Простейший трекер для домашней солнечной электростанции

Особенности устройства

Автоматические системы слежения промышленного производства более прогрессивны как в техническом плане, так и в эстетическом. Однако это вовсе не значит, что устройства, которые были изготовлены в домашних условиях, являются неполноценными. Они могут иметь некоторые недочеты, но в любом случае имеют высокий показатель.

За что покупают и чем привлекает вся конструкция:

• Устройства не требуют компьютерной настройки и программного обеспечения;
• GPS-приемник считывает данные о местном времени, а также о местоположении;
• Легкий вес, что достигается использованием легких металлов (алюминий и его сплавы);
• Наличие коммуникационного порта дает возможность вовремя диагностировать неполадки в работе;
• Ременной привод, приводящий в действие механизм более надежный, чем шестеренный;
• GPS-приемник всегда обновляет данные о времени, так что сбой исключен – например, работа в ночное время невозможна;
• Любая конструкция требует минимального вмешательства со стороны человека;
• Позволяют работать при любых возможных атмосферных влияниях, в том числе низких и высоких температур;

Вопрос стоимости и целесообразность приобретения.

Такое устройство будет стоить очень дорого. Средняя стоимость любого подобного устройства начинается от 200 000 рублей и выше. Более того, его электромеханика довольно сложная и хрупкая. Под влиянием внешней среды с дорогостоящим прибором может случиться любой непредвиденный казус.

https://youtube.com/watch?v=WtvXOacW0Bg

Поэтому любители электроники уже давно наловчились изготавливать солнечные трекеры самостоятельно. Это может показаться удивительным, но самодельные устройства чаще всего работают гораздо эффективнее и надежнее, а материальные вложения мастеру нужно будет сделать минимальные.

Безусловно, собранное своими руками устройство не будет таким «презентабельным» внешне, как покупное. Но простая двуосная конструкция, изготовленная самостоятельно, полностью окупит время и усилия

Важно и то, что если она по тем или иным причинам выйдет из строя, домашний мастер будет вполне в состоянии починить

Средние цены

В зависимости от вида, комплектации, фирмы производителя и технических характеристик, стоимость трекеров может составлять:

Технические характеристики данного комплекта:

1. Осей вращения — 2 (горизонтальная и вертикальная);
2. Рабочая поверхность – 96,0 м2;
3. Максимальная рабочая поверхность – 108,0 м2;
4. Электрическая мощность – 13,76 кВт;
5. В составе комплекта предусмотрена метеостанция;
6. Несущая рама — V-образная конструкция на опорно-поворотном устройстве;
7. Вес, без солнечных панелей и основания — 3000 кг;
8. Максимальный вес монтируемых солнечных панелей — 1300 кг;
9. Системой автоматики предусмотрена защита солнечных панелей от тяжелых осадков (перевод панелей в вертикальное положение);
10. Габариты — по высоте до 9,4 м, по вертикальной оси вращения — 12 м.

ООО «Экологичные технологии» (ООО «ЭкоТех») г. Ростов-на-Дону предлагает к реализации следующие модели трекеров:
Модель ED-8000 dual – стоимостью 667000,00 рублей.

Технические характеристики:

1. Тип – с двумя осями вращения;
2. Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 60 шт.;
3. Мощность электрического привода (2 привода) – 100 Вт.

Модель ED-5000 dual 0 стоимостью 490000,00 рублей.

Технические характеристики:

1. Тип – с двумя осями вращения;
2. Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 42 шт.;
3. Мощность электрического привода (2 привода) – 50 Вт.

Модель ED-3500 dual – стоимостью 397000,00 рублей.

Технические характеристики:

1. Тип – с двумя осями вращения;
2. Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 30 шт.;
3. Мощность электрического привода (2 привода) – 30 Вт.

Модель ED-5000 – стоимостью 299000, рублей.

Технические характеристики:

1. Тип – с одной осью вращения;
2. Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 36 шт.;

Модель ED-2500 – стоимостью 235000,00 рублей.

Технические характеристики:

1. Тип – с одной осью вращения;
2. Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 18 шт.;
3. Мощность электрического привода – 5,0 Вт.

Модель ED-1500 – стоимостью 175000,00 рублей.

Технические характеристики:

1. Тип – с одной осью вращения;
2. Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 12 шт.;
3. Мощность электрического привода – 5,0 Вт.

