Солнечный трекер своими руками

Добавил пользователь Alex
Обновлено: 05.10.2024

С недавних пор солнечные электростанции появились у многих людей. Для увеличения их КПД требуется установить дополнительное оборудование. Одним из таких устройств вполне может быть солнечный трекер.
Данное приспособление является поворотным механизмом. Он позволяет следить за передвижением светила. В итоге куда будет перемещаться светило туда и повернется солнечный модуль.

Преимущество солнечного трекера

Ниже представлены основные положительные качества подобной установки.

Позволяет увеличить эффективность всей электростанции.
КПД увеличивается на 45%. Особенно он растет, когда лучи падают на фотоэлементы под углом 90 градусов.
Уровень получаемой энергии возрастает.

Как работает солнечный трекер?

Чтобы отслеживать светило устройство должно уметь:

Передвигать панель с батареями на место где максимальный световой поток.
Найти где находится солнце относительно солнечного модуля.

За место положение солнца отвечает специализированная электронное оборудование. Она состоит из GPS устройства. Наличие подобного прибора позволяет вычислить где располагается солнце. Кроме этого можно узнать который сейчас час.

Вся работа выполняется за счет GPS. Со спутника приходит нужный сигнал, и солнечная панель поворачивается в след за солнцем.

Солнечный трекер оборудован серводвигателями. За счет них он способен менять вращение вала. Поворотное устройство встречается 4-х вариантов.

Виды трекеров для солнечных батарей

Существует с 1-й осью вращения. Она способна выполнять ориентирование с севера на юг. Их подразделяют на под виды:

Ось наклонена. Вращающая ось находится промеж горизонтально и вертикально расположенными осями по отношению к поверхности.
Ось вращается горизонтально.
С полярно ориентированной осью. Ориентируется на полярную звезду. Угол регулируется индивидуально для каждого конкретного случая.
Ось имеет вертикальную ориентацию. Находится по отношению к поверхности вертикально.

Стойка для солнечных батарей с 2-я осями вращения и одной опорной плоскостью.

С 2-я осями кручения имеющая 2-е степени свободы. Они функционируют независимо друг от друга, но зафиксированы в один узел. В итоге солнечные батареи передвигаются согласно параметрам. Они имеют несколько подвидов:

С 2-я вращающимися осями и упорной плоскостью. Фотоэлектрические модули фиксируются на плоскости которая устанавливается на круглую платформу. Может напоминать рельс. Позволяет закрепить больше элементов. Основной минус — это большая площадь для установки.
С 2-я осями, но на несущем столбе. Солнечные панели укрепляются на специальном столбе. На верху столба ставится площадка на которой крепится механизм разворота. 2-й уровень свободы реализуется как у трекеров с одной оси.

Как сделать поворачивающее устройство для солнечных батарей своими руками?

Для этого потребуется заготовить необходимые части:

Электронное устройство для контроля функционирования трекера.
Каркас для установки. Обычно его изготавливают из металла.
Устройство для преобразования энергии чтобы поворачивающие двигатели работали от фото элементов.
Средства защиты солнечных модулей от плохой погоды.
Механизмы, которые поворачивают каркас и осуществляют контроль процесса.

Алгоритм изготовления трекера своими руками

Приобретаете металлический профиль и из него создаете удерживающий каркас. Сечение профиля подбираете на глаз. Параметры данной установки зависят от того, сколько солнечных батарей на нее будет установлено. Данная деталь задает вид трекера. То есть на этом этапе определяется сколько передвигаемых осей будет и как они будут располагаться в пространстве. Для воплощения этой конструкции в жизнь требуется опыт работы со сварочным аппаратом и электрическим ручными инструментами.
Чтобы трекер поворачивался горизонтально применяется серодвигатель. За счет его можно выполнять повороты в разные направления. Чтобы управлять данным устройством нужно сделать специальный электрический прибор. В основе этого пульта управления лежат фоторезисторы. Схему можно найти в интернете. Но лучше всего приобрести готовое устройство.
Чтобы установка вращалась вокруг вертикальной оси можно подключить к ней часовой механизм. Для этого нужно припаять электрические контакты к стрелке часов (подвижный контакт) и к часовым отметкам на циферблате (неподвижный контакт). Создав один подобный контакт, например, на 12 часах циферблата, двигатель станет запускаться 1 раз в час. Если выполнить еще 1-н не двигающий контакт на шести часах, движок будет запускаться через 30 минут. Двигатель работает в следующем порядке: самая длинная стрелка выполняет поворот и проходит через 12 часов, контакты сцепляются, цепь регулирования двигателем привода замыкается, движок выполняет поворот панели. Чтобы выполнить поворот в горизонтальной оси можно задействовать принцип водяных часов. В таком случае солнечные батареи примут горизонтальную позицию. С одного конца к модулю крепится утяжеление в виде кирпича или еще что-то. С другой устанавливается канистра с водой с таким же весом, как и кирпичи. Создаются отверстия в канистре с водой. В итоге вода вытекает и под действием изменения массы солнечный модуль делает поворот. Диаметр отверстий в емкости и их количество определяется на глаз. С этим следует поэкспериментировать.
Для защиты от осадков можно использовать любой подходящий материал.
Чтобы автоматически управлять системой потребуется создать для этого специальное устройство. Но лучше всего прикупить его в магазине.
Система подключается к инвертору. Это нужно для преобразования постоянного тока в переменный. Если имеются знание в области радиотехнике тогда его можно без проблем собрать самостоятельно.

