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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Heliostat. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Einer der Bereiche der Solarenergie ist die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie mithilfe von Sonnenkollektoren. Der Artikel beschreibt ein einfaches Gerät, mit dem Sie die Solarbatterie automatisch auf die Sonne ausrichten können. Bekanntlich erreicht die Leistung des Lichtflusses an der Erdoberfläche am Äquator 1,1 kW/m2 (auf dem Breitengrad von Moskau etwa 0,5 kW/m2). Etwa 40 % dieser Energie können durch Solarbatterien des britischen Unternehmens Sandia National Laboratories auf Basis von Indiumgalliumarsenidnitrid in elektrische Energie umgewandelt werden. In manchen Fällen empfiehlt sich der Einsatz herkömmlicher Solarbatterien mit einem Wirkungsgrad von 20 % [1]. Die Effizienz von Solarbatterien hängt von vielen Faktoren ab, entscheidend ist jedoch die Ausrichtung ihrer Elemente relativ zur Strahlungsquelle. Um eine optimale Ausleuchtung von Solarmodulen aufrechtzuerhalten, wurden verschiedene Nachführsysteme entwickelt – von einfachsten analogen bis hin zu analog-digitalen [2]. Die Einstellung solcher Geräte wird dadurch erschwert, dass die Schwelle für ihren Betrieb nicht nur in Abhängigkeit von der Differenz, sondern auch von der Gesamtbeleuchtungsintensität variiert. Darüber hinaus ist der Eingriff von Wartungspersonal erforderlich, um solche Systeme wieder in ihren ursprünglichen Zustand zu versetzen. Das vorgeschlagene Gerät (Heliostat) nutzt eine Impulssteuerung und ist in der Lage, die Solarbatterie ohne äußere Eingriffe auf die beste Beleuchtung auszurichten. Das schematische Diagramm des Heliostaten ist in Abb. dargestellt. 1. Es besteht aus einem Taktgenerator (DD1.1, DD1.2), zwei Integrierschaltungen (VD1R2C2, VD2R3C3), der gleichen Anzahl von Formern (DD1.3, DD1.4), einem digitalen Komparator (DD2), zwei Wechselrichter (DD1.5 .1.6, DD1) und ein Transistorschalter (VT6-VT1) für die Drehrichtung des Elektromotors MXNUMX, der die Drehung der Plattform steuert, auf der die Solarbatterie installiert ist.
Mit der Stromversorgung (von der Solarbatterie selbst oder von der Batterie) beginnt der Generator an den Elementen DD1.1, DD1.2, Taktimpulse zu erzeugen, die mit einer Frequenz von etwa 300 Hz folgen. Im Betrieb des Gerätes werden die Dauern der von den Wechselrichtern DD1.3, DD1.4 und den Integrierschaltungen VD1R2C2, VD2R3C3 erzeugten Impulse verglichen. Ihre Steilheit variiert in Abhängigkeit von der Integrationszeitkonstante, die wiederum von der Beleuchtung der Fotodioden VD1 und VD2 abhängt (der Ladestrom der Kondensatoren C2 und C3 ist proportional zu ihrer Beleuchtung). Die Signale von den Ausgängen der Integrierschaltungen werden den Pegelformern DD1.3, DD1.4 und dann einem digitalen Komparator zugeführt, der auf den Elementen der DD2-Mikroschaltung aufgebaut ist. Abhängig vom Verhältnis der Dauer der in den Komparator eingegebenen Impulse erscheint am Ausgang des Elements DD2.3 (Pin 11) oder DD2.4 (Pin 4) ein Low-Pegel-Signal. Bei gleicher Ausleuchtung der Fotodioden liegen an beiden Ausgängen des Komparators Signale mit hohem Pegel an. Zur Steuerung der Transistoren VT1.5 und VT1.6 sind die Wechselrichter DD1 und DD2 erforderlich. Ein hoher Signalpegel am Ausgang des ersten Wechselrichters öffnet den Transistor VT1, am Ausgang des zweiten - VT2. Die Lasten dieser Transistoren sind Schlüssel zu den leistungsstarken Transistoren VT3, VT6 und VT4, VT5, die die Versorgungsspannung des Elektromotors M1 schalten. Die Schaltkreise R4C4R6 und R5C5R7 glätten Welligkeiten an den Basen der Steuertransistoren VT1 und VT2. Die Drehrichtung des Motors ändert sich je nach Polarität des Anschlusses an die Stromquelle. Der digitale Komparator ermöglicht nicht das gleichzeitige Öffnen aller Schlüsseltransistoren und gewährleistet somit eine hohe Zuverlässigkeit des Systems. Mit Sonnenaufgang wird die Beleuchtung der Fotodioden VD1 und VD2 unterschiedlich sein und der Elektromotor beginnt, das Solarpanel von West nach Ost zu drehen. Wenn der Unterschied in der Dauer der von den Shapern erzeugten Impulse abnimmt, verringert