Cómo hacer un rotador de paneles solares: mejores ideas. seguidor solar

En la construcción de casas de campo, casas en casas de verano, invernaderos y diversas construcciones agrícolas, se han comenzado a utilizar cada vez más sistemas de suministro de energía autónomos. Los paneles solares proporcionan independencia de las redes eléctricas generales. Y en las ciudades del sector privado a menudo se pueden ver paneles solares de centrales eléctricas domésticas en los tejados de las casas.

Estos paneles pueden tener estructuras de silicio monocristalino y policristalino, pueden construirse a base de baterías fabricadas con tecnología amorfa o micromórfica e incluso pueden utilizar células solares fabricadas con tecnología “Moth Eye”. Además, cada edificio está construido de tal manera que los paneles solares se instalan en un lugar que recibe la máxima luz solar.

La eficiencia de los sistemas modernos de helio en promedio no supera el 18% - 20%. Las mejores muestras pueden alcanzar una eficiencia del 25%. En 2014, los científicos del Centro Australiano de Energía Fotovoltaica Avanzada de la UNSW informaron que habían logrado una eficiencia de las células solares del 40%.

Debe entenderse que el valor de eficiencia se mide cuando el panel de helio es iluminado por el sol en ángulo recto. Si la batería solar se fija de forma permanente, durante el día, cuando el sol se mueve por el cielo, el período de iluminación directa de la batería por el sol será relativamente corto. Y por tanto, la eficiencia incluso de los paneles solares más avanzados disminuirá.

Para minimizar la disminución de la eficiencia de los sistemas de helio, se deben instalar paneles solares en módulos giratorios, lo que permitirá orientar las baterías hacia el sol durante todo el día. Un dispositivo giratorio de este tipo, sobre el que se fija una estructura de soporte con uno o más paneles solares, se denomina seguidor.

Está diseñado para monitorear el sol y, dependiendo de su posición, orientar el panel solar hacia él. Este dispositivo, según la versión, incluye uno o dos sensores de seguimiento solar, además de un mecanismo giratorio. El seguidor debe instalarse en un lugar bien iluminado en el suelo, sobre un soporte fijo o sobre un mástil que eleve el seguidor a una altura tal que la batería solar siempre esté iluminada por el sol.

Seguidor con cuatro paneles solares en un mástil

Incluso el dispositivo giratorio más simple con sistema de seguimiento solar le permite obtener la máxima eficiencia de las baterías de gel. Los estudios han demostrado que sin una orientación adecuada de los paneles solares hacia el sol, se pierde hasta el 35% de la energía. Por tanto, para alcanzar la potencia prevista en el caso de montaje fijo de fotocélulas, es necesario instalar un mayor número de paneles.

El principio de construcción de sistemas de control de rotación de paneles solares.

La industria produce varios tipos de sistemas de control de rotación de paneles solares. Se trata de dispositivos bastante caros (hasta 100.000 rublos) que pueden controlar la posición de varios paneles de helio a la vez.

Dado que durante el día el sol no sólo se mueve horizontalmente sino también verticalmente, estos sistemas de control monitorean ambos cambios de posición y, de acuerdo con la información recibida, emiten comandos para girar el panel alrededor de los ejes horizontal o vertical. En el caso general, dicho sistema de control consta de un sensor solar, un convertidor de señal (P) de este sensor, un amplificador de señal (U), un microcontrolador (MC), un dispositivo de control del motor (ECD), el propio motor y , por último, el propio marco sobre el que se monta el panel de helio.

Circuito de control del rastreador

Es característico que se utilice el mismo circuito para controlar la rotación en ambos ejes. Sólo los sensores de posición del sol y los motores son diferentes. El sensor de posición del sol más simple consta de dos fotodiodos separados por una partición opaca.

Dependiendo del movimiento que monitoree este sensor, la partición se instala horizontal o verticalmente, pero debe dirigirse estrictamente hacia el sol. Mientras ambos fotodiodos estén iluminados por igual, las señales provenientes de ellos serán iguales. Tan pronto como el sol se mueve tanto que uno de los fotodiodos queda a la sombra de la partición, se produce un desequilibrio de señales y el sistema de control genera la orden correspondiente para girar el panel solar.

