Механика солнечный трекер. Как сделать простой солнечный трекер, пошаговая инструкция (видео) - ЭкоТехника

Солнечные электростанции все увереннее входят в повседневную жизнь жителей различных уголков нашей страны и многих других государств.
Для того, чтобы повысить КПД использования солнечных панелей, конструкторы и инженеры, разрабатывают новые устройства и приспособления, одним из которых является солнечный трекер.

Что это такое и зачем он нужен

Солнечный трекер – это устройство, позволяющее следить за движением солнца по небосводу, и перемещать солнечную панель в положение, в котором поглощение солнечных лучей происходит наиболее эффективно.

Достоинства солнечного трекера

Достоинства установки трекера можно сформулировать следующим образом:

• КПД солнечных панелей возрастает на 40 -45%. Увеличение достигается за счет того, что наиболее эффективная работа панелей происходит, когда солнечные лучи падают под углом 90* на фотоэлементы панели;
• За счет установки трекера КПД солнечных панелей значительно повышается, количество вырабатываемой электрической энергии, увеличивается.
• В связи с увеличением производительности отдельно взятой панели, отпадает необходимость в установке дополнительных панелей, что в свою очередь, снижает стоимость всего комплекта солнечной электростанции.

Принцип работы

По своей сути, солнечный трекер, это комплексная система, следящая за местоположением солнца.

Для того, чтобы выполнить эту задачу, трекер должен выполнить следующие функции:

1. Определить месторасположение солнца, относительно солнечной панели;
2. Выполнить перемещение солнечной панели, в положение, в котором поглощение солнечных лучей будет максимальным.

За определение расположения Солнца отвечает электронная система, состоящая из GPS приемника, определяющего месторасположение солнца в месте установки солнечной электростанции, а также время текущих суток. В зависимости от полученного сигнала со спутника системы GPS-навигатора, электронная система дает ту, или иную команду на систему перемещения солнечных панелей.

В системе перемещения панелей устанавливается серводвигатель, позволяющий изменять направление вращения вала, что позволяет перемещать панель в разные стороны. Конструкция системы перемещения может быть различного типа, в зависимости с которой, солнечные трекера разделяются на два вида.

Виды трекеров

В зависимости от конструкции, трекера подразделяются на:

• С одной осью вращения – одноосные, устройства, обладающие одной степенью свободы. У данного вида трекеров степень свободы определяется осью вращения, которая ориентируется с севера на юг.

1. С горизонтальной осью вращения – ось вращения находится в горизонтальной плоскости по отношению к поверхности земли;
2. С вертикальной осью вращения – ось вращения расположена в вертикальной плоскости по отношению к поверхности земли;
3. С наклонной осью вращения – ось вращения расположена в промежутке между вертикально и горизонтально расположенными осями, по отношению к поверхности земли;
4. С полярно ориентированной осью вращения – ось устанавливается в соответствии с расположением полярной звезды. Для каждого конкретного случая, угол наклона, при данном расположении оси вращения, определяется индивидуально и зависит от широты месторасположения устройства.

• С двумя осями вращения – двуосные, устройства обладающий двумя степенями свободы. У данного вида трекеров, имеются две оси вращения, которые определяют степень свободы устройства. Оси вращения работают не зависимо друг от друга, но увязаны в общий комплекс устройств, приводящий трекер в движение, в соответствии с заданными параметрами.
• Трекер с двумя осями вращения и опорной плоскостью.

Данный вид подразделяется на:

1. С двумя осями вращения на несущем столбе – несущие конструкции солнечных панелей монтируются на столбовой конструкции. В этом случае, в верхней части столба устраивается площадка, на которой монтируется поворотный механизм, при помощи которого осуществляется поворот несущих конструкций панелей в плоскости поверхности земли. Вторая степень свободы осуществляется как у одноосных трекеров.
2. С двумя осями вращения и опорной плоскостью – несущие конструкции солнечных панелей монтируются на плоскости, которая в свою очередь крепится на круглой платформе или кольце, в виде направляющего рельса. Поворот осуществляется аналогично повороту на столбчатой конструкции, разница лишь в том, что на опорной плоскости можно смонтировать большее количество солнечных панелей, нежели на опорном столбе. Минус этой конструкции в том, что требуется большая площадь поверхности земли для монтажа подобного типа механизмов.

Средние цены

В зависимости от вида, комплектации, фирмы производителя и технических характеристик, стоимость трекеров может составлять:

ООО «Энергосистемы» г. Пенза, предлагает к реализации комплект трекера с двумя осями вращения и опорной плоскостью - стоимостью 1450000,00 рублей.

Технические характеристики данного комплекта:

1. Осей вращения — 2 (горизонтальная и вертикальная);
2. Рабочая поверхность – 96,0 м2;
3. Максимальная рабочая поверхность – 108,0 м2;
4. Электрическая мощность – 13,76 кВт;
5. В составе комплекта предусмотрена метеостанция;
6. Несущая рама — V-образная конструкция на опорно-поворотном устройстве;
7. Вес, без солнечных панелей и основания — 3000 кг;
8. Максимальный вес монтируемых солнечных панелей — 1300 кг;
9. Системой автоматики предусмотрена защита солнечных панелей от тяжелых осадков (перевод панелей в вертикальное положение);
10. Габариты — по высоте до 9,4 м, по вертикальной оси вращения — 12 м.

ООО «Экологичные технологии» (ООО «ЭкоТех») г. Ростов-на-Дону предлагает к реализации следующие модели трекеров:
Модель ED-8000 dual – стоимостью 667000,00 рублей.

Технические характеристики:

1. Тип – с двумя осями вращения;
2. Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 60 шт.;
3. Мощность электрического привода (2 привода) – 100 Вт.

Модель ED-5000 dual 0 стоимостью 490000,00 рублей.

Технические характеристики:

1. Тип – с двумя осями вращения;
2. Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 42 шт.;
3. Мощность электрического привода (2 привода) – 50 Вт.

Модель ED-3500 dual – стоимостью 397000,00 рублей.

Технические характеристики:

1. Тип – с двумя осями вращения;
2. Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 30 шт.;
3. Мощность электрического привода (2 привода) – 30 Вт.

Модель ED-5000 – стоимостью 299000, рублей.

Технические характеристики:

1. Тип – с одной осью вращения;
2. Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 36 шт.;

Модель ED-2500 – стоимостью 235000,00 рублей.

Технические характеристики:

1. Тип – с одной осью вращения;
2. Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 18 шт.;
3. Мощность электрического привода – 5,0 Вт.

Модель ED-1500 – стоимостью 175000,00 рублей.

Технические характеристики:

1. Тип – с одной осью вращения;
2. Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 12 шт.;
3. Мощность электрического привода – 5,0 Вт.

Из приведенных выше примеров видно, что при необходимости, можно выбрать необходимое устройство по виду, техническим характеристикам и стоимости.

Где купить

Как и прочие, сложные и дорогостоящие технические устройства, солнечные трекера лучше приобретать у представителей компаний производителей данного оборудования.

Также можно воспользоваться услугами в специализированных организациях, занимающихся продажей солнечных электростанций и комплектующих к ним. В таких организациях можно получить квалифицированную консультацию по выбору устройства и способу его монтажа.

Для того, чтобы избежать лишних трат времени и финансов, всегда необходимо ознакомиться с отзывами покупателей, уже воспользовавшихся услугами тех либо иных производителей и торгующих организаций.

Как сделать своими руками схема

Для того, чтобы собрать солнечный трекер своими руками, необходимо изготовить все составные элементы этого устройства:

• Основание (каркас) – несущая конструкция. которую можно изготовить из металлического профиля различных сечений.
• Устройство обеспечивающее поворот каркаса и осуществляющее контроль за процессом поворота.
• Защитные элементы. Детали, защищающие солнечные панели от непогоды.
• Система автоматического управления работой трекера.
• Устройство, обеспечивающее преобразование энергии (питание серводвигателей осуществляется от солнечных панелей).

