|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Sonnen-Tracker. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Bisher begnügten wir uns beim Betrieb von Solaranlagen mit der allgemeinen Streuung des Sonnenlichts. Zwar wurden einige jahreszeitliche Veränderungen sowie die Tageszeit (Ausrichtung in Ost-West-Richtung) berücksichtigt. Allerdings blieben die Solarpaneele mehr oder weniger fixiert in ihrer einmal gefundenen Arbeitsposition. Teilweise haben wir darauf nicht einmal großen Wert gelegt und den Akku grob in Richtung Sonne ausgerichtet. Erfahrungsgemäß erzeugen Solarzellen jedoch nur dann die maximale Energie, wenn sie genau senkrecht zur Richtung der Sonnenstrahlen ausgerichtet sind, und dies kann nur einmal am Tag geschehen. In der übrigen Zeit beträgt der Wirkungsgrad von Solarzellen weniger als 10 %. Angenommen, Sie könnten die Position der Sonne am Himmel verfolgen? Mit anderen Worten: Was würde passieren, wenn Sie das Solarpanel tagsüber so drehen würden, dass es immer direkt auf die Sonne zeigt? Allein durch die Änderung dieses Parameters würden Sie die Gesamtleistung der Solarzellen um etwa 40 % steigern, was fast der Hälfte der erzeugten Energie entspricht. Das bedeutet, dass aus 4 Stunden nutzbarer Sonnenintensität automatisch fast 6 Stunden werden. Die Überwachung der Sonne ist überhaupt nicht schwierig. Das Funktionsprinzip des Tracking-Geräts Das Ortungsgerät besteht aus zwei Teilen. Einer von ihnen kombiniert einen Mechanismus, der den Sonnenstrahlungsempfänger antreibt, der andere – eine elektronische Schaltung, die diesen Mechanismus steuert. Es wurden eine Reihe von Solar-Tracking-Methoden entwickelt. Eine davon basiert auf der Montage von Solarzellen auf einer Halterung parallel zur Polachse. Sie haben vielleicht schon von ähnlichen Geräten gehört, die als äquatoriale Trackingsysteme bezeichnet werden. Dies ist ein beliebter Begriff, der von Astronomen verwendet wird. Dank der Erdrotation kommt es uns so vor, als würde sich die Sonne über den Himmel bewegen. Wenn wir diese Rotation der Erde berücksichtigen würden, würde die Sonne im übertragenen Sinne „anhalten“. Das äquatoriale Trackingsystem funktioniert auf ähnliche Weise. Es hat eine rotierende Achse parallel zur Polachse der Erde. Befestigt man daran Solarzellen und dreht diese hin und her, erhält man eine Nachahmung der Rotation der Erde (Abb. 1). Eine Achse, die mit der Rotationsachse der Erde ausgerichtet ist.
Der Neigungswinkel der Achse (Polarwinkel) wird durch den geografischen Standort bestimmt und entspricht dem Breitengrad des Ortes, an dem das Gerät montiert ist. Nehmen wir an, Sie leben in einem Gebiet, das dem 40. nördlichen Breitengrad entspricht. Anschließend wird die Achse des Ortungsgeräts um 40° zum Horizont gedreht (am Nordpol steht sie senkrecht zur Erdoberfläche (Abb. 2).
Durch Drehen der Solarzellen nach Osten oder Westen um diese geneigte Achse wird die Bewegung der Sonne über den Himmel simuliert. Wenn wir die Solarzellen mit der Winkelgeschwindigkeit der Erdrotation drehen, können wir die Sonne vollständig „anhalten“. Diese Drehung wird durch ein mechanisches Mitnehmersystem ausgeführt. Um Solarzellen um eine Achse zu drehen, wird ein Motor benötigt. Zu jedem Zeitpunkt der täglichen Bewegung der Sonne steht die Ebene der Sonnenkollektoren nun senkrecht zur Richtung der Sonnenstrahlen. Der elektronische Teil des Nachführgeräts liefert dem Antriebsmechanismus Informationen über den Sonnenstand. Per elektronischem Befehl wird das Panel in die gewünschte Richtung montiert. Sobald die Sonne nach Westen wandert, startet die elektronische Steuerung den Elektromotor, bis die gewünschte Ausrichtung des Panels zur Sonne wieder hergestellt ist. Tracker-Eigenschaften Die Neuheit unseres Ortungsgeräts liegt nicht nur in der Ausrichtung der Solarzellen zur Sonne, sondern auch in der Tatsache, dass sie das steuerelektronische „Gehirn“ mit Strom versorgen. Dies wird durch eine einzigartige Kombination aus Design und elektrischen Eigenschaften des Geräts erreicht. Betrachten wir zunächst die Konstruktionsmerkmale des Geräts unter Bezugnahme auf Abb. 3.