Из приведенных выше примеров видно, что при необходимости, можно выбрать необходимое устройство по виду, техническим характеристикам и стоимости.

Проблема 2. Сезонная смена положения солнца

Предлагаемые различными компаниями универсальные системы позволяют монтировать СБ самых разнообразных размеров и типов. К тому же они могут быть использованы для плоских крыш и таких, которые уже имеют свой угол наклона. Для их установки применяются специальные болты, направляющие балки и различные варианты креплений.
Угол наклона батарей изменяется с помощью телескопических опор. Возможные диапазоны:

• 10-20°.
• 15-30°.
• 30-60°.

Но следует иметь ввиду, что угол наклона СБ зависит от широты Вашего региона. Зимой к этому значению следует прибавить 10-15°, а летом – отнять. Если же у Вас нет возможности изменять угол наклона СБ, то расчет оптимального наклона производится следующим образом:

• При широте меньше 25°, ее значение умножается на 0,87.
• При широте от 25° до 50° — умножается на 0,76 и к полученному числу прибавляется 3,1°.

В таблице 1 приведены данные о производительности системы СБ (в процентном соотношении от оптимального значения) в зависимости от вида ее установки.

Статью подготовила Абдуллина Регина

Работа привода солнечной электростанции:

https://youtube.com/watch?v=GtsWGDlTMTA

Самодельные конструкции

Однако промышленно изготавливаемые трекеры представляют собой сложные электромеханические устройства, которые достаточно дороги и подвержены риску возникновения отказов. Поэтому их установка не всегда оправдана из чисто экономических соображений — выигрыш в эффективности не оправдывает расходов на их приобретение.

Можно изготовить трекер и самостоятельно из подручных устройств и материалов. Умельцы изготавливают самодельные трекеры различной конструкции. Поиск в Гугле дает несколько вариантов таких изделий, например:

• Конструкция трекера из двух велосипедных ободов, установленных в стационарной большой раме и приводимых в действие с помощью линейного привода на 12 Вольт.
• Трекер на основе антенного ротатора.
• Солнечный трекер на основе микро-контроллера Arduino (видео там на английском, но на youtube можно найти несколько аналогичных роликов и на русском языке).

Продолжать перечисление  не будем, при желании вы сами сможете провести поиск в интернет.

Все упомянутые способы создания трекера, как и промышленные образцы, основаны на применении электроники и разного рода двигателей. Получается все равно сложная и достаточно дорогая конструкция. К тому же требующая некоторых знаний в электронике.

Привод для солнечных батарей

Главные рабочие элементы вышеперечисленных электростанций, это фотогальванические панели, концентраторы солнечной энергии или промышленные фокусные зеркала с парогенераторами. В любом случае, каким бы ни был основной рабочий элемент, его требуется перемещать для обеспечения оптимального угла падения солнечных лучей.

НПП «Сервомеханизмы» предлагает ознакомиться с информацией по новой линейке исполнительных механизмов линейного перемещения специально разработанных для позиционирования направляющих в фотоэлектрических панелях. Благодаря специально-разработанной конструкции, составу материалов и внутренним особенностям серии SEA, механизмы успешно применяются в установках с фотогальваническими панелями площадью от 50 до 300 м2.

Особо прочные механизмы электрические прямоходные (МЭП) серии SEA спроектированы и изготовлены для работы в жестких условиях окружающей среды. Применение специальных материалов и материалов, стойких к ультрафиолетовому излучению гарантирует долгий жизненный цикл электропривода и высокую надежность при бесперебойной работе в течение 10-25 лет.

Устройство механизма

Технические характеристики

 TF — наконечник с отверстием

TS — наконечник со сферическим подшипником

Процесс сборки линейного актуатора для солнечных батарей

Модели актуаторов

Применение исполнительных механизмов

Общие сведения

В роли улавливателя излучения, закрепленном на трекере, могут выступать:

• гелио модуль, объединяющий батарею полупроводниковых ячеек;
• параболическое зеркало, фокусирующее лучи на приемнике в виде нагревательного бака либо двигателе Стирлинга;
• специальные оптические устройства – чаще всего линзы;
• другие PV, CPV, HCPV и CSP системы.

