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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Traqueur de soleil. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Jusqu'à présent, lors de l'exploitation de panneaux solaires, nous nous contentions de la dispersion totale de la lumière solaire. Certes, certains changements saisonniers ont été pris en compte, ainsi que l'heure de la journée (orientation dans le sens est-ouest). Néanmoins, les panneaux solaires sont restés plus ou moins fixes dans la position de travail une fois trouvés. Dans un certain nombre de cas, nous n'y avons même pas attaché beaucoup d'importance, exposant approximativement la batterie dans la direction du soleil. Cependant, on sait par expérience que les cellules solaires ne génèrent un maximum d'énergie que lorsqu'elles sont exactement perpendiculaires à la direction des rayons du soleil, et cela ne peut se produire qu'une fois par jour. Le reste du temps, le rendement des cellules solaires est inférieur à 10 %. Supposons que vous puissiez suivre la position du Soleil dans le ciel ? En d'autres termes, que se passerait-il si vous faisiez pivoter le panneau solaire pendant la journée afin qu'il pointe toujours directement vers le soleil ? En modifiant uniquement ce paramètre, vous augmenteriez le rendement total des cellules solaires d'environ 40 %, soit près de la moitié de l'énergie produite. Cela signifie que 4 heures d'intensité solaire utile se transforment automatiquement en heures presque 6. Suivre le soleil n'est pas difficile du tout. Le principe de fonctionnement du dispositif de suivi Le dispositif de suivi se compose de deux parties. L'un d'eux combine un mécanisme qui pilote le récepteur du rayonnement solaire, l'autre - un circuit électronique qui contrôle ce mécanisme. Un certain nombre de méthodes de suivi solaire ont été développées. L'un d'eux est basé sur le montage de cellules solaires sur un support parallèle à l'axe polaire. Vous avez peut-être entendu parler d'appareils similaires appelés systèmes de suivi équatorial. C'est un terme populaire utilisé par les astronomes. En raison de la rotation de la Terre, il nous semble que le Soleil se déplace dans le ciel. Si l'on tenait compte de cette rotation de la Terre, le Soleil, au sens figuré, "s'arrêterait" le serait. Le système de suivi équatorial fonctionne de manière similaire. Il a un axe de rotation parallèle à l'axe polaire de la Terre. Si vous y attachez des cellules solaires et que vous les faites tourner d'avant en arrière, vous obtiendrez une imitation de la rotation de la Terre (Fig. 1). Axe co-directionnel avec l'axe de rotation de la Terre.
L'angle d'inclinaison (angle polaire) est déterminé par l'emplacement géographique et correspond à la latitude de l'endroit où l'appareil est monté. Supposons que vous viviez dans une zone correspondant à 40°N. Ensuite, l'axe du dispositif de suivi sera tourné d'un angle de 40° par rapport à l'horizon (au pôle Nord, il est perpendiculaire à la surface de la Terre (Fig. 2).
La rotation des cellules solaires vers l'est ou l'ouest autour de cet axe incliné imitera le mouvement du soleil dans le ciel. Si nous faisons tourner les cellules solaires avec la vitesse angulaire de rotation de la Terre, nous pouvons complètement "arrêter" le Soleil. Cette rotation est effectuée par un système de suivi mécanique. Un moteur est nécessaire pour faire tourner les cellules solaires autour d'un axe. A tout moment du mouvement quotidien du soleil, le plan des panneaux solaires sera désormais perpendiculaire à la direction des rayons solaires. La partie électronique du dispositif de suivi donne au mécanisme principal des informations sur la position du Soleil. Par commande électronique, le panneau est installé dans la direction souhaitée. Dès que le soleil se déplace vers l'ouest, le contrôleur électronique démarre le moteur électrique jusqu'à ce que la direction correcte du panneau vers le soleil soit à nouveau rétablie. Caractéristiques du traqueur La nouveauté de notre dispositif de repérage réside non seulement dans la mise en œuvre de l'orientation des cellules solaires vers le soleil, mais également dans le fait qu'elles alimentent le "cerveau" électronique de commande. Ceci est réalisé grâce à une combinaison unique de caractéristiques structurelles et électriques de l'appareil. Considérons d'abord les caractéristiques de conception de l'appareil, en se référant à la Fig. 3.