Die Solarbatterie besteht aus zwei Paneelen mit jeweils drei Elementen, die in Reihe geschaltet und auf den Ebenen eines transparenten Kunststoffgehäuses platziert sind. Die Panels sind parallel geschaltet. Diese Paneele werden im rechten Winkel zueinander montiert. Dadurch wird mindestens eines der Module ständig von der Sonne beleuchtet (vorbehaltlich der unten erläuterten Einschränkungen). Betrachten Sie zunächst den Fall, dass das gesamte Gerät so platziert ist, dass die Winkelhalbierende der Paneele genau auf die Sonne gerichtet ist. Dabei ist jedes Panel in einem Winkel von 45° zur Sonne geneigt (Abb. 4) und erzeugt elektrische Energie.
Wenn Sie das Gerät um 45° nach rechts drehen, nimmt das rechte Panel eine parallele Position ein und das linke steht senkrecht zu den Sonnenstrahlen. Jetzt erzeugt nur noch das linke Panel Energie, das rechte ist inaktiv. Drehen wir das Gerät noch einmal um 45°. Das Licht trifft weiterhin auf das linke Panel, jedoch in einem Winkel von 45°. Die rechte Seite ist nach wie vor unbeleuchtet und erzeugt daher keine Energie. Sie können eine ähnliche Drehung auf der linken Seite wiederholen, während das rechte Panel Energie erzeugt und das linke inaktiv ist. In jedem Fall erzeugt mindestens eine Batterie Strom. Da die Panels parallel geschaltet sind, erzeugt das Gerät immer Strom. Während unseres Experiments drehte sich das Modul um 180°. Wenn also ein bestimmtes Gerät so befestigt wird, dass die Verbindung der Paneele zur Mittagssonne zeigt, erzeugt der Ausgang der Solarbatterie immer elektrische Spannung, unabhängig vom Sonnenstand am Himmel. Von morgens bis abends wird ein Teil des Geräts von der Sonne beleuchtet. Toll, aber warum das alles? Jetzt werden Sie es wissen. Elektronisches Sonnennachführungssystem Um der Bewegung der Sonne am Himmel zu folgen, muss die elektronische Steuerschaltung zwei Funktionen erfüllen. Zunächst muss sie entscheiden, ob überhaupt ein Tracking-Bedarf besteht. Es macht keinen Sinn, Energie für den Betrieb eines Elektromotors zu verschwenden, wenn nicht genügend Sonnenlicht vorhanden ist, beispielsweise bei Nebel oder Wolkendecke. Für diesen Zweck wird das oben beschriebene Gerät in erster Linie benötigt! Um das Funktionsprinzip zu verstehen, wenden wir uns der in Abb. gezeigten elektronischen Schaltung zu. 3. Konzentrieren wir uns zunächst auf das Relais RL1. Um die weitere Diskussion zu vereinfachen, nehmen wir an, dass sich der Transistor Q1 in der Sättigung befindet (Strom leitet) und der Transistor Q2 nicht vorhanden ist. Das Relais RL1 ist ein Schaltungselement, das auf den durch es fließenden Strom reagiert. Das Relais enthält eine Drahtspule, in der die Energie des elektrischen Stroms in die Energie des Magnetfelds umgewandelt wird. Die Feldstärke ist direkt proportional zum durch die Spule fließenden Strom. Mit steigendem Strom