Меню

Гелиостаты для солнечных панелей

Энергия будущего: схема сборки солнечного гелиостата своими руками

Дата публикации: 25 сентября 2019

Солнце производит огромное количество света, и цель людей — преобразовать эту световую энергию во что-то, что можно использовать. Есть несколько методов, применяемых для улучшения сбора и хранения солнечной электроэнергии. Один из них — аккумулятор, который накапливает энергию, позволяя потреблять её ночью и в пасмурные дни. Другой — использовать гелиостат.

Механизмы специального назначения

Гелиостат — устройство, которое включает в себя зеркало, чаще всего плоское, вращающееся таким образом, чтобы сохранить отражаемый солнечный свет направленным к заранее определенной цели. Согласно научным источникам, гелиотроп, как его называли вначале, был изобретен Уиллемом Грейвзандом (1688-1742). Другие претенденты: Джованни Альфонсо Борелли (1608-1679) и Даниэль Габриэль Фаренгейт (1686-1736).

Сейчас большинство приборов используются для дневного освещения или производства концентрированной солнечной энергии, чтобы вырабатывать электроэнергию. Некоторые из них применяются экспериментально или отражают неподвижные лучи в солнечных телескопах. До появления лазеров и других электрических источников света гелиостаты широко использовались для создания интенсивных, стационарных пучков в научных и других целях. Большинство приборов управляются компьютерами.

Виды устройства

Существуют старые типы приборов, в которых не используются компьютеры, устройства частично или полностью управляются вручную, датчиками света. Сейчас их можно встретить редко. По типу управления различают:

  1. Механические (ручные). Использовались для дневного освещения в древнем Египте более 4 тыс. лет назад. Интерьеры египетских зданий были тщательно декорированы, а дым от пылающих факелов мог повредить убранство. Для отражения солнечного света применялись полированные металлические «зеркала». Слуги или рабы перемещали их вручную, чтобы задать лучу правильное направление.
  2. Полуавтоматические. Гелиостат приводился в движение с помощью часового механизма, поворачивая отражатель каждые 24 часа в направлении, противоположном вращению Земли. Позднее были созданы автоматические приборы.
  3. Датчик. Если есть электричество, возможно применение гелиостатов, использующих датчики света для определения положения светила на небе. Простая конструкция использует основную ось вращения, которая выровнена так, чтобы указывать на цель, на которую должен отражаться свет. Вторичная ось перпендикулярна первой. Датчики посылают сигналы на двигатели, которые вращаются вокруг обеих осей.
  4. Компьютерное управление. Программное обеспечение рассчитывает, исходя из астрономической теории, где солнце находится на небе. Датчики не нужны, и при расчете учитываются как дневные, так и сезонные движения источника света. Эта последовательность операций повторяется, чтобы отражатель был правильно ориентирован.

Поля гелиостатов включают большие установки, состоящие из огромного количества зеркал, управляемые одним компьютером. Приборы иногда прикрепляются к космическим телескопам, чтобы позволить непрерывно наблюдать за Солнцем без необходимости перемещения оптики. Геодезисты использовали их в качестве ярких огней.

Как сделать гелиостат своими руками

Собрать такой прибор под силу каждому человеку. Почти все составляющие элементы доступны. Следует помнить, что были сообщения о пожарах и других видах ущерба, наносимых гелиостатами. Если зеркало слегка вогнутое, что может быть получено случайно при изготовлении, оно может фокусировать (концентрировать) отражённые лучи на цели, которые находятся на некотором расстоянии от него. Устройство отражает солнечный свет длительное время, позволяя температуре подняться до опасного уровня. Не стоит пренебрегать мерами предосторожности. Схема гелиостата:

Читайте также:  Почему электроэнергию получаемую с помощью солнечных батарей называют экологически чистой реш

1. Несущий каркас

Опорная рама для установки зеркала должна обеспечить вращение вокруг горизонтальной, вертикальной осей. Изготовлена из квадратной трубы размером 1″ x 1″ (толщина стенки 1/16″).

2. Двигатель

Используется для поворота устройства влево, вправо, вверх и вниз. Представляет собой шаговый двигатель размера 17 с отрезком 1 / 4-20 резьбового стержня, прикрепленным к его валу. Это нижний из двух двигателей на изображениях. Подходящий двигатель — Jameco.

3. Зеркала

Подойдут недорогие модели. Для этого типа применения точность, плоскостность — не слишком нужные характеристики. Если будет возможность, можно использовать отражатели из акрила, поликарбоната или другого прочного материала.

4. Программное обеспечение

Гелиостат лучше автоматизировать, адаптировав под задачи рабочую книгу Excel с пользовательскими функциями для расчета:

  • рассвета, восхода, полудня и заката;
  • сумерек, азимута и высоты Солнца;
  • положения зеркала.

Гелиостат может улавливать свет ранним утром и поздним вечером, а несколько приборов можно использовать для отражения через одно небольшое окно, обращенное на север. По этим причинам отопление дома этим методом может быть даже более эффективным процессом, чем пассивное солнечное отопление через большие окна, выходящие на юг.