Последовательность изготовления трекера своими руками:

1. Несущую конструкцию (каркас), можно изготовить из металлического профиля различных сечений. Размер конструкции определяет количество монтируемых на ней солнечных панелей. Этот элемент, определяет вид трекера, т.е. количество подвижных осей и их расположение в пространстве.
   Для изготовления металлоконструкций необходимо уметь работать с электрическим ручным инструментом и сварочными устройствами.
2. Для обеспечения поворота трекера в горизонтальной плоскости, используется серводвигатель, обеспечивающий вращения в разные стороны. Для управления серводвигателем необходимо собрать электронную схему управления, в основу работы которой, заложена работа фоторезисторов. При необходимости установки более сложной схемы, лучшим вариантом будет – приобрести готовое устройство.
3. Для обеспечения поворота вокруг вертикальной оси можно воспользоваться часовым механизмом механических часов, припаяв электрические контакты к стрелке часов (подвижный контакт) и к часовым отметкам на циферблате (неподвижные контакты). Сделав такой 1 контакт (на 12 часах циферблата), двигатель будет включаться 1 раз в час. Сделав еще один неподвижный контакт на отметке в 6 часов, двигатель будет включаться через 30 минут. Работа (включение) двигателя привода включается в следующей последовательности: длинная стрелка поворачивается и проходит через двенадцать часов, контакты замыкаются, цепь управления двигателем привода замыкается, двигатель поворачивает панель.
   Для поворота в горизонтальной оси, также можно использовать принцип водяных часов. В этом случае, солнечная панель устанавливается горизонтально (используется горизонтальная ось вращения), с одной стороны к панели прикрепляется утяжеление (любой предмет с постоянной массой), с другой стороны прикрепляется емкость с водой, того же веса, что и утяжеление с противоположной стороны. В емкости с водой делаются отверстия, вода вытекает, под действием утяжеления солнечная панель поворачивается. Количество отверстий и их диаметр, необходимо определить опытным путем.
4. Защитные элементы от дождя, града и прочих атмосферных явлений каждый выбирает индивидуально.
5. Наличие системы автоматики определяется схемой управления, о которой писалось выше. Для создания безопасных условий работы установки, и способности работы в автоматическом режиме, можно приобрести блок управления трекером заводского производства.
6. Устройство для преобразования энергии – инвертор. Данный электронный элемент лучше приобрести промышленного изготовления, хотя при наличии знаний в области электроники и умении работы с паяльником, изготовить своими руками тоже возможно.

В наше время солнечные элементы и солнечные батареи часто используются как источники питания. Но солнечные панели производят гораздо больше энергии, если они направлены прямо на солнце все время, чем тогда, когда они находятся в фиксированном положении. Для этого нужен солнечный трекер – поворотный механизм, который меняет положение солнечной батареи в соответствии с положением солнца.

Этот материал является свободным переводом страницы Майка Дэвиса (Mike Davis) об изготовлении солнечного трекера своими руками. Майк Дэвис рассказывает.

Изготовить солнечный трекер своими руками можно. Вы тоже можете это сделать.

Вот мои солнечные батареи на солнечном трекере, для изготовления которого я использовал старый антенный ротатор, купленный мной за 15 $.

Вот коробка из-под антенного ротатора. Коробка потертая, но ротатор внутри был еще новый и завернутый в оригинальный пластик. Это старое изделие на основе технологий 1960-х годов. Человек купил блок новым, но никогда не использовал его. Он был в коробке в гараже в течение многих десятилетий, пока хозяин наконец решил избавиться от него и отдал в комиссионный магазин.

В основном я просто выбросил почти всю электронику блока, сохранил только то, что имело отношение к приводу двигателя, и присоединил свою систему управления. Подробнее об этом будет речь ниже.

Прежде всего нужно было придумать способ крепления приводного двигателя и солнечной батареи. Я решил сделать систему слежения, которая была бы простой, недорогой, и легко разбиралась для транспортировки. Это было сделано в основном из деревянных брусков 2×4 и стандартных фитингов, скрепленных болтами.

Конструкция солнечного трекера

Это устройство было разработано, чтобы быть портативным: легко разбираться и легко снова собираться с помощью нескольких инструментов. Ядро блока состоит всего из пяти основных частей: северная боковина, южная, вращающийся узел, и две скобки, чтобы держать все вместе.

Перед использованием в естественных условиях базовый блок трекера будет выровненным по оси восток-запад и оси север-юг (с помощью компаса).

Вот фото северной боковой стороны трекера солнечных батарей. Она имеет 48 дюймов в ширину у основания и 43 1/2 дюйма в высоту. Имейте в виду, что эти размеры правильны для использования на 34,6 градуса северной широты. Если вы значительно дальше на север или на юг, то вам нужно изменить размеры этой части. Подробнее об этом ниже. Боковина изготовлена ​​из брусков 2×4, нарезанных и склеенных. Обратите внимание, что есть две маленькие ножки внизу. Они помогают выровнять устройство при его установке. Промежуток между вертикальными брусками 2×4 равен толщине бруска (около 1 1/2 дюйма).

Вот фото южной стороны трекера солнечных батарей. Эта сторона имеет 24 дюйма в ширину и 13 1/2 дюйма в высоту. Она также сделана из брусков 2×4, приклеенных и прикрученных. Эта часть также имеет маленькие ножки, чтобы помочь в выравнивании всего блока при установке. Эта часть, вероятно, является более или менее универсальной и будет работать на разных широтах. Опять же, зазор между вертикальными брусками 2×4 равный толщине бруска 2×4 (примерно 1 1/2 дюйма).

Горизонтальная скоба 2х4, которая соединяет нижнюю часть северной боковины солнечного трекера с нижней частью южной боковины, составляет 48 дюймов в длину. Оно вписывается между стойками и крепится болтами через них. Это также нужно будет рассчитывать на вашей конкретной широте, так как расстояние между северной и южной опорами изменится при изменении угла оси север-юг.

Раскос (кусок 1×4) было добавлен, чтобы взять большую часть нагрузки от вращающегося узла (установлен на болты, удерживающие вращающийся узел на месте).

Вот сердце трекера солнечных батарей. Это приводной двигатель и вращающийся узел. Антенна двигателя и связанные с ним монтажные конструкции находятся слева. Однодюймовая стальная труба 4 фута длиной приводится в движение ротатором и будет нести солнечные батареи. Подшипники и крепления конструкции находятся на правом торце. Подробности ниже.

Показан двигатель крупным планом. Этот антенный ротатор предназначен быть закрепленным на неподвижной мачте и вращать более короткую мачту с антенной, прикрепленной к ней. Так что я создал псевдо фиксированную мачту, чтобы прикрепить его. Короткий кусок трубы в 1 дюйм вверху (под проводом) служит точкой крепления для ротатора. Короткий отрезок трубы крепится фланцем, который, в свою очередь, прикреплен болтами к 3 1/2 х 3 1/2 дюйма квадратного куска дерева, приклеенного прикрученного шурупами к куску бруска 2х4 в 12 дюймов длиной. Этот брусок 2х4 проходит между стойками северной боковины и удерживается на месте болтами.

Вот крупным планом показан подшипник на нижнем конце трубы длиной 4 фута, которая несет солнечные батареи. Переход сделан с помощью фланцев.

В первый раз, когда я собрал прибор, я зажал все части большими зажимами. Как только я получил правильный угол оси, зажимы были затянуты. Тогда я просверлил отверстия для длинных болтов, чтобы соединить все части вместе.