kommt es zu einem Moment, in dem die Feldstärke so stark ansteigt, dass der Relaisanker vom Wicklungskern angezogen wird und die Relaiskontakte schließen. Dieser Moment entspricht der sogenannten Relaisansprechschwelle. Jetzt ist klar, warum das Relais zur Messung der Grenzintensität der Sonnenstrahlung mithilfe von Solarzellen verwendet wird. Wie Sie sich erinnern, hängt der Solarzellenstrom von der Lichtintensität ab. In unserem Schaltkreis sind tatsächlich zwei Solarpaneele an das Relais angeschlossen, und bis sie einen Strom erzeugen, der die Betriebsschwelle überschreitet, schaltet sich das Relais nicht ein. Daher ist es die Menge des einfallenden Lichts, die die Ansprechschwelle bestimmt. Liegt der Strom geringfügig unter dem Mindestwert, funktioniert die Schaltung nicht. Das Relais und die Solarbatterie sind so ausgewählt, dass das Relais aktiviert wird, wenn die Lichtintensität 60 % des Maximalwerts erreicht. Damit wird die erste Aufgabe des Trackingsystems gelöst – die Bestimmung der Intensität der Sonneneinstrahlung. Die geschlossenen Relaiskontakte schalten den Elektromotor ein und das System beginnt, nach der Ausrichtung zur Sonne zu suchen. Nun kommen wir zur nächsten Aufgabe, nämlich die exakte Ausrichtung der Solarbatterie zur Sonne zu finden. Kehren wir dazu zu den Transistoren Q1 und Q2 zurück. Im Kollektorkreis des Transistors Q1 befindet sich ein Relais. Um das Relais einzuschalten, müssen Sie den Transistor Q1 kurzschließen. Der Widerstand /?1 stellt den Vorstrom ein, der den Transistor Q1 öffnet. Der Transistor Q2 stellt einen Fototransistor dar, dessen Basisbereich mit Licht beleuchtet wird (bei herkömmlichen Transistoren wird ein elektrisches Signal an die Basis angelegt). Der Kollektorstrom eines Fototransistors ist direkt proportional zur Lichtintensität. Der Widerstand R1 dient nicht nur zum Einstellen des Vorstroms des Transistors Q1, sondern auch als Last für den Transistor Q2. Wenn die Basis des Transistors Q2 nicht durch Licht beleuchtet wird, gibt es keinen Kollektorstrom und der gesamte Strom durch den Widerstand R1 fließt durch die Basis, wodurch der Transistor Q1 gesättigt wird. Mit zunehmender Beleuchtung des Fototransistors beginnt ein Kollektorstrom zu fließen, der nur durch den Widerstand R1 fließt. Nach dem Ohmschen Gesetz führt ein Anstieg des Stroms durch einen Festwiderstand R1 zu einem Anstieg des Spannungsabfalls an diesem. Dadurch ändert sich auch die Spannung am Kollektor von Q2. Wenn diese Spannung unter 0,7 V fällt, tritt das vorhergesagte Phänomen ein: Q1 verliert die Vorspannung, da mindestens 0,7 V erforderlich sind, um den Basisstrom fließen zu lassen. Der Transistor Q1 hört auf, Strom zu leiten, das Relais RL1 schaltet ab und seine Kontakte öffnen sich. Dieser Betriebsmodus tritt nur auf, wenn der Transistor Q2 direkt auf die Sonne gerichtet ist. In