Таким образом создается трекер для солнечных батарей. Надеемся данная информация была полезной!

Cолнечный трекер (система слежения за солнцем) на Arduino

Если вы установили солнечные панели, то вы, наверное, знаете, что панели работают лучше всего, когда они направлены напрямую к солнцу. Это звучит достаточно просто, за исключением того, что Солнце движется в течение всего дня. Именно поэтому в настоящее время существует целый ряд различных механизмов, которые работают на ряде принципов с целью поворота вашей панели или массив панелей непосредственно к Солнцу, они называются солнечные трекеры.

Есть два основных типа трекеров, одно- и двоосевые трекеры. Одноосевые трекеры корректируются каждый месяц или около учета сезонных изменений в положении Солнца, единственная ось затем используется для отслеживания ежедневного движения солнца по небу. Двоосевые трекеры устраняют необходимость ежемесячной корректировки: с помощью одной оси идет отслеживание движения Солнца в день, а другая ось для отслеживания сезонного движения. Одноосевой солнечный трекер улучшает прием солнечного излучения примерно на 25%, а двоосевой трекер примерно на 40%.

Эта система управления трекером предназначена принимать солнечный свет с востока и запада (слева и справа) стороны панели солнечных батарей и определяет, каким способом переместить панель, чтобы он был напрвлен непосредственно на источник света. Сервопривод используется для приведения в действие панели слежения; они доступны в широком диапазоне размеров и их можно масштабировать в соответствии с размерами панели.

Наиболее точным способом определить этот фактор является дать свет поровну между обоими датчиками, а затем использовать монитор последовательного порта на вашем компьютере, чтобы увидеть выходные значения на восточном и западном датчике. Разница между этими двумя значениями и будет калибровка смещения. Фотодатчики очень чувствительны, поэтому трекер движется только тогда, когда разница между ними больше, чем 15 (в коде), в противном случае он будет непрерывно отслеживать падение света.

Шаг 6: Изготовление одноосевой основы

Ваша основа должна выглядеть как на прилагаемом изображении, когда она будет завершена.

В идеале стенд должен быть сделан из алюминиевого угла, как он является сильным, прочным и пригоден для использования на открытом воздухе, но он также может быть изготовлена из дерева, фанеры или ПВХ труб.

Стенд по существу состоит из двух частей, основания и поддержки панели. Они соединены вокруг точки опоры, на которой опорные панели могут делать орбитальное движение. Сервопривод монтируется на основание и рычаг приводит в движение опору панели.

В идеале, точка поворота должна быть помещена в центр тяжести опоры панели.

Два сервопривода может быть использовано для более тяжелых панелей, по одной на каждой стороне панели. Геометрия должна быть такой же, и сервоприводы должны иметь тот же тип / модель. Затем можно дублировать код сервомотора в программном обеспечении, таким образом, что обоим сервоприводам присвоены те же команды, и они будут двигаться вместе, чтобы привести в действие панель.

Для очень тяжелых панелей или для солнечных батарей, сервоприводы должны быть заменены более сильными шаговыми двигателями.

Чтобы получить максимальную пользу от использования солнечных батарей применяют трекер. Его задача состоит в том, чтобы следить за нахождением солнца. Эту функцию выполняет серводвигатель, который выполняет свои вращательные движения благодаря двум датчикам. За счет своей простоты достигается высокий коэффициент полезности.

Данный вид прибора оснащен двумя датчиками-фоторезисторами, которые расположены в разных сторонах от ровной поверхности под наклоном. Если рассматривать их по отношению к друг другу, то они располагаются под прямым углом. Сверху датчиков прикреплены специальные колпачки, которые делают падающие лучи света узконаправленными.

Трекер оснащен специальным контроллером фирмы Arduino, который служит для приема показаний с датчиков и их анализ. Эти значения показывают направленность к солнцу. Если они одинаковые, значит платформа правильно повернута на солнечную сторону. Когда они отличаются друг от друга, Arduino воздействует на серводвигатель, заставляя его поворачиваться в нужную светлую сторону. Платформа выполнят вращательные движения до тех пор, пока значения двух датчиков не будут равны между собой.

Чтобы не происходил чрезмерное вращение платформы, установлены специальные программные требования, которые в случае возникновения такой ситуации произведут ее остановку. В данной программе присутствует постоянная deadband , которая не дает платформе дергаться в разные стороны. Это может произойти из-за разных показателей. Константа позволит контроллеру не давать никаких указаний двигателю.

Также, конструкторами были разработаны две переменные, которые помогаю датчиками давать четкие значения.

Скетчи для Arduino

На начальном этапе установленные программы описывают библиотеки и определяют пины и константы.

Далее будет произведена расшифровка функции Setup. Данный вид работы происходит только один раз при включении или выключении контролера. На монитор высвечиваются все данные, которые можно настраивать до получения желаемого результата. К примеру, произведем проверку двигателя по всей траектории.

Настройка заключительной части кода происходит с помощью функции loop. Благодаря ей показатели с датчиков поступают в контроллер, и только потом после тщательных расчетов выдается команда серводвигателю.

Программа обладает такой функцией как getTravel, которая определяет сторону поворота платформы.

Такой прибор как солнечный трекер может использоваться и в других устройствах. Например, применить его для улучшения показателей фильтрации. Для этого необходимо только добавить соответствующие программы и еще один серводвигатель.

Прикрепленные файлы – Lighttracker , СКЕТЧ

Солнечные электростанции все 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

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 приемника, 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 не зависимо 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:

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.

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.

Читайте также: