XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НА СОЛНЦЕ
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Разработана одноосевая система автоматического позиционирования фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на Солнце, позволяющая увеличивать количество пришедшей мощности на поверхность ФЭП. Коэффициент полезного действия (КПД) ФЭП возможно увеличить до 50% следующими способами [1]:
– реализацией режима отбора мощности в оптимальной рабочей точке вольт-амперной характеристики солнечной батареи;
– реализацией режима непрерывного автоматического слежения ФЭП за Солнцем;
– оптимизацией конструкции солнечной батареи с целью достижения минимального нагрева ФЭП.
Для увеличения КПД был выбран способ реализации режима непрерывного автоматического слежения ФЭП за Солнцем.
Разработка конструкции механической части системы велась с использованием САПР Compas 3D.
Разработанная система представляет собой 3 панели, имеющие возможность складываться (рисунок 1) для уменьшения габаритных размеров при транспортировке и раскладываться в рабочем положении (рисунок 2). На панелях установлены ФЭП. Для возможности поворота панели крепятся к сервоприводу. Панели могут поворачиваться со скоростью 60º за 0,17 с в диапазоне от 0º до 180º с точностью ±5º. Таких сборок в макете устанавливается 2 штуки.
Рисунок 1. Система панелей в транспортном положении
Рисунок 2. Система панелей в рабочем положении
Программирование электрической части системы велось в оболочке Arduino IDE.
Алгоритм работы системы следующий.
Система автоматически отслеживает положение Солнца c помощью сравнения значений с двух фоторезисторов, установленных на двух противоположных сторонах панели. Данные с фоторезисторов поступают на центральный процессор ATmega 2560, который выдаёт команду на поворот панелей в сторону с наибольшим значением светового потока.
Общая функциональная схема системы представлена на рисунке 3.
Рисунок 3. Функциональная схема системы автоматического позиционирования фотоэлектрических преобразователей
На каждой панели установлены ФЭП с выходным напряжение 5В. Всего таких ФЭП в системе 6, что позволяет питать электронную часть системы, потребляющую 9В даже при малом количестве света.
Питание электронной части системы осуществляется ФЭП, которые подключаются через защитные диоды к понижающему преобразователю DC/DC, стабилизирующему напряжение на 8В, которое необходимо для питания центрального процессора. Питание фоторезисторов осуществляется через стабилизатор 7805 CV на 5В, подключенный к выходу DC/DC преобразователя. Для накапливания электрической энергии в системе установлен аккумулятор на 12В.
Механическая часть была изготовлена с применение аддитивной технологии на 3D принтере из ABS пластика. Распечатанные на 3D принтере элементы конструкции представлены на рисунке 4.
Рисунок 4. Панели, изготовленные на 3D принтере из ABS пластика
Выводы:
1. Разработана одноосевая система автоматического позиционирования фотоэлектрических преобразователей. Создан макет, доказавший работоспособность разработанной системы.
2. Разработана функциональная схема и алгоритм программы для микроконтроллера.
Литература:
1. Шиняков Ю.А. Повышение энергетической эффективности автономных фотоэлектрических энергетических установок / Ю.А. Шиняков, Ю.А. Шурыгин, О.Е. Аркатова // Доклады Том. гос. Ун-та систем управления и радиоэлектроники. – 2010. – № 2(22), ч. 2. – С. 102–107.