diesem Fall stoppt die Suche nach einer exakten Ausrichtung zur Sonne aufgrund der Öffnung des Motorstromkreises durch die Relaiskontakte. Jetzt ist das Solarpanel direkt auf die Sonne gerichtet. Wenn die Sonne das Sichtfeld des Transistors Q2 verlässt, schaltet der Transistor Q1 schaltet das Relais ein und der Mechanismus beginnt sich wieder zu bewegen. Und die Sonne findet sich wieder. Die Suche wird viele Male wiederholt, während die Sonne tagsüber über den Himmel wandert. Abends nimmt die Lichtintensität ab. Das Solarpanel kann nicht mehr genug Energie erzeugen, um das elektronische System zu versorgen, und die Relaiskontakte öffnen sich zum letzten Mal. Früh am nächsten Morgen beleuchtet die Sonne die nach Osten ausgerichtete Batterie des Ortungssystems und der Betrieb der Rennstrecke beginnt erneut. Ebenso öffnen die Relaiskontakte, wenn die Beleuchtung aufgrund von schlechtem Wetter nachlässt. Nehmen wir zum Beispiel an, dass das Wetter morgens schön ist und das Trackingsystem zu arbeiten beginnt. Allerdings begann sich der Himmel am Mittag zu trüben und die nachlassende Beleuchtung führte dazu, dass das Ortungssystem nicht mehr funktionierte, bis der Himmel am Nachmittag und möglicherweise am nächsten Tag wieder aufklarte. Wenn dies geschieht, ist das Trackingsystem immer bereit, den Betrieb wieder aufzunehmen. Design Die Herstellung eines Ortungsgeräts ist recht einfach, da ein erheblicher Teil der Teile aus organischem Glas besteht. Ein sehr wichtiger Punkt ist jedoch die Abstimmung der Eigenschaften von Solarmodulen und Relais. Es müssen Elemente ausgewählt werden, die bei maximaler Sonneneinstrahlungsintensität einen Strom von 80 mA erzeugen. Die Auswahl kann durch Tests erfolgen. Für diesen Zweck ist dieser Tester durchaus geeignet. Ich habe herausgefunden, dass die Halbmondzellen einen durchschnittlichen Strom von etwa 80 mA erzeugen. Daher habe ich von allen Arten von Elementen, die zum Verkauf angeboten werden, diese Elemente für mein Gerät verwendet. Beide Solarmodule sind vom Design her ähnlich. Jedes enthält drei Elemente, die in Reihe geschaltet und auf 10x10 cm2 großen Plexiglasplatten befestigt sind. Die Elemente sind ständig der Umwelt ausgesetzt, daher ist es notwendig, Schutzmaßnahmen für sie vorzusehen. Es wäre schön, Folgendes zu tun. Legen Sie die fertige Batterie auf eine Plexiglasplatte, die auf einer ebenen Metalloberfläche liegt. Decken Sie die Oberseite der Batterie mit einer relativ dicken (0,05–0,1 mm) Schicht Mylar-Folie ab. Erhitzen Sie die resultierende Struktur gründlich mit einer Lötlampe, damit die Kunststoffteile schmelzen und miteinander verlöten. Seien Sie dabei vorsichtig. Wenn Sie die Plexiglasplatte auf eine nicht ebene Fläche stellen oder diese überhitzen, kann es zu Verformungen kommen. Alles sollte der Zubereitung eines gegrillten Käsesandwichs ähneln.