Circuito del sensor de posición del sol

Como motores para el plato giratorio se utilizan normalmente motores paso a paso o motores con válvulas de reluctancia. En tales sistemas de control, los sensores de seguimiento se instalan en la misma plataforma y giran con ella, asegurando así una orientación precisa del panel de helio hacia el sol. Para un funcionamiento fiable del sensor, es necesario protegerlo de la contaminación, la acumulación de nieve y el sombreado de la óptica por objetos aleatorios.

Existen sistemas de control en los que los sensores de seguimiento se retiran de la plataforma giratoria de soporte y se ubican en un lugar protegido de tales influencias. En este caso, la señal de los sensores se envía al transmisor sincronizador. Al orientar el sensor de seguimiento hacia el sol, el transmisor sincronizado transmite la acción de control al receptor sincronizado, que hace girar la plataforma de soporte, apuntándola exactamente hacia el sol.

Sistema de control de rotación de paneles solares basado en un mecanismo de reloj.

Las instalaciones industriales (centrales de energía de helio totalmente equipadas con módulos giratorios biaxiales) son bastante caras. Por ejemplo, el rastreador industrial UST-AADAT cuesta alrededor de un millón y medio de rublos. El deseo natural de todos los propietarios de plantas de energía solar es aumentar la producción de energía y al mismo tiempo reducir los costos. Como resultado, aparecieron dispositivos caseros, originales en su diseño, utilizando materiales de desecho. Y estos dispositivos controlan con bastante éxito la orientación de los paneles hacia el sol.

Una de las opciones para dicho dispositivo es un sistema para controlar la orientación de los paneles de helio, construido sobre la base de un mecanismo de reloj. Para seguir el sol, no es necesario utilizar dispositivos receptores de luz. Para hacer esto, basta con tomar un reloj de pared mecánico común y corriente. Incluso los viejos caminantes servirán. Se sabe que en una hora el sol recorre el cielo de este a oeste una trayectoria que corresponde a un desplazamiento angular de 15°. Dado que dicho desplazamiento angular no es particularmente crítico para un panel de helio, basta con encender el mecanismo de rotación una vez por hora.

Seguimiento del movimiento del sol por reloj.

Un dispositivo para rotar un panel de helio alrededor de un eje vertical podría verse así. Se establece un contacto fijo en la esfera a una distancia del centro del minutero, en el lugar correspondiente a las 12 en punto. El contacto móvil está en la punta del minutero.

Así, cada 60 minutos se cerrarán los contactos y se encenderá el motor, haciendo girar el panel solar. El motor se puede apagar de varias formas, por ejemplo, mediante un interruptor de límite o un relé de tiempo. Si instala otro contacto fijo en el dial en el lugar correspondiente a las 6 en punto, la posición del panel se corregirá cada media hora.

En este caso, los dispositivos de parada del motor deben estar configurados para girar la plataforma de carga en un ángulo de 7,5°.

Además, si se desea, aquí, sobre este mecanismo, con la ayuda de otro grupo de contactos, pero en el sentido de las agujas del reloj, se puede montar un circuito para devolver automáticamente el panel solar a su posición original. Basado en la misma manecilla del reloj, puede ensamblar un sistema de control para girar el panel alrededor del eje horizontal. Mientras la manecilla de las horas se mueve hasta las 12, el marco de soporte se eleva con el sol. Después de 12 horas, el motor de eje horizontal se invierte y el panel solar comienza a girar en sentido contrario.

Principio del reloj de agua en el sistema de control de rotación de paneles solares.

Este sistema fue inventado por el estudiante canadiense Eden Full, de diecinueve años. Está diseñado para controlar un seguidor de un solo eje. El principio de funcionamiento es el siguiente. La rotación se realiza alrededor de un eje horizontal. El panel solar se instala en la posición inicial de modo que los rayos del sol sean perpendiculares al plano del panel.

