Поворот солнечных батарей

Поворот солнечных батарей нужен для повышения их отдачи.

Поворот солнечных батарей необходим, чтобы максимизировать поток солнечного излучения, падающего на солнечные батареи, и вырабатываемые ими ток и мощность.

Чтобы понять, как Поворот солнечных батарей от направления на Солнце влияет на эффективность солнечных батарей, рассмотрим такую таблицу № 1:

Угол отклонения от нормали, градусов Косинус угла Потери потока солнечного излучения
0 1 0
1 0,9998 0,0002
5 0,9962 0,0038
10 0,9848 0,0152
15 0,9659 0,0341
20 0,9397 0,0603
25 0,9063 0,0937
29 0,8746 0,1254
30 0,8660 0,1340
35 0,8192 0,1808
40 0,7660 0,2340
45 0,7071 0,2929
50 0,6428 0,3572
55 0,5736 0,4264
60 0,50000000000003 0,5000
65 0,4226 0,5774
70 0,3420 0,6580
75 0,2588 0,7412
80 0,1736 0,8264
85 0,0872 0,9128
90 0,00000000000005 1,0000
> 90 Считать нет смысла: Солнце сзади 1,0000

Из этой таблицы можно сделать вывод, что Поворот солнечных батарей от направления на Солнце на 5-ть градусов даёт пренебрежимо малые потери потока солнечного излучения, а на 10-ть градусов — приемлемые.

Особое внимание обратите на угол 29-ть градусов: 22-го июня максимальный угол восхождения Солнца составляет, согласно данным таблицы № 2, 57,69 градуса — если выставить солнечную батарею на 29-ть градусов отклонения от вертикали, то будем за день не добирать много энергии.

Из этого следует, что нужно поворачивать солнечные батареи не только вокруг вертикальной оси, ориентируя их по азимуту, но и вокруг горизонтальной оси, ориентируя их по тангажу. Это не особо сложно реализовать, как будет показано в дальнейшем. Более того, установка солнечных батарей в вертикальное положение позволит уберечь их от града! При стоимости каждой солнечной батареи в 12000-ч рублей имеет смысл наладить и поворот по тангажу.

Принято считать, что Солнце всходит на Востоке, а заходит на Западе. Это примерно так только в дни весеннего и осеннего равноденствий, а в остальные дни года азимуты Восхода и Заката Солнца весьма сильно отличаются от 90-та и 270-ти градусов.

Нашёл в Интернете онлайновый калькулятор ( planetcalc.ru/320 ), производящий вычисление азимута и угла восхождения Солнца над горизонтом по заданным координатам города и времени наблюдения, причём возможно как ручное задание координат города, так и выбор города из списка.

Вот таблица №2 со значениями азимута и угла восхождения Солнца над горизонтом для Москвы в разные дни года и в разное время:

Дата Время Азимут Солнца Угол восхождения Солнца
21.03.2014 6 69,54 -13,25
7 82,29 -5,07
Восход 7ч37м 89,96 0,12
8 94,72 3,35
12 151,41 31
Истинный полдень 13ч36м 179,73 34,37
18 249,67 13,45
19 262,43 5,27
19ч38м 270,3 -0,06
22.06.2014 Восход 4ч53м 44,98 -0,02
5 46,43 0,68
11 123,66 47,43
12 143,12 53,57
13 166,63 57,17
Истинный полдень 13ч31м 179,82 57,69
22 312,99 0,97
22ч10м 315,05 -0,04
21.09.2014 6 72,21 -10,79
7 84,83 -2,53
Восход 7ч18м 88,55 0
8 97,25 5,9
12 155,21 32,56
13 173,05 34,87
Истинный полдень 13ч22м 179,76 35,07
14 191,31 34,55
19 265,74 3,88
19ч28м 271,53 -0,06
22.12.2014 10 133,73 -0,61
Восход 10ч6м 134,97 0
11 146,39 4,81
13 173,51 10,59
Истинный полдень 13ч28м 180,04 10,81
14 187,5 10,52
16 214,55 4,47
Закат 16ч50м 225,1 -0,04

В таблице жирным шрифтом выделены примерное время восхода и заката Солнца, а также максимальный угол восхождения Солнца.