Я должен поговорить немного о том, как я определил угол оси (вращения трекера) север-юг. Устройство должно быть выставленным по широте местности, где будет эксплуатироваться. Я не делал его регулируемым. Это будет правильный угол весной и осенью, когда я обычно нахожусь на моей собственности. Это будет немного слишком высоко летом, и немного низко зимой. Тем не менее, солнечные батареи будут давать значительно больше энергии, чем тогда, когда они фиксированные.

Угол оси вращения относительно земли устанавливается в соответствии широте места, где будет использоваться солнечный трекер. Подумайте об этом таким образом. Если он был использован на экваторе, где широта 0, угол относительно земли будет 0, так что ось будет горизонтальной. При использовании на одном из полюсов, 90 или -90 градусов широты, угол относительно земли будет вертикальным. Из этого следует, что правильный угол всегда соответствует широте места, где трекер будет эксплуатироваться. Мой участок земли имеет около 34,6 градуса северной широты, так что этот угол я использовал.

Итак, ваш угол, может отличаться, но и размеры вашей базовой конструкции также будут отличаться. Размеры основания зависят от используемого угла. И высота вашей северной и южной сторон, и расстояние между южной и северной боковинами должны быть рассчитаны.

Регулируемые версии конструкции могут быть легко созданы, они позволят выставлять ниже угол летом и более высокий угол в зимний период. Однако пока я оставлю это в качестве упражнения для читателя, меня пока устраивает то, что есть.

Вот еще одна фотография установленной головки ротатора.

Эта фотография показывает, как нижний конец подшипника приводной трубы вписывается в южную боковину и удерживается болтами. Другой конец прикреплен к северной боковине. Нижний конец диагональной скобки также виден.

Вот крупным планом показано, как подшипник крепится с помощью фитингов.

Эта фотография показывает одну из алюминиевых рам, которые на трекере держат солнечные батареи. Она сделана из алюминиевого уголка, содержит 100W панель, и имеет 47 1/8 на 21 1/2 дюйма внутренних размеров. В основном, это немного больше, чем внешние размеры панели солнечных батарей. Панель фиксируется на месте с помощью винтов, которые проходят через рамки в стороны панели.

Можно увидеть надрезы в рамке для монтажа на трубу трекера.

Эта фотография показывает, как рама соединена по углам (сварка углов также возможна).

Вот крупным планом надрезы в раме для монтажа на трубу трекера. Выемки такой же глубины, что и хомуты, используемые для монтажа.

Вот крупным планом показано, как хомуты используются для крепления рамы на трубу трекера. Хомут действительно довольно плотно крепит раму на трубу. Я был удивлен тем, как хорошо он работал.

Во время первого тестирования в помещении я установил продольно только одну солнечную батарею на всю приводную трубу (в конечном варианте должен был установить две батареи). Если у вас есть или нужна только одна батарея, это способ установить ее.

Эта фотография показывает две алюминиевые рамы, зажатые на приводной трубе.

Эта фотография показывает две солнечные батареи на трекере. Винты удерживают батареи на месте, так что ветер не может сдуть их из рам.

Верхняя панель является коммерческой, этот 100 Вт блок я купил, потому что получил действительно очень большую скидку на него. Нижняя панель является одной из моих самодельных 60-ваттных солнечных панелей. Перейдите по ссылке, чтобы увидеть, как я делаю их.

160 Вт могут показаться не слишком мощными, но мои потребности в электроэнергии минимальны. Трекер и мой самодельный ветрогенератор дополняют друг друга, мои батареи сохраняют заряд и у меня есть достаточно электроэнергии.

Эта фотография показывает трубу противовеса. Это кусок дюймовой стальной трубы 30 дюймов длиной. Она ввинчивается в уголок на верхнем конце блока двигателя. Одна труба – больший противовес, чем нужно для одной панели. Для двух панелей я добавил стальной T-образный фитинг на конце трубы. Антенный ротатор был разработан, чтобы двигаться сбалансировано относительно вертикальной мачты. Противовесом уменьшается величина крутящего момента, который двигатель должен предоставлять для перемещения панелей, подвешенных почти горизонтально относительно мачты. Ваши панели, вероятно, имеют разный вес, и требуется различное расположение противовеса. Поэкспериментируйте с различными длинами труб и/или дополнительных фитингов, чтобы получить баланс ближе к идеалу, насколько это возможно, и предотвратить перегрузку двигателя или передач.

Для продолжения щелкните на кнопке с цифрой 2

Блок управления солнечного трекера

Вот оригинал принципиальной схемы антенного ротатора. Все абсолютно электромеханическое. Очень старая школа, почти примитивно. С другой стороны, он по-прежнему работает после десятилетий хранения. Одной из особенностей этого старого блока является то, что двигатель, вращающий головки, работает на 24 В переменного тока. Это сделало проектировании новой системы управления для него сложным. Я искал способы для изменения или автоматизации оригинального блока управления, но не мог придумать, как заставить ее работать. Поэтому я отказался от намерения использовать прежнее управление, разобрал его на части, и началось проектирование нового.

Я не смог повторно использовать многие из этих частей. Фактически головка ротатора используется. Но от блока управления я сохранил только трансформатор с 120V до 24V (# 110), и мотор конденсатор (# 107).

Вот схема контроллера электроники, которую я придумал после нескольких испытаний. Полноразмерная схема здесь. Схема основана на MBED, платформе быстрого прототипирования. Модуль MBED может быть запрограммирован на C с помощью онлайн IDE. MBED является достаточно мощным, есть множество возможностей IO. Это действительно слишком для этого проекта, но я был знаком с MBEDs, поскольку использовал их в проектах на работе. Вы можете легко заменить его на Arduino, Raspberry Pi, или другое, чтобы сделать то же самое.

Сердцем схемы является MBED. Он считывает значение напряжения (с помощью двух своих аналоговых входов) из двух небольших солнечных батарей, установленных под прямым углом друг к другу. Двигатель ротатора антенны перемещается так, что поддерживает напряжение от двух солнечных батарей почти равным, держа их направленными на солнце.

На двигатель подают энергию путем закрытия реле и включения инвертора переменного тока. Направление вращения двигателя регулируется другим реле. Я использовал 40 А автомобильные реле, потому что они дешевы, доступны везде, и у меня уже было несколько на руках. Реле возбуждается силовыми транзисторами TIP120 Дарлингтона управляемыми выходными линиями от MBED. Две кнопки были добавлены для ручного перемещения двигателя при тестировании и для устранения неисправностей. Нажатие PB1 перемещает двигатель на запад. Нажатие PB1 и PB2 вместе перемещает двигатель на восток.

Два конечные выключатели соединены с входными линиями MBED. Движение начинается только в заданном направлении, если конечный выключатель замкнут. Движение останавливается через прерывания, если конечные выключатели открыты.

Регулятор LM7809 с + 9В обеспечивает стабильное питание для MBED от источника 12В. MBED основано на логике 3,3, и имеет регулятор на борту и выходные линии на 3,3, для согласования использованы резисторы.

Список деталей блока управления солнечного трекера

C3 – NPО (взял из оригинальной коробки управления)

D1-D2 – 1N4001 или аналогичные диоды

ECell-WCell – тонкопленочные медь-индий-селенид (CIS) солнечные элементы

F1 – 2A инерционный предохранитель

IC1 – LM7809 + 9В регулятор напряжения

IC2 – NXP LPC1768 MBED

K1-K2 – 40A SPDT Bosch Automotive тип реле

LS1-LS2 – быстродействующий контакт NC коммутатор (см. ниже)

PB1-PB2 – быстродействующий контакт NO кнопки

Q1-Q2 – TIP120 NPN силовой транзистор Дарлингтона

R1-R6 – 1к 1/8 Вт резисторы

R7-R8 – 10K Trimpots

T1 – 120VAC к 24VAC 2A понижающий трансформатор

Инвертор AC – 200-250 Вт 12В постоянного тока до 120В переменного тока инвертор

Код (программное обеспечение) для этого проекта можно найти на http://mbed.org/users/omegageek64/code/suntracker/. Это достаточно простая программа. Как я уже сказал выше, MBED является чрезмерным для этого проекта. Однако его неиспользованный потенциал мог бы позволить добавляться новые функции в будущем (можно добавить вторую моторизованную ось, можно было бы добавить контроль заряда и температурную компенсацию).

