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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Héliostat. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives L'un des domaines de l'énergie solaire est la conversion directe de l'énergie solaire en énergie électrique à l'aide de panneaux solaires. L'article décrit un dispositif simple qui permet d'orienter automatiquement une batterie solaire vers le soleil. Comme on le sait, la puissance du flux lumineux à la surface de la Terre à l’équateur atteint 1,1 kW/m2 (à la latitude de Moscou, environ 0,5 kW/m2). Environ 40 % de cette énergie peut être convertie en électricité grâce à des cellules solaires créées par la société anglaise Sandia National Laboratories à base d'arséniure de nitrure d'indium et de gallium. Dans certains cas, il est conseillé d'utiliser des batteries solaires classiques avec un rendement de 20 % [1]. L'efficacité des cellules solaires dépend de nombreux facteurs, mais le facteur décisif est l'orientation de ses éléments par rapport à la source de rayonnement. Pour maintenir un éclairage optimal des panneaux solaires, divers systèmes de suivi ont été développés - du plus simple analogique à l'analogique-numérique [2]. Le réglage de tels dispositifs est compliqué par le fait que leur seuil de réponse varie en fonction non seulement du différentiel, mais également de l'intensité globale de l'éclairage. De plus, la mise en place de tels systèmes dans leur état d’origine nécessite l’intervention de personnel de maintenance. Le dispositif proposé (héliostat) utilise un contrôle par impulsions et, sans intervention extérieure, est capable d'orienter la batterie solaire selon le meilleur éclairement. Le diagramme schématique de l'héliostat est présenté sur la Fig. 1. Il se compose d'un générateur d'horloge (DD1.1, DD1.2), de deux circuits intégrateurs (VD1R2C2, VD2R3C3), du même nombre de pilotes (DD1.3, DD1.4), d'un comparateur numérique (DD2), de deux des onduleurs (DD1.5, DD1.6) et un interrupteur à transistor (VT1-VT6) pour le sens de rotation du moteur électrique M1, qui contrôle la rotation de la plate-forme sur laquelle la batterie solaire est installée.
Lorsque l'alimentation est fournie (à partir du panneau solaire lui-même ou de la batterie), le générateur basé sur les éléments DD1.1, DD1.2 commence à générer des impulsions d'horloge avec une fréquence d'environ 300 Hz. Pendant le fonctionnement de l'appareil, les durées des impulsions générées par les inverseurs DD1.3, DD1.4 et les circuits intégrateurs VD1R2C2, VD2R3C3 sont comparées. Leur pente varie en fonction de la constante de temps d'intégration, qui dépend elle-même de l'éclairement des photodiodes VD1 et VD2 (le courant de charge des condensateurs C2 et C3 est proportionnel à leur éclairement). Les signaux des sorties des circuits intégrateurs sont fournis aux drivers de niveau DD1.3, DD1.4 puis à un comparateur numérique réalisé sur les éléments du microcircuit DD2. En fonction du rapport des durées d'impulsion arrivant aux entrées du comparateur, un signal de bas niveau apparaît à la sortie de l'élément DD2.3 (broche 11) ou DD2.4 (broche 4). Avec un éclairage égal des photodiodes, des signaux de haut niveau sont présents aux deux sorties du comparateur. Les inverseurs DD1.5 et DD1.6 sont nécessaires pour contrôler les transistors VT1 et VT2. Un niveau de signal élevé à la sortie du premier inverseur ouvre le transistor VT1, à la sortie du second - VT2. Les charges de ces transistors sont des interrupteurs sur de puissants transistors VT3, VT6 et VT4, VT5, qui commutent la tension d'alimentation du moteur électrique M1. Les circuits R4C4R6 et R5C5R7 lissent les ondulations aux bases des transistors de commande VT1 et VT2. Le sens de rotation du moteur change en fonction de la polarité de la connexion à la source d'alimentation. Le comparateur numérique ne permet pas à tous les transistors clés de s'ouvrir simultanément et garantit ainsi une fiabilité élevée du système. Au lever du soleil, l'éclairage des photodiodes VD1 et VD2 sera différent et le moteur électrique commencera à faire tourner la batterie solaire d'ouest en est. À mesure que la différence entre les durées des impulsions générées par les shapers diminue, la durée de