Сонячна батарея
Системи стеження за траєкторією руху сонця для сонячних батарей, загальна технічна характеристика використовуваного пристрою. Схема управління, яка визначає положення Сонця. Механізми повороту і нахилу батарей в залежності від напрямку променів.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 15.05.2017 |
| Размер файла | 506,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Вступ
сонце батарея промінь
Альтернативна енергетика є одним із важливих факторів економічного розвитку. Людство зацікавлене у відмові від використання вугілля, щоб уникнути отруйних викидів в атмосферу та значної кількості відходів. Кожна держава надає переваги певному напряму енергозбереження [1].
Сонячна енергія невичерпна і, що дуже важливо, - екологічно безпечна. По суті, єдиним істотним недоліком отримання енергії від Сонця є низький ККД таких установок. Наприклад, в даний час ККД сонячної батареї на основі монокристалічного кремнію близько 15%.
Про сонячну енергетику та перспективи її розвитку ведуться суперечки і дискусії вже багато років. Більшість вважають сонячну енергетику - енергетикою майбутнього, надією всього людства. Серйозні інвестиції вкладає в будівництво сонячних електростанцій велика кількість компаній. Сонячну енергетику прагнуть розвивати в багатьох країнах світах, вважаючи її головною альтернативою традиційним енергоносіям.
Згідно за оптимістичним прогнозом International Energy Agency, сонячні електростанції до 2050 року зможуть виробляти до 20-25% світової електроенергії.
Альтернативний погляд на перспективи сонячних електростанцій базується на тому, що витрати, які потрібні для виготовлення сонячних батарей і акумуляторних систем, в рази перевищують прибуток від виробленої сонячними електростанціями електроенергії. Противники цієї позиції запевняють, що все якраз навпаки. Сучасні сонячні батареї здатні працювати без нових капіталовкладень десятки і навіть сотні років, вироблена ними сумарна енергія дорівнює нескінченності. Ось чому в довгостроковій перспективі електроенергія, одержана з використанням енергії сонця, стане не просто рентабельною, а надприбутковою [2].
1. Системи стеження за траєкторією руху сонця для сонячних батарей
Після початку використання сонячних батарей для виробництва електроенергії в промислових масштабах інженери і проектувальники стали шукати способи підвищення ефективності таких електростанцій. Загальна дисперсія світла Сонця, яка визначається зміною напрямку падіння сонячних променів на фотоелементи, не дозволяла ефективно використовувати сонячні батареї протягом усього світлового дня. Вихід з такої ситуації був знайдений досить швидко - сонячні панелі стали встановлювати на рухомому підставі, підключеному до системи стеження за Сонцем.
Для отримання максимальної потужності від сонячних батарей необхідно, щоб сонячні промені потрапляли на площину батарей перпендикулярно. При такому напрямку променів ККД сонячних батарей може досягати 50-55%. Для стаціонарно встановлених батарей цей показник може знижуватися до 10-15% з-за зміни кута падіння сонячних променів.
Освітленість сонячних батарей повинна підтримуватися на оптимальному рівні. Для підтримання цього рівня розроблені різноманітні системи спостереження - від найпростіших аналогових до аналогово-цифрових.
Система стеження за сонцем - це пристрій для орієнтування панелі сонячних батарей або для утримання сонячного відбивача поверненим до Сонця.
1.1 Пристрій стеження
Для досягнення максимальної продуктивності робочих поверхонь систем необхідна їх точна орієнтація на Сонце. При цьому завданням пристрою стеження (трекера) є зменшення кута падіння сонця на робочу поверхню сонячних панелей. Положення рухомої частини трекера може змінюватися за допомогою ручного приводу або за допомогою так званих актуаторов - пристроїв, виконаних на електродвигунах.
Таким чином, трекер встановлює кути нахилу робочої поверхні приладів, зорієнтувавши її строго на Сонце. Інакше кажучи, сонячні промені повинні падати перпендикулярно площині сонячної батареї.
Трекери можуть бути реалізовані на основі різних принципів. В цілому пристрій стеження за рухом Сонця складається з двох основних частин: схеми управління, яка визначає положення Сонця та механізмів повороту і нахилу батарей в залежності від напрямку сонячних променів.
1.2 Схема управління, яка визначає положення Сонця
Найпростіша схема пристрою стеження за рухом сонця (Solar Tracker) наведена на рис. 1.1.
Рисунок 1.1. Схема пристрою стеження за рухом Сонця
Для визначення позиції Сонця, використовуються два фоторезистори.
