Slunečnice

Slunečnice
Hýbl Ján, CVUT FEL, 1., 302, [email protected]
13. 11. 2007
Abstrakt: Cíl tkví v základním seznámení se Slunečnicí a pochopení, čím vlastně je, dále
s funkcí tohoto automatizovaného zařízení, s jeho obvodovou a mechanickou realizací a s jeho
praktickým využitím, či využitím řídicího systému.
Klíčová slova: Solární panel, energie, rovnovážný stav, Wheatstonův můstek
Seznámení se slunečnicí
Automatizované zařízení, schopné samostatně vyhledávat zdroj největší světelné
intenzity, na nějž zároveň směruje solární panely, čímž dosahuje nejvyššího možného
energetického zisku pro danou oblast, nese své pojmenování dle obdobné avšak organické
přírodní soustavy, jíž naši předci darovali označení helianthus neboli slunečnice. Slunečnice
pracuje na principu dvou komparátorů, pro něž jsou překlápěcí impulzy generovány dvojicí
Wheatstonových můstků, kde u každého z nich dochází k rozvážení, dávající vzniku kladného
či záporného úbytku napětí. Signály z komparátorů jsou zesíleny a přes optočleny ovládají
pohony, sloužící k vyrovnávání můstků, neboli k dosažení rovnovážného stavu, při němž jsou
úbytky na můstcích, za ideálních podmínek rovny nule (ve skutečnosti se zde uplatňuje
hystereze nastavitelná potenciometry, jež udává citlivost zařízení) a solární články se nachází
v poloze, kde nabývají maximálního možného energetického zisku. Jak tedy vyplývá, celá
ovládací elektronika a do značné části i mechanismus jsou rozděleny na dva samostatné celky
a to na horizontální synchronizaci a na vertikální synchronizaci. Taktéž, jak jsme již zjistili,
rozdělujeme celou soustavu na dva primární bloky, kde prvním je elektronický blok, jež za
pomoci dvou pomaluběžných elektrických motůrků (pohonů) ovládá druhý - mechanický
blok. Pro lepší využitelnost, jsou v zařízení integrovány akumulátory, schopné kumulovat
získanou energii (aktuální tok energie je zobrazen na integrovaném ampérmetru) a
dlouhodobě ji uchovávat pro další využití.
Obr. 1 Slunečnice
Obr. 2 Mechanický blok a elektronické motůrky
Obr. 3 Plošný spoj s můstkem, komparátorem a
zesilovačem pro horizontální synchronizaci
Obr. 4 Blok plošných spojů
Popis a funkce jednotlivých částí Slunečnice
Začneme na první pohled viditelnou částí elektronického bloku a to Wheatstonovým
můstkem, jež je sestaven ze dvou fotoodporů a dvou vhodně vypočtených rezistorů,
připojených na jedné diagonále k referenčnímu zdroji a na druhé diagonále ke komparátoru.
Pro přibližné naznačení zapojení a postupu výpočtu, jsem využil schématu (Obr. 5Obr. 1) a
vztahu (1) pro výpočet úbytku napětí na Wheatstonově můstku z www.elweb.cz.
Obr. 5 Schéma možného zapojení Wheatstonova
(1)
Fotoodpory jsou umístěny ve clonících (Obr. 1) tak, aby na každý dopadalo světelné
záření právě z jednoho z požadovaných směrů, čímž dochází k rozvažování obou můstků
(horizontálního i vertikálního).
Následující částí je komparátor, jež má napětí na výstupu v případě, přesáhne li úbytek
napětí na rozváženém můstku nastavenou hysterezi, a operační zesilovač, jež zvýší amplitudu
napětí z komparátoru na hodnotu požadovanou k otevření optočlenů, které přímo řídí otáčky a
směr rotoru motorku. Na jednom plošném spoji jsou umístněny dva komparátory a dva
operační zesilovače pro horizontální pohyb a na druhém totožném plošném spoji, jsou
umístněny dva komparátory a dva operační zesilovače pro pohyb vertikální viz Obr. 6.
Optočleny pro pohyb vertikální i horizontální jsou umístněny na jednom plošném spoji, jak
vidíme na Obr. 7.
CENZURA
Obr. 6 Schéma řídicího bloku horizontálního je totožné se schématem řídicího bloku vertikálního
Obr. 7 Schéma výkonového bloku, na nějž jsou připojeny elektromotorky
Uplatnění zařízení a závěr
Slunečnice poukazuje na možnost značného zvýšení produktivity solárních elektráren,
pokud by došlo k uplatnění automatického směrování solárních článků kolmo k dopadajícímu
slunečnímu záření až o 30%, což je reálný odhad, k němuž jsme dospěli při konstrukci tohoto
automatizovaného zařízení. Dále je jisté, že by zařízení tohoto typu přispěly v oblastech
s nedokonale rozvinutou infrastrukturou a pomohly tak k usnadnění tamního života.
Největším kladem této soustavy je však fakt, že pracuje na analogovém principu, tudíž
neobsahuje žádný mikroprocesor a ani zdrojový kód, což přispívá k obvodové jednoduchosti
a vlastní energetické ztrátě pouhých 0,4W.
Literatura
Ján Hýbl - Michal Procházka - Jan Prager - Jaroslav Mlejnek. Slunečnice, Uživatelská
příručka & konstrukce, princip činnosti. SPŠ a VOŠ Kladno 2007. 14 s.
http://www.elweb.cz/galerie_foto.php?id=198