RU2723786C1 - Устройство ориентирования солнечной батареи - Google Patents
Устройство ориентирования солнечной батареи Download PDFInfo
- Publication number
- RU2723786C1 RU2723786C1 RU2019138993A RU2019138993A RU2723786C1 RU 2723786 C1 RU2723786 C1 RU 2723786C1 RU 2019138993 A RU2019138993 A RU 2019138993A RU 2019138993 A RU2019138993 A RU 2019138993A RU 2723786 C1 RU2723786 C1 RU 2723786C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solar
- solar battery
- frame
- power
- vertical
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004313 glare Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S20/00—Supporting structures for PV modules
- H02S20/10—Supporting structures directly fixed to the ground
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S20/00—Supporting structures for PV modules
- H02S20/30—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment
- H02S20/32—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment specially adapted for solar tracking
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
Изобретение относится к области солнечной энергетики (гелиоэнергетике) и предназначено для автоматической ориентации батареи солнечных панелей в положение по отношению к Солнцу с максимально возможной вырабатываемой мощностью. Технический результат изобретения заключается в повышении энергоэффективности работы солнечной батареи путем ее ориентации в положение с максимальной выработкой мощности, при снижении энергетических затрат на осуществление ориентации. Устройство ориентирования солнечных батарей содержит подвижную раму, на которой установлены солнечные батареи, снабженную системой поворота рамы, а также систему автоматического регулирования, содержащую электромеханические приводы, блок управления на основе микроконтроллера и модуль обратной связи. Система поворота рамы выполнена в виде вертикального вала, на котором установлена рама, и горизонтального вала, установленного между рамой и вертикальным валом. Валы установлены с возможностью вращения вокруг оси и приводятся в движение электромеханическими приводами, выполненными в виде электродвигателей постоянного тока с понижающим редуктором. Модуль обратной связи содержит датчики напряжения и тока, подключенные к выходу солнечной батареи, а также датчики положения вертикального и горизонтального валов и подключен к центральному микроконтроллеру, который при помощи датчиков напряжения и тока определяет величину вырабатываемой солнечной батареей мощности, определяет положение солнечной батареи с максимальной вырабатываемой мощностью и выдает команду на поворот солнечной батареи через силовой модуль, содержащий транзисторные или релейные ключи, включающие электродвигатели электроприводов вертикального и горизонтального валов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области солнечной энергетики (гелиоэнергетике) и предназначено для автоматической ориентации батареи солнечных панелей в положение по отношению к Солнцу с максимально возможной вырабатываемой мощностью. Сферами применения изобретения могут быть, например, электроэнергетические солнечные установки, используемые в частном секторе или на промышленных объектах.
Известна солнечная энергоустановка (см. патент РФ №2548244, МПК F24J 2/54, H02S 10/00, опубл. 20.04.2015), содержащая принимающую солнечную энергию плоскость, систему управления приводами азимутального и зенитального поворотов плоскости и разворота ее с запада на восток, валы приводов, систему слежения за Солнцем. Система слежения включает в себя два фотоэлектрических модуля, закрепленных на выносной платформе, которая установлена параллельно принимающей солнечную энергию плоскости энергоустановки. Первый фотоэлектрический модуль представляет собой датчик положения Солнца по азимуту, в конструкции которого размещены два фотоэлемента слежения за Солнцем и командный фотоэлемент разворота принимающей солнечную энергию плоскости солнечной энергоустановки с запада на восток. Второй фотоэлектрический модуль представляет собой датчик положения Солнца по зениту, содержащий два фотоэлемента слежения за Солнцем.
Известно также поворотное устройство для солнечного энергомодуля (см. патент РФ №2381426, МПК F24J 2/54, опубл. 10.02.2010) состоящее из конструкции, включающей датчик освещенности, устройство обработки сигнала и электронный таймер. Датчик освещенности включает в себя два фотодиода, которые закреплены на несущей пластине, установленной на подвижной раме, параллельно плоскости солнечной батареи, и отражатель, представляющий собой пластину с белой матовой поверхностью, установленную параллельно оси вращения батареи и перпендикулярно ее плоскости таким образом, чтобы не попадать в тень батареи при любом положении Солнца.
