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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Dispositivo per il rilevamento del sole. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Fonti di energia alternative Finora, quando si utilizzavano i pannelli solari, ci si accontentava della generale dispersione della luce solare. È vero, sono stati presi in considerazione alcuni cambiamenti stagionali, nonché l'ora del giorno (orientamento in direzione est-ovest). Tuttavia, una volta trovati, i pannelli solari sono rimasti più o meno fissi nella loro posizione di lavoro. In alcuni casi non abbiamo nemmeno dato molta importanza a questo aspetto, orientando approssimativamente la batteria in direzione del sole. Tuttavia è noto per esperienza che le celle solari generano la massima energia solo quando sono posizionate esattamente perpendicolarmente alla direzione dei raggi solari e ciò può avvenire solo una volta al giorno. Nel resto del tempo, l'efficienza delle celle solari è inferiore al 10%. Supponiamo di poter monitorare la posizione del Sole nel cielo? In altre parole, cosa accadrebbe se ruotassimo il pannello solare durante il giorno in modo che sia sempre rivolto direttamente verso il sole? Semplicemente modificando questo parametro, aumenteresti la produzione totale delle celle solari di circa il 40%, ovvero quasi la metà dell’energia generata. Ciò significa che 4 ore di intensità solare utile si trasformano automaticamente in quasi 6 ore.Il monitoraggio del sole non è affatto difficile. Il principio di funzionamento del dispositivo di localizzazione Il dispositivo di localizzazione è composto da due parti. Uno di questi combina un meccanismo che guida il ricevitore della radiazione solare, l'altro un circuito elettronico che controlla questo meccanismo. Sono stati sviluppati numerosi metodi di inseguimento solare. Uno di questi si basa sul montaggio delle celle solari su un supporto parallelo all'asse polare. Potresti aver sentito parlare di dispositivi simili chiamati sistemi di tracciamento equatoriale. Questo è un termine popolare usato dagli astronomi. Grazie alla rotazione della Terra, ci sembra che il Sole si muova nel cielo. Se prendessimo in considerazione questa rotazione della Terra, il Sole, in senso figurato, si “fermerebbe”. Il sistema di tracciamento equatoriale funziona in modo simile. Ha un asse di rotazione parallelo all'asse polare terrestre. Se vi si attaccano delle celle solari e le si ruota avanti e indietro, si ottiene un'imitazione della rotazione della Terra (Fig. 1). Un asse allineato con l'asse di rotazione della Terra.
L'angolo di inclinazione dell'asse (angolo polare) è determinato dalla posizione geografica e corrisponde alla latitudine del luogo in cui è montato il dispositivo. Supponiamo che tu viva in un'area corrispondente a 40° di latitudine N. Successivamente l'asse del dispositivo di localizzazione verrà ruotato di un angolo di 40° rispetto all'orizzonte (al Polo Nord è perpendicolare alla superficie della Terra (Fig. 2).
Ruotando le celle solari verso est o verso ovest attorno a questo asse inclinato simulerà il movimento del sole nel cielo. Se ruotiamo le celle solari con la velocità angolare della rotazione terrestre, possiamo "fermare" completamente il Sole. Questa rotazione è effettuata da un sistema di inseguimento meccanico. Per ruotare le celle solari attorno ad un asse è necessario un motore. In qualsiasi momento del movimento quotidiano del sole, il piano dei pannelli solari sarà ormai perpendicolare alla direzione dei raggi solari. La parte elettronica del dispositivo di localizzazione fornisce al meccanismo di guida informazioni sulla posizione del sole. Tramite comando elettronico il pannello viene installato nella direzione desiderata. Non appena il sole si sposterà verso ovest, la centralina elettronica avvierà il motore elettrico fino a ripristinare nuovamente la direzione desiderata del pannello verso il sole. Caratteristiche dell'inseguitore La novità del nostro dispositivo di localizzazione non risiede solo nell'orientamento delle celle solari verso il sole, ma anche nel fatto che alimentano il “cervello” elettronico di controllo. Ciò è ottenuto attraverso una combinazione unica di design e caratteristiche elettriche del dispositivo. Consideriamo innanzitutto le caratteristiche progettuali del dispositivo, facendo riferimento alla Fig. 3.