Überprüfen Sie abschließend, ob die Dichtung fest sitzt, insbesondere an den Rändern der Solarzellen. Eventuell müssen Sie die Kanten des Dacron leicht kräuseln, solange es noch heiß ist. Nachdem die Platten ausreichend abgekühlt sind, kleben Sie sie wie in Abb. gezeigt zusammen. 5 und verbinden Sie sie parallel. Vergessen Sie nicht, die Anschlüsse an die Batterien anzulöten, bevor Sie das Gerät zusammenbauen. Elektronisches Gehirn Das nächste wichtige Designelement ist das Relais. In der Praxis ist ein Relais eine Spule, die um einen kleinen Reed-Kontakt gewickelt ist. Die Relaiswicklung besteht aus 420 Windungen aus emailliertem Kupferdraht Nr. 36, die um einen Rahmen gewickelt sind, der klein genug ist, um den Reed-Kontakt mit Störungen aufzunehmen. Als Rahmen habe ich einen Cocktailstrohhalm verwendet. Berührt man die Enden des Strohhalms mit einer heißen Messerklinge, bilden sich Rahmenwangen, die verhindern, dass die Wicklung über die Kanten rutscht. Die Wicklungsimpedanz sollte 20-30 Ohm betragen. Setzen Sie den Reed-Schalter in den Rahmen ein und befestigen Sie ihn mit einem Tropfen Kleber. Verbinden Sie dann den Transistor Q1 und den Widerstand R1 mit dem Relais. Legen Sie Strom von den Solarzellen an, ohne den Transistor Q2 anzuschließen, und überprüfen Sie die Funktion der Schaltung. Wenn alles ordnungsgemäß funktioniert, sollte das Relais aktivieren, wenn die Sonnenlichtintensität etwa 60 % der vollen Intensität beträgt. Dazu können Sie einfach 40 % der Oberfläche der Solarzellen mit einem undurchsichtigen Material, beispielsweise Pappe, abdecken. Abhängig von der Qualität des Reedschalters kann es zu Abweichungen vom Idealwert kommen. Es ist akzeptabel, das Relais bei einer Lichtintensität von 50-75 % des maximal möglichen Werts zu starten. Wenn Sie diese Grenzwerte hingegen nicht einhalten, müssen Sie entweder die Windungszahl der Relaiswicklung oder den Solarpanel-Strom ändern. Die Windungszahl der Relaiswicklung sollte gemäß der folgenden Regel geändert werden. Wenn das Relais früher anspricht, muss die Windungszahl verringert werden, wenn das Relais später anspricht, muss sie erhöht werden. Wenn Sie mit der Änderung des Stroms des Solarpanels experimentieren möchten, schließen Sie einen Shunt-Widerstand daran an. Schließen Sie nun den Fototransistor Q2 an den Stromkreis an. Es muss in einem lichtdichten Gehäuse untergebracht werden, sonst funktioniert es nicht richtig. Nehmen Sie dazu ein etwa 2,5 cm langes Kupfer- oder Aluminiumrohr, dessen Durchmesser dem Durchmesser des Transistorgehäuses entspricht. Ein Rohrende sollte abgeflacht werden, sodass ein Spalt von 0,8 mm Breite verbleibt. Befestigen Sie das Rohr am Transistor. Der fertige Steuerkreis, bestehend aus den Elementen Q1, Q2, R1 und RL1, wird zur Abdichtung mit Flüssiggummi gefüllt. Vom Gerät werden vier Antriebe ausgegeben: zwei von Relaiskontakten, zwei von Sonnenkollektoren. Verwenden Sie zum Gießen von Flüssigkautschuk eine Form aus dickem Papier (z. B. eine Postkarte). Wickeln Sie dazu ein Blatt Papier um einen Bleistift und befestigen Sie das Papier so, dass es sich nicht entfaltet. Nachdem die Polymerschicht um das Diagramm herum getrocknet ist, entfernen Sie die Papierform.
Arbeiten mit dem Gerät Das Ortungsgerät ist recht einfach zu bedienen. Bauen Sie zunächst einen einfachen Tracking-Mechanismus zusammen. Montieren Sie Ihre Batterie auf einer rotierenden Achse. Sie können die Batterie auf einem geeigneten Rahmen montieren und den Rahmen dann über Reibungs- oder Rollenlager am Rohr befestigen. Installieren Sie dann einen Motor mit Getriebe, um den Rahmen um seine Achse zu drehen. Dies kann auf viele Arten erfolgen. Da das Relais im elektronischen Schaltkreis nur Ein- und Ausschaltfunktionen übernimmt, sind Elemente erforderlich, die die Rotationsspannung des Elektromotors schalten. Hierzu sind Endschalter erforderlich, die sich in den äußersten Positionen des Rahmens befinden. Der Anschluss erfolgt gemäß dem in Abb. dargestellten Diagramm. 6. Endschalter Nr. 1 ist in Abb. enthalten. 6 ist falsch. Um den ordnungsgemäßen Betrieb des Stromkreises sicherzustellen, müssen die Endschalterklemmen parallel zu den Kontakten des Relais RL1 geschaltet werden, das in Reihe mit dem Relais geschaltet ist.