Un recipiente con agua está suspendido en un lado del panel y una carga en el lado opuesto, que está en equilibrio con el recipiente lleno de agua. Se hace un pequeño agujero en el fondo del recipiente para que el agua salga gota a gota de este recipiente. El tamaño de este agujero se selecciona experimentalmente. A medida que el agua sale, el recipiente se vuelve más liviano y el contrapeso hace girar lentamente el marco con el panel.

Rastreador de reloj de agua

La preparación del seguidor para su funcionamiento consiste en verter agua en el recipiente vacío y colocar el panel solar en su posición original.

Estos dos ejemplos no agotan las posibles opciones para construir módulos giratorios. Con un poco de imaginación, puede obtener un dispositivo simple pero muy efectivo que seguramente aumentará la eficiencia de su planta de energía de helio en casa.

Como sabes, muestran el mejor rendimiento si están ubicados en ángulo recto con los rayos del sol. Pero durante el día el sol se mueve por el cielo: así es como funciona el mundo y no se puede hacer nada al respecto. Para seguir el movimiento de la estrella y rotar los paneles en el plano deseado, se utilizan muchas tecnologías diferentes y dispositivos caros(seguidores solares), pero también existe una alternativa asequible: un rotador que puedes construir con tus propias manos.

Eden Full, graduado de la Universidad de Princeton, propuso una solución original y sencilla. El dispositivo que ella creó se llamó SolSaluter Es un rotador mecánico que funciona debido a la fuerza de la gravedad y el agua. Un dispositivo sencillo de un inventor que funciona según el principio reloj de agua, permite girar los módulos fotovoltaicos en la dirección deseada y así aumentar su eficiencia en un 30% sin el uso de componentes electrónicos complejos ni costes energéticos adicionales.

Pero la principal ventaja del diseño propuesto es que es posible hacer un seguidor mecánico para paneles solares con sus propias manos: esto requerirá materiales disponibles en todos los hogares. Para demostrar cuán simple es el método que desarrolló, Eden creó una guía visual paso a paso:

Paso 1: Mañana. Echa 6 litros de agua en dos botellas de plástico.

Paso 2: Fija las botellas a un lado del panel solar y el contrapeso al otro. Configure el mecanismo de goteo.

Paso 3: El agua de las botellas fluye hacia el contenedor y el panel gira siguiendo el sol.

Paso 4: Noche. Obtienes un 30% más de electricidad y reconfiguras el mecanismo al día siguiente.

Vale la pena señalar que el dispositivo SunSaluter no sólo es un rotador solar asequible, sino que también actúa como filtro de agua. Ahora el dispositivo, con el apoyo de una organización sin fines de lucro 501c3, opera en varios países en desarrollo. En el siguiente vídeo se presenta un ejemplo de cómo un rastreador casero ayuda a las familias indias pobres:

Hace poco, un amigo me pidió que le construyera un “helióstato” para orientar un panel solar detrás del sol, utilizando pequeños motores. El circuito fue tomado de Internet, se probó la placa original y funciona. Pero también dibujé mi propia placa de circuito impreso, una más compacta, en la que se pueden instalar resistencias y condensadores de tipo SMD plano.

La siguiente es una descripción del circuito del autor. Este dispositivo utiliza control de pulso y es capaz de orientar automáticamente el panel solar hacia la mejor iluminación. El diagrama del circuito consta de un generador de reloj (DD1.1, DD1.2), dos circuitos integradores (VD1R2C2, VD2R3C3), el mismo número de modeladores (DD1.3, DD1.4), un comparador digital (DD2), dos inversores (DD1.5, DD1.6) y un interruptor de transistor (VT1—VT6) para el sentido de rotación del motor eléctrico M1, que controla la rotación de la plataforma en la que está instalada la batería solar.