La batteria solare è composta da due pannelli contenenti tre elementi ciascuno, collegati in serie e posti sui piani di un involucro di plastica trasparente. I pannelli sono collegati in parallelo. Questi pannelli sono montati ad angolo retto tra loro. Di conseguenza, almeno uno dei moduli sarà costantemente illuminato dal sole (fatte salve le limitazioni discusse di seguito). Innanzitutto, considera il caso in cui l'intero dispositivo è posizionato in modo tale che la bisettrice dell'angolo formato dai pannelli sia diretta esattamente verso il sole. In questo caso ogni pannello è inclinato di 45° rispetto al sole (Fig. 4) e genera energia elettrica.
Se si ruota il dispositivo di 45° verso destra, il pannello destro assumerà una posizione parallela, mentre quello sinistro sarà perpendicolare ai raggi solari. Ora solo il pannello di sinistra genera energia, quello di destra è inattivo. Ruotiamo il dispositivo di altri 45°. La luce continua a colpire il pannello sinistro, ma con un angolo di 45°. Come prima, il lato destro non è illuminato e quindi non genera alcuna energia. Puoi ripetere una rotazione simile sul lato sinistro, mentre il pannello destro genererà energia e quello sinistro sarà inattivo. In ogni caso, almeno una batteria genera elettricità. Poiché i pannelli sono collegati in parallelo, il dispositivo genererà sempre elettricità. Durante il nostro esperimento il modulo ha ruotato di 180°. Pertanto, se si fissa un particolare dispositivo in modo che la giunzione dei pannelli sia diretta verso il sole di mezzogiorno, l'uscita della batteria solare genererà sempre tensione elettrica, indipendentemente dalla posizione del sole nel cielo. Dall'alba al tramonto, alcune parti del dispositivo saranno illuminate dal sole. Ottimo, ma perché tutto questo? Ora lo saprai. Sistema elettronico di localizzazione solare Per seguire il movimento del sole nel cielo, il circuito elettronico di controllo deve svolgere due funzioni. Prima di tutto, deve decidere se è necessario il tracciamento. Non ha senso sprecare energia per far funzionare un motore elettrico se non c’è abbastanza luce solare, come nella nebbia o in una copertura nuvolosa. Questo è lo scopo per il quale è principalmente necessario il dispositivo sopra descritto! Per comprendere il principio del suo funzionamento, passiamo al circuito elettronico mostrato in Fig. 3. Innanzitutto concentriamo la nostra attenzione sul relè RL1. Per semplificare ulteriormente la discussione, supponiamo che il transistor Q1 sia in saturazione (corrente conduttrice) e il transistor Q2 non sia presente. Il relè RL1 è un elemento del circuito che risponde alla corrente che lo attraversa. Il relè contiene una bobina di filo in cui l'energia della corrente elettrica viene convertita nell'energia del campo magnetico. L'intensità del campo è direttamente proporzionale alla corrente che scorre attraverso la bobina. Quando la corrente aumenta, arriva un momento in cui l'intensità del campo aumenta così tanto che l'armatura del relè viene attratta dal nucleo dell'avvolgimento e i contatti del relè si chiudono. Questo momento corrisponde alla cosiddetta soglia di risposta del relè. Ora è chiaro il motivo per cui il relè viene utilizzato per misurare l'intensità di soglia della radiazione solare utilizzando celle solari. Come ricorderete, la corrente della cella solare dipende dall'intensità della luce. Nel nostro circuito ci sono in realtà due pannelli solari collegati al relè e finché non generano una corrente superiore alla soglia di funzionamento il relè non si accende. Pertanto, è la quantità di luce incidente che determina la soglia di risposta. Se la corrente è leggermente inferiore al valore minimo, il circuito non funziona. Il relè e la batteria solare sono selezionati in modo che il relè si attivi quando l'intensità della luce raggiunge il 60% del valore massimo. In questo modo viene risolto il primo compito del sistema di tracciamento: determinare il livello di intensità della radiazione solare. I contatti del relè chiuso accendono il motore elettrico e il sistema inizia a cercare l'orientamento rispetto al sole. Ora arriviamo al compito successivo, ovvero trovare l'esatto orientamento della batteria solare rispetto al sole. Per fare ciò, torniamo ai transistor Q1 e Q2. C'è un relè nel circuito del collettore del transistor Q1. Per accendere il relè, è necessario