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ヘリオスタット。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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無線電子工学と電気工学の百科事典 / 代替エネルギー源

記事へのコメント

太陽エネルギーの分野の 1 つは、ソーラーパネルを使用して太陽エネルギーを電気エネルギーに直接変換することです。この記事では、太陽電池を自動的に太陽の方向に向けることができる簡単な装置について説明します。

知られているように、赤道の地表における光束のパワーは 1,1 kW/m2 に達します (モスクワの緯度では約 0,5 kW/m2)。

このエネルギーの約 40% は、英国企業サンディア国立研究所が窒化インジウムガリウムヒ素をベースにして製造した太陽電池によって電気に変換できます。場合によっては、効率 20% の従来の太陽電池を使用することが推奨されます [1]。

太陽電池の効率は多くの要因に依存しますが、決定的な要因は放射線源に対する素子の向きです。ソーラーパネルの最適な照明を維持するために、最も単純なアナログからアナログデジタルまで、さまざまな追跡システムが開発されてきました[2]。このようなデバイスの調整は、その応答しきい値が差分だけでなく全体の照明強度にも依存して変化するため、複雑になります。さらに、このようなシステムを元の状態に戻すには、保守員の介入が必要です。

提案されたデバイス (ヘリオスタット) はパルス制御を使用しており、外部介入なしで最適な照明に従って太陽電池の向きを変えることができます。ヘリオスタットの概略図を図に示します。 1. クロックジェネレータ (DD1.1、DD1.2)、1 つの積分回路 (VD2R2C2、VD3R3C1.3)、同数のドライバ (DD1.4、DD2)、デジタルコンパレータ (DD1.5)、1.6 つのドライバで構成されます。電気モータＭ１の回転方向は、インバータ（ＤＤ１．５、ＤＤ１．６）とトランジスタスイッチ（ＶＴ１～ＶＴ６）で構成され、太陽電池を搭載した架台の回転を制御する。

（クリックして拡大）

電力が（ソーラーパネル自体から、またはバッテリーから）供給されると、要素 DD1.1、DD1.2 に基づく発電機は、約 300 Hz の周波数のクロックパルスを生成し始めます。デバイスの動作中、インバータ DD1.3、DD1.4 と積分回路 VD1R2C2、VD2R3C3 によって生成されるパルスの持続時間が比較されます。それらの傾きは積分時定数に応じて変化し、さらにフォトダイオード VD1 と VD2 の照度に依存します (コンデンサ C2 と C3 の充電電流はそれらの照度に比例します)。

積分回路の出力からの信号は、レベルドライバ DD1.3、DD1.4 に供給され、次に DD2 マイクロ回路の要素で作られたデジタルコンパレータに供給されます。コンパレータの入力に到着するパルス持続時間の比率に応じて、要素 DD2.3 (ピン 11) または DD2.4 (ピン 4) の出力にローレベル信号が現れます。フォトダイオードの照明が等しい場合、コンパレータの両方の出力に高レベルの信号が存在します。

インバータ DD1.5 と DD1.6 は、トランジスタ VT1 と VT2 を制御するために必要です。最初のインバータの出力の信号レベルが高いと、1 番目のインバータの出力 - VT2 でトランジスタ VT3 が開きます。これらのトランジスタの負荷は、電気モータ M6 の供給電圧を切り替える強力なトランジスタ VT4、VT5 および VT1、VT4 のスイッチです。回路 R4C6R5 および R5C7R1 は、制御トランジスタ VT2 および VTXNUMX のベースのリップルを平滑化します。

電源の接続極性によりモーターの回転方向が変わります。デジタルコンパレータでは、すべての主要なトランジスタが同時に開くことができないため、システムの高い信頼性が保証されます。

日の出とともに、フォトダイオード VD1 と VD2 の照度が異なり、電気モーターが太陽電池を西から東に回転させ始めます。シェーパーによって生成されるパルスの持続時間の差が減少するにつれて、結果として生じるパルスの持続時間は減少し、太陽電池の回転速度は滑らかに遅くなり、その正確な位置決めが保証されます。したがって、パルス制御を使用すると、ギアボックスを使用せずに、電気モーターシャフトの回転を太陽電池を備えたプラットフォームに直接伝達できます。