Задача трекера для солнечных батарей – обеспечить максимально приближенный к перпендикуляру 90° угол падения лучей в любой момент времени.

В комплект стандартного трекера для солнечных панелей входят следующие элементы:

1. Несущая конструкция. Состоит из неподвижной опоры и поворотного устройства, позволяющего осуществлять вращение в одной или двух плоскостях.
2. Система механического позиционирования. Управляет подвижной частью с помощью механизмов, называемых актуаторами.
3. Комплексная системы безопасности. Обеспечивает различные типы защиты – от грозовых разрядов, скачков напряжения в сети, механических перегрузок. В наиболее дорогостоящих моделях имеется собственная мини метеостанция. При угрозе бурь, ураганов и прочих опасных погодных явлений система временно изменяет угол наклона рабочих поверхностей на максимально безопасное положение.
4. Системы управления. Предназначены для удобного управления трекерами, включая удаленный доступ и их техническое обслуживание.
5. Навигационная система. Входит в комплект только перемещаемых устройств с мобильной базой. Позволяет вводить в управляющий контур данные о географическом расположении – долготу, широту, высоту над уровнем моря.

Примечание: уровень сложности комплектации трекеров зависит от поставленных перед системой задач и экономической целесообразности.   

Несколько слов о монтаже установки

Монтируется установка на земле, в любом удобном освещённом месте рядом со строением. Площадь занимает минимальную, так как растяжек не требуется, в землю опускается только труба, а солнечные батареи располагаются на высоте, не мешая проходу.
При установке мачты не обойтись без бетонирования, но оно минимально, вполне доступно выполнения своими силами.

Отдельно стоит вопрос доставки. Ведь тут речь идёт не о коробках и рейках, а о металоконструкциях, причём довольно длинных. Этот вопрос нужно оговаривать. Мы же, со своей стороны, можем предложить полный комплекс услуг по доставке и монтажу. При этом мы можем доставить оборудование на объекты подъезд к которым на обычном легковом или грузовом транспорте затруднён.

Схема гелиостата

Далее идёт описание схемы от автора. Это устройство использует импульсное регулирование и автоматически способно ориентировать солнечную батарею по наилучшей освещенности. Принципиальная схема состоит из тактового генератора (DD1.1, DD1.2), двух интегрирующих цепей (VD1R2C2, VD2R3C3), такого же числа формирователей (DD1.3, DD1.4), цифрового компаратора (DD2), двух инверторов (DD1.5, DD1.6) и транзисторного коммутатора (VT1—VT6) направления вращения электродвигателя М1, управляющего поворотом платформы, на которой установлена солнечная батарея.

С подачей питания (от самой солнечной батареи или от аккумулятора) генератор на элементах DD1.1, DD1.2 начинает вырабатывать тактовые импульсы, следующие с частотой около 300 Гц. При работе устройства сравниваются длительности импульсов, сформированных инверторами DD1.3, DD1.4 и интегрирующими цепями VD1R2C2, VD2R3C3. Их крутизна меняется в зависимости от постоянной времени интегрирования, которая, в свою очередь, зависит от освещенности фотодиодов VD1 и VD2 (ток зарядки конденсаторов С2 и СЗ пропорционален их освещенности).

Сигналы с выходов интегрирующих цепей поступают на формирователи уровня DD1.3, DD1.4 и далее — на цифровой компаратор, выполненный на элементах микросхемы DD2. В зависимости от соотношения длительностей импульсов, поступающих на входы компаратора, сигнал низкого уровня появляется на выходе элемента DD2.3 (вывод 11) или DD2.4 (вывод 4). При равной освещенности фотодиодов на обоих выходах компаратора присутствуют сигналы высокого уровня.

Инверторы DD1.5 и DD1.6 необходимы для управления транзисторами VT1 и VT2. Высокий уровень сигнала на выходе первого инвертора открывает транзистор VT1, на выходе второго — VT2. Нагрузками этих транзисторов являются ключи на мощных транзисторах VT3, VT6 и VT4, VT5, которые коммутируют напряжение питания электродвигателя М1. Цепи R4C4R6 и R5C5R7 сглаживают пульсации на базах управляющих транзисторов VT1 HVT2. Направление вращения двигателя меняется в зависимости от полярности подключения к источнику питания. Цифровой компаратор не позволяет одновременно открыться всем ключевым транзисторам, и, таким образом, обеспечивает высокую надежность системы.