Электроника блока управления расположена в старом ящике от боеприпасов, который я приобрел в комиссионном за $ 5 Это идеальный корпус, крепкий, защищенный от непогоды и просторный. В нем есть два 40 Amp автомобильных реле, инвертор, 120В / 24В понижающий трансформатор, макет, содержащий логику повода, держатель предохранителя и клеммные колодки для проводки.

Эта фотография была сделана на самом раннем этапе проекта солнечного трекера с ранней версией электроники на нем. Небольшой инвертор 100W, показанный на фото, был позже заменен более надежным. Маленький инвертор работал, но я считал, что это было слабое место. Поэтому я купил большой на 250W. Двигатель после этого перемещается быстрее и плавнее, не слышны странные звуки, словно от умирающего животного.

Здесь я начал монтаж электроники внутри ящика для патронов. Реле, трансформатор, клеммная колодка и одна из полос клемм были установлены.

Хотя, похоже, электроника солнечного трекера является последней вещью, о которой нужно говорить на этой веб-странице, она на самом деле была одной из первых вещей, над которыми я начал работать после приобретения антенного ротатора. Электроника прошла несколько различных версий, прежде чем я остановился на окончательном варианте.

Вот вид внутри коробки из-под патронов со всеми установленными компонентами электроники. Белый макет со всей логикой в ​​правом верхнем углу. Длинный черный прямоугольник является инвертором. Макет и инвертор удерживаются на месте липучкой промышленной прочности.

Приглядевшись, вы увидите, что кабель USB подключен к модулю MBED на плате и идет к моему нетбуку, едва заметному в верхней части фото. Эта фотография была сделана во время программирования/ тестирования/наладки приводной электроники.

Вот крупным планом плата с «мозгами» системы на ней. MBED компьютерный модуль находится справа. Слева от MBED есть два trimpots для регулирования сигналов от сенсорной головки. Ниже них силовые транзисторы для управления реле. Далее слева есть ручные кнопки коррекции (нажимаются для перемещения трекера вручную). В крайнем левом углу есть регулятор напряжения 9В.

Макет временный. Впоследствии я сделаю правильный печатную плату и установить ее.

Головка датчика состоит из двух небольших тонкопленочных Copper Indium di Selenide (CIS) солнечных элементов того же типа, который я использовал в моей самодельной складной 15-ваттной солнечной батарее. У меня осталось неиспользованными несколько таких элементов.

Два небольшие солнечные элементы установлены под углом 90 градусов по отношению друг к другу. Идея заключалась в том, что, когда один элемент или другой будут получать больше солнца, солнечный трекер будет двигаться, пока освещенность не выровняется.

Здесь показан вид законченной сенсорной головки солнечного трекера. Она установлена ​​на короткий кусок алюминиевой трубки, которая, в свою очередь, будет установлена ​​на приводе трубы слежения. Я показал некоторые размеры для тех, кто всегда просит меня, чтобы включить их. Головка датчика крепится хомутом.

Вот вид головки датчика, прикрепленного к солнечному трекеру. Она устанавливается на трубу, выходящую из верхней части поворотного устройства.

Два конечные выключатели установлены на алюминиевый уголок, прикрепленный к приводной трубе хомутом таким же образом, как и солнечные панели.

Лопатки переключателей контактируют с управляющими длинными винтами, выступающими из деревянной несущей конструкции приводного двигателя. Конечные выключатели останавливают движение электродвигателя с обоих (восточного и западного) концов хода. Переключатели нормально закрыты, и открываются, когда граница перемещения будет достигнута.

Тестирование, настройка и доработка солнечного трекера

Эта фотография была сделана во время сеанса отладки в моей мастерской в ​​последние выходные перед отъездом в Аризону. Мой нетбук подключен к MBED блока управления. Батарея большая, глубокого цикла, обеспечивает питание электроники и блок трекера (нет в кадре).

Еще одна фотография тестирования и отладки блока управления. Датчик работал хорошо в помещении моей мастерской.

После этого, уже в Аризоне, была обнаружена проблема. Гораздо более сильный естественный солнечный свет питал солнечные элементы датчика, даже если они были под достаточно острым углом к ​​солнцу. Это привело к тому, что трекер не следил за солнцем с нужной точностью.

Решение проблемы было найдено путем установки панели затемнения перед солнечными элементами и использованием черной изоленты для покрытия части солнечных элементов.

Это первый вариант панели затемнения, кусок металла вырезали из алюминиевой банки безалкогольного напитка, единственного тонкого листового металла, который был у меня на руках в то время.

Прототип панели затемнения работал так хорошо, что постоянная панель затемнения из 1/32 листа алюминия, купленного в хозяйственном магазине, была сделана на следующий день. Была сделана шире, чтобы она давала более широкую тень и я мог отказаться от изоленты на солнечных элементах.

Панель затемнения солнечного трекера установлена ​​на двух винтах, которые позволяют ей поворачиваться на восток и запад. Это нужно для тонкой настройки точности наведения трекера. С этой панелью трекер действительно начал работать хорошо.

На фото вы видите, как в тени большая часть восточного элемента. Когда различие в выходе тока между элементами превысит определенный предел, трекер начнет двигаться.

Вот фото финальной версии крепления затемнения с размерами.

Панель затемнения прекрасно работает. Вот это фото сделано поздно днем, и солнечный трекер преодолел почти весь свой путь до заката. Устройство работает очень хорошо. Я не мог быть более довольным.

Калибровка трекера достаточно проста. В ясный день подключите портативный компьютер к модулю MBED в трекере, откройте приложение, чтобы увидеть информацию по MBED. Отрегулируйте панель затемнения, чтобы она находилась по центру. Вручную позиционирует трекер, чтобы он был направлен на Солнце, затем выключите инвертор, чтобы трекер не двигался самостоятельно. Отрегулируйте trimpots, пока показатели востока и запада не будут примерно равны Получите их как можно более близкими. Делайте довольно быстро, потому что солнце движется. Вы можете всегда вручную повторно центрировать трекер на солнце и попробовать еще раз. После того, как вы отрегулируете, включите инвертор и посмотрите, насколько хорошо трекер отслеживает движение солнца.

Поскольку Солнце движется медленно, калибровка может занять некоторое время. Возможно, вам придется ждать час или два, или даже большую часть дня для внесения корректировки.

Здесь трекер направлен немного восточнее центра в пасмурный день. Даже через тонкие облака трекер работает хорошо. Трекер перестает отслеживать солнце, когда облака густые и яркость неба, как правило, достаточно равномерная.

Эта фотография сделана во временя тестирования в Аризоне. Мой самодельный контроллер заряда и инвертор для питания 120В переменного тока подсоединены с помощью оранжевого удлинителя. Впоследствии батарея и электроника будут в защищенном корпусе, под землей будут провода для 120В переменного тока и 12В постоянного тока, дистанционный переключатель мощности для инвертора и вольтметр батареи будут установлены в салоне. Это есть в плане.

