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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Eliostato. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Fonti di energia alternative Uno dei settori dell'energia solare è la conversione diretta dell'energia solare in energia elettrica mediante pannelli solari. L'articolo descrive un semplice dispositivo che consente di orientare automaticamente una batteria solare verso il sole. Come è noto, la potenza del flusso luminoso sulla superficie terrestre all'equatore raggiunge 1,1 kW/m2 (alla latitudine di Mosca circa 0,5 kW/m2). Circa il 40% di questa energia può essere convertita in elettricità dalle celle solari create dalla società inglese Sandia National Laboratories a base di arseniuro di nitruro di indio e gallio. In alcuni casi è consigliabile utilizzare batterie solari convenzionali con un'efficienza del 20% [1]. L'efficienza delle celle solari dipende da molti fattori, ma il fattore decisivo è l'orientamento dei suoi elementi rispetto alla sorgente di radiazione. Per mantenere un'illuminazione ottimale dei pannelli solari, sono stati sviluppati diversi sistemi di tracciamento, dal più semplice analogico a quello analogico-digitale [2]. La regolazione di tali dispositivi è complicata dal fatto che la loro soglia di risposta varia in base non solo al differenziale, ma anche all'intensità dell'illuminazione complessiva. Inoltre, il ripristino di tali impianti allo stato originario richiede l'intervento del personale addetto alla manutenzione. Il dispositivo proposto (eliostato) utilizza il controllo degli impulsi e, senza intervento esterno, è in grado di orientare la batteria solare secondo la migliore illuminazione. Il diagramma schematico dell'eliostato è mostrato in Fig. 1. Consiste in un generatore di clock (DD1.1, DD1.2), due circuiti integrativi (VD1R2C2, VD2R3C3), lo stesso numero di driver (DD1.3, DD1.4), un comparatore digitale (DD2), due inverter (DD1.5 .1.6, DD1) e un interruttore a transistor (VT6-VT1) per il senso di rotazione del motore elettrico MXNUMX, che controlla la rotazione della piattaforma su cui è installata la batteria solare.
Quando viene fornita alimentazione (dal pannello solare stesso o dalla batteria), il generatore basato sugli elementi DD1.1, DD1.2 inizia a generare impulsi di clock con una frequenza di circa 300 Hz. Durante il funzionamento del dispositivo vengono confrontate le durate degli impulsi generati dagli inverter DD1.3, DD1.4 e dai circuiti integrati VD1R2C2, VD2R3C3. La loro pendenza varia in base alla costante di tempo di integrazione, che a sua volta dipende dall'illuminazione dei fotodiodi VD1 e VD2 (la corrente di carica dei condensatori C2 e C3 è proporzionale alla loro illuminazione). I segnali dalle uscite dei circuiti integrati vengono forniti ai driver di livello DD1.3, DD1.4 e quindi a un comparatore digitale realizzato sugli elementi del microcircuito DD2. A seconda del rapporto tra le durate degli impulsi che arrivano agli ingressi del comparatore, all'uscita dell'elemento DD2.3 (pin 11) o DD2.4 (pin 4) appare un segnale di basso livello. Con la stessa illuminazione dei fotodiodi, su entrambe le uscite del comparatore sono presenti segnali di alto livello. Gli inverter DD1.5 e DD1.6 sono necessari per controllare i transistor VT1 e VT2. Un livello di segnale elevato all'uscita del primo inverter apre il transistor VT1, all'uscita del secondo - VT2. I carichi di questi transistor sono interruttori sui potenti transistor VT3, VT6 e VT4, VT5, che commutano la tensione di alimentazione del motore elettrico M1. I circuiti R4C4R6 e R5C5R7 attenuano le increspature alle basi dei transistor di controllo VT1 e VT2. Il senso di rotazione del motore cambia a seconda della polarità del collegamento alla fonte di alimentazione. Il comparatore digitale non consente l'apertura simultanea di tutti i transistor chiave e garantisce quindi un'elevata affidabilità del sistema. Con l'alba, l'illuminazione dei fotodiodi VD1 e VD2 sarà diversa e il motore elettrico inizierà a girare la batteria solare da ovest a est. Man mano che la differenza nella durata degli impulsi generati