Более точное время восхода и заката ( planetcalc.ru/300 ) Солнца, а также время истинного полдня можно определять в Интернете по приведенным адресам.

Из данных таблицы следует, что 21-го марта и 21-го сентября солнечные батареи нужно постепенно поворачивать на 180-т градусов от 90-та градусов до 270-ти градусов по азимуту, 22-го июня - на 270-т градусов от 45-ти градусов до 315-ти градусов по азимуту, 22-го декабря - на 90-то градусов от 135-ти-та градусов до 225-ти градусов по азимуту.

Весь чёрный юмор ситуации с использованием солнечных батарей состоит в том, что они дают больше всего энергии летом, когда энергия меньше всего нужна, а вот зимой, когда нужно много энергии для освещения, обогрева, работы станка, инструментов, холодильника, телевизоров и ноутбуков, они будут давать примерно в 11-ть — 20-ть раз энергии меньше.

Интересный проект солнечного персонального компьютера ( thg.ru/howto/solar_pc_iii/print.html ), круглосуточно питающегося только от двух солнечных батарей и мощного аккумулятора на 130-ть А*ч, создали и реализовали немецкие компьютерщики в Мюнхене. Материал состоит из трёх частей и полностью опубликован к 30-го сентября 2007-го года, он во многом устарел, но написан на хорошем русском языке и содержит интересные идеи, поэтому достоин прочтения.

Вот полезная информация из первой части материала:

немецкий Мюнхен получает примерно 1800 часов солнечного света в год. Несмотря на меняющиеся погодные условия, в июле число солнечных часов достигает 260, что даёт немало энергии, если солнечные батареи расположены под правильным углом и имеют правильную направленность.

Если Вы хотите получить оптимальные результаты для питания компьютера (и другого оборудования) от солнечной энергии, то мы рекомендуем следующее.

  • Используйте место, максимально свободное от затенения (крыша или поверхность земли, где не бывает тени);
  • можно установить батареи на крыше, если она ориентирована с востока на запад, но наилучший выход энергии получается, если крыша направлена на юг под углом от 20 до 40 градусов;
  • следует выбрать такую площадь панелей, чтобы её хватило для питания настольного ПК;
  • необходима хорошая вентиляция или охлаждение солнечных панелей (повышает КПД);
  • максимальная выработка энергии достигается, если солнечные батареи будут ориентированы точно по солнцу.

В летнее время выработка солнечной энергии максимальная.

Итак, обоснованно показано, что солнечные батареи следует ориентировать на Солнце не только по азимуту, но и по углу восхождения Солнца. Местом расположения солнечных батарей выбрал крышу гаража.

Поэтому убеждён, что Поворот солнечных батарей вслед за движением Солнца по небосводу позволит существенно увеличить выработку электрической энергии Солнечными батареями.

Для отладки системы управления поворотами солнечной батареи (СУПСБ) понадобится одна солнечная батарея — например, ФСМ 250М (24-ре В, 250-т Вт), контроллер заряда аккумуляторов на 24-ре вольта, два аккумулятора 12 В, 200-ти А*ч.

Отладку СУПСБ буду вести в специально построенном сооружении примерной площадью 4-ре кв. м. (2*2 метра) с наклонной крышей, причём угол наклона крыши сделаю таким же, как и у крыши гаража.

Подробности конструкции и СУПСБ излагаю в отдельном файле, так как после рассмотрения ряда конструкций и патентов пришёл к выводу, что конструкция и СУПСБ явно тянут на патент. Возиться с получением патента вряд ли буду, но пока что воздержусь от открытой публикации.

Если интересуют описания конструкции и СУПСБ, пишите мне на Е-мэйл, опубликованный на странице Контакты, — обсудим условия передачи описаний.

В октябре 2018-го года наткнулся в Интернете на информацию об устройстве под названием

Солнечный трекер

Солнечные электростанции всё увереннее входят в повседневную жизнь жителей различных уголков нашей страны и многих других государств.