На моем участке земли в Аризоне ветрено. В любой день мы можем видеть порывы до 35 миль в час. Еще хуже, если начинается буря. Эта фотография показывает деревянные колья на четырех углах базы солнечного трекера, чтобы удерживать его на месте. После того, как я решу, где на постоянно разместить трекер, я, вероятно, буду использовать стальные колышки, чтобы удерживать его на месте (они не будут гнить в земле).

UPDATE – Мне кажется, я нашел дешевый и легкий способ сделать всепогодной головку датчика. Я разрезал бутылку 2 литра пополам и положил ее на головку датчика. Пришлось сделать несколько прорезей в нижней части бутылки, чтобы она скользила вокруг квадратной трубы в нижней части головы. Я могу отрегулировать положение панели затемнения (при необходимости) через крышку отверстия.

UPDATE – Я сделал некоторые изменения в солнечном трекере. Во-первых, как вы можете видеть на этой фотографии, он был окрашен, чтобы защитить древесину от погоды. Он также в настоящее время установлен на кирпич, чтобы предохранить его от контакта с влажной землей.

Деревянные колья были заменены длинными стальными кольями, вбитыми глубоко в землю. Длинные винты идут через отверстия и надежно закрепляют трекер.

Было добавлено крепление, чтобы стабилизировать батареи и не допустить их хлопанья при сильном ветре.

Горизонтальная полоса поддержки была укреплена сваркой муфты 1/2 дюйма стальной трубы к главной однодюймовой несущей трубе. Два 24-дюймовые длинные куски 1/2 дюйма трубы затем образовали горизонтальную балку.

UPDATE – Старые конечные выключатели были заменены на новые герметичные для защиты от пыли и влаги.

UPDATE – Я сделал новую, защищенную от непогоды головку датчика для системы солнечного трекера. Теперь головка установлена ​​в прозрачную пластиковую банку.

Панель затемнения в настоящее время находится на внешней стороне контейнера для простоты тонкой настройки отслеживания и крепится на месте простым хомутом. После того, как новая головка датчика будет установлена ​​на системе слежения, силиконовый герметик по всему краю крышки банки защитит ее от влаги.

Вот вид головки датчика с удаленной банкой. Оригинальная головка имела два солнечных элемента, установленные под углом 90 градусов друг к другу. Такая конструкция не будет помещаться в этой банке, поэтому я установил элементы под более острым углом 60 градусов.

Эта фотография показывает нижнюю сторону головки датчика. Она также показывает, как монтажная опора навинчивается на крышку банки. Монтажная опора будет зажата на главном вале слежения с помощью хомута.

Солнечный трекер Radiofishka

Как известно, КПД солнечной панели максимально при попадании на нее прямых солнечных лучей. Но т.к. солнце постоянно движется по горизонту, то КПД солнечных батарей сильно падает, когда солнечные лучи падают на панель под углом. Чтобы повысить КПД солнечных панелей, применяются системы следящие за солнцем и автоматически поворачивающие солнечную панель для попадания прямых лучей.

В данной статье представлена схема устройства слежения за солнцем или по другому трэкер (Solar Tracker).

Схема трэкера проста, компактна и вы легко сможете собрать ее своими руками. Для определения позиции солнца, используются два фоторезистора. Мотор включен по схеме H-моста (H-bridge), который позволяет коммутировать ток до 500 мА при напряжении питания 6-15В. В темноте, устройство также работоспособно и будет поворачивать моторчик на наиболее яркий источник света.

Принципиальная схема устройства слежения за солнцем

Как видно на рисунке ниже, схема проста до безобразия и содержит микросхему операционного усилителя LM1458 (К140УД20), транзисторы BD139 (КТ815Г, КТ961А) и BD140 (КТ814Г,КТ626В), фоторезисторы, диоды 1N4004 (КД243Г), резисторы и подстроечные резисторы.

Из схемы видно, что мотор М приводится в движение при разных значениях на выходах ОУ IC1a и IC1b. Таблица истинности:

Низк. Выс. Вперед Выс. Выс. Остановлен Выс. Низк. Назад

или наоборот, зависит от подключения мотора

Транзисторы в схеме работают в паре, по диагонали, коммутируя +Ve или -Ve к мотору, и заставляя его вращаться вперед или назад.

Во время остановки мотора, он продолжает вращаться, т.к. присутствует вращающийся момент. Вследствие этого, мотор какое-то солнечный трекер своими руками время генерирует мощность, которая может вывести транзисторы из строя. Для защиты транзисторов от противоЭДС в схеме моста используется 4 диода.

Входной каскад состоит из двух ОУ (IC1) и фоторезисторов LDR и LDR’. Если количество света, попадающее на них одинаково, то сопротивления фоторезисторов также равны. Следовательно, если напряжение питания 12В, то в месте соединения фоторезисторов LDR LDR’ будет напряжение в 6В. Если количество света попадающего на один фоторезистор будет больше, чем на другом фоторезисторе, то напряжение будет изменяться.

Ограничения (лимиты) от +V до 0V устанавливаются четырьмя последовательно соединенными резисторами и подстраивается 2-мя подстроечными резисторами. Если напряжение выйдет за пределы этих ограничений, то ОУ запустит мотор и он постоянно будет вращаться.

Подстроечный резистор 20K регулируют чувствительность, т.е. диапазон между лимитами. Подстроечник 100К регулирует то, насколько лимиты будут симметричны относительно +V/2 (точка баланса).

1. Проверьте напряжение источника питания схемы

2. Подключите двигатель пост. тока

3. Установите фоторезисторы рядом, чтобы на них попадало одинаковое количество света.

4. Полностью выкрутите оба подстроечный резистора против часовой стрелки

5. Подайте питание на схему. Моторчик закрутиться

6. Вращайте подстроечник 100К по часовой стрелке до тех пор, пока он не остановится. Отметьте эту позицию.

7. Продолжайте вращать подстроечник 100К по часовой стрелке до тех пор, пока мотор не начнет вращаться в другую сторону. Отметьте эту позицию.

8. Разделите угол между двумя позициями пополам и установите там подстроечник (это будет точка баланса).

9. Теперь, вращайте подстроечник 20К по часовой стрелке до тех пор, пока мотор не начнет дергаться

10. Немного верните положение подстроечника назад (против часовой стрелки), чтобы мотор остановился (данный подстроечник отвечает за чувствительность)

11. Проверьте корректность работы схемы, поочередно заслоняя от света один и второй фоторезисторы.

Список радиоэлементов

Скачать список элементов (PDF)

Поворотное устройство для солнечной батареи своими руками

Солнечный трекер своими руками! Пелинг Инфо солнечные

Устройство слежения за солнцем – Сайт Паяльник

Двухосевой солнечный трекер на Arduino / Geektimes

Солнечный трекер Radiofishka

10 способов необычно упаковать подарок своими руками Женский журнал

MC Church My City Church

Солнечный трекер своими руками

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.

Однокоординатный солнечный трекер ED-5000

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 устройства

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.

Двухкоординатный солнечный трекер

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 солнечный трекер своими руками 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.

Самодельный трекер

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.

До сих пор при эксплуатации солнечных батарей мы довольствовались общей дисперсией солнечного света. Правда, учитывались некоторые сезонные изменения, а также время суток (ориентирование в направлении восток — запад). Тем не менее солнечные батареи оставались более или менее зафиксированными в однажды найденном рабочем положении. В ряде случаев мы даже не придавали этому особого значения, приблизительно выставляя батарею в направлении солнца.

Однако из опыта известно, что солнечные элементы генерируют максимальную энергию, только когда они располагаются точно перпендикулярно направлению солнечных лучей, а это может случиться только один раз в день. В остальное время эффективность работы солнечных элементов составляет менее 10 %.

