УСТРОЙСТВО ОРИЕНТАЦИИ СОЛНЕЧНОГО ЭНЕРГОМОДУЛЯ

Полезная модель относится к гелиотехнике, а именно, предназначена для ориентации солнечного энергомодуля в азимутальной и зенитальной плоскостях.
Известно устройство для ориентации гелиоустановки, использующееся для ориентации коллекторов в азимутальной и зенитальной плоскостях (RU 2043583, дата публикации: 1992.08.15), состоящее из биметаллических спиралей. В вечерние часы, когда спирали охлаждены и находятся в исходном положении, пружинное устройство удерживает в вертикальном положении гелиоустановку, при этом установка может быть легко ориентирована вручную на восток. С восходом солнца биметаллические спирали начинают нагреваться. Спирали, противодействуя пружине, постепенно разворачивают раму в зенитальном направлении солнца и направляют гелиоустановку на солнце.
Недостатком данной системы является:
- неточное регулирование положения солнечного коллектора относительно солнца;
- недолговечность, пружина со временем растягивается и теряет свои начальные технические характеристики;
- пружинное устройство не возвращается в исходное положение к утру, после ночи.
Более близким по технической сути, является поворотное устройство солнечного энергомодуля (RU 2381426 С2, дата публикации: 2009.04.27). В конструкцию, которого введен специальный датчик освещенности, устройство обработки сигнала и электронный таймер. Датчик освещенности включает в себя два фотодиода, закрепленных на несущей пластине, установленной параллельно плоскости солнечной батареи, и отражатель, представляющий собой пластину с белой матовой поверхностью, установленную параллельно оси вращения батареи и перпендикулярно ее плоскости. Электронный таймер через заданные промежутки времени выдает устройству обработки сигнала команду на измерение значений освещенности каждого из двух фотодиодов. Устройство обработки сигнала выключает таймер и подключает напряжение с выхода солнечной батареи к электродвигателю с целью поворота солнечной батареи, в сторону более освещенного фотодиода до тех пор, пока не изменится знак разности значений освещенности фотодиодов, после чего устройство обработки сигнала выключает электродвигатель и включает таймер.
Недостатком данной системы является:
- используются два фотодатчика для поиска солнца;
- регулирование положения солнечного устройства происходит только по азимуту;
- между измерениями показаний фотодиодов установлен таймер, что делает регулирование положения солнечного устройства цикличным и уменьшает точность регулирования;
- сложная конструкция, так как помимо шагового двигателя используется еще и редуктор.
Наиболее близкой по технической сути является система слежения за солнцем (опубл. «Вестник науки Сибири», серия - инженерные науки 2012. №3 (4) с 61.-67), состоящая из фотоэлектрического датчика, преобразователя ток-напряжение, операционного усилителя, микроконтроллера Atmega8L, шагового двигателя и устройства управления шаговым двигателем.
Недостатком данной модели является сложная конструкция устройства, так как имеется большое количество элементов: для измерения задействован кремневый фотоэлектрический преобразователь, состоящий из трех чувствительных элементов, преобразователь ток-напряжение, операционный усилитель. Вследствие наличия большого количество различных элементов надежность устройства не велика.
Технической задачей данной полезной модели является увеличение точности слежения устройства ориентации солнечного энергомодуля за солнцем и повышение надежности работы устройства.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в устройстве ориентации солнечного энергомодуля, содержащем вертикальную опору с размещенными на ней платформой для установки энергомодуля, устройством поворота по углу местности, систему управления, содержащую фотоэлемент и устройство обработки сигнала, электродвигатель и устройство управления электродвигателем, согласно полезной модели в качестве фотоэлемента используется фоторезистр, платформа посредством первого шарнирного механизма скреплена с горизонтальным основанием устройства поворота по азимуту, а посредством второго шарнирного механизма скреплена с электрическим домкратом, установленным на горизонтальном основании устройства поворота по азимуту.
Причем платформа может быть выполнена в виде пространственной рамы, а устройство поворота по азимуту может быть выполнено в виде шагового двигателя, ось вращения которого располагается перпендикулярно углу местности.
Особенностью устройства является то, что для слежения за солнцем используется только один фотоэлемент - фоторезистор, что уменьшает стоимость и увеличивает надежность устройства ориентации солнечного энергомодуля, так как в обычных устройствах для поиска солнца используется несколько фотоэлементов, и с течением времени происходит неравномерное ухудшение технических характеристик фотоэлементов, вследствие чего показатели фотоэлементов начинают различаться, и устройство поиска солнца перестает корректно работать. В заявляемом устройстве использование фоторезистора, ухудшение его технических характеристик, не повлияет на работоспособность устройства ориентации солнечного энергомодуля, так как устройство работает на разнице в показаниях фоторезистора, что значит при изменении его технических характеристик (увеличение или уменьшение темнового сопротивления) разница в показании (напряжение) при различной освещенности будет оставаться, и этой разницы в показании фоторезистора достаточно для работы устройства ориентации солнечного энергомодуля. Для получения сигнала от фоторезистора не нужно использовать усилители сигналов, так как при помощи делителя напряжения, сопротивление фоторезистора переводится в напряжение и подается на вход микроконтроллера.
Устройство ориентации солнечного энергомодуля по азимуту и углу местности выполнено из электрического домкрата и шагового двигателя, управление осуществляется через микроконтроллер, анализ (регулирование) осуществляется в реальном времени. При изменении показания фоторезистора - уменьшения интенсивности светового излучения, устройство мгновенно включается в работу и начинает поиск солнца - положения с максимальной интенсивностью светового излучения. Алгоритм программы построен таким образом, что система защищена от ошибочных действий при определении положения, и максимально правильно повторяет необходимый контур. Устройство к утру самостоятельно возвращается в исходное положение.