Для того, чтобы повысить КПД использования солнечных панелей, конструкторы и инженеры разрабатывают новые устройства и приспособления, одним из которых является Солнечный трекер.

Что это такое и зачем он нужен

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

1 Что это такое и зачем он нужен
1.1 Достоинства солнечного трекера
2 Принцип работы
3 Виды трекеров
4 Средние цены
4.0.0.1 ООО «Энергосистемы» г. Пенза, предлагает к реализации комплект трекера с двумя осями вращения и опорной плоскостью — стоимостью 1450000,00 рублей.
4.0.0.2 ООО «Экологичные технологии» (ООО «ЭкоТех») г. Ростов-на-Дону предлагает к реализации следующие модели трекеров: Модель ED-8000 dual – стоимостью 667000,00 рублей.
4.0.0.3 Модель ED-5000 dual 0 стоимостью 490000,00 рублей.
4.0.0.4 Модель ED-3500 dual – стоимостью 397000,00 рублей.
4.0.0.5 Модель ED-5000 – стоимостью 299000, рублей.
4.0.0.6 Модель ED-2500 – стоимостью 235000,00 рублей.
4.0.0.7 Модель ED-1500 – стоимостью 175000,00 рублей.
5 Где купить
6 Как сделать своими руками, схема

Солнечный трекер – это устройство, позволяющее следить за движением солнца по небосводу, и перемещать солнечную панель в положение, в котором поглощение солнечных лучей происходит наиболее эффективно.

Достоинства солнечного трекера

Достоинства установки трекера можно сформулировать следующим образом:
- КПД солнечных панелей возрастает на 40 -45%. Увеличение достигается за счет того, что наиболее эффективная работа панелей происходит, когда солнечные лучи падают под углом 90* на фотоэлементы панели;
- За счет установки трекера КПД солнечных панелей значительно повышается, количество вырабатываемой электрической энергии увеличивается.
- В связи с увеличением производительности отдельно взятой панели, отпадает необходимость в установке дополнительных панелей, что в свою очередь снижает стоимость всего комплекта солнечной электростанции.

Принцип работы

По своей сути Солнечный трекер — это комплексная система, следящая за местоположением Солнца.

Для того, чтобы выполнить эту задачу, трекер должен выполнить следующие функции:

Определить месторасположение солнца, относительно солнечной панели;

Выполнить перемещение солнечной панели в положение, в котором поглощение солнечных лучей будет максимальным.

За определение расположения Солнца отвечает электронная система, состоящая из GPS приёмника, определяющего месторасположение Солнца в месте установки солнечной электростанции, а также время текущих суток.

В зависимости от полученного сигнала со спутника системы GPS-навигатора, электронная система дает ту, или иную команду на систему перемещения солнечных панелей.

В системе перемещения панелей устанавливается серводвигатель, позволяющий изменять направление вращения вала, что позволяет перемещать панель в разные стороны.

Конструкция системы перемещения может быть различного типа, в зависимости с которой, солнечные трекера разделяются на два вида.

Виды трекеров

В зависимости от конструкции трекера подразделяются на:

С одной осью вращения – одноосные, устройства, обладающие одной степенью свободы. У данного вида трекеров степень свободы определяется осью вращения, которая ориентируется с севера на юг. Данный вид подразделяется на: С горизонтальной осью вращения – ось вращения находится в горизонтальной плоскости по отношению к поверхности земли; С вертикальной осью вращения – ось вращения расположена в вертикальной плоскости по отношению к поверхности земли; С наклонной осью вращения – ось вращения расположена в промежутке между вертикально и горизонтально расположенными осями, по отношению к поверхности земли; С полярно ориентированной осью вращения – ось устанавливается в соответствии с расположением полярной звезды. Для каждого конкретного случая, угол наклона, при данном расположении оси вращения, определяется индивидуально и зависит от широты месторасположения устройства.

С двумя осями вращения – двуосные, устройства обладающий двумя степенями свободы. У данного вида трекеров, имеются две оси вращения, которые определяют степень свободы устройства.

Оси вращения работают независимо друг от друга, но увязаны в общий комплекс устройств, приводящий трекер в движение, в соответствии с заданными параметрами.