Предположим, что вы смогли проследить за положением солнца на небосклоне? Другими словами, что случилось бы, если бы вы поворачивали солнечную батарею в течение дня так, чтобы она всегда была направлена непосредственно на солнце? Только благодаря изменению этого параметра вы повысили бы полную отдачу от солнечных элементов приблизительно на 40 %, что составляет чуть ли не половину вырабатываемой энергии. Это означает, что 4 ч полезной солнечной интенсивности автоматически превращаются почти в 6 ч. Следить за солнцем совсем не сложно.

Следящее устройство состоит из двух частей. Одна из них объединяет механизм, приводящий в движение приемник солнечного излучения, другая — электронную схему, управляющую этим механизмом.

Был разработан ряд методов слежения за солнцем. Один из них основан на креплении солнечных элементов на держателе, параллельном полярной оси 11. Возможно, вы слышали о подобных устройствах, называемых экваториальными следящими системами. Это популярный термин, используемый астрономами.

Благодаря вращению Земли нам кажется, что Солнце движется по небосклону. Если бы мы учли это вращение Земли, Солнце, образно выражаясь, «остановилось» бы. Подобным образом действует экваториальная следящая система. Она имеет вращающуюся ось, параллельную полярной оси Земли.

Если закрепить за ней солнечные элементы и вращать их вперед и назад, получится имитация вращения Земли (рис. 1).

Угол наклона оси (полярный угол) определяется географическим положением и соответствует широте места, в котором смонтировано устройство. Предположим, вы живете в местности, соответствующей 40° с. ш. Тогда ось следящего устройства будет повернута на угол 40° к горизонту (на Северном полюсе она перпендикулярна поверхности Земли, рис. 2).

Вращение солнечных элементов на восток или запад относительно этой наклонной оси будет имитировать движение солнца по небосклону. Если мы будем поворачивать солнечные элементы с угловой скоростью вращения Земли, мы сможем полностью «остановить» Солнце.

Это вращение осуществляется механической системой следящего устройства. Для вращения солнечных элементов вокруг оси необходим двигатель. В любой момент суточного движения солнца плоскость солнечных батарей будет теперь перпендикулярна направлению солнечных лучей.

Электронная часть следящего устройста выдает ведущему механизму информацию о положении Солнца. По электронной команде панель устанавливается в нужном направлении. Как только солнце сместится к западу, электронный регулятор запустит электродвигатель до тех пор, пока снова не восстановится нужное направление панели на солнце.

Новизна нашего следящего устройства состоит не только в осуществлении ориентации солнечных элементов на солнце, но и в том, что они питают управляющий электронный «мозг». Это достигается благодаря уникальной комбинации конструктивных и электрических характеристик устройства.

Рассмотрим сначала особенности конструкции устройства, обратившись к рис. 3. Солнечная батарея состоит из двух панелей, содержащих по три элемента, соединенных последовательно и размещенных на плоскостях прозрачного пластмассового корпуса. Панели соединены параллельно.

Эти панели монтируются под прямым углом друг к другу. В результате по крайней мере один из модулей будет постоянно освещен солнцем (с учетом рассмотренных ниже ограничений).

Сначала рассмотрим случай, когда все устройство расположено так, что биссектриса угла, образованного панелями, направлена точно на солнце. При этом каждая панель наклонена под углом 45° к солнцу (рис. 4) и вырабатывает электрическую энергию.

Если повернуть устройство на 45° вправо, правая панель займет параллельное положение, а левая — перпендикулярное солнечным лучам. Теперь только левая панель генерирует энергию, правая — бездействует.

Повернем устройство еще на 45°. Свет продолжает попадать на левую панель, но под углом 45°. Как и раньше, правая сторона не освещается и, следовательно, не генерирует никакой энергии.

Можно повторить подобное вращение и в левую сторону, при этом правая панель будет генерировать энергию, а левая — бездействовать. В любом случае хотя бы одна батарея вырабатывает электроэнергию. Поскольку панели соединены параллельно, устройство всегда будет вырабатывать электроэнергию. Во время нашего эксперимента модуль вращался на 180°.

Таким образом, если конкретное устройство закрепить так, чтобы стык панелей был направлен на полуденное солнце, на выходе солнечной батареи всегда будет вырабатываться электрическое напряжение независимо от положения солнца на небосклоне. От рассвета и до заката какая-то часть устройства будет освещаться солнцем. Прекрасно, но зачем все это? Сейчас узнаете.

Чтобы следить за движением солнца по небосклону, электронная схема управления должна выполнять две функции. Прежде всего она должна решить, есть ли вообще необходимость в слежении. Нет смысла тратить энергию на работу электромотора, если отсутствует достаточное солнечное освещение, например при наличии тумана или облачности. Вот для какой цели прежде всего необходимо описанное выше устройство!

Чтобы понять принцип его действия, обратимся к электронной схеме, приведенной на рис. 3. Сначала сконцентрируем свое внимание на реле RL 1. Для упрощения дальнейших рассуждений предположим, что транзистор Q1 находится в состоянии насыщения (проводит ток), а транзистор Q2 отсутствует.

Реле RL 1 — элемент схемы, реагирующий на протекающий через него ток. В реле имеется проволочная катушка, в которой энергия электрического тока преобразуется в энергию магнитного поля. Напряженность поля прямо пропорциональна силе тока, протекающего через катушку.

При увеличении тока наступает момент, когда напряженность поля возрастает настолько, что якорь реле притягивается к сердечнику обмотки и контакты реле замыкаются. Этому моменту соответствует так называемый порог срабатывания реле.

Теперь ясно, почему реле используется при измерении пороговой интенсивности солнечной радиации с помощью солнечных элементов. Как вы помните, ток солнечного элемента зависит от интенсивности света. В нашей схеме к реле фактически подключены две солнечные панели, и пока они не генерируют ток, превышающий порог срабатывания, реле не включается. Таким образом, именно количество падающего света определяет порог срабатывания.

Если сила тока чуть меньше минимального значения, то схема не работает. Реле и солнечная батарея подобраны так, что реле срабатывает при интенсивности света, достигающей 60 % от максимальной величины.

Так решается первая задача следящей системы — определение уровня интенсивности солнечного излучения. Замкнутые контакты реле включают электродвигатель, и система начинает искать ориентацию на солнце.

Вот мы и подошли к следующей задаче, а именно к нахождению точной ориентации солнечной батареи на солнце. Для этого вернемся к транзисторам Q1 и Q2.

В коллекторной цепи транзистора Q1 стоит реле. Чтобы включить реле, необходимо закоротить транзистор Q1. Резистором R1 задается ток смещения, которым открывается транзистор Q1.

Транзистор Q2 представляет фототранзистор, его базовая область освещается светом (у обычных транзисторов на базу подается электрический сигнал). Ток коллектора фототранзистора прямо пропорционален интенсивности света.

Резистор R1 кроме того, что он задает ток смещения транзистора Q1, используется также в качестве нагрузки транзистора Q2. Когда база транзистора Q2 не освещается светом, коллекторный ток отсутствует и весь ток, проходящий через резистор R1, течет через базу, насыщая транзистор Q1.

По мере увеличения освещения фототранзистора начинает течь коллекторный ток, который протекает только через резистор R1. Согласно закону Ома, увеличение тока через фиксированный резистор /?1 приводит к возрастанию на нем падения напряжения. Таким образом, изменяется и напряжение на коллекторе Q2.

Когда это напряжение станет меньше 0,7 В, произойдет предсказанное явление: пропадает смещение транзистора Q1 в силу того, что ему требуется по крайней мере 0,7 В, чтобы протекал базовый ток. Транзистор Q1 перестанет проводить ток, реле RL1 выключится, и его контакты разомкнутся.