  • Солнечная энергетика захватывает новые стихии
  • Красота в деталях: солнечные батареи для клавиатуры и ноутбуков
  • Раз, два, три….расчет произвели…
  • 5 солнечных автомобилей

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Источник

Гелиостат с солнечной панелью + зарядное для гаджетов

Гелиостат, это устройство способное поворачивать зеркало, (в данном случае солнечную панель) так, чтобы направлять солнечные лучи постоянно в одном направлении, несмотря на видимое суточное движение Солнца.

В этой статье мы познакомимся с тем, как работает такое устройство и, как его можно изготовить. Данный гелиостат способен накапливать солнечную энергию, которую затем можно использовать, например, для зарядки мобильного телефона.

Инструменты и материалы:
-Солнечная панель Offgridtec 5Вт 12В;
— Двигатель постоянного тока V-TEC 6В Mini 25D с зубчатой ​​передачей 177 об / мин;
— Регулируемый модуль питания;
-USB-micro;
-Печатная плата;
-Транзистор IRFD 110 — 2 шт;
-Транзистор IRFD 9120 — 2 шт;
-Компаратор двойной, DIP-8;
-Металлические пленочные резисторы: 330 кОм — 4 шт; 1K -1 шт; 4,7K — 2 шт;
-Потенциометры горизонтальные, 6 мм, 25 кОм — 2 шт;
-Фоторезистор — 2 шт;
-Разъем PCB прямой, 3-контактный;
-Разъем PCB прямой, белый 2-контактный — 3 шт;
-Термоусадочная трубка;
-Крепеж;
-Фанера;
-Провода;
-Лазерный резак;
-3D-принтер;
-Паяльник;
-Плоскогубцы;
-Кусачки;
-Столярный клей;
-Отвертка;
-Термопистолет;
-Ножовка;
-Сверло по металлу;
-Источник питания 12 В (или батарея 9 В);
-Мультиметр;
-Люксметр (опционально);












Шаг первый: теория
В борьбе с изменением климата, возобновляемые источники энергии играют незаменимую роль. Одним из преимуществ возобновляемых источников энергии является то, что они не выделяют парниковых газов. Есть много различных возобновляемых источников энергии, таких как: солнечная энергия, гидроэнергия, ветер, морская энергия (волна и прилив), геотермальная энергия, биоэнергетика, водород. Источник энергии, который можно использовать снова и снова без истощения и поступающий из природных ресурсов, рассматривается как возобновляемая энергия. Если только один процент пустыни Сахара покрыть солнечными панелями, то этого будет достаточно чтобы обеспечить весь мир электричеством.

Читайте также:  Чем можно заменить элемент солнечной батареи

Чтобы использовать энергию, которую солнце посылает на землю, ее необходимо преобразовать в другую форму энергии, которую можно использовать проще, например, в электричество.

В фотоэлектрическом элементе, солнечный свет напрямую преобразуется в электричество.
Типичный фотоэлектрический элемент сделан из полупроводникового материала кремния. Обычно этот тип солнечного элемента состоит из двух слоев кремния: I) кремния n-типа и II) кремния p-типа. Солнечный элемент генерирует электричество, используя солнечный свет.

Шаг второй: подготовка деталей
heliostat_all_3mm_comp_v4.svg
Zahnrad.stl
Вырежьте все деревянные детали с помощью лазерного резака. Распечатайте шестерню на 3D-принтере. Отрежьте кусок поволоки для оси (длина около 1,6 см).

Отрежьте две пластиковых трубы, одну диаметром 20 мм и длиной 40 мм (для оси) и другую диаметром 32 мм и длиной 2 см (для датчиков освещенности).





С обратной стороны солнечной панели есть монтажная коробка. Вторые концы проводов закрепляются на контактах солнечной панели. При монтаже необходимо соблюдать полярность.

Теперь нам нужно подключить солнечную панель к регулятору напряжения, а также к USB-зарядному устройству.
У USB-кабеля есть четыре провода. Нужны два, черный и красный. Красный припаивается к + выхода регулятора напряжения, черный к минусу. С помощью дополнительного провода соединяем солнечную панель и водные контакты регулятора.














Когда все электронные компоненты припаяны к печатной плате, ее функциональность должна быть проверена. Для теста понадобится блок питания, тестовый мотор, подключенный к 2-контактному разъему и отвертка. Нужно проверить вращается ли двигатель, подается ли на него питание, и меняет ли двигатель направление вращения.

Подайте питание на плату. Возьмите отвертку и установите потенциометр R9 в среднее положение. Двигатель должен перестать вращаться. Поверните отвертку в другом направлении, чтобы проверить, вращается ли также шестерня двигателя в обратном направлении. Если все работает, установите потенциометр в среднее положение и отключите питание.