Недостатком известных устройств является наличие дополнительных датчиков освещенности для слежения за Солнцем, что уменьшает надежность системы, а также увеличивает нестабильность работы в пасмурную погоду. Кроме того, возможны ошибки ориентирования в связи с бликами. Все это снижает энергоэффективность вышеописанных систем.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является устройство для автоматической ориентации солнечной батареи (см патент РФ №171448, МПК H02S 20/10, опубл. 01.06.2017). Устройство содержит систему автоматического регулирования, состоящую из солнечной батареи, электромеханического привода, осуществляющего ориентирование в азимутальной плоскости, блока управления на основе микроконтроллера, системы обратной связи на основе датчика положения, линейного актуатора и солнечной панели в роли датчика освещенности. Описанное устройство принято за прототип.
Недостатками прототипа являются:
- использование пассивного алгоритма ориентирования;
- низкая эффективность ориентирования за счет регулирования зенитного угла человеком.
Данные недостатки значительно снижают энергоэффективность и доступность предложенной разработки.
Технический результат изобретения заключается в повышении энергоэффективности работы солнечной батареи путем ее ориентации в положение с максимальной выработкой мощности, при снижении энергетических затрат на осуществление ориентации.
Технический результат достигается тем, что устройство ориентирования солнечных батарей, содержащее подвижную раму, на которой установлены солнечные батареи, снабженную системой поворота рамы, а также систему автоматического регулирования, содержащую электромеханические приводы, блок управления на основе микроконтроллера и модуль обратной связи, отличается тем, что система поворота рамы выполнена в виде вертикального вала, на котором установлена рама, и горизонтального вала, установленного между рамой и вертикальным валом, при этом валы установлены с возможностью вращения вокруг оси и приводятся в движение электромеханическими приводами, выполненными в виде электродвигателей постоянного тока с понижающим редуктором, модуль обратной связи содержит датчики напряжения и тока, подключенные к выходу солнечной батареи, а также датчики положения вертикального и горизонтального валов, и подключен к центральному микроконтроллеру, который, при помощи датчиков напряжения и тока, определяет величину вырабатываемой солнечной батареей мощности, определяет положение солнечной батареи с максимальной вырабатываемой мощностью, и выдает команду на поворот солнечной батареи через силовой модуль, содержащий транзисторные или релейные ключи, включающие электродвигатели электроприводов вертикального и горизонтального валов.
Устройство отличается также тем, что датчики положения вертикального и горизонтального валов выполнены в виде потенциометров, расположенных непосредственно на валах.
Устройство отличается также тем, что датчики положения вертикального и горизонтального валов выполнены в виде гироскопа, расположенного под рамой.
На фигуре 1 изображен внешний вид устройства. Устройство состоит из подставки 1 с вертикальным вращающимся валом 2 для азимутального поворота батареи в горизонтальной плоскости, на котором установлена рама 3 для размещения солнечной батареи, поворачиваемая горизонтальным вращающимся валом 4 для зенитального поворота батареи в вертикальной плоскости, валы приводятся в движение электромеханическими приводами 5 и 6 соответственно. В качестве электромеханических приводов используются электродвигатели постоянного тока с понижающим редуктором.
В роли датчиков положения установки используются потенциометры (переменные сопротивления) 7 и 8, регулирующий орган которых соединяется с соответствующим валом. При изменении угла поворота вала изменится напряжение на среднем выводе потенциометра, что в итоге даст аналоговый сигнал положения вала. В качестве вспомогательного датчика положения используется гироскоп 9. Гироскоп закрепляется под рамкой 3 и позволяет отслеживать изменение угла поворота солнечной батареи в двух плоскостях.
На фигуре 2 изображена схема блока управления системы автоматического регулирования. Блок управления содержит модуль обратной связи 10, к которому по сигнальным линиям 11 подключаются датчики положения 7, 8 или 9. Также к модулю обратной связи подключается линия силового выхода солнечной батареи 12. Модуль обратной связи содержит внутри себя датчики напряжения и тока для измерения параметров электроэнергии, вырабатываемой солнечной батареей. С модуля обратной связи выработанная электроэнергия поступает по линии 13 в сеть потребителя или на аккумуляторную батарею 14. По цифровой сигнальной линии 15 модуль обратной связи соединяется с центральным микроконтроллером 16, который управляет силовым модулем 17 по цифровой сигнальной линии 18. Силовой модуль получает питание из сети потребителя по линии 19 и соединяется с электродвигателями электромеханических приводов по линии 20.