La batterie solaire est constituée de deux panneaux contenant trois éléments chacun, connectés en série et placés sur les plans d'un boîtier en plastique transparent. Les panneaux sont connectés en parallèle. Ces panneaux sont montés perpendiculairement les uns aux autres. En conséquence, au moins un des modules sera constamment éclairé par le soleil (sous réserve des limitations décrites ci-dessous). Considérons d'abord le cas où l'ensemble du dispositif est positionné de manière à ce que la bissectrice de l'angle formé par les panneaux soit dirigée exactement vers le soleil. De plus, chaque panneau est incliné à 45° par rapport au soleil (Fig. 4) et génère de l'énergie électrique.
Si vous faites pivoter l'appareil de 45° vers la droite, le panneau de droite sera parallèle et le panneau de gauche sera perpendiculaire aux rayons du soleil. Désormais, seul le panneau de gauche génère de l'énergie, le panneau de droite est inactif. Faites pivoter l'appareil de 45° supplémentaires. La lumière continue de frapper le panneau de gauche, mais à un angle de 45°. Comme précédemment, le côté droit n'est pas éclairé et ne génère donc aucune puissance. Vous pouvez répéter une rotation similaire sur le côté gauche, tandis que le panneau de droite générera de l'énergie et que le panneau de gauche sera inactif. Dans tous les cas, au moins une batterie génère de l'électricité. Les panneaux étant connectés en parallèle, l'appareil produira toujours de l'électricité. Au cours de notre expérience, le module a tourné de 180°. Ainsi, si un dispositif particulier est fixé de manière à ce que l'articulation des panneaux soit dirigée vers le soleil de midi, la sortie de la batterie solaire générera toujours une tension électrique, quelle que soit la position du soleil dans le ciel. De l'aube au crépuscule, une partie de l'appareil sera éclairée par le soleil. Super, mais pourquoi tout ça ? Maintenant, vous saurez. Système électronique de suivi du soleil Pour suivre le mouvement du soleil dans le ciel, le circuit électronique de commande doit remplir deux fonctions. Tout d'abord, elle doit décider s'il y a vraiment un besoin de suivi. Cela n'a aucun sens de gaspiller de l'énergie pour le fonctionnement du moteur électrique s'il n'y a pas assez de soleil, par exemple en présence de brouillard ou de nuages. C'est le but pour lequel l'appareil ci-dessus est nécessaire en premier lieu ! Pour comprendre le principe de son fonctionnement, tournons-nous vers le circuit électronique représenté sur la Fig. 3. Concentrons-nous d'abord sur le relais RL1. Pour simplifier la discussion ci-dessous, supposons que le transistor Q1 est saturé (conducteur) et que le transistor Q2 n'est pas présent. Le relais RL1 est un élément de circuit qui réagit au courant qui le traverse. Le relais a une bobine de fil dans laquelle l'énergie du courant électrique est convertie en énergie d'un champ magnétique. L'intensité du champ est directement proportionnelle à l'intensité du courant traversant la bobine. Avec une augmentation du courant, il arrive un moment où l'intensité du champ augmente tellement que l'armature du relais est attirée par le noyau de l'enroulement et les contacts du relais se ferment. Ce moment correspond au seuil dit de relais. Maintenant, il est clair pourquoi le relais est utilisé lors de la mesure du seuil d'intensité du rayonnement solaire à l'aide de cellules solaires. Comme vous vous en souvenez, le courant d'une cellule solaire dépend de l'intensité de la lumière. Dans notre circuit, deux panneaux solaires sont en fait connectés au relais, et jusqu'à ce qu'ils génèrent un courant qui dépasse le seuil de déclenchement, le relais ne s'allume pas. Ainsi, c'est la quantité de lumière incidente qui détermine le seuil de réponse. Si l'intensité du courant est légèrement inférieure à la valeur minimale, le circuit ne fonctionne pas. Le relais et le panneau solaire sont appariés de sorte que le relais s'active lorsque l'intensité lumineuse atteint 60% de la valeur maximale. C'est ainsi que la première tâche du système de suivi est résolue - déterminer le niveau d'intensité du rayonnement solaire. Les contacts de relais fermés allument le moteur électrique et le système commence à rechercher l'orientation vers le soleil. Nous arrivons donc à la tâche suivante, à savoir trouver l'orientation exacte de la batterie solaire par rapport au soleil. Pour ce faire, revenons aux transistors Q1 et Q2. Il y a un relais