Трекер с двумя осями вращения и опорной плоскостью.

Данный вид подразделяется на: С двумя осями вращения на несущем столбе – несущие конструкции солнечных панелей монтируются на столбовой конструкции. В этом случае, в верхней части столба устраивается площадка, на которой монтируется поворотный механизм, при помощи которого осуществляется поворот несущих конструкций панелей в плоскости поверхности земли. Вторая степень свободы осуществляется как у одноосных трекеров. С двумя осями вращения и опорной плоскостью – несущие конструкции солнечных панелей монтируются на плоскости, которая в свою очередь крепится на круглой платформе или кольце, в виде направляющего рельса. Поворот осуществляется аналогично повороту на столбчатой конструкции, разница лишь в том, что на опорной плоскости можно смонтировать большее количество солнечных панелей, нежели на опорном столбе. Минус этой конструкции в том, что требуется большая площадь поверхности земли для монтажа подобного типа механизмов.

Средние цены

В зависимости от вида, комплектации, фирмы производителя и технических характеристик, стоимость трекеров может составлять:

ООО «Энергосистемы» г. Пенза, предлагает к реализации комплект трекера с двумя осями вращения и опорной плоскостью — стоимостью 1450000,00 рублей.

Технические характеристики данного комплекта:

Осей вращения — 2 (горизонтальная и вертикальная); Рабочая поверхность – 96,0 м2;

Максимальная рабочая поверхность – 108,0 м2; Электрическая мощность – 13,76 кВт;

В составе комплекта предусмотрена метеостанция;

Несущая рама — V-образная конструкция на опорно-поворотном устройстве;

Вес без солнечных панелей и основания — 3000 кг; Максимальный вес монтируемых солнечных панелей — 1300 кг;

Системой автоматики предусмотрена защита солнечных панелей от тяжелых осадков (перевод панелей в вертикальное положение);

Габариты — по высоте до 9,4 м, по вертикальной оси вращения — 12 м.

ООО «Экологичные технологии» (ООО «ЭкоТех») г. Ростов-на-Дону предлагает к реализации следующие модели трекеров:

Модель ED-8000 dual – стоимостью 667000,00 рублей.

Технические характеристики:

Тип – с двумя осями вращения; Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 60 шт.; Мощность электрического привода (2 привода) – 100 Вт.

Модель ED-5000 dual 0 стоимостью 490000,00 рублей. Технические характеристики: Тип – с двумя осями вращения; Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 42 шт.; Мощность электрического привода (2 привода) – 50 Вт.

Модель ED-3500 dual – стоимостью 397000,00 рублей. Технические характеристики: Тип – с двумя осями вращения; Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 30 шт.; Мощность электрического привода (2 привода) – 30 Вт.

Модель ED-5000 – стоимостью 299000, рублей. Технические характеристики: Тип – с одной осью вращения; Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 36 шт.; Мощность электрического привода – 5,0 Вт.

Модель ED-2500 – стоимостью 235000,00 рублей. Технические характеристики: Тип – с одной осью вращения; Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 18 шт.; Мощность электрического привода – 5,0 Вт.

Модель ED-1500 – стоимостью 175000,00 рублей. Технические характеристики: Тип – с одной осью вращения; Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 12 шт.; Мощность электрического привода – 5,0 Вт.

Из приведенных выше примеров видно, что при необходимости можно выбрать необходимое устройство по виду, техническим характеристикам и стоимости.

Где купить

Как и прочие сложные и дорогостоящие технические устройства, солнечные трекера лучше приобретать у представителей компаний производителей данного оборудования.

Также можно воспользоваться услугами в специализированных организациях, занимающихся продажей солнечных электростанций и комплектующих к ним.

В таких организациях можно получить квалифицированную консультацию по выбору устройства и способу его монтажа.

Для того, чтобы избежать лишних трат времени и финансов, всегда необходимо ознакомиться с отзывами покупателей, уже воспользовавшихся услугами тех либо иных производителей и торгующих организаций.