l'impulsion résultante diminuera et la vitesse de rotation de la batterie solaire ralentira progressivement, ce qui garantira son positionnement précis. Ainsi, avec le contrôle par impulsions, la rotation de l'arbre du moteur électrique peut être transférée directement à la plate-forme avec la batterie solaire, sans utiliser de boîte de vitesses. Pendant la journée, la plateforme avec la batterie solaire tournera en suivant le mouvement du soleil. Avec l'apparition du crépuscule, les durées d'impulsion à l'entrée du comparateur numérique seront les mêmes et le système passera en mode veille. Dans cet état, le courant consommé par l'appareil ne dépasse pas 1,2 mA (en mode orientation cela dépend de la puissance du moteur). La batterie héliostat sert à stocker l’énergie générée par le panneau solaire et à alimenter l’unité électronique elle-même. Étant donné que le moteur électrique n’est allumé que pour faire tourner la batterie (c’est-à-dire pendant une courte période), il n’y a pas d’interrupteur d’alimentation. Le dispositif décrit oriente la batterie solaire dans un plan horizontal. Cependant, lors de son positionnement, il faut tenir compte de la latitude géographique de la zone et de la période de l'année. Si vous complétez la conception avec une unité de déviation verticale assemblée selon un schéma similaire, vous pouvez entièrement automatiser l'orientation de la batterie dans les deux plans. En plus de ceux indiqués sur le schéma, l'appareil peut utiliser des microcircuits des séries K564, K176 (avec une tension d'alimentation de 5... 12 V). Les transistors KT315A sont interchangeables avec l'une des séries KT201, KT315, KT342, KT3102 et KT814A avec l'une des séries KT814, KT816, KT818, ainsi qu'avec le germanium P213-P215, P217 avec n'importe quelle lettre. Dans ce dernier cas, des résistances d'une résistance de 3...6 kOhm doivent être connectées entre les émetteurs et les bases des transistors VT1-VT10 pour éviter leur ouverture accidentelle due à un courant inverse important. Au lieu des photodiodes FD256, il est permis d'utiliser des cellules solaires individuelles de la batterie elle-même (connectées avec la bonne polarité), des phototransistors sans circuits de polarisation, ainsi que des photorésistances, par exemple SF2, SFZ ou FSK de toute modification. Il vous suffit de sélectionner (en modifiant la résistance de la résistance R1) la fréquence du générateur d'horloge en fonction du fonctionnement fiable du comparateur numérique. Toutes les pièces de l'appareil sont montées sur un circuit imprimé (Fig. 2) en fibre de verre double face. Les transistors VT3 - VT6 sont vissés à la carte et équipés de dissipateurs thermiques en forme de L d'une superficie d'environ 10 cm2, pliés à partir de bandes de tôle d'alliage d'aluminium de 1,5 mm d'épaisseur. Lors de l'utilisation d'un moteur électrique plus puissant, ces transistors sont placés hors carte sur des dissipateurs thermiques séparés pour assurer une dissipation efficace de la chaleur. La carte est placée dans un boîtier en plastique scellé, monté au ras de la batterie solaire.
Un filtre de lumière verte est utilisé pour protéger les photodiodes d’une irradiation excessive. Un rideau opaque est placé entre les capteurs photo. Il est fixé perpendiculairement au tableau de telle sorte que lorsque l'angle d'éclairage change, il ombrage l'une des photodiodes. La batterie solaire est installée sur une plate-forme sous laquelle est monté un moteur électrique MP-3-015 (tension d'alimentation 6 V), qui le fait tourner dans un plan horizontal. Il est possible d'utiliser un moteur plus puissant, dans lequel le sens de rotation de l'arbre change également en fonction de la polarité de la tension. Une batterie est connectée à la batterie via un collecteur de courant dont le courant de charge correspond au courant maximum généré par la batterie. L'appareil, assemblé à partir de pièces réparables, ne nécessite aucun réglage et commence immédiatement à fonctionner. Sa sensibilité est telle que la batterie s'oriente en toute confiance en fonction du flux lumineux de la lampe MH 2,5 V-0,15 A, située à une distance de 3 m des photocapteurs. littérature
Auteur : I. Tsaplin, Krasnodar
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