Устройство работает следующим образом:
Центральный микроконтроллер 16 отдает силовому модулю 17 команды на поворот валов 2 и 4 на определенный угол с целью ориентирования рамы 3, с установленной солнечной батареей, в определенные точки небосвода. При этом осуществляется обход нескольких точек (обычно 8) в заданной окрестности от начального положения солнечной батареи. В каждой точке, при помощи датчиков напряжения и тока модуля обратной связи, производится замер соответствующих параметров электроэнергии, вырабатываемой солнечной батареей. Полученные значения оцифровываются аналогово-цифровым преобразователем модуля обратной связи и в оцифрованном виде отправляются на центральный микроконтроллер. Центральный микроконтроллер выполняет вычисление вырабатываемой солнечной батареей мощности путем перемножения величины напряжения на силу тока. Полученная мощность для каждой точки запоминается в памяти микроконтроллера.
После обхода всех точек производится сравнение выработанных мощностей, и центральный микроконтроллер отправляет силовому модулю команду на поворот валов устройства в точку с максимальной выработанной мощностью. Силовой модуль при помощи ключей осуществляет включение электромеханических приводов 5 и 6, которые поворачивают валы 2 и 4 до тех пор, пока не будет достигнуто требуемое положение рамы. Текущее положение рамы отслеживается датчиками 7, 8 или 9.
После этого устройство переходит в ждущий режим на заранее заданный интервал времени. Затем цикл повторяется снова.
Если уровень вырабатываемой солнечной батареей мощности ниже порогового значения, устройство переходит в энергосберегающий режим на период ночного времени суток и переориентируется на восток в положение для захвата восходящего солнца.
Предложенное изобретение позволяет повысить уровень вырабатываемой солнечной батареей мощности за счет ее ориентирования в вертикальной и горизонтальной плоскости в автоматическом режиме в точку с максимальной выработкой мощности. В устройстве не используются дополнительные датчики освещенности, поскольку основным параметром ориентирования является вырабатываемая батареей мощность, что позволяет упростить и повысить надежность системы. Использование в качестве основного параметра ориентирования вырабатываемой батареей мощности позволяет находить наиболее оптимальное положение солнечной батареи в условиях частичного перекрытия небосвода облаками и иными помехами для прохождения солнечного излучения. Также уменьшаются энергетические затраты на ложные повороты солнечной батареи, свойственные алгоритмам ориентирования без обратной связи (по таймеру) или использующим датчики освещенности, подверженные воздействию солнечных бликов. Модульная структура блока управления устройства обеспечивает высокую ремонтопригодность и простоту расширяемости системы.
Claims (3)
1. Устройство ориентирования солнечных батарей, содержащее подвижную раму, на которой установлены солнечные батареи, снабженную системой поворота рамы, а также систему автоматического регулирования, содержащую электромеханические приводы, блок управления на основе микроконтроллера и модуль обратной связи, отличающееся тем, что система поворота рамы выполнена в виде вертикального вала, на котором установлена рама, и горизонтального вала, установленного между рамой и вертикальным валом, при этом валы установлены с возможностью вращения вокруг оси и приводятся в движение электромеханическими приводами, выполненными в виде электродвигателей постоянного тока с понижающим редуктором, модуль обратной связи содержит датчики напряжения и тока, подключенные к выходу солнечной батареи, а также датчики положения вертикального и горизонтального валов и подключен к центральному микроконтроллеру, который при помощи датчиков напряжения и тока определяет величину вырабатываемой солнечной батареей мощности, определяет положение солнечной батареи с максимальной вырабатываемой мощностью и выдает команду на поворот солнечной батареи через силовой модуль, содержащий транзисторные или релейные ключи, включающие электродвигатели электроприводов вертикального и горизонтального валов.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчики положения вертикального и горизонтального валов выполнены в виде потенциометров, расположенных непосредственно на валах.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчики положения вертикального и горизонтального валов выполнены в виде гироскопа, расположенного под рамой.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019138993A RU2723786C1 (ru) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | Устройство ориентирования солнечной батареи |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019138993A RU2723786C1 (ru) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | Устройство ориентирования солнечной батареи |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2723786C1 true RU2723786C1 (ru) | 2020-06-17 |
Family