В склад схеми входять:
- мікросхема операційного підсилювача LM1458 (К140УД20);
- транзистори BD139 (КТ815Г, КТ961А) і BD140 (КТ814Г, КТ626В);
- фоторезистори LDR;
- діоди 1N4004 (КД243Г);
- резистори і підстроювальні резистори.
1.3 Механізми повороту і нахилу батарей в залежності від напрямку сонячних променів
Механізм нахилу дозволяє використовувати такі системи стеження в будь-яких географічних широтах: при встановленні сонячних батарей в місцевості, яка відповідає 320 градусам північної широти, вісь пристрою повинна бути повернена на 320 градусів по відношенню до горизонту.
Приводи всіх механізмів системи стеження будуються на базі електродвигунів, на які і впливає система управління. Живлення електродвигунів і системи управління здійснюється від самих сонячних батарей, тому такі установки автономні.
1.4 Підключення сонячних батарей
Як видно, схема і пристрій сонячного трекера досить прості. Природно, що в промислових масштабах використовують більш складні системи, однак подібну схему можна зібрати самостійно для побутової установки з виробництва електроенергії на основі сонячних батарей.
Інформаційна мережа містить не малу кількість готових схем і рішень з систем стеження за Сонцем. Так що, якщо виникла потреба удосконалити конструкцію сонячних батарей і підвищити їх продуктивність, завжди є можливість зробити це самостійно [2].
На рис. 1.2 зображена схема трекера, виконана в Visio.
Рисунок 1.2. Схема трекера в Visio
1.5 Призначення і область застосування слідкуючих електроприводів
Слідкуючі електроприводи або системи управління положенням представляють собою замкнуті електроприводи, керуючі переміщенням і забезпечуючи стабілізацію положення об'єкта регулювання відносно деякої базової системи координат.
При цьому регульована величина (положення об'єкту) з тим або іншим ступенем точності повинна відповідати прикладеному до системи керуючому впливу. Слідкуючі електроприводи можуть забезпечувати як лінійне, так і кутове переміщення регульованого об'єкта. Наприклад, це може бути система наведення сонячної батареї.
1.6 Вимоги, які пред'являються до слідкуючих електроприводів
Незважаючи на загальні вимоги (малі габарити і вага, дешевизна, високий ККД, надійність, безшумність, відсутність радіоперешкод і т.д.), до виконавчих двигунів пред'являються і специфічні вимоги, пов'язані в першу чергу з керованістю.
1. Електродвигуни, які застосовуються в слідкуючому електроприводі, повинні мати плавне регулювання швидкості в широкому діапазоні.
2. Режим роботи двигуна має бути стійким у всьому робочому діапазоні кутових швидкостей.
Під стійкістю розуміють здатність двигуна відновлювати сталу швидкість обертання при невеликих короткочасних обурюючих впливах (по мережі живлення, по моменту навантаження). Ця вимога виконується в разі, якщо позитивному приросту моменту відповідає негативний приріст частоти обертання ротора, тобто якщо dM/dЩ<0.
3. Можливість реверсування.
4. Потужність управління має бути малою при значній потужності на валу.
5. Слідкуючий електропривод має володіти високою швидкодією, тобто малим часом відпрацювання сигналу.
Час відпрацювання сигналу визначається, головним чином, електромеханіч-ними перехідними процесами, тому що через значний активний опір електро-магнітні перехідні процеси в слідкуючому електроприводі швидкоплинні.
Тривалість електромеханічних перехідних процесів характеризується електромеханічною сталою часу Тм. Відомо, що Тм прямо пропорційна моменту інерції (Тм=JdЩ/dM). Наприклад, для циліндра момент інерції обчислюється за формулою: J=0.5mR2
При нелінійній механічній характеристиці кожної її точки відповідає власне значення Тм.
6. Хороші пускові властивості: малий момент ривка, висока кратність пускового моменту і мала кратність пускового струму.
7. Відсутність «самоходу». При знятому сигналі управління двигун повинен зупинитися без застосування будь-яких гальмують пристроїв [3].
2. Огляд існуючих систем позиціонування сонячних систем
2.1 Управління актуаторами за допомогою декількох фотоприймачів
Загальна схема стренера на фотоелементах наведена на рис. 2.1.
Рисунок 2.1. Трекер на фотоелементах
Такий пристрій має два або більше фотодіодів. При русі сонця освітленість фотодіодів стає різною, пристрій аналізує освітленість і передає керуючі сигнали на актуатори до моменту, коли потік світла на всіх фотоелементах буде однаковий. При цьому, електродвигун повертає сонячну батарею із заходу на схід.
Протягом дня платформа з сонячною батареєю буде повертатися слідом за рухом сонця. З настанням сутінків система перейде в режим очікування. Принципові схеми таких пристроїв нескладні та недорогі. Але у них є один істотний недолік: у похмуру погоду і забрудненні фотоприймачів працездатність системи погіршується.
2.2 Управління рухом трекера згідно азимутальних і зенітних кутів
Ідея роботи таких пристроїв заснована на тому, що для правильного позиціонування сонячних панелей, потрібно компенсувати два переміщення Землі:
- добове переміщення, пов'язане з обертання Землі навколо своєї осі;
- річне переміщення, пов'язане з обертання Землі навколо Сонця.
До складу такого пристрою входить таймер. Актуатори починають свою роботу з добовою програмою таймера (при бажанні, і за річною програмою). Але точність орієнтації за допомогою таких пристроїв невелика, так як Сонце протягом року постійно змінює час, місце сходу і заходу, зенітний кут.
2.3 Спосіб управління актуаторами за програмою, яка в певні інтервали часу розраховує місце розташування сонця
Такий спосіб можна вважати найбільш ефективним.
За внутрішнім годинником пристрою програма видає інформацію про значення азимута і зенітного кута (рис. 2.2) на блок управління. При цьому обов'язково буде враховуватися місце розташування трекера, тобто такі параметри як широта, довгота і висота над рівнем моря. Після цього розраховується нове (необхідне) положення трекера і проводиться його переорієнтація.
Рисунок 2.2. Схема визначення положення сонця за азімутом і зенітним кутом
3. Класифікація систем спостереження за рухом сонця в залежності від кількості осей
3.1 Трекери з однією віссю обертання
Одноосьові трекери мають одну ступінь свободи, яка є віссю обертання. Такі трекери діляться горизонтальні, вертикальні і похилі.
Трекери з горизонтальною віссю.
Вісь обертання горизонтально орієнтована по відношенню до землі. Такі пристрої забезпечують високу ефективність протягом весни і літа, коли сонце високо в небі. Жорсткий каркас і простий механізм є основою високої надійності (рис. 3.1. а).
Трекери з вертикальною віссю.
Вісь обертання вертикально орієнтована по відношенню до землі. Ці трекери обертаються зі сходу на захід протягом дня. Вертикальні одновісним системи обертаються тільки навколо вертикальної осі, панелі на них закріплюються вертикально під фіксованим, регульованим кутом нахилу (рис. 3.1, б).
а б
Рисунок 3.1. Трекери з однією віссю обертання: а - з горизонтальною віссю, б - з вертикальною віссю
Трекери з однією похилою віссю обертання.
Всі трекери з осями обертання між горизонтальною і вертикальною вважаються такими.
3.2 Трекери з двома осями обертання
Такі трекери мають два ступені свободи, які виступають в якості осей обертання (рис. 3.2).
Як правило, ці осі не пов'язані один з одним, але працюють разом. Одна вісь фіксується за відношенням до землі. Вона є основною. Інша вісь може розглядатися як вторинна, і навпаки.
За оцінками експертів, ефективність сонячних батарей підвищується до 60%, якщо їх повертати слідом за сонцем з використанням систем спостереження за положенням сонця [4].
Рисунок 3.2. Трекри з двома осями обертання
4. Вимоги до приводу. Вибір актуатора
4.1 Основні характеристики для вибору актуатора
Для правильного вибору актуатора серед їхнього великого розмаїття потрібно знати наступні ключові параметри:
1. Тип актуатора по конструкції. Штоковий, кареточний, будь-який інший.
2. Зусилля. Це максимальне навантаження, з якою може працювати актуатор.
3. Швидкість. Без навантаження вона максимальна, при повному навантаженні - мінімальна.
4. Довжина ходу. Відстань між крайніми точками переміщення.
5. Робочий цикл. Частка часу включення в загальній тривалості циклу.
6. Електроживлення. Постійний або змінний струм, його напруга.
7. Особливі вимоги. Робота в нестандартних умовах, опції і т.д.
При виборі зусилля має сенс закласти певний запас міцності, тому що при неповному навантаженні термін служби значно зростає в порівнянні з номінальним ресурсом.