Этот режим работы будет иметь место только тогда, когда транзистор Q2 направлен непосредственно на солнце. При этом поиск точной ориентации на солнце прекращается благодаря размыканию цепи питания двигателя контактами реле. Теперь солнечная батарея точно направлена на солнце.

Когда солнце уходит из поля зрения транзистора Q2, транзистор

Q1 включает реле и механизм снова приходит в движение. И опять находит солнце. Поиск повторяется многократно при движении солнца по небосклону в течение дня.

К вечеру интенсивность освещения падает. Солнечная батарея уже не может генерировать количество энергии, достаточное для питания электронной системы, и контакты реле размыкаются в последний раз. Ранним утром следующего дня солнце освещает батарею следящей системы, ориентированную на восток, и работа схемы начинается снова.

Аналогичным образом происходит размыкание контактов реле, если освещенность снижается из-за плохой погоды. Предположим, например, что с утра прекрасная погода и следящая система начала работу. Однако в полдень небо стало хмуриться и снижение освещенности привело к прекращению работы следящей системы до тех пор, пока небо снова не прояснится после полудня, а может быть, на следующий день. Когда бы это ни произошло, следящая система всегда готова возобновить работу.

Смастерить устройство слежения достаточно просто, поскольку значительная часть деталей изготовляется из органического стекла.

Однако очень важным моментом является согласование характеристик солнечных батарей и реле. Необходимо отобрать элементы, генерирующие ток 80 мА при максимальной интенсивности солнечного излучения. Отбор можно осуществить с помощью тестирования. Я обнаружил, что серповидные элементы выдают в среднем ток около 80 мА. Поэтому из всех типов элементов, поступающих в продажу, для своего устройства я использовал именно эти элементы.

Обе солнечные панели аналогичны по конструкции. Каждая содержит три элемента, которые соединены последовательно и прикреплены к пластинам из оргстекла размером 10x10 см2. Элементы будут постоянно подвержены воздействию окружающей среды, поэтому для них необходимо предусмотреть меры защиты.

Неплохо бы сделать следующее. Поместите готовую батарею на пластину из оргстекла, положенную на плоскую металлическую поверхность. Сверху накройте батарею сравнительно толстым (0,05—0,1 мм) слоем лавсановой пленки. Основательно прогрейте полученную конструкцию паяльной лампой, чтобы пластмассовые детали расплавились и спаялись вместе.

При этом будьте осторожны. Если положить пластину из оргстекла на недостаточно плоскую поверхность или перегреть ее, она может покоробиться. Все должно происходить аналогично приготовлению сэндвича с сыром на гриле.

По окончании проверьте надежность герметизации, в особенности по краям солнечных элементов. Может быть, потребуется слегка обжать края лавсана, пока он еще горячий.

После того как панели достаточно остынут, склейте их вместе согласно рис. 5 и соедините их параллельно. Не забудьте припаять к батареям выводы, прежде чем собирать устройство.

Следующим важным элементом конструкции является реле. Практически реле представляет собой катушку, намотанную на гер-коновый контакт небольшого размера.

Обмотка реле состоит из 420 витков эмалированного медного провода № 36, намотанного на каркас достаточно малого размера, чтобы в него с натягом входил герконовый контакт. Я использовал в качестве каркаса соломинку для коктейля. Если вы прикоснетесь горячим лезвием ножа к концам соломинки, образуются как бы щечки каркаса, предохраняющие обмотку от сползания за края. Полное сопротивление обмотки должно составлять 20—30 Ом. Вставьте геркон в каркас и зафиксируйте его каплей клея.

Затем присоедините к реле транзистор Q1 и резистор R1. Не подключая транзистор Q2, подайте электропитание от солнечных элементов и проверьте работоспособность схемы.

Если все работает правильно, реле должно срабатывать, когда интенсивность солнечного света составляет около 60 % полной интенсивности. Для этого можно просто прикрыть 40 % поверхности солнечных элементов непрозрачным материалом, например картоном.

В зависимости от качества геркона, возможно, будут наблюдаться некоторые отклонения от идеального значения. Приемлемо начало работы реле при интенсивности света, составляющей 50—75 % максимально возможной величины. С другой стороны, если вы не уложились в эти пределы, необходимо изменить либо количество витков обмотки реле, либо ток солнечной батареи.

Количество витков обмотки реле следует менять в соответствии со следующим правилом. Если реле срабатывает раньше, количество витков необходимо уменьшить, если позже — увеличить. Если вы хотите поэкспериментировать с изменением тока солнечной батареи, подключите к ней шунтирующий резистор.

Теперь подсоедините к схеме фототранзистор Q2. Его надо поместить в светонепроницаемый корпус, иначе он не будет правильно работать. Для этого возьмите медную или алюминиевую трубу длиной около 2,5 см и диаметром, соответствующим диаметру корпуса транзистора.

Один конец трубы следует расплющить так, чтобы осталась щель шириной 0,8 мм. Закрепите трубу на транзисторе. Готовая схема управления, содержащая элементы Q1, Q2, R1 и RL 1, с целью герметизации заливается жидким каучуком.

От устройства выводятся четыре привода: два — от контактов реле, два — от солнечных батарей. Для заливки жидкого каучука используется форма из плотной бумаги (типа почтовой карточки). Для ее изготовления листом бумаги оберните карандаш и закрепите бумагу, чтобы она не развернулась После засыхания слоя полимера вокруг схемы удалите бумажную форму.

Эксплуатировать следящее устройство достаточно просто. Для начала соберите несложный следящий механизм.

Укрепите вашу батарею на вращающейся оси. Вы можете закрепить батарею на подходящей раме, после чего присоединить раму к трубе, используя подшипники трения или качения. Затем установите мотор с редуктором для вращения рамы вокруг оси. Это можно сделать множеством способов.

Поскольку реле выполняет лишь функции включения и выключения в электронной схеме, необходимо иметь элементы, которые переключали бы напряжение вращения электромотора. Для этого необходимы концевые выключатели, располагаемые в крайних положениях рамы. Они подключаются согласно схеме, приведенной на рис. 6.

Из рисунка видно, что это простая схема переключателя полярности При подаче питания электромотор начинает вращаться. Направление его вращения зависит от полярности источника питания.

В момент подачи питания реле переключения полярности RL1 2) не срабатывает, потому что цепь питания его обмотки разорвана нормально разомкнутыми контактами. Электромотор вращает раму по направлению к концевому выключателю № 1. Этот выключатель расположен так, что рама упирается в нею только в крайнем положении своего вращения.

При замыкании этого выключателя срабатывает реле RL 1, которое меняет полярность питающего напряжения электромотора, и последний начинает вращаться в противоположном направлении. Хотя концевой контакт № 1 снова размыкается, реле остается включенным благодаря тому, что его контакты замкнуты.

При нажатии рамы на концевой выключатель № 2 цепь питания реле RL 1 размыкается и реле выключается. Направление вращения мотора снова изменяется, и слежение за небосводом продолжается.

Цикл прерывается только с помощью герконового реле RL 1 из схемы слежения за интенсивностью солнечного излучения, которое управляет схемой питания электромотора. Однако реле RL 1 — слаботочный прибор и не может непосредственно коммутировать ток мотора. Таким образом, герконовое реле коммутирует вспомогательное реле, которое управляет электромотором, как показано на рис. 6.

Солнечные батареи системы слежения необходимо расположить вблизи механизма вращения. Угол их наклона должен совпадать о углом наклона полярной оси, а стык батарей направлен на полуденное солнце. Электронный модуль подключается непосредственно к устройству вращения. Щель крышки фототранзистора сориентируйте параллельно полярной оси. Тем самым учитываются сезонные изменения в положении солнца над горизонтом.