Cuando se suministra energía (desde el propio panel solar o desde la batería), el generador basado en los elementos DD1.1, DD1.2 comienza a generar pulsos de reloj con una frecuencia de aproximadamente 300 Hz. Durante el funcionamiento del dispositivo, se comparan las duraciones de los impulsos generados por los inversores DD1.3, DD1.4 y los circuitos integradores VD1R2C2, VD2R3C3. Su pendiente varía según la constante de tiempo de integración, que, a su vez, depende de la iluminación de los fotodiodos VD1 y VD2 (la corriente de carga de los condensadores C2 y SZ es proporcional a su iluminación).

Las señales de las salidas de los circuitos integradores se suministran a los controladores de nivel DD1.3, DD1.4 y luego a un comparador digital fabricado en los elementos del microcircuito DD2. Dependiendo de la relación de la duración de los pulsos que llegan a las entradas del comparador, aparece una señal de bajo nivel en la salida del elemento DD2.3 (pin 11) o DD2.4 (pin 4). Con la misma iluminación de los fotodiodos, hay señales de alto nivel en ambas salidas del comparador.

Se necesitan inversores DD1.5 y DD1.6 para controlar los transistores VT1 y VT2. Un nivel de señal alto en la salida del primer inversor abre el transistor VT1, en la salida del segundo, VT2. Las cargas de estos transistores son interruptores en los potentes transistores VT3, VT6 y VT4, VT5, que conmutan la tensión de alimentación del motor eléctrico M1. Los circuitos R4C4R6 y R5C5R7 suavizan las ondulaciones en las bases de los transistores de control VT1 HVT2. La dirección de rotación del motor cambia según la polaridad de la conexión a la fuente de alimentación. El comparador digital no permite que todos los transistores clave se abran simultáneamente y, por lo tanto, garantiza una alta confiabilidad del sistema.

A medida que sale el sol, la iluminación de los fotodiodos VD1 y VD2 será diferente y el motor eléctrico comenzará a girar la batería solar de oeste a este. A medida que disminuye la diferencia en la duración de los pulsos generados por los modeladores, la duración del pulso resultante disminuirá y la velocidad de rotación de la batería solar disminuirá gradualmente, lo que asegurará su posicionamiento preciso. Así, con el control por impulsos, la rotación del eje del motor eléctrico se puede transferir directamente a la plataforma con la batería solar, sin necesidad de utilizar una caja de cambios.

Durante el día, la plataforma con la batería solar girará siguiendo el movimiento del sol. Con el inicio del crepúsculo, la duración de los pulsos en la entrada del comparador digital será la misma y el sistema entrará en modo de espera. En este estado, la corriente consumida por el dispositivo no supera los 1,2 mA (en modo orientación depende de la potencia del motor).

La batería de helióstato se utiliza para almacenar la energía generada por el panel solar y alimentar la propia unidad electrónica. Dado que el motor eléctrico sólo se enciende para hacer girar la batería (por un corto tiempo), no hay interruptor de encendido. Este diagrama orienta la batería solar en un plano horizontal. Sin embargo, a la hora de posicionarlo se debe tener en cuenta la latitud geográfica de la zona y la época del año. Si complementa el diseño con una unidad de desviación vertical ensamblada de acuerdo con un esquema similar, puede automatizar completamente la orientación de la batería en ambos planos.

Se utiliza un filtro de luz verde para proteger los fotodiodos del exceso de irradiación. Se coloca una cortina opaca entre los fotosensores. Se fija perpendicular al tablero de tal forma que cuando cambia el ángulo de iluminación, sombrea uno de los fotodiodos. Lea más en el artículo en el archivo adjunto. Vista general de la placa de circuito impreso:

Después del montaje, verifiqué el funcionamiento del dispositivo: todo funciona como debería, cuando uno y el segundo LED se encienden, el motor funciona en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario a las agujas del reloj.

El radiador es algo grande, no es necesario que sea tan grande, pero a un amigo le gustó, luego dijo que lo cortaría en dos mitades para dos tablas terminadas, lo está probando por ahora, ya que aún no se ha decidido. la potencia de los motores.

Todos estos radiadores han sido retirados de las fuentes de alimentación, he acumulado muchos y la gente carga y carga todo. Desarrollo - I. Tsaplin. Montaje y prueba del circuito - igorán.

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