ID=71095896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019138993A RU2723786C1 (ru) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | Устройство ориентирования солнечной батареи |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2723786C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2767718C1 (ru) * | 2021-08-10 | 2022-03-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Солнечная фотоэнергоустановка |
| RU219161U1 (ru) * | 2023-03-07 | 2023-06-30 | Акционерное общество "Сахаэнерго" (АО "Сахаэнерго") | Устройство для установки фотоэлектрических модулей солнечной электростанции в условиях вечной мерзлоты и Крайнего Севера |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4625709A (en) * | 1984-06-08 | 1986-12-02 | Brandstaetter Rolf | Tracking solar collector installation |
| RU2230395C1 (ru) * | 2002-11-10 | 2004-06-10 | Башкирский государственный аграрный университет | Солнечная электростанция |
| RU124440U1 (ru) * | 2012-08-15 | 2013-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Солнечная фотоэлектрическая установка |
| RU171448U1 (ru) * | 2016-05-20 | 2017-06-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Устройство для автоматической ориентации солнечной батареи |
| US20170255172A1 (en) * | 2013-01-15 | 2017-09-07 | Drift Marketplace, Inc. | Solar tracker and related methods, devices, and systems |
-
2019
- 2019-11-29 RU RU2019138993A patent/RU2723786C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4625709A (en) * | 1984-06-08 | 1986-12-02 | Brandstaetter Rolf | Tracking solar collector installation |
| RU2230395C1 (ru) * | 2002-11-10 | 2004-06-10 | Башкирский государственный аграрный университет | Солнечная электростанция |
| RU124440U1 (ru) * | 2012-08-15 | 2013-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Солнечная фотоэлектрическая установка |
| US20170255172A1 (en) * | 2013-01-15 | 2017-09-07 | Drift Marketplace, Inc. | Solar tracker and related methods, devices, and systems |
| RU171448U1 (ru) * | 2016-05-20 | 2017-06-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Устройство для автоматической ориентации солнечной батареи |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ПАЛКИН Г.А. и др. Разработка модели поворотной установки для солнечных панелей // Наука и образование: актуальные исследования и разработки (Материалы II Всероссийской научно-практической конференции 25-26 апреля 2019), с.60-64. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2767718C1 (ru) * | 2021-08-10 | 2022-03-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Солнечная фотоэнергоустановка |
| RU219161U1 (ru) * | 2023-03-07 | 2023-06-30 | Акционерное общество "Сахаэнерго" (АО "Сахаэнерго") | Устройство для установки фотоэлектрических модулей солнечной электростанции в условиях вечной мерзлоты и Крайнего Севера |
| RU2813087C1 (ru) * | 2023-07-21 | 2024-02-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Устройство ориентирования солнечных панелей |
| RU2811399C1 (ru) * | 2023-11-21 | 2024-01-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) | Устройство для автоматической ориентации солнечной батареи |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mustafa et al. | Simple design and implementation of solar tracking system two axis with four sensors for Baghdad city | |
| Sumathi et al. | Solar tracking methods to maximize PV system output–A review of the methods adopted in recent decade | |
| Abdallah et al. | Two axes sun tracking system with PLC control | |
| Ray et al. | Design and development of tilted single axis and azimuth-altitude dual axis solar tracking systems | |
| US7884308B1 (en) | Solar-powered sun tracker | |
| KR101238444B1 (ko) | 태양광 발전용 반사경장치 | |
| Verma et al. | A review paper on solar tracking system for photovoltaic power plant | |
| Das et al. | Microcontroller based automatic solar tracking system with mirror booster | |
| Haider et al. | Design and implementation of three-axis solar tracking system with high efficiency | |
| CN103149945A (zh) | 一种太阳方位跟踪控制系统 | |
| RU2560652C2 (ru) | Солнечная электростанция | |
| RU2723786C1 (ru) | Устройство ориентирования солнечной батареи | |
| Nahar et al. | Single axis solar tracker for maximizing power production and sunlight overlapping removal on the sensors of tracker | |
| Pratama et al. | Performance enhancement of solar panel using dual axis solar tracker | |
| Ahmad et al. | A high power generation, low power consumption solar tracker | |
| Rana | A study on automatic dual axis solar tracker system using 555 timer | |
| Parveen et al. | IoT based solar tracking system for efficient power generation | |
| Jiao et al. | Design of automatic two-axis sun-tracking system | |
| RU171448U1 (ru) | Устройство для автоматической ориентации солнечной батареи | |
| Anyaka et al. | Improvement of PV systems power output using sun-tracking techniques | |
| Kumar et al. | Design and development of dual axis solar panel tracking system for normalized performance enhancement of solar panel | |
| KR101147329B1 (ko) | 난간용 태양광 추미장치 | |
| Jankar et al. | Maximum utilization of solar (renewable energy) by using multiple sensor technology | |
| CN211899321U (zh) | 一种具有太阳能发电功能的厂房顶板 | |
| Ismail et al. | Design and fabrication of solar panel with sun position tracker |