С восходом солнца освещенность фотодиодов VD1 и VD2 окажется различной, и электродвигатель начнет поворачивать солнечную батарею с запада на восток. По мере уменьшения разницы в длительностях импульсов, вырабатываемых формирователями, будет уменьшаться длительность результирующего импульса, и скорость поворота солнечной батареи плавно замедлится, что обеспечит ее точное позиционирование. Таким образом, при импульсном управлении вращение вала электродвигателя можно передавать платформе с солнечной батареей непосредственно, без применения редуктора.

В течение дня платформа с солнечной батареей будет поворачиваться вслед за движением солнца. С наступлением сумерек длительности импульсов на входе цифрового компаратора окажутся одинаковыми, и система перейдет в дежурный режим. В этом состоянии потребляемый устройством ток не превышает 1,2 мА (в режиме ориентации он зависит от мощности двигателя).

Аккумулятор гелиостата используется для накопления энергии, вырабатываемой солнечной батареей, и питания самого электронного блока. Поскольку электродвигатель включается лишь для поворота батареи (на короткое время), выключатель питания не предусмотрен. Данная схема ориентирует солнечную батарею в горизонтальной плоскости. Однако при ее позиционировании следует учитывать географическую широту местности и время года. Если дополнить конструкцию блоком вертикального отклонения, собранным по аналогичной схеме, можно полностью автоматизировать ориентацию батареи в обеих плоскостях.

Для защиты фотодиодов от избыточного облучения применен зеленый светофильтр. Между фотодатчиками помещают непрозрачную шторку. Ее закрепляют перпендикулярно плате с таким расчетом, чтобы при изменении угла освещения она затеняла один из фотодиодов. Подробнее читайте в статье в прилагаемом архиве. Общий вид печатной платы:

После сборки проверил работу прибора — всё срабатывает как надо, при засвете одного и второго светодиода срабатывает мотор по часовой и против часовой стрелки. 

Радиатор несколько великоват, столь большого размера не требуется, но другу такой понравился, потом сказал порежет на две половины для двух готовых плат, тестирует пока, поскольку с мощностью моторов ещё не определился.

Эти радиаторы всё сняты с блоков питания АТХ, у меня их много накопилось, а люди всё несут и несут. Разработка — И. Цаплин. Сборка и испытание схемы — Igoran.

Как сделать трекер для солнечных батарей своими руками

Для работы понадобятся:

1. Шесть длинных обработанных досок и 4 коротких.
2. Два колеса от велосипеда.
3. Железные детали для крепления малого размера с отверстиями по краям.
4. Линейный привод на 12 вольт.
5. Светодиодный датчик слежения.
6. Гайки, болты, винты, кабель и провод.

Сначала нужно подготовить основу из дерева. Нужно отмерить длину и ширину досок, обработать их, сколотить 2 половины треугольником. Затем скрепить их поперечными досками. Затем нужно подобрать подходящие железные детали (как на картинке) и проделать в них 6 отверстий на одинаковых расстояниях. Затем крепления прикручиваются к доскам шурупами.

Далее нужно прикрепить колеса велосипеда на верхней части так, как показано на картинке. В качестве соединительного элемента используются крупные болты.

При помощи кабеля крепится линейный привод. Кабель скрепляется металлической скобой. Нужно использовать именно гибкий материал для скрепления, чтобы в будущем рабочая поверхность могла двигаться и поворачиваться в нужном направлении.

Затем сверху закрепляется светодиодный датчик. Чтобы защитить его от повреждений, нужно накрыть его прозрачным предметом (чтобы пропускать лучи солнца). Это может быть, к примеру, пустая банка.

Самодельный трекер для солнечных батарей готов. Самостоятельно можно смастерить и солнечный коллектор, и даже солнечную батарею.

Какие комплектующие нужны и где их купить

Основная деталь – солнечная фотопанель. Обычно кремниевые пластины покупают через интернет с доставкой из Китая или США. Это связано с высокой ценой на комплектующие отечественного производства.

Себестоимость отечественных пластин получается настолько высокой, что выгоднее заказать на Еbay. Что касается брака, то на 100 пластин лишь 2-4 непригодны к использованию. Если заказывать китайские пластины, то риски выше, т.к. качество оставляет желать лучшего. Преимущество – только в цене.