日中は、太陽電池を搭載したプラットフォームが太陽の動きに合わせて回転します。夕暮れが始まると、デジタルコンパレータの入力におけるパルス幅は同じになり、システムはスタンバイモードに入ります。この状態では、デバイスの消費電流は 1,2 mA を超えません (オリエンテーションモードでは、モーターの電力に依存します)。

ヘリオスタットバッテリーは、ソーラーパネルによって生成されたエネルギーを保存し、電子ユニット自体に電力を供給するために使用されます。電気モーターはバッテリーを回転させるために（つまり短時間）のみオンになるため、電源スイッチはありません。

記載された装置は、太陽電池を水平面に向けます。ただし、位置を決めるときは、その地域の地理的緯度と時期を考慮する必要があります。同様のスキームに従って組み立てられた垂直偏向ユニットで設計を補足すると、両方の面でバッテリーの方向を完全に自動化できます。

図に示されているものに加えて、デバイスは K564、K176 シリーズ (供給電圧 5 ～ 12 V) の超小型回路を使用できます。トランジスタ KT315A は KT201、KT315、KT342、KT3102 シリーズのいずれかと互換性があり、KT814A は KT814、KT816、KT818 シリーズのいずれかと互換性があり、またゲルマニウム P213 ～ P215、P217 の任意の文字インデックスと互換性があります。後者の場合、大きな逆電流による偶発的なオープンを防ぐために、3 ～ 6 kOhm の抵抗をトランジスタ VT1 ～ VT10 のエミッタとベースの間に接続する必要があります。

FD256 フォトダイオードの代わりに、バッテリー自体の個々の太陽電池 (正しい極性で接続されている)、バイアス回路のないフォトトランジスタ、およびフォトレジスタ (たとえば、SF2、SFZ、または任意の変更を加えた FSK) を使用することができます。デジタルコンパレータの信頼性の高い動作に基づいて、クロックジェネレータの周波数を (抵抗 R1 の抵抗値を変更して) 選択するだけで済みます。

デバイスのすべての部品は、両面フォイルグラスファイバー製のプリント基板 (図 2) に取り付けられています。トランジスタVT3〜VT6は基板にネジ止めされており、厚さ10 mmのアルミニウム合金シートのストリップから曲げられた、面積約2 cm1,5のL字型ヒートシンクが装備されています。より強力な電気モーターを使用する場合、これらのトランジスタは、効率的な熱放散を確保するために、オフボードの別個のヒートシンクに配置されます。ボードは密閉されたプラスチックケースに入れられ、太陽電池と同じ面に取り付けられます。

ヘリオスタット

緑色光フィルターはフォトダイオードを過剰な照射から保護するために使用されます。不透明なカーテンが光センサーの間に配置されます。照明角度が変化するとフォトダイオードの 1 つが影になるように、基板に対して垂直に固定されています。

太陽電池はプラットフォームに設置され、その下に MP-3-015 電気モーター (供給電圧 6 V) が取り付けられ、水平面内で回転します。より強力なモーターを使用することが可能であり、電圧の極性に応じてシャフトの回転方向も変わります。

バッテリは集電装置を介してバッテリに接続されており、その充電電流はバッテリによって生成される最大電流に対応します。

この装置は保守可能な部品から組み立てられているため、調整の必要がなく、すぐに動作を開始します。その感度は、フォトセンサーから 2,5 m の距離にある MH 0,15 V-3 A ランプからの光束に従って、バッテリーが確実に方向を向くようなものです。

文学

Zinoviev K.、Pantuev V. 電子機器に電力を供給するための太陽電池。 - ラジオ、1995 年、No. 1、p. 44; No.2、p. 43、44。
Bayere T. 20 は太陽電池を使用したデザインです。 - M.: ミール、1988年。

著者: I. Tsaplin、クラスノダール

他の記事も見る セクション代替エネルギー源.

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