SI23441A - Hibridni sistem za pozicioniranje fotonapetostnih panelov - Google Patents

Abstract

Hibridni sistem za pozicioniranje fotonapetostnih panelov rešuje problem optimalnega orientiranja fotonapetostnih panelov, ki se uporabljajo za proizvodnjo električne energije. Na osnovi posamezne meritve je težko ugotoviti optimalno orientacijo fotonapetostnih panelov, zato sistem uporablja kombinacijo GPS sistema in senzorske matrike fotodiod za doseganje optimalne orientacije fotonapetostnega panela glede na vpad žarkov sončnega sevanja. Hibridni sistem za pozicioniranje fotonapetostnih panelov sestavljaja mikrokrmilnik z namenskim programom (11) na vhod katerega so vezani GPS sprejemnik (2), senzorska matrika fotodiod (3), merilnik napetosti fotonapetostnih panelov (8), merilnik toka fotonapetostnih panelov (9) in na izhodu katerega so preko H-mostov (14) (15) vezani elektromotorji za orientiranje fotonapetostnih panelov (18) (19).

Description

HIBRIDNI SISTEM ZA POZICIONIRANJE FOTONAPETOSTNIH PANELOV

Predmet izuma je hibridni sistem za pozicioniranje fotonapetostnih panelov, ki omogoča optimalno orientiranje v dveh oseh. Sistem za optimalno orientacijo fotonapetostnih panelov glede na vpad sončnih žarkov uporablja kombinacijo sistema GPS in senzorske matrike.

Tehnični problem, ki ga izum rešuje, je realizacija sistema za orientiranje fotonapetostnih panelov z ustrezno zanesljivostjo, stabilnostjo in širokim razponom uporabe. Predlagan sistem omogoča povečanje učinkovitosti fotonapetostnih panelov do 40% v primerjav z obstoječimi, fiksnimi sistemi.

Na trgu je možno zaslediti različne sisteme za določanje optimalne orientacije fotonapetostnih panelov. Ti sistemi se sicer med seboj razlikujejo, vendar jih veže skupni problem, kako zagotoviti optimalno orientacijo fotonapetostnih panelov glede na vpadni kot sončnega sevanja. Poseben problem se pokaže pri oblačnem vremenu, kjer prihaja do večje razpršenosti sočnih žarkov, kar otežuje določanje optimalne orientacije. Druga težava nastopi pri sistemih katerih določanje optimalne orientacije temelji na uporabi GPS pozicije. Kadar sistem, ki temelji samo na GPS poziciji izgubi signal GPS, ostane brez nadzora nad položajem, ter s tem brez možnosti nastavitve optimalne orientacije.

Predlagani hibridni sistem za pozicioniranje fotonapetostnih panelov združuje pozitivne lastnosti uporabe sistema za določanje položaja GPS in rešitve za orientacijo panelov preko tipal. Sistem deluje kot kombinacija GPS pozicioniranja in sistema iskanja največje moči. S pomočjo GPS pozicioniranja se panel postavi v položaj, ki je glede na geografsko lego in čas določen za najbolj ugodnega. Vzporedno ob GPS sistemu deluje še senzorski sistem z dvojno vlogo. V primeru, da pride od izpada GPS, senzorski sistem sprva prevzame vlogo nadzora nato pa kontrole orientacije. V izjemno slabih vremenskih razmerah (dolgotrajna oblačnost) rotiranje fotonapetostnega panela glede na GPS ni optimalno in tako v teh primerih senzorski sitem prevzame vlogo kontrole orientacije in bo postavi fotonapetostne panele v položaj največje moči. Izum bo opisan z blokovno shemo in slikami, ki prikazujejo:

51.1 Električna blokovna shema hibridnega sistema za pozicioniranje fotonapetostnih panelov

51.2 Senzorska matrika fotodiod za določanje stanja sončnega obsevanja

Hibridni sistem za optimalno pozicioniranje fotonapetostnih panelov je grajen okoli glavne nadzorne enote, to je 8-bitni mikrokrmilnik 11. V mikrokrmilniku 11 deluje program, ki skrbi za optimalno orientacijo fotonapetostnih modulov. Primarne podatke, po katerih se orientirajo fotonapetostni paneli, prejema s pomočjo GPS sprejemnika 2, ki zagotavlja informacije o zemljepisni dolžini in širini, točnem času (Universal Coordinated Time) ter potrebne podatke za preverjanje pravilnosti in točnosti prejetih podatkov (data validty and checksum). Sistem podpira dva načina merjenja jakosti sončnega sevanja. Pri prvem načinu se z merjenjem izhodne moči fotonapetostnih panelov s pomočjo merilnika napetosti 8 in merilnika toka 9 izračuna jakost sončnega sevanja, s pomočjo obeh izmerjenih signaliov se spremlja tudi proizvedena električna energija. Na drug način se sončno sevanje določa s pomočjo senzorske matrike fotodiod 3, ki zaznava stanje polne in delne oblačnosti. Podatki o stopnji in trajanju oblačnosti se uporabijo za izbiro krmiljenja orientacije panelov. Pri delni oblačnosti prevlada orientacija določena na osnovi GPS sprejemnika 2, pri trajajočem oblačnem vremenu, pa se paneli postavijo v orientacijo največje moči, ki je določen glede na podatke senzorske matrike fotodiod 3. Senzorska matrika fotodiod 3 je neposredno povezana na A/D vhode mikrokrmilnika 11.