cortocircuitare il transistor Q1. Il resistore /?1 imposta la corrente di polarizzazione che apre il transistor Q1. Il transistor Q2 rappresenta un fototransistor, la sua regione di base è illuminata dalla luce (nei transistor convenzionali, alla base viene applicato un segnale elettrico). La corrente di collettore di un fototransistor è direttamente proporzionale all'intensità della luce. Il resistore R1, oltre a impostare la corrente di polarizzazione del transistor Q1, viene utilizzato anche come carico per il transistor Q2. Quando la base del transistor Q2 non è illuminata dalla luce, non c'è corrente nel collettore e tutta la corrente attraverso il resistore R1 scorre attraverso la base, saturando il transistor Q1. All'aumentare dell'illuminazione del fototransistor, inizia a fluire una corrente di collettore, che scorre solo attraverso il resistore R1. Secondo la legge di Ohm, un aumento della corrente attraverso un resistore fisso R1 porta ad un aumento della caduta di tensione ai suoi capi. Pertanto cambia anche la tensione sul collettore di Q2. Quando questa tensione scende al di sotto di 0,7 V, si verificherà il fenomeno previsto: Q1 perderà la polarizzazione poiché richiede almeno 0,7 V per far circolare la corrente di base. Il transistor Q1 smetterà di condurre corrente, il relè RL1 si spegnerà e i suoi contatti si apriranno. Questa modalità di funzionamento si verifica solo quando il transistor Q2 è puntato direttamente verso il sole. In questo caso la ricerca dell'esatto orientamento rispetto al sole si interrompe a causa dell'apertura del circuito di alimentazione del motore da parte dei contatti del relè. Ora il pannello solare è puntato direttamente verso il sole. Quando il sole lascia il campo visivo del transistor Q2, il transistor Q1 accende il relè e il meccanismo riprende a muoversi. E il sole ritrova se stesso. La ricerca viene ripetuta molte volte mentre il sole si sposta nel cielo durante il giorno. La sera l'intensità della luce diminuisce. Il pannello solare non può più generare energia sufficiente per alimentare il sistema elettronico e i contatti del relè si aprono per l'ultima volta. La mattina presto, il sole illumina la batteria esposta a est del sistema di localizzazione e il funzionamento del circuito ricomincia. In modo analogo i contatti del relè si aprono se l'illuminazione diminuisce a causa del maltempo. Supponiamo, ad esempio, che al mattino faccia bel tempo e che il sistema di localizzazione inizi a funzionare. Tuttavia, a mezzogiorno il cielo cominciò a diventare cupo e la diminuzione dell'illuminazione fece cessare il funzionamento del sistema di localizzazione finché il cielo non si schiarì di nuovo nel pomeriggio, e forse il giorno successivo. Ogni volta che ciò accade, il sistema di tracciamento è sempre pronto a riprendere il funzionamento. disegno Realizzare un dispositivo di localizzazione è abbastanza semplice, poiché una parte significativa delle parti è realizzata in vetro organico. Tuttavia, un punto molto importante è il coordinamento delle caratteristiche dei pannelli solari e dei relè. È necessario selezionare elementi che generino una corrente di 80 mA alla massima intensità della radiazione solare. La selezione può essere effettuata tramite test. Questo tester è abbastanza adatto a questo scopo. Ho scoperto che le celle a mezzaluna producono una corrente media di circa 80 mA. Pertanto, tra tutti i tipi di elementi in vendita, ho utilizzato questi elementi per il mio dispositivo. Entrambi i pannelli solari hanno un design simile. Ciascuno contiene tre elementi, collegati in serie e fissati su lastre di plexiglass di 10x10 cm2. Gli elementi saranno costantemente esposti all'ambiente, quindi è necessario prevedere misure di protezione per loro. Sarebbe bello fare quanto segue. Posizionare la batteria completata su una lastra di plexiglass posizionata su una superficie metallica piana. Copri la parte superiore della batteria con uno strato relativamente spesso (0,05-0,1 mm) di pellicola Mylar. Riscaldare accuratamente la struttura risultante con una fiamma ossidrica in modo che le parti in plastica si sciolgano e si saldano insieme. Fai attenzione quando lo fai. Se posizioni la lastra di plexiglass su una superficie non sufficientemente piana o la surriscaldi, potrebbe deformarsi. Tutto dovrebbe essere simile alla preparazione di un panino al formaggio grigliato.