sich die Dauer des resultierenden Impulses und die Rotationsgeschwindigkeit der Solarbatterie verlangsamt sich allmählich, wodurch ihre genaue Positionierung gewährleistet wird. Somit kann mit der Impulssteuerung die Drehung der Motorwelle direkt auf die Plattform mit einer Solarbatterie übertragen werden, ohne den Einsatz eines Getriebes. Tagsüber dreht sich die solarbetriebene Plattform, um der Bewegung der Sonne zu folgen. Mit Beginn der Dämmerung ist die Dauer der Impulse am Eingang des digitalen Komparators gleich und das System geht in den Standby-Modus. In diesem Zustand überschreitet der vom Gerät verbrauchte Strom 1,2 mA nicht (im Orientierungsmodus abhängig von der Motorleistung). Die Heliostatbatterie dient dazu, die von der Solarbatterie erzeugte Energie zu speichern und die Elektronikeinheit selbst mit Strom zu versorgen. Da der Motor nur eingeschaltet wird, um die Batterie anzutreiben (also für kurze Zeit), gibt es keinen Netzschalter. Das beschriebene Gerät richtet die Solarbatterie in einer horizontalen Ebene aus. Allerdings sollte man bei der Positionierung die geografische Breite des Gebietes und die Jahreszeit berücksichtigen. Wenn das Design durch einen nach einem ähnlichen Schema zusammengesetzten vertikalen Ablenkblock ergänzt wird, ist es möglich, die Ausrichtung der Batterie in beiden Ebenen vollständig zu automatisieren. Zusätzlich zu den im Diagramm angegebenen können im Gerät Mikroschaltungen der Serien K564, K176 verwendet werden (mit einer Versorgungsspannung von 5 ... 12 V). Die Transistoren KT315A sind austauschbar mit allen Serien KT201, KT315, KT342, KT3102 und KT814A – mit allen Serien KT814, KT816, KT818 sowie Germanium P213-P215, P217 mit beliebigen Buchstabenindizes. Im letzteren Fall sollten Widerstände mit einem Widerstandswert von 3 ... 6 kOhm zwischen die Emitter und die Basen der Transistoren VT1-VT10 geschaltet werden, um deren versehentliches Öffnen aufgrund eines erheblichen Rückstroms zu verhindern. Anstelle von FD256-Fotodioden dürfen separate Solarzellen der Batterie selbst (mit Polarität verbunden), Fototransistoren ohne Vorspannungsschaltungen sowie Fotowiderstände, beispielsweise SF2, SFZ oder FSK jeglicher Modifikation, verwendet werden. Es ist lediglich erforderlich, die Frequenz des Taktgenerators entsprechend dem zuverlässigen Betrieb des digitalen Komparators auszuwählen (durch Ändern des Widerstandswerts des Widerstands R1). Alle Teile des Gerätes sind auf einer Leiterplatte (Abb. 2) aus doppelseitiger Glasfaserfolie montiert. Die Transistoren VT3 - VT6 sind mit der Platine verschraubt und mit L-förmigen Kühlkörpern mit einer Fläche von ca. 10 cm2 ausgestattet, die aus 1,5 mm dicken Blechstreifen aus Aluminiumlegierung gebogen sind. Bei Verwendung eines leistungsstärkeren Elektromotors werden diese Transistoren außerhalb der Platine auf separaten Kühlkörpern platziert, die für eine effiziente Wärmeableitung sorgen. Die Platine befindet sich in einem versiegelten Kunststoffgehäuse und ist auf gleicher Höhe mit der Solarbatterie befestigt.
Um die Fotodioden vor übermäßiger Strahlung zu schützen, wird ein Grünlichtfilter verwendet. Zwischen den Fotosensoren wird ein undurchsichtiger Vorhang angebracht. Es wird senkrecht zur Platine so befestigt, dass es bei Änderung des Beleuchtungswinkels eine der Fotodioden verdeckt. Die Solarbatterie ist auf einer Plattform installiert, unter der ein MP-3-015-Elektromotor (Versorgungsspannung 6 V) montiert ist, der sie in einer horizontalen Ebene dreht. Es ist möglich, einen stärkeren Motor zu verwenden, bei dem sich je nach Polarität der Spannung auch die Drehrichtung der Welle ändert. An die Batterie ist über einen Stromkollektor eine Batterie angeschlossen, deren Ladestrom dem von der Batterie maximal erzeugten Strom entspricht. Das aus wartungsfähigen Teilen zusammengesetzte Gerät erfordert keine Anpassung und beginnt sofort mit der Arbeit. Seine Empfindlichkeit ist so bemessen, dass der Akku sicher vom Lichtstrom der MN 2,5 V-0,15 A-Lampe gesteuert wird, die sich in einem Abstand von 3 m von den Fotosensoren befindet. Literatur
Autor: I. Tsaplin, Krasnodar
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