Источник

КОНТРОЛЛЕР ПОВОРОТА СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ

Попросил недавно друг собрать ему «гелиостат» для ориентации солнечной панели за солнцем, под использование небольших моторов. Схема была взята из просторов интернета, проверена авторская плата, работает. Но я нарисовал также свою печатную плату, покомпактней, в которой резисторы и конденсаторы можно ставить планарного типа SMD.

Схема гелиостата

Далее идёт описание схемы от автора. Это устройство использует импульсное регулирование и автоматически способно ориентировать солнечную батарею по наилучшей освещенности. Принципиальная схема состоит из тактового генератора (DD1.1, DD1.2), двух интегрирующих цепей (VD1R2C2, VD2R3C3), такого же числа формирователей (DD1.3, DD1.4), цифрового компаратора (DD2), двух инверторов (DD1.5, DD1.6) и транзисторного коммутатора (VT1—VT6) направления вращения электродвигателя М1, управляющего поворотом платформы, на которой установлена солнечная батарея.

С подачей питания (от самой солнечной батареи или от аккумулятора) генератор на элементах DD1.1, DD1.2 начинает вырабатывать тактовые импульсы, следующие с частотой около 300 Гц. При работе устройства сравниваются длительности импульсов, сформированных инверторами DD1.3, DD1.4 и интегрирующими цепями VD1R2C2, VD2R3C3. Их крутизна меняется в зависимости от постоянной времени интегрирования, которая, в свою очередь, зависит от освещенности фотодиодов VD1 и VD2 (ток зарядки конденсаторов С2 и СЗ пропорционален их освещенности).

Читайте также:  Оптимальный угол наклона солнечных батарей

Сигналы с выходов интегрирующих цепей поступают на формирователи уровня DD1.3, DD1.4 и далее — на цифровой компаратор, выполненный на элементах микросхемы DD2. В зависимости от соотношения длительностей импульсов, поступающих на входы компаратора, сигнал низкого уровня появляется на выходе элемента DD2.3 (вывод 11) или DD2.4 (вывод 4). При равной освещенности фотодиодов на обоих выходах компаратора присутствуют сигналы высокого уровня.

Инверторы DD1.5 и DD1.6 необходимы для управления транзисторами VT1 и VT2. Высокий уровень сигнала на выходе первого инвертора открывает транзистор VT1, на выходе второго — VT2. Нагрузками этих транзисторов являются ключи на мощных транзисторах VT3, VT6 и VT4, VT5, которые коммутируют напряжение питания электродвигателя М1. Цепи R4C4R6 и R5C5R7 сглаживают пульсации на базах управляющих транзисторов VT1 HVT2. Направление вращения двигателя меняется в зависимости от полярности подключения к источнику питания. Цифровой компаратор не позволяет одновременно открыться всем ключевым транзисторам, и, таким образом, обеспечивает высокую надежность системы.

С восходом солнца освещенность фотодиодов VD1 и VD2 окажется различной, и электродвигатель начнет поворачивать солнечную батарею с запада на восток. По мере уменьшения разницы в длительностях импульсов, вырабатываемых формирователями, будет уменьшаться длительность результирующего импульса, и скорость поворота солнечной батареи плавно замедлится, что обеспечит ее точное позиционирование. Таким образом, при импульсном управлении вращение вала электродвигателя можно передавать платформе с солнечной батареей непосредственно, без применения редуктора.

В течение дня платформа с солнечной батареей будет поворачиваться вслед за движением солнца. С наступлением сумерек длительности импульсов на входе цифрового компаратора окажутся одинаковыми, и система перейдет в дежурный режим. В этом состоянии потребляемый устройством ток не превышает 1,2 мА (в режиме ориентации он зависит от мощности двигателя).

Аккумулятор гелиостата используется для накопления энергии, вырабатываемой солнечной батареей, и питания самого электронного блока. Поскольку электродвигатель включается лишь для поворота батареи (на короткое время), выключатель питания не предусмотрен. Данная схема ориентирует солнечную батарею в горизонтальной плоскости. Однако при ее позиционировании следует учитывать географическую широту местности и время года. Если дополнить конструкцию блоком вертикального отклонения, собранным по аналогичной схеме, можно полностью автоматизировать ориентацию батареи в обеих плоскостях.

Для защиты фотодиодов от избыточного облучения применен зеленый светофильтр. Между фотодатчиками помещают непрозрачную шторку. Ее закрепляют перпендикулярно плате с таким расчетом, чтобы при изменении угла освещения она затеняла один из фотодиодов. Подробнее читайте в статье в прилагаемом архиве. Общий вид печатной платы:

После сборки проверил работу прибора — всё срабатывает как надо, при засвете одного и второго светодиода срабатывает мотор по часовой и против часовой стрелки.

Радиатор несколько великоват, столь большого размера не требуется, но другу такой понравился, потом сказал порежет на две половины для двух готовых плат, тестирует пока, поскольку с мощностью моторов ещё не определился.

Эти радиаторы всё сняты с блоков питания АТХ, у меня их много накопилось, а люди всё несут и несут. Разработка — И. Цаплин. Сборка и испытание схемы — Igoran.

Источник