Aus der Abbildung können Sie erkennen, dass es sich hierbei um einen einfachen Polaritätsumschalter handelt. Wenn Strom angelegt wird, beginnt der Elektromotor zu rotieren. Die Drehrichtung hängt von der Polarität der Stromquelle ab. Im Moment der Stromversorgung arbeitet das Polaritätsumschaltrelais RL1 nicht, da der Stromversorgungskreis seiner Wicklung durch normalerweise offene Kontakte unterbrochen ist. Der Elektromotor dreht den Rahmen in Richtung Endschalter Nr. 1. Dieser Schalter ist so angeordnet, dass der Rahmen nur in der äußersten Position seiner Drehung daran anliegt. In den Diagrammen der Abbildungen 3 und 6 bezeichnet der Autor verschiedene Relais auf die gleiche Weise. Um in Zukunft Verwirrung zu vermeiden, wird das Relais RL1 in Abbildung 3 als Reed-Relais des Trackingsystems bezeichnet, und seine Kontakte in Abbildung 6 werden als Reed-Kontakte bezeichnet. Das Relais RL1 in Abb. 6 ist leistungsstärker als ein Reed-Schalter und verfügt über drei Gruppen von Schaltkontakten. Beim Schließen dieses Schalters wird das Relais RL1 aktiviert, wodurch die Polarität der Versorgungsspannung zum Elektromotor geändert wird und dieser beginnt, sich in die entgegengesetzte Richtung zu drehen. Obwohl der Endkontakt Nr. 1 wieder öffnet, bleibt das Relais eingeschaltet, da seine Kontakte geschlossen sind. Wenn der Rahmen den Endschalter Nr. 2 drückt, öffnet sich der Stromkreis des Relais RL1 und das Relais schaltet ab. Die Drehrichtung des Motors ändert sich erneut und die Himmelsverfolgung wird fortgesetzt. Der Zyklus wird nur durch das Reed-Relais RL 1 des Solarstrahlungsüberwachungskreises unterbrochen, das den Stromversorgungskreis des Elektromotors steuert. Das Relais RL 1 ist jedoch ein Schwachstromgerät und kann den Motorstrom nicht direkt schalten. Somit schaltet das Reed-Relais das Hilfsrelais, das den Elektromotor steuert, wie in Abb. 6. Die Solarpaneele des Nachführsystems müssen sich in der Nähe des Rotationsmechanismus befinden. Der Neigungswinkel sollte mit dem Neigungswinkel der Polachse übereinstimmen und das Gelenk der Batterien sollte zur Mittagssonne gerichtet sein. Das Elektronikmodul ist direkt mit der Rotationsvorrichtung verbunden. Richten Sie den Schlitz der Fototransistorabdeckung parallel zur Polachse aus. Dabei werden saisonale Veränderungen des Sonnenstandes über dem Horizont berücksichtigt. Autor: Byers T.
Eine neue Möglichkeit, optische Signale zu steuern und zu manipulieren
05.05.2024 Primium Seneca-Tastatur
05.05.2024 Das höchste astronomische Observatorium der Welt wurde eröffnet
04.05.2024
▪ transparente menschliche Zellen ▪ Von HIV befreites menschliches Genom ▪ Brother ADS-1100W und ADS-1600W Kompaktscanner ▪ Das Problem der Quantencomputer gelöst ▪ Ultraschnelle Thermodruckeinheit mit USB-Schnittstelle
▪ Site-Abschnitt Fehlerstromschutzschalter. Artikelauswahl ▪ Artikel von André Malraux. Berühmte Aphorismen ▪ Artikel Achokhcha-Gurke. Legenden, Kultivierung, Anwendungsmethoden ▪ Artikel Lacke aus Harzester. Einfache Rezepte und Tipps
Kommentare zum Artikel: Gaias Völlig unverständliches Muster. Wo sind die "Augen" im Schaltplan?
Startseite | Bibliothek | Artikel | Sitemap | Site-Überprüfungen
www.diagramm.com.ua |
Siehe andere Artikel Abschnitt 
Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:
Alle Sprachen dieser Seite