Как сделать своими руками, схема

Для того, чтобы собрать солнечный трекер своими руками, необходимо изготовить все составные элементы этого устройства: Основание (каркас) – несущая конструкция. которую можно изготовить из металлического профиля различных сечений. Устройство обеспечивающее поворот каркаса и осуществляющее контроль за процессом поворота. Защитные элементы. Детали, защищающие солнечные панели от непогоды. Система автоматического управления работой трекера. Устройство, обеспечивающее преобразование энергии (питание серводвигателей осуществляется от солнечных панелей). Последовательность изготовления трекера своими руками: Несущую конструкцию (каркас), можно изготовить из металлического профиля различных сечений. Размер конструкции определяет количество монтируемых на ней солнечных панелей. Этот элемент определяет вид трекера, т.е. количество подвижных осей и их расположение в пространстве.

Для изготовления металлоконструкций необходимо уметь работать с электрическим ручным инструментом и сварочными устройствами. Для обеспечения поворота трекера в горизонтальной плоскости, используется серводвигатель, обеспечивающий вращения в разные стороны. Для управления серводвигателем необходимо собрать электронную схему управления, в основу работы которой заложена работа фоторезисторов. При необходимости установки более сложной схемы, лучшим вариантом будет приобрести готовое устройство.

Для обеспечения поворота вокруг вертикальной оси можно воспользоваться часовым механизмом механических часов, припаяв электрические контакты к стрелке часов (подвижный контакт) и к часовым отметкам на циферблате (неподвижные контакты). Сделав такой 1 контакт (на 12 часах циферблата), двигатель будет включаться 1 раз в час. Сделав еще один неподвижный контакт на отметке в 6 часов, двигатель будет включаться через 30 минут. Работа (включение) двигателя привода включается в следующей последовательности: длинная стрелка поворачивается и проходит через двенадцать часов, контакты замыкаются, цепь управления двигателем привода замыкается, двигатель поворачивает панель. Для поворота в горизонтальной оси, также можно использовать принцип водяных часов. В этом случае солнечная панель устанавливается горизонтально (используется горизонтальная ось вращения), с одной стороны к панели прикрепляется утяжеление (любой предмет с постоянной массой), с другой стороны прикрепляется емкость с водой, того же веса, что и утяжеление с противоположной стороны. В емкости с водой делаются отверстия, вода вытекает, под действием утяжеления солнечная панель поворачивается.

Количество отверстий и их диаметр необходимо определить опытным путем. Защитные элементы от дождя, града и прочих атмосферных явлений каждый выбирает индивидуально.

Наличие системы автоматики определяется схемой управления, о которой писалось выше.

Для создания безопасных условий работы установки и способности работы в автоматическом режиме можно приобрести блок управления трекером заводского производства.

Устройство для преобразования энергии – инвертор. Данный электронный элемент лучше приобрести промышленного изготовления, хотя при наличии знаний в области электроники и умении работы с паяльником изготовить своими руками тоже возможно.

Источник: https://alter220.ru/solnce/treker.html#_ED-1500__17500000

Считаю, что наиболее важно отслеживать направление на Солнце по азимуту — для этого нужен одноосевой трекер. Но поворот вокруг горизонтальной оси полезен для предохранения солнечных батарей от снега, града и ветра.

Полезные публикации:

1. Двухосевой солнечный трекер на Arduino - https://habr.com/post/357900/

2. На Aliexpress можно приобрести за 13004-ре рубля двухосевой Солнечный трекер с двумя сервоприводами - https://ru.aliexpress.com/item/1KW-Solar-Tracker-Tracking-System-Dual-Axis-Complete-Kits-W-2PCS-12V-16-Linear-Actuators-W/32592297809.html

3.

Приглашаю всех высказываться в Комментариях. Критику и обмен опытом одобряю и приветствую. В хороших комментариях сохраняю ссылку на сайт автора!

И не забывайте, пожалуйста, нажимать на кнопки социальных сетей, которые расположены под текстом каждой страницы сайта.
Поворот солнечных батарейПродолжение чтения…

Deviz_5

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Проверка комментариев включена. Прежде чем Ваши комментарии будут опубликованы пройдет какое-то время.