Al termine, verificare che il sigillo sia sicuro, soprattutto attorno ai bordi delle celle solari. Potrebbe essere necessario piegare leggermente i bordi del Dacron mentre è ancora caldo. Dopo che i pannelli si sono raffreddati sufficientemente, incollarli insieme come mostrato in Fig. 5 e collegarli in parallelo. Non dimenticare di saldare i cavi alle batterie prima di assemblare il dispositivo. cervello elettronico Il prossimo elemento di design importante è il relè. In pratica un relè è una bobina avvolta attorno ad un piccolo contatto reed. L'avvolgimento del relè è costituito da 420 spire di filo di rame smaltato n. 36 avvolti attorno a un telaio sufficientemente piccolo da adattarsi al contatto reed con interferenza. Ho usato una cannuccia da cocktail come cornice. Se tocchi le estremità della cannuccia con la lama di un coltello caldo, si formeranno le guance del telaio, proteggendo l'avvolgimento dallo scivolamento oltre i bordi. L'impedenza dell'avvolgimento dovrebbe essere di 20-30 ohm. Inserisci l'interruttore reed nel telaio e fissalo con una goccia di colla. Quindi collegare il transistor Q1 e il resistore R1 al relè. Senza collegare il transistor Q2, applicare l'alimentazione dalle celle solari e controllare il funzionamento del circuito. Se tutto funziona correttamente, il relè dovrebbe attivarsi quando l'intensità della luce solare è pari a circa il 60% dell'intensità totale. Per fare ciò è sufficiente ricoprire il 40% della superficie delle celle solari con un materiale opaco, come ad esempio il cartone. A seconda della qualità dell'interruttore Reed possono verificarsi alcune deviazioni dal valore ideale. È accettabile avviare il relè con un'intensità luminosa pari al 50-75% del valore massimo possibile. Se invece non si rispettano questi limiti, sarà necessario modificare il numero di spire dell'avvolgimento del relè o la corrente del pannello solare. Il numero di giri dell'avvolgimento del relè deve essere modificato in conformità con la seguente regola. Se il relè interviene prima è necessario ridurre il numero di giri, altrimenti aumentarlo. Se vuoi provare a cambiare la corrente del pannello solare, collegagli un resistore shunt. Ora collega il fototransistor Q2 al circuito. Deve essere collocato in un alloggiamento a prova di luce, altrimenti non funzionerà correttamente. Per fare questo, prendi un tubo di rame o alluminio lungo circa 2,5 cm e un diametro corrispondente al diametro dell'alloggiamento del transistor. Un'estremità del tubo deve essere appiattita in modo che rimanga uno spazio largo 0,8 mm. Collega il tubo al transistor. Il circuito di controllo finito, contenente gli elementi Q1, Q2, R1 e RL1, è riempito con gomma liquida a scopo di tenuta. Dal dispositivo escono quattro azionamenti: due da contatti relè, due da pannelli solari. Per versare la gomma liquida, utilizzare una forma di carta spessa (come una cartolina). Per realizzarlo, avvolgere un foglio di carta attorno a una matita e fissare la carta in modo che non si apra. Dopo che lo strato di polimero attorno al diagramma si è asciugato, rimuovere la forma di carta.