dans le circuit collecteur du transistor Q1. Pour activer le relais, il est nécessaire de court-circuiter le transistor Q1. La résistance /?1 définit le courant de polarisation, ce qui ouvre le transistor Q1. Le transistor Q2 est un phototransistor, sa région de base est éclairée par la lumière (dans les transistors classiques, un signal électrique est appliqué à la base). Le courant de collecteur d'un phototransistor est directement proportionnel à l'intensité lumineuse. La résistance R1, en plus de régler le courant de polarisation du transistor Q1, est également utilisée comme charge pour le transistor Q2. Lorsque la base du transistor Q2 n'est pas éclairée, il n'y a pas de courant de collecteur et tout le courant traversant la résistance R1 traverse la base, saturant le transistor Q1. Lorsque l'éclairage du phototransistor augmente, le courant de collecteur commence à circuler, qui ne circule qu'à travers la résistance R1. Selon la loi d'Ohm, une augmentation du courant à travers une résistance fixe R1 entraîne une augmentation de la chute de tension à ses bornes. Ainsi, la tension au collecteur de Q2 change également. Lorsque cette tension descend en dessous de 0,7 V, le phénomène prédit se produira : le transistor Q1 perdra de la polarisation du fait qu'il a besoin d'au moins 0,7 V pour transporter le courant de base. Le transistor Q1 cessera de conduire le courant, le relais RL1 s'éteindra et ses contacts s'ouvriront. Ce mode de fonctionnement n'aura lieu que lorsque le transistor Q2 est pointé directement vers le soleil. Dans ce cas, la recherche d'une orientation exacte vers le soleil est interrompue du fait de l'ouverture du circuit d'alimentation du moteur par les contacts du relais. Le panneau solaire pointe maintenant exactement vers le soleil. Lorsque le soleil quitte le champ de vision du transistor Q2, le transistor Q1 active le relais et le mécanisme recommence à bouger. Et retrouve le soleil. La recherche est répétée plusieurs fois au fur et à mesure que le soleil se déplace dans le ciel pendant la journée. Le soir, l'intensité de l'éclairage diminue. Le panneau solaire ne peut plus générer assez d'énergie pour alimenter le système électronique, et les contacts du relais s'ouvrent une dernière fois. Au petit matin du lendemain, le soleil illumine la batterie du système de repérage, orienté à l'est, et le fonctionnement du circuit recommence. De même, les contacts du relais s'ouvrent si l'éclairement diminue à cause des intempéries. Supposons, par exemple, que le matin il fasse beau et que le système de suivi ait commencé à fonctionner. Cependant, à midi, le ciel a commencé à froncer les sourcils et la diminution de l'éclairage a provoqué l'arrêt du système de suivi jusqu'à ce que le ciel s'éclaircisse à nouveau dans l'après-midi, ou peut-être le lendemain. Chaque fois que cela se produit, le système de suivi est toujours prêt à reprendre le fonctionnement. conception La fabrication d'un dispositif de repérage est assez simple, puisqu'une partie importante des pièces est en verre organique. Cependant, un point très important est de faire correspondre les caractéristiques des panneaux solaires et des relais. Il est nécessaire de sélectionner des éléments qui génèrent un courant de 80 mA à l'intensité maximale du rayonnement solaire. La sélection peut se faire par des tests. À cette fin, ce testeur est tout à fait approprié. J'ai trouvé que les cellules du croissant émettaient environ 80 mA en moyenne. Par conséquent, de tous les types d'éléments qui sont en vente, j'ai utilisé ces éléments pour mon appareil. Les deux panneaux solaires sont de conception similaire. Chacun contient trois éléments connectés en série et fixés sur des plaques de Plexiglas de 10x10 cm2. Les éléments seront constamment exposés à l'environnement, des mesures de protection doivent donc être prévues pour eux. Ce serait bien de faire ce qui suit. Placez la batterie finie sur une plaque de plexiglas posée sur une surface métallique plane. Par le haut, recouvrez la batterie d'une couche relativement épaisse (0,05-0,1 mm) de film lavsan. Chauffez soigneusement la structure obtenue avec un chalumeau afin que les pièces en plastique fondent et se soudent ensemble. En même temps, soyez prudent. Si vous posez une plaque de Plexiglas sur une surface pas assez plane ou si elle est en surchauffe, elle risque de se déformer. Tout devrait ressembler à la cuisson d'un sandwich au fromage grillé.