Для однієї і тієї ж моделі актуатора найчастіше доступний вибір передавального числа редуктора з кількох значень. Чим воно менше, тим нижче зусилля, але вище швидкість і споживаний струм.
При збільшенні навантаження струм лінійно зростає, оскільки збільшується миттєва потужність двигуна, а напруга не змінюється.
Чим більша довжина ходу, тим більше будуть розміри актуатора в утягненому стані. Це особливо важливо, коли доступний для установки простір обмежений.
Робочий цикл розраховується для повного навантаження і зазвичай становить від 10 до 25%. Актуатор може безперервно працювати не більше кількох хвилин, після чого він повинен бути вимкнений на відповідний час. Якщо знизити навантаження або використовувати охолодження, то робочий цикл можна збільшити до 100%, тобто можливість безперервної роботи [5].
4.2 Двигуни актуатора
Актуатори - лінійні приводи - оснащуються електродвигунами, які перетворюють електричну енергію в механічну і виконують корисну роботу.
Електромотор підключається до мережі або через блок управління, який видає живлячий і одночасно керуючий струм, і обертає механічну передачу актуатора. Вона перетворює обертання в поступальний рух, для якого і потрібен лінійний привід.
Двигун актуатора складається з нерухомого статора і ротора. У типових умовах застосування - промислових, медичних, побутових - двигун лінійного електроприводу повинен бути компактним і надійним. Виробники зазвичай виконують актуатори із захистом оболонки не нижче IP44 (захист від пилу і бризок води), а іноді до IP68 (герметичність під тиском).
Основні характеристики електродвигунів актуаторів - це напруга живлення і споживаний струм. Якщо ці величини перемножити, ми отримаємо потужність.
Найбільш поширені двигуни актуаторів (рис. 4.1) - це колекторні двигуни постійного струму (1), асинхронні двигуни змінного струму (2), крокові двигуни (3) і серводвигуни (4).
Рисунок 4.1. Двигуни актуаторів
Колекторні двигуни прості та доступні за ціною, тому застосовуються в більшості простих актуаторів. Їх слабким місцем є колекторний вузол з щітками які труться об ротор, що викликає іскріння і механічне зношення мотора, тому ресурс актуатора з колекторним двигуном порівняно невеликий - близько 4 км. Напруга живлення - 12 або 24 В.
Асинхронні двигуни відрізняються великою потужністю і довговічністю, тому їх ставлять в актуатори для високих і інтенсивних навантажень. Напруга живлення від однофазної мережі 220 В або від трифазної 380 В.
Крокові двигуни живляться від імпульсного сигналу - один імпульс відповідає одному кроку, який викликає поворот ротора на мікроскопічний кут. Підходять для позиціонування лінійного актуатора із середньою точністю і переміщення невеликих навантажень.
Серводвигуни оснащуються датчиком зворотного зв'язку і допускають точне регулювання по положенню або швидкості, а також обмеження крутного моменту. Актуатори з серводвигуном зазвичай називають електроциліндрами.
Крокові і серводвигуни потрібно підключати до спеціального контролера або блоку управління - силовому електроприводу.
Мотор актуатора (див. Рис. нижче) може бути розташований паралельно, перпендикулярно (під прямим кутом) або співвісно (в лінію з корпусом):
|
Актуатор с параллельним двигуном 01KS3 |
Актуатор с перпендикулярним двигуном 01DS50 |
Актуатор с співвісним двигуном 13PBR-26-100 |
Положення визначається типом редуктора, а вибирати потрібно найбільш зручне для установки і подальшої роботи [6].
Список використаних джерел
1. Комарова О. Альтернативні джерела енергії в Польщі (18.05.2016) [Електронний ресурс] / Ольга Комарова // Енергія природи: інформаційний портал про альтернативні джерела енергії у світі та Україні. - Електронні дані. - Режим доступу. - http://alternative-energy.com.ua/blog/2016/05/18/energy-polish-2/ (дата звернення 16.12.2016 р.). - Назва з екрана.
2. Герасимюк О. Перспективи сонячної енергетики (11.04.2016) [Електронний ресурс] / Оксана Герасимюк // Енергія природи: інформаційний портал про альтернативні джерела енергії у світі та Україні. - Електронні дані. - Режим доступу. - http://alternative-energy.com.ua/blog/2016/05/18/energy-polish-2/ (дата звернення 16.12.2016 р.). - Назва з екрана.