Готовая панель гораздо удобнее в использовании, но и втрое дороже, поэтому лучше все-таки озадачиться поиском комплектующих и собрать устройство своими руками

Остальные комплектующие можно купить в любом магазине электротоваров. Также потребуются оловянный припой, рама, стекло, пленка, лента и карандаш для разметки.

При покупке комплектующих стоит обращать внимание на гарантию производителя. Обычно она составляет 10 лет, в некоторых случаях – до 20

Важно также правильно подобрать аккумулятор

Экономия на нем нередко оборачивается неприятностями: во время зарядки прибора может выделяться водород, что чревато взрывом

Важно также правильно подобрать аккумулятор. Экономия на нем нередко оборачивается неприятностями: во время зарядки прибора может выделяться водород, что чревато взрывом

Проблема 1. Смена положения солнца в течение дня

На рынке представлены различные комплектации поворотных устройств для солнечных батарей. Вы можете выбрать тип электродвигателя и редуктора, а также подобрать модель, которая будет отвечать Вашим требованиям по своим характеристикам. Существует классификация и по числу осей поворота:

• Одноосное поворотное устройство.
• Двуосное поворотное устройство.

То есть такая конструкция крепления солнечных батарей позволяет следить за солнцем одновременно по элевации и азимуту либо по одному из этих параметров. Выбирая двуосный механизм, Вы решаете сразу и вторую проблему, озвученную в нашей статье: сезонная смена положения солнца.

Но, к сожалению, подобная конструкция имеет и некоторые недостатки, которые могут очень сильно повлиять на Ваше решение о ее приобретении:

1. Высокая стоимость. Как показывает практика, дешевле обходится покупка нескольких дополнительных панелей, чем поворотного механизма.
2. Сложность установки.
3. Неэстетичный внешний вид ввиду больших габаритов устройства.
4. Потребность в постоянном источнике питания.

Все это дает перевес в пользу стационарных систем солнечных батарей, которые в соотношении «цена/производительность» все-таки выигрывают.

Условия эксплуатации и преимущества «Коловрат-Р»

Данная установка реализует все основные возможности автоматического солнечного трекера:

1. Возможность изменения угла наклона солнечных батарей от зимы к лету.
2. Возможность поворота по азимуту. При этом, угол поворота по азимуту у данной установки даже больше чем у автомата.

Поворачивать солнечные батареи можно на 360 град. А у автоматичского трекера угол поворота несколько меньше 180-ти градусов. При этом известно, что в летнее время движение солнца от восхода до заката над горизонтом происходит в секторе большем 180 град. и такая возможность может оказаться совсем не лишней.

Итак, есть два варианта эксплуатации установки «Коловрат-Р».

Первый, — выставив оптимальный для данного времени года угол наклона солнечных батарей и задав направление на юг, оставить их в этом положении. Будет реализован вариант монтажа солнечных батарей на крыше, только с более точной юстировкой, поскольку плоскость крыши находится не всегда в оптимальном положении по отношению к солнцу.

Второй вариант, — проделав операции указанные выше, несколько раз в день (хотя бы раз-два) повернуть вручную солнечные батареи вслед за солнцем. Вследствии этого эффективность их работы резко вырастет.

Таким образом, для обеспечения себя электроэнергией на любом объекте Вам не придётся искать и дырявить крышу, карабкаться на неё. Не придётся думать достаточно ли хорошо плоскость крыши развёрнута к солнцу. Не нужно думать куда спрятать провода и как их протянуть от солнечных батарей до места установки аккумуляторов, чтобы это расстояние было небольшим. Поскольку само место установки батарей можно выбрать оптимально близко к аппаратной. Об эффективности работы батарей я уже и не говорю.

https://youtube.com/watch?v=NFPcDijXlxM

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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. Защитные элементы от дождя, града и прочих атмосферных явлений каждый выбирает индивидуально.
5. 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.
6. 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.

Похожие записи:

Как назвать группу вконтакте: выбираем классное имя для своего сообщества Как намотать леску на катушку триммера Варианты упоров на распашные ворота и их изготовление своими руками Как увеличить дальность wi-fi роутера Артезианская скважина Детская песочница кораблик своими руками: 6 пошаговых фото️