Lorsque vous avez terminé, vérifiez l'étanchéité du joint, en particulier sur les bords des cellules solaires. Vous devrez peut-être sertir légèrement les bords du Dacron pendant qu'il est encore chaud. Une fois les panneaux suffisamment refroidis, collez-les comme indiqué sur la fig. 5 et connectez-les en parallèle. N'oubliez pas de souder les fils aux piles avant d'assembler l'appareil. cerveau électronique Le prochain élément de conception important est le relais. En pratique, le relais est une bobine enroulée autour d'un petit contact reed. L'enroulement du relais se compose de 420 tours de fil de cuivre émaillé n ° 36 enroulé autour d'un cadre suffisamment petit pour s'adapter au contact Reed avec interférence. J'ai utilisé une paille à cocktail comme cadre. Si vous touchez les extrémités de la paille avec une lame de couteau chaude, les joues du cadre se forment, pour ainsi dire, protégeant l'enroulement de glisser sur les bords. L'impédance de l'enroulement doit être de 20 à 30 ohms. Insérez l'interrupteur à lames dans le cadre et fixez-le avec une goutte de colle. Connectez ensuite le transistor Q1 et la résistance R1 au relais. Sans connecter le transistor Q2, appliquez l'alimentation des cellules solaires et vérifiez le fonctionnement du circuit. Si tout fonctionne correctement, le relais doit se déclencher lorsque l'intensité de la lumière du soleil est d'environ 60 % de sa pleine intensité. Pour ce faire, vous pouvez simplement recouvrir 40% de la surface des cellules solaires avec un matériau opaque, comme du carton. Selon la qualité du commutateur Reed, il peut y avoir un écart par rapport à la valeur idéale. Il est acceptable de démarrer le relais à une intensité lumineuse de 50 à 75 % de la valeur maximale possible. D'autre part, si vous ne respectez pas ces limites, vous devez modifier soit le nombre de tours de l'enroulement du relais, soit le courant du générateur solaire. Le nombre de tours de l'enroulement du relais doit être modifié conformément à la règle suivante. Si le relais fonctionne plus tôt, le nombre de tours doit être réduit, si plus tard - augmenté. Si vous souhaitez expérimenter la modification du courant du générateur solaire, connectez-y une résistance shunt. Connectez maintenant le phototransistor Q2 au circuit. Il doit être placé dans un boîtier étanche à la lumière, sinon il ne fonctionnera pas correctement. Pour ce faire, prenez un tuyau en cuivre ou en aluminium d'environ 2,5 cm de long et d'un diamètre correspondant au diamètre du boîtier du transistor. Une extrémité du tuyau doit être aplatie de manière à laisser un espace de 0,8 mm de large. Fixez le tube au transistor. Le circuit de commande fini, contenant les éléments Q1, Q2, R1 et RL1, est rempli de caoutchouc liquide à des fins d'étanchéité. Quatre entraînements sortent de l'appareil : deux - des contacts de relais, deux - des panneaux solaires. Pour verser du caoutchouc liquide, un formulaire en papier épais (comme une carte postale) est utilisé. Pour le faire avec une feuille de papier, enveloppez un crayon et fixez le papier pour qu'il ne se déplie pas.Une fois que la couche de polymère autour du diagramme a séché, retirez le formulaire en papier.