Lavorare con il dispositivo Il dispositivo di localizzazione è abbastanza semplice da utilizzare. Innanzitutto, assembla un semplice meccanismo di tracciamento. Monta la batteria su un asse rotante. È possibile montare la batteria su un telaio adatto, quindi fissare il telaio al tubo utilizzando cuscinetti a frizione o a rulli. Quindi installare un motore con un cambio per ruotare il telaio attorno al proprio asse. Questo può essere fatto in molti modi. Poiché il relè svolge solo funzioni di accensione e spegnimento nel circuito elettronico, è necessario disporre di elementi che commutano la tensione di rotazione del motore elettrico. Ciò richiede finecorsa posizionati nelle posizioni estreme del telaio. Sono collegati secondo lo schema mostrato in Fig. 6. L'interruttore di finecorsa n. 1 è incluso nella Fig. 6 non è corretto. Per garantire il corretto funzionamento del circuito, i terminali del finecorsa devono essere collegati in parallelo ai contatti del relè RL1, collegato in serie al relè.
Dalla figura puoi vedere che si tratta di un semplice circuito con interruttore di polarità: quando viene applicata l'alimentazione, il motore elettrico inizia a ruotare. La direzione della sua rotazione dipende dalla polarità della fonte di alimentazione. Al momento dell'alimentazione il relè di inversione di polarità RL1 non funziona perché il circuito di alimentazione del suo avvolgimento è interrotto da contatti normalmente aperti. Il motore elettrico fa ruotare il telaio verso il finecorsa n. 1. Questo interruttore è posizionato in modo che il telaio poggi contro di esso solo nella posizione estrema della sua rotazione. L'autore designa diversi relè allo stesso modo nei diagrammi delle Figure 3 e 6. Per evitare confusione in futuro, il relè RL1 nella Figura 3 è chiamato relè reed del sistema di tracciamento e i suoi contatti nella Figura 6 sono chiamati contatti reed. Il relè RL1 in Fig. 6 è più potente di un interruttore reed, con tre gruppi di contatti di commutazione. Quando questo interruttore viene chiuso, si attiva il relè RL1 che inverte la polarità della tensione di alimentazione al motore elettrico e quest'ultimo inizia a ruotare in senso opposto. Anche se il contatto finale n. 1 si apre nuovamente, il relè rimane attivo perché i suoi contatti sono chiusi. Quando il telaio preme il finecorsa n. 2, il circuito di alimentazione del relè RL1 si apre e il relè si spegne. La direzione di rotazione del motore cambia nuovamente e il tracciamento del cielo continua. Il ciclo viene interrotto solo dal relè reed RL 1 proveniente dal circuito di monitoraggio della radiazione solare, che controlla il circuito di alimentazione del motore elettrico. Tuttavia, il relè RL 1 è un dispositivo a bassa corrente e non può commutare direttamente la corrente del motore. Pertanto, il relè reed commuta il relè ausiliario, che controlla il motore elettrico, come mostrato in Fig. 6. I pannelli solari del sistema di inseguimento devono essere posizionati vicino al meccanismo di rotazione. L'angolo della loro inclinazione dovrebbe coincidere con l'angolo di inclinazione dell'asse polare e il giunto delle batterie dovrebbe essere diretto verso il sole di mezzogiorno. Il modulo elettronico è collegato direttamente al dispositivo di rotazione. Orientare la fessura del coperchio del fototransistor parallelamente all'asse polare. Ciò tiene conto dei cambiamenti stagionali nella posizione del sole sopra l'orizzonte. Autore: Byers T.
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▪ sezione del sito dell'Antenna. Selezione dell'articolo ▪ articolo di Ippocrate. Biografia di uno scienziato ▪ Direttore dello sviluppo dell'articolo. Descrizione del lavoro ▪ Articolo Meravigliosa sciarpa. Messa a fuoco segreta
Commenti sull'articolo: Gaia Schema del tutto incomprensibile. Dove sono gli "occhi" nello schema elettrico?
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