3. [Електронний ресурс]: - Режим доступу: http://files.iet.su/ЭПЛА/semestr8/04_эпла_след_C.doc
4. Greenchip.com.ua [Електронний ресурс]: [Інтернет - портал]. - Електронні дані. - Режим доступа: http://greenchip.com.ua/26-0-0-1.html (дата звернення 29.10.2016). - Назва з екрана.
5. Aktuator.ru [Електронний ресурс]: [Інтернет - портал]. - Електронні дані. - [2011-2016]. - Режим доступа: http://www.aktuator.ru/actuator_motor.shtml (дата звернення 20.11.2016). - Назва з екрана.
6. Aktuator.ru [Електронний ресурс] [2011-2016]: [Інтернет - портал]. - Електронні дані. - Режим доступа: http://www.aktuator.ru/choose_actuator.shtml (дата звернення 20.11.2016). - Назва з екрана.
7. Воронин С.Г. Электропривод летательных аппаратов [Електронний ресурс] / Воронин С.Г. // Учебно-методический комплекс. - Електронні дані. - [© С.Г. Воронин, 1995-2011. 800x600x256]. Режим доступу. - http://model.exponenta.ru/epivod/index.htm (дата звернення 16.11.2016 р.). - Назва з екрана.
8. Возняк О.Т. Енергетичний потенціал сонячної енергетики і перспективи його використання в Україні / Возняк О.Т., Янів М. Є. - Львів: Національний університет «Львівська політехніка», 2010 р.
9. Воронин С.Г. Электропривод летательных аппаратов: Конспект лекций. - Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2006. - Ч. 1. - 171 с.
10. Воронин С.Г. Электропривод летательных аппаратов: Учебно-методический комплекс. - Offline версия 1.0. - Челябинск, 1995-2011. - файлов 489, ил.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Основні способи отримання електрики з сонячного випромінювання. Стан і перспективи розвитку сонячної енергетики. Значення і перспективи реалізації проектів по організації виробництва сонячних батарей в Україні. Найбільша у світі сонячна електростанція.
реферат [843,1 K], добавлен 06.05.2015Исследование основных характеристик аккумуляторных батарей для источников бесперебойного питания. Анализ методов и средств тренировки аккумуляторных батарей. Электрохимические процессы в аккумуляторе. Рекомбинирование газов в стекловолоконном сепараторе.
дипломная работа [2,8 M], добавлен 17.02.2013Структура потерь электроэнергии в городских распределительных сетях, мероприятия по их снижению. Компенсация реактивной мощности путем установки батарей статических конденсаторов. Методика определения мощности и места установки конденсаторных батарей.
диссертация [1,6 M], добавлен 02.06.2014Разработка гибридной системы электроснабжения и комплектов, обеспечивающих резервное электроснабжение в доме при пропадании энергии в сети. Преимущества ветрогенераторов и солнечных батарей. Определение необходимого количества аккумуляторных батарей.
презентация [1,4 M], добавлен 01.04.2015Разработка зарядного устройства для аккумуляторов, доступного для изготовления в кружках технического творчества. Отказы аккумуляторных батарей и способы их восстановления. Расчет трансформатора. Изготовление печатной платы и монтаж элементов схемы.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 21.06.2013Назначение, устройство и принцип работы аккумуляторных батарей (АБ). Общие правила и порядок эксплуатации АБ. Объем необходимых измерений при заряде и разряде АБ. Проверка АБ толчковым током. Требования по технике безопасности при обслуживании АБ.
реферат [74,1 K], добавлен 26.09.2011Применение литий-тионилхлоридных батарей в качестве химических источников для питания схем и приборов. Устройство, технические характеристики, достоинства и недостатки литий-тионилхлоридных батарей. Питание схемных узлов с различными типами потребления.
презентация [544,7 K], добавлен 23.11.2015Принципы проектирования математической модели термического переходного процесса нагрева аккумуляторных батарей. Рассмотрение переходного процесса нагрева аккумулятора как системы 3-х тел с сосредоточенной теплоёмкостью: электродов, электролита и бака.
курсовая работа [556,0 K], добавлен 08.01.2012История открытия солнечной энергии. Принцип действия и свойства солнечных панелей. Типы батарей: маломощные, универсальные и панели солнечных элементов. Меры безопасности при эксплуатации и экономическая выгода применения солнечной системы отопления.
презентация [3,1 M], добавлен 13.05.2014Общие сведения о солнце как источнике энергии. История открытия и использование энергии солнца. Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения. Сущность и виды солнечных батарей. "За" и "против" использования солнечной энергии.
реферат [999,0 K], добавлен 22.12.2010