Travailler avec l'appareil Le fonctionnement du dispositif de suivi est assez simple. Tout d'abord, assemblez un mécanisme de suivi simple. Montez votre batterie sur un axe rotatif. Vous pouvez fixer la batterie à un cadre approprié, puis fixer le cadre au tuyau à l'aide de roulements à friction ou à roulement. Installez ensuite un moteur avec une boîte de vitesses pour faire tourner le châssis autour de l'axe. Cela peut être fait de plusieurs façons. Étant donné que le relais ne remplit que les fonctions d'allumage et d'extinction dans le circuit électronique, il est nécessaire de disposer d'éléments qui commuteraient la tension de rotation du moteur électrique. Cela nécessite des interrupteurs de fin de course situés dans les positions extrêmes du châssis. Ils sont connectés selon le schéma de la Fig. 6. L'interrupteur de fin de course n° 1 est inclus dans la fig. 6 est incorrect. Pour assurer le bon fonctionnement du circuit, les bornes du fin de course doivent être connectées en parallèle avec les contacts du relais RL1, connectés en série avec le relais.
On peut voir sur la figure qu'il s'agit d'un simple circuit de commutation de polarité.Lorsque l'alimentation est appliquée, le moteur électrique commence à tourner. Le sens de sa rotation dépend de la polarité de l'alimentation. Au moment de l'alimentation, le relais de commutation de polarité RL1 ne fonctionne pas, car le circuit de puissance de son enroulement est interrompu par des contacts normalement ouverts. Le moteur électrique fait tourner le châssis vers l'interrupteur de fin de course n° 1. Cet interrupteur est situé de manière à ce que le châssis ne s'appuie contre lui que dans la position extrême de sa rotation. L'auteur désigne également différents relais dans les schémas des figures 3 et 6. Pour éviter toute confusion à l'avenir, le relais RL1 sur la figure 3 est appelé le relais Reed du système d'asservissement, et ses contacts sur la figure 6 sont appelés commutateurs Reed. Le relais RL1 de la Fig. 6 est plus puissant que le relais Reed, avec trois groupes de contacts inverseurs. Lorsque cet interrupteur est fermé, le relais RL1 est activé, ce qui inverse la polarité de la tension d'alimentation du moteur électrique, et ce dernier se met à tourner dans le sens opposé. Bien que le contact de fin de course #1 s'ouvre à nouveau, le relais reste excité car ses contacts sont fermés. Lorsque le cadre est appuyé sur l'interrupteur de fin de course n ° 2, le circuit d'alimentation du relais RL1 s'ouvre et le relais s'éteint. Le sens de rotation du moteur est à nouveau inversé et le suivi du ciel continue. Le cycle n'est interrompu que par le relais reed RL 1 du circuit de suivi solaire, qui commande le circuit de puissance du moteur électrique. Cependant, le relais RL 1 est un appareil à courant faible et ne peut pas commuter directement le courant du moteur. Ainsi, le relais Reed commute le relais auxiliaire, qui contrôle le moteur électrique, comme indiqué sur la fig. 6. Les panneaux solaires du système de suivi doivent être situés à proximité du mécanisme de rotation. L'angle de leur inclinaison doit coïncider avec l'angle d'inclinaison de l'axe polaire et la jonction des batteries est dirigée vers le soleil de midi. Le module électronique est relié directement au dispositif de rotation. Orientez la fente du couvercle du phototransistor parallèlement à l'axe polaire. Cela prend en compte les changements saisonniers de la position du soleil au-dessus de l'horizon. Auteur : Byers T.
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