Za pravilno delovanje sistema je pomembna realizacija senzorske matrike fotodiod 3. V osnovi je sestavljena okoli ohišja s poševnimi ploskvami 21, pri uporabi je vsaka od poševnih ploskev usmerjena v svojo smer neba (sever, jug, vzhod, zahod). Na poševne ploskve je mogoče namestiti eno ali več fotodiod 23, s katerimi se določa sončno sevanje s smeri neba proti kateri je ta ploskev obrnjena. Kjer je potrebna absolutna vrednost sončnega sevanja, se senzorska matrika fotodiod izvede tako, da se na vrhnjo ploskev 22 namesti ena ali več fotodiod 24, ki ločeno od ostalih fotodiod 23 meri absolutno vrednost sončnega sevanja.

Odčitavanje stanja sistema se izvaja preko LCD modula 5, poleg katerega so tudi nadzorna stikala 6, s katerimi se nastavljajo parametri sistema. Elektronska vezja kontrolnega dela so galvansko ločeni 12 od energetskih električnih vezij, kar preprečuje tudi napake pri nadzoru sistema. Sistem krmiljenja elektromotorjev 18 19 za rotacijo fotonapetostnih panelov je v osnovi realiziran s pomočjo dveh integriranih dvostranskih Hmostov 14 15, ki zadovoljita potrebam po električni moči elektromotorjev z zmogljivostmi do 46 V in do 2 A (maksimalno skupaj 98 W). V primeru, da je za napajanje motorjev 13, ki pomikajo fotovoltaične panele, potrebna večja moč, se ta lahko pridobi iz elektroenergetskega sistema (omrežna napetost). V tem primeru se H-most za krmiljenje elektromotorjev realizira v diskretni obliki s pomočjo MOSFET komponent. Na vrtečih se mehanskih delih konstrukcije so nameščeni kodirniki 4, ki dajejo informacijo o trenutnem položaju fotonapetostnega panela.

Celotni logični del hibridnega sistema za pozicioniranje fotonapetostnih panelov, ki je sestavljen iz mikrokrmilnika 11, GPS sprejemnika 2, senzorskematrike fotodiod 3, kodirnika 4, LCD prikazovalnika 5, nadzornih stikal 6, končnih stikal 7 ter merilnika napetosti 8 in merilnika toka 9, napaja DC napajalnik majhne moči 1. Podatke o pridobljeni energiji, izmerjenem sončnem sevanju ter ostalih parametrih hibridnega sistema za pozicioniranje fotonapetostnih panelov je mogoče preko serijskega vmesnika 10 prenestu na osebni računalnik.

Za varnost v sistemu skrbi več sklopov. Končna stikala 7, ki onemogočajo doseganje prepovedanih orientacij fotonapetostnih modulov (orientacije v katerih bi fotonapetostni paneli trčili v drug predmet ali poškodovali nosilno konstrukcijo). Preobremenitvena zaščita 20 s pomočjo brezkontaknih (Hall) sond za merjenje toka 16 17 skrbi, da ne pride do preobremenitve motorjev, ki pomikajo fotonapetostne panele 18 19 ter njihovih krmilnih H mostov 14 15.

Claims (2)

1. Hibridni sistem za pozicioniranje fotonapetostnih panelov, označen s tem, da ga sestavljajo namensko programiran mikrokrmilnik (10), na vhod katerega so vezani GPS sprejemnik (2), senzorska matrika fotodiod (3), merilnik napetosti fotonapetostnih panelov (8), merilnik toka fotonapetostnih panelov (9) in na izhod katerega so preko H-mostov (14) (15) vezani elektromotorji za orientiranje fotonapetostnih panelov (18) (19).

2. Hibridni sistem po zahtevku 1, označen s tem, da uporablja senzorsko matriko fotodiod (3), na kateri so fotodiode (23) usmerjene v različne smeri neba, kar omogoča merjenje optimalnega kota sončnega sevanja.