Список деталей

Q1—2N2222, транзистор

Q2—FPT-100, фототранзистор

R1—1000 Ом, резистор

RL1 — реле (см. текст)

6 кремниевых солнечных элементов, каждый нз которых генерирует ток 80 мА

Литература: Байерс Т. 20 конструкций с солнечными элементами: Пер. с англ.— М.: Мир, 1988 год.

Очень часто панели солнечных батарей устанавливают жестко и стационарно. Это просто, но не очень эффективно, так как в течение дня солнце перемещается по небу и количество световой энергии, получаемое солнечными панелями меняется. Максимальная отдача солнечной батареи возможна только когда свет падает на панель перпендикулярно ее плоскости. Для того, чтобы солнечные лучи падали на солнечную батарею всегда перпендикулярно. используются системы слежения за солнцем разной конструкции и разного уровня сложности. Такая система хоть и усложняет монтаж солнечных батарей, но позволяет взять от них по максимуму. Солнечные панели все еще не дешевы, и мы, вкладывая в них свои средства, наверняка хотим реализовать весь их потенциал.

Часто простейшие системы слежения могут поворачивать панель только по одной оси. Такие устройства имеют в своем составе пару фотодатчиков и пару компараторов, которые управляют одним электродвигателем, включенным в диагональ простейшего H-моста. Такие устройства конечно тоже повышают эффективность работы солнечных панелей, но делают это не совсем эффективно, так как работают только в пределах одной оси. В этой статье описывается очень простая система слежения за солнцем, которая, тем не менее, умеет перемещать панель по двум осям, что повышает эффективность работы солнечной батареи. Во время работы система непрерывно пытается расположить панель так, чтобы ее плоскость всегда была перпендикулярна падающим солнечным лучам и получить максимальную отдачу электроэнергии от батареи. Устройство слежения следует за солнцем с рассвета до последних лучей заката и автоматически возобновляет свою работу на следующее утро.

Схема устройства содержит микросхему LM339, которая представляет собой четыре аналоговых компаратора в общем корпусе. Двумя моторами управляет специализированная микросхема L293D - сдвоенный H-мост. Кроме микросхем принципиальная схема содержит несколько дискретных элементов. В качестве датчиков интенсивности освещения используются фоторезисторы LDR1 - LDR4.Эти фоторезисторы определяют положение солнечной панели относительно лучей солнца.

Блок фоторезисторов совместно с компаратором LM339 формирует сигналы управления для драйвера моторов L293D. Фоторезисторы LDR1 и LDR2 закреплены в углах солнечной панели на оси Х, в LDR3 и LDR4 - на оси Y. Подстроечные резисторы служат для настройки системы так, чтобы двигатели останавливались когда солнечные лучи падают на панель перпендикулярно ее плоскости, при этом на выходах компараторов должны быть низкие уровни напряжения.

Рассмотрим алгоритм работы системы на примере ее части, отвечающей за перемещения по оси Х. Если фоторезистор LDR2 получает больше света чем LDR1, то сопротивление LDR2 становится меньше сопротивления LDR1.На входах компараторов А1 и А2 (4, 7) появляется более высокий уровень напряжения. При этом на выходе компаратора А2 (1) появляется высокий уровень напряжения. Мотор М1 начинает вращаться в одном из направлений (скажем, против часовой стрелки), поворачивая солнечную панель.

Если LDR1 получает света больше чем LDR2, то его сопротивление становится меньше, чем сопротивление LDR2, тем самым уменьшая напряжение га входах компараторов (4, 7). На выходе (2) компаратора А2 появляется высокий уровень и мотор начинает вращаться в противоположном направлении (скажем, по часовой стрелке). Точно таким же образом работает слежение по оси Y.

На рисунке ниже показана возможная конструкция системы слежения за солнцем. Схему можно собрать на унифицированной макетной плате или развести для нее обычную печатную плату.

Солнечные панели вырабатывают оптимальный коэффициент полезного действия только тогда, когда их расположение находится в перпендикулярной плоскости по отношению к источнику энергии (солнечным лучам). Чтобы улучшить работоспособность альтернативных источников электроэнергии, инструкторы создают множество разных приспособлений. Одно из них - солнечный трекер. Предназначение этого механизма - слежение за движением солнца по небу и перемещение поверхности фотоэлектрического модуля в то положение, в котором есть возможность поглощать как можно больше ультрафиолетового излучения.

Установка трекера дает следующие преимущества:

• рост коэффициента полезного действия на 40-45%;
• увеличение производимой электроэнергии;
• экономия финансовых средств.

КПД увеличивается тогда, когда лучи солнца падают на рабочую поверхность под углом 90 0 . Эффективность сразу многократно возрастает. Поскольку производительность конкретной солнечной батареи становится больше, то нет нужды в установке дополнительных панелей. Следовательно, затраты на весь комплект солнечной электростанции снижаются, поскольку устанавливать дополнительные фотоэлектрические модули не требуется. Схема солнечного трекера:

Как уже было сказано выше, солнечный трекер выполняет 2 функции - отслеживание местоположения Солнца и поворот рабочей поверхности в нужном направлении. За установление параметров траектории движения светила и выявление точки максимальной концентрации солнечных лучей отвечает USB-приемник. Устройство принимает сигнал от спутника GPS-навигатора. В зависимости от того, какие данные получил приемник, дается команда на перемещение фотоэлектрического модуля. Система перемещения модулей оборудована серводвигателем. Его задача - изменение направления вращения вала. Благодаря этому панель перемещается по разным сторонам.

Типы трекеров

По конструкции трекеры системы ориентации солнечных батарей разделяются на 2 основных категории - с одной и с двумя осями вращения.

У устройств с одной осью вращения одна степень свободы. Ориентация - с севера на юг. Этот вид по расположению оси вращения делится на следующие виды:

• горизонтальная ось - находится в горизонтальном положении относительно земной поверхности;
• вертикальная ось - расположена вертикально относительно земной поверхности;
• наклонная ось - находится в промежутке между вертикальной и горизонтальной траекторией;
• полярно ориентированная ось - ее местоположение зависит от того, где находится полярная звезда.

У двухосевого солнечного трекера отслеживания обе конструкции работают независимо друг от друга. Но они соединены в общую систему, которая обеспечивает движение трекера. Количество степеней свободы - две.

Отдельный подвид трекеров с двумя осями вращения - это те, которые укомплектованы опорным элементом. Есть 2 варианта таких устройств. Первый - роль опоры выполняет опорный столб. В верхней части располагается площадка, на которой установлен поворотный механизм. Второй вариант - роль основы выполняет круглая платформа или кольцо. На такой плоскости получится расположить сразу несколько панелей.

Для работы понадобятся:

1. Шесть длинных обработанных досок и 4 коротких.
2. Два колеса от велосипеда.
3. Железные детали для крепления малого размера с отверстиями по краям.
4. Линейный привод на 12 вольт.
5. Светодиодный датчик слежения.
6. Гайки, болты, винты, кабель и провод.

Сначала нужно подготовить основу из дерева. Нужно отмерить длину и ширину досок, обработать их, сколотить 2 половины треугольником. Затем скрепить их поперечными досками. Затем нужно подобрать подходящие железные детали (как на картинке) и проделать в них 6 отверстий на одинаковых расстояниях. Затем крепления прикручиваются к доскам шурупами.

При помощи кабеля крепится линейный привод. Кабель скрепляется металлической скобой. Нужно использовать именно гибкий материал для скрепления, чтобы в будущем рабочая поверхность могла двигаться и поворачиваться в нужном направлении.

Затем сверху закрепляется светодиодный датчик. Чтобы защитить его от повреждений, нужно накрыть его прозрачным предметом (чтобы пропускать лучи солнца). Это может быть, к примеру, пустая банка.

Самодельный трекер для солнечных батарей готов. Самостоятельно можно смастерить и , и даже