Устройство для ориентации солнечного энергомодуля может быть доставлено без солнечного энергомодуля к месту установки. Солнечный энергомодуль может быть установлен на устройство ориентации солнечного энергомодуля непосредственно на месте монтажа, для этого не требуется специальных инструментов и навыков.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена электрическая схема платы управления, на фиг. 2 представлен общий вид устройства для ориентации солнечного энергомодуля с солнечным энергомодулем, на фиг. 3 представлен общий вид устройства для ориентации солнечного энергомодуля без солнечного энергомодуля.
Устройство ориентации солнечного энергомодуля содержит: на фиг. 1 и на фиг. 2 фоторезистор 1 для анализа интенсивности светового излучения, электрический домкрат 2 для вертикального перемещения положения плоскости солнечного энергомодуля, шаговый двигатель 3 для регулирования положением основания устройства ориентации солнечного энергомодуля, электрический шкаф 4, в котором установлено электрическое оборудование, первый шарнирный механизм 5, скрепляющий плоскость солнечного энергомодуля 6 с основанием устройства ориентации солнечного энергомодуля 7, солнечный энергомодуль 9, второй шарнирный механизм 10 для крепления плоскости солнечного энергомодуля 6 к электрическому домкрату 2, специальная выемка 8, прикрепленная к первому шарнирному механизму 5, в котором устанавливается и фиксируется при помощи натяжителей солнечный энергомодуль 9. Индуктивные датчики 12 установлены для защиты электрического домкрата и шагового двигателя от работы в недопустимых местах.
Изменение сопротивления фоторезистора 1 (фиг. 1) отслеживается при помощи делителя напряжения 13, управление процессом осуществляет микроконтроллер 14.
Фоторезистор 1 устанавливается посередине плоскости солнечного энергомодуля - 6, при увеличении интенсивности светового излучения сопротивление фоторезистора уменьшается, при уменьшение светового излучения сопротивление увеличивается, величина сопротивления при помощи делителя напряжения 13 преобразуется в напряжение и подается на вход А0 микроконтроллера 14, который установлен в электрическом шкафу 4. Микроконтроллер 14, установленный в плате управления, при помощи заданного алгоритма анализирует полученные данные, и при уменьшение интенсивности светового излучения, микроконтроллер переходит на подпрограмму поиск солнца по азимуту, и подаются команды на второй механизм, на включение шагового двигателя, интенсивность солнечного излучения начинает увеличиваться, напряжение на входе А0 увеличивается и как только наступит момент, когда напряжение на входе А0 перестанет увеличиваться, то есть интенсивность светового излучения перестанет увеличиваться, и плоскость солнечного энергомодуля находится в самом благоприятном месте с максимальной интенсивностью светового излучения, микроконтроллер отключает подпрограмму поиска солнца по азимуту, и переходит на подпрограмму поиска солнца по высоте (зениту), которая выполняется аналогичным образом, что и поиск солнца по азимуту. Таким образом, происходит поиск солнца по азимуту и по зениту.
При наступлении сумерек солнечная интенсивность отсутствует, сопротивление резистора максимально, напряжение на входе микроконтроллера А0 минимально, в программе микроконтроллера есть таймер на 4 часа. Если в течение этого времени напряжение будет на минимальном уровне, то это означает наступление ночи, микроконтроллер перейдет на подпрограмму возвращение в исходное положение солнечного энергомодуля - положение для начала работы в утреннее время.
При работе в нормальных погодных условиях, при отсутствии облаков напряжение меняется постепенно, а когда облако закрывает солнце, интенсивность светового излучения резко уменьшается и, как следствие, напряжение на входе А0 резко уменьшается, в программе микроконтроллера прописана подпрограмма - облачность, которая в таком случае блокирует работу основного алгоритма микроконтроллера, и ждет пока не нормализируется нормальные погодные условия, для включения в работу основного алгоритма программы.
Когда микроконтроллер переходит на подпрограмму поиска солнца, он запускает в работу по управлению вторым шарнирным механизмом при помощи сигналов включения/отключения шагового двигателя и электрического домкрата. Включение шагового двигателя происходит для регулирования положения солнечного энергомодуля по азимуту, в этом случае солнечный энергомодуль начинает двигаться в сторону большей интенсивности светового излучения, пока не достигнет позиции с максимальной солнечной интенсивностью по азимуту, после чего шаговый двигатель отключается, и включается электродомкрат, который выводит солнечный энергомодуль на позицию с максимальной солнечной интенсивностью по зениту, после чего отключается, и так далее.
Для защиты электрического домкрата и шагового двигателя от работы в недопустимых местах используются индуктивные датчики 12, которые являются концевыми выключателями.
Электрический домкрат установлен на горизонтальном основании устройства ориентации солнечного энергомодуля. Основание выполнено в виде прямоугольника для укрепления конструкции поворотного устройства, прорези выполнены для того, чтобы уменьшить вес установки.
Солнечный энергомодуль устанавливается в специальную выемку 8, где при помощи стандартных натяжителей фиксируются. Выемка прикреплена к плоскости солнечного энергомодуля. При помощи натяжителей солнечный энергомодуль фиксируется на плоскости устройства ориентации солнечного энергомодуля.
Второй шарнирный механизм 10 является передаточным устройством между плоскостью солнечного энергомодуля 6 и электрическим домкратом 2, при помощи которого плоскость солнечного энергомодуля поднимается и опускается.
Заявляемое устройство ориентации солнечного энергомодуля позволяет обеспечить заданную точность слежения за солнцем. Конструкция устройства проста и надежна в работе.