dai modellatori diminuisce, la durata dell'impulso risultante diminuirà e la velocità di rotazione della batteria solare rallenterà gradualmente, garantendone il posizionamento accurato. Pertanto, con il controllo a impulsi, la rotazione dell'albero del motore elettrico può essere trasferita direttamente alla piattaforma con la batteria solare, senza l'uso di un riduttore. Durante il giorno la piattaforma con la batteria solare ruoterà seguendo il movimento del sole. Con l'inizio del crepuscolo, la durata dell'impulso all'ingresso del comparatore digitale sarà la stessa e il sistema entrerà in modalità standby. In questo stato la corrente consumata dal dispositivo non supera 1,2 mA (in modalità orientamento dipende dalla potenza del motore). La batteria dell'eliostato viene utilizzata per immagazzinare l'energia generata dal pannello solare e alimentare l'unità elettronica stessa. Poiché il motore elettrico viene acceso solo per far ruotare la batteria (cioè per un breve periodo), non è presente alcun interruttore di alimentazione. Il dispositivo descritto orienta la batteria solare su un piano orizzontale. Nel posizionarlo, però, occorre tenere conto della latitudine geografica della zona e del periodo dell'anno. Se integri il progetto con un'unità di deflessione verticale assemblata secondo uno schema simile, puoi automatizzare completamente l'orientamento della batteria su entrambi i piani. Oltre a quelli indicati nello schema, il dispositivo può utilizzare microcircuiti delle serie K564, K176 (con tensione di alimentazione di 5...12 V). I transistor KT315A sono intercambiabili con qualsiasi serie KT201, KT315, KT342, KT3102 e KT814A con qualsiasi serie KT814, KT816, KT818, nonché germanio P213-P215, P217 con qualsiasi indice di lettera. In quest'ultimo caso, è necessario collegare resistori con una resistenza di 3...6 kOhm tra gli emettitori e le basi dei transistor VT1-VT10 per impedirne l'apertura accidentale a causa di una significativa corrente inversa. Al posto dei fotodiodi FD256 è consentito utilizzare singole celle solari della batteria stessa (collegate con la polarità corretta), fototransistor senza circuiti di polarizzazione, nonché fotoresistenze, ad esempio SF2, SFZ o FSK di qualsiasi modifica. Devi solo selezionare (modificando la resistenza del resistore R1) la frequenza del generatore di clock in base al funzionamento affidabile del comparatore digitale. Tutte le parti del dispositivo sono montate su un circuito stampato (Fig. 2) in fibra di vetro a doppia faccia. I transistor VT3 - VT6 sono avvitati alla scheda e dotati di dissipatori di calore a forma di L con una superficie di circa 10 cm2, piegati da strisce di lamiera in lega di alluminio spesse 1,5 mm. Quando si utilizza un motore elettrico più potente, questi transistor vengono posizionati fuori scheda su dissipatori di calore separati per garantire un'efficiente dissipazione del calore. La scheda è collocata in una custodia di plastica sigillata, montata a filo con la batteria solare.
Per proteggere i fotodiodi dall'irradiazione eccessiva viene utilizzato un filtro a luce verde. Tra i fotosensori è posizionata una tenda opaca. È fissato perpendicolarmente alla scheda in modo tale che quando cambia l'angolo di illuminazione, oscura uno dei fotodiodi. La batteria solare è installata su una piattaforma, sotto la quale è montato un motore elettrico MP-3-015 (tensione di alimentazione 6 V), che lo ruota su un piano orizzontale. È possibile utilizzare un motore più potente, in cui anche la direzione di rotazione dell'albero cambia a seconda della polarità della tensione. Una batteria è collegata alla batteria tramite un collettore di corrente, la cui corrente di carica corrisponde alla corrente massima generata dalla batteria. Il dispositivo, assemblato da parti riparabili, non necessita di regolazione e inizia immediatamente a funzionare. La sua sensibilità è tale che la batteria viene orientata con sicurezza in base al flusso luminoso della lampada MH 2,5 V-0,15 A, situata a una distanza di 3 m dai fotosensori. Letteratura
Autore: I.Tsaplin, Krasnodar
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