УДК 662.997:004.4 (Караганда, КарГТУ)
(Караганда, КарГТУ)
(Караганда, КарГТУ)
РАЗРАБОТКА ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СОЛНЕЧНЫМ ТРЕКЕРОМ
В современном мире существует проблема использования традиционных источников получения энергии. В Казахстане для получения энергии используют в основном горючие ископаемые (каменный уголь, газ, нефть), что вызывает выбросы гигантского количества углекислого газа в атмосферу.
В связи с этим актуализировалось освоение альтернативных способов получения энергии, в том числе и электрической. Одним из таких способов является солнечная энергетика. Ее получение минимизирует производство вредоносных отходов, связанных с утилизацией отслуживших панелей.
Основной проблемой оптимального получения солнечной энергии является несовершенство существующих систем. Как правило, солнечные панели устанавливаются стационарно и их оптимальное облучение не достигается. Солнце движется по разным траекториям в разные времена года, а значит, при статичном расположении солнечных панелей будет генерироваться различное количество энергии. Для решения данной проблемы можно предложить ручное позиционирование солнечных панелей, либо автоматическое. Очевидно, первый метод неприемлем. Следовательно, с целью максимального использования потенциала солнечной энергетики, необходимо применение автоматических систем позиционирования солнечных панелей. С этой целью был разработан макетный проект, обеспечивающий максимум генерации электрической энергии с использованием принципов экстремального регулирования, что даёт дополнительные плюсы системе управления в отличие от традиционных.
Солнечный трекер – система, предназначенная для слежения за перемещением солнца, чтобы получить максимальный КПД от солнечных батарей. Принцип работы заключается в том, что два фоторезистора меняют сопротивление в зависимости от количества света, падающего на них. На сами датчики надеты трубки, чтобы поток света, падающий на них, был узконаправленным. Считывание и сравнивание информации с двух датчиков происходит посредством использования микроконтроллера ATMEGA. Один датчик обеспечивает работу системы управления перемещением в горизонтальной плоскости, другой в вертикальной. После считывания аналогового сигнала с датчика контроллер в соответствии с разработанной программой обрабатывает его. Далее, при необходимости, микроконтроллер посылает сигнал сервоприводу, и он совершает фиксированный поворот. После этого происходит сравнивание значений, которые были до поворота и после, и на их основании делается выбор – остаться на месте, либо совершить следующий фиксированный поворот. Если система остается на месте, значит световой поток, падающий на панель максимален, что соответствует необходимому результату. Оба датчика выполняют одинаковые функции, различие в том, что они отвечают за перемещение в различных плоскостях. На рисунке 1 показан внешний вид разработанного макета системы автоматического позиционирования солнечной панели.
Рисунок 1 – Конструкция солнечного трекера
Разработанная система имеет ряд отличий от традиционного решения с использованием четырех датчиков. Предлагаемый нами способ позволяет: обеспечить максимальную точность позиционирования при изменении характеристик датчиков при их деградации, загрязнении или замене; сократить количество используемых аналоговых входов микроконтроллера. Таким образом, аномальные отклонения показаний датчика от нормы будут учтены и скомпенсированы. Это позволит оперативно отреагировать на предаварийные и аварийные ситуации, а значит принять соответствующие меры по их устранению.
На рисунке 2 приведена функциональная схема разработанного макета, которая отражает его основные элементы и связи между ними. Для работы микроконтроллера были разработаны алгоритм функционирования и программа управления на языке программирования С++. Для минимизации потребления энергии самим трекером в алгоритме программы заложены: «ночной» режим – блокировка работы приводов при недостаточном освещении; «зона нечувствительности» - предотвращающая колебательные процессы при изменении освещённости.
Рисунок 2 – Функциональная схема макета
Считываемая информация с двух датчиков поступает на контроллер, где происходит последующее её сравнение. В зависимости от полученных данных, контроллер дает команду на поворот приводов в нужное положение. Как только система попадает в оптимальное положение, солнечная панель получает наибольшее количество света с её последующим преобразованием в электрическую энергию.
Список использованной литературы:
Конструкция и технология полупроводниковых фотоэлектрических приборов – Амброзяк А. / 1970 г. Солнечные элементы: Теория и эксперимент – Фаренбух А. / 1987 г.