в Западной Австралии. Результаты оказались неожиданными: климатические колебания заметно влияли на организм будущих матерей, особенно у тех, кто рожал после 41-й недели беременности. По словам доктора Сильвестра Додзи Ньядана из Школы народного здоровья Университета Кертина, проблема перенашивания долгое время оставалась в тени, хотя ее последствия могут ...>>

Случайная новость из Архива Настольная лампа Dyson Solarcycle Morph Desk Light 28.09.2023 Корпорация Dyson представила настольную лампу Solarcycle Morph Desk Light, обладающую потенциальным сроком службы до 60 лет. Это усовершенствованная версия изделия Solarcycle, выпущенного в 2019 году. Solarcycle Morph способна автоматически адаптировать световой режим в соответствии с естественным освещением в разные часы суток, предлагая четыре режима: косвенное освещение, режим задач, функциональное освещение и окружающую среду. Ее целью является устранение мерцания, бликов и недостаточной яркости, которые могут негативно сказываться на комфорте зрения и вызывать усталость глаз. Dyson Solarcycle Morph Desk Light регулирует освещение с учетом возраста пользователя, его текущего настроения, выполняемой задачи и уровня внешнего освещения. В режиме косвенного света плафон поворачивается на 360 градусов, отражая свет от пола или поверхности. Рабочий свет создает яркий и направленный световой поток для наилучшего освещения задачи. Функциональный свет применяется, когда требуется точечное искусственное освещение небольшой области или поверхности. Режим окружающей среды направляет свет вниз, освещая всю комнату. Пользователи могут переключаться между разными режимами освещения с помощью мобильного приложения MyDyson. Solarcycle Morph является настольной лампой, но также может быть установлена на напольную подставку на некоторых рынках. Однако наиболее впечатляющей особенностью этой лампы является ее потенциальный срок службы вплоть до 60 лет. Компания Dyson утверждает, что технология тепловых трубок обеспечивает энергонезависимое охлаждение светодиодов, что служит основой долговечности этой лампы. Важно отметить, что ожидаемый срок службы 60 лет основан на среднесуточном использовании лампы Solarcycle Morph в течение 8 часов в день. Стоимость Dyson Solarcycle Morph Desk Light составляет $899 на Amazon, что позиционирует ее в премиум-классе ценового диапазона. Ожидается, что лампа скоро появится на рынке Австралии и будет доступна в других странах.

Другие интересные новости:

▪ Обучаемый компьютерный чип, работающий по принципу мозга

▪ Острова не желают тонуть

▪ Фотонный процессор

▪ Футболист под контролем

▪ Новый способ обнаружения коралловых рифов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Переговорные устройства. Подборка статей

▪ статья Бюджетная система Российской Федерации. Конспект лекций

▪ Какие были основные тенденции развития стран Восточной Европы после Второй мировой войны? Подробный ответ

▪ статья Медицинская сестра кабинета лечебной физкультуры. Должностная инструкция

▪ статья Тепловые насосы для отопления и горячего водоснабжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Нормы испытаний электрооборудования и аппаратов электроустановок потребителей. Максимально допустимые зазоры в подшипниках скольжения электродвигателей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025