Управление солнечными батареями углом

Как сделать поворотное устройство для солнечной панели: лучшие идеи

В настоящее время множество людей переходит на солнечные фонарики для сада, к примеру, или на зарядное устройство для телефона. Как всем известно, и понятно, работает такая зарядка от полученной днем солнечной энергии. Однако светило не стоит на месте целый день, а потому, создав поворотное устройство для солнечной батареи своими руками, можно повысить эффективность зарядка примерно в половину, передвигая батарею по направлению к солнцу на протяжении всего дня.

Преимущества

Трекер для солнечных панелей своими руками обладает несколькими очень весомыми преимуществами, которые стоят того, чтобы потратить время на его изготовление и установку.

1. Первое и наиболее важное преимущество – это то, что поворот солнечного элемента в течение всего дня может повысить КПД батареи примерно в половину. Достигается это за счет того, что максимально эффективная работа солнечных батарей достигается в период, когда лучи от светила падают перпендикулярно на фотоэлемент.
2. Второе преимущество устройства создается под влиянием первого. Из-за того, что батарея повышает свою эффективность и производит вполовину больше энергии, отпадает необходимость установки дополнительных стационарных батарей. К тому же сама поворотная батарея может обладать меньшим фотоэлементом, чем при стационарном способе. Все это экономит большие материальные средства.

Составные элементы трекера

Создание поворотного устройства для солнечных панелей своими руками включает в себя те же комплектующие, что и заводские товары.

Список обязательных деталей для создания такого устройства:

1. Основа или каркас – состоит из несущих деталей, которые подразделяются на две категории – это подвижные и неподвижные. В некоторых случаях каркас имеет подвижную часть лишь с одной осью – горизонтальной. Однако есть модели и с двумя осями. В таких случаях нужны актуаторы, которые управляют вертикальной осью.
2. Описанный ранее актуатор также должен входить в конструкцию и обладать устройствами не только поворота, но и устройствами контроля за этими действиями.
3. Необходимы детали, которые будут защищать устройство от капризов погоды – гроза, сильный ветер, дождь.
4. Возможность удаленного управления и доступа к поворотному устройству.
5. Элемент, преобразующий энергию.

Но стоит отметить, что сбор такого устройства иногда дороже, чем покупка уже готового, а потому в некоторых случаях упрощается до несущих деталей, актуатора, управление актуатором.

Электронные системы поворота

Принцип работы

Принцип работы поворотного устройства очень прост и держится на двух деталях, одна из которых механическая, а другая электронная. Механическая часть поворотного устройства соответственно отвечает за поворот и наклон батареи. А электронная часть регулирует моменты времени и углы наклона, по которым действует механическая часть.

Электрооборудование, используемое вместе с солнечными батареями, заряжается от самих же батарей, что в некотором роде также экономит средства на подпитку электроники.

Положительные стороны

Если говорить о достоинствах электронного оборудования для поворотного устройства, то стоит отметить удобство. Удобство заключается в том, что электронная часть устройства будет в автоматическом режиме управлять процессом поворота батареи.

Данное преимущество не единственное, а является лишь еще одним в списке тех, что были перечислены ранее. То есть помимо экономии средств и повышения КПД, электроника освобождает человека от надобности вручную осуществлять поворот.

Как сделать своими руками

Создать трекер для солнечных батарей своими руками несложно, так как схема его создания проста. Для того чтобы создать работоспособную схему трекера своими руками необходимо иметь в наличии два фоторезистора. Кроме этих составляющих, нужно также приобрести моторное устройство, которое будет поворачивать батареи.

Подключение этого устройства осуществляется при помощи Н – моста. Этот метод подключения позволит преобразовывать ток силой до 500 мА с напряжением от 6 до 15 В. Схема сборки позволить не только понять, как работает трекер для солнечных батарей, но и создать его самому.

Чтобы настроить работу схемы, необходимо провести следующие действия:

1. Удостовериться в наличия питания на схему.
2. Провести подключение двигателя с постоянным током.
3. Установить фотоэлементы нужно рядом, чтобы добиться одинакового количества солнечных лучей на них.
4. Необходимо выкрутить два подстроечных резистора. Сделать это нужно против часовой стрелки.
5. Запускается подача тока на схему. Должен включиться двигатель.
6. Вкручиваем один из подстроечников до тех пор, пока он не упрется. Помечаем это положение.
7. Продолжить вкручивание элемента до тех пор, пока двигатель не начнет крутиться в противоположную сторону. Помечаем и это положение.
8. Делим полученное пространство на равные отделы и посередине устанавливаем подстроечник.
9. Вкручиваем другой подстроечник до тех пор, пока двигатель не начнет немного дергаться.
10. Возвращаем подстроечник немного назад и оставляем в таком положении.
11. Для проверки правильности работы можно закрывать участки солнечной батареи и смотреть за реакцией схемы.

Часовой механизм поворота

Устройство часового механизма поворота в основе своей довольное простое. Для того чтобы создать такой принцип работы, нужно взять любые механические часы и соединить их с двигателем солнечной батареи.

Для того чтобы заставить работать двигатель, необходимо установить один подвижный контакт на длинную стрелку механических часов. Второй неподвижный закрепляется на двенадцати часах. Таким образом, каждый час, когда длинная стрелка будет проходить через двенадцать часов, контакты будут замыкаться, и двигатель будет поворачивать панель.

Временной промежуток в один час, выбран исходя из того, что за это время солнечное светило проходит по небу около 15 градусов. Установить еще один неподвижный контакт можно на шесть часов. Таким образом, поворот будет проходить каждые полчаса.

Водяные часы

Данный способ управления поворотным устройством был изобретен одной предприимчивой канадской студенткой лет и отвечает за поворот лишь одной оси, горизонтальной.

Принцип работы также прост и заключается в следующем:

1. Солнечная батарея устанавливается в изначальное положение, когда солнечные лучи попадают на фотоэлемент перпендикулярно.
2. После этого к одной из сторон цепляют емкость с водой, а к другой стороне цепляют какой-нибудь предмет такого же веса, что и емкость с водой. Дно емкости должно обладать небольшим отверстием.
3. Через него вода будет понемногу вытекать из емкости, из-за чего будет уменьшаться вес, а панель будет потихоньку наклоняться в сторону противовеса. Определить размеры отверстия для емкости придется экспериментально.

Данный способ является наиболее простым. К тому же он экономит материальные средства, которые ушли бы на покупку двигателя, как в случае с часовым механизмом. К тому же, провести монтаж поворотного механизма в виде водяных часов можно самостоятельно, даже не обладая какими-либо специальными знаниями.

Видео

Как сделать трекер для солнечной батареи своими руками, вы узнаете из нашего видео.

Источник

Солнечные трекеры

Солнечный трекер — это система, предназначенная для ориентации на Солнце рабочих поверхностей систем генерирующих электричество, либо систем концентрирующих (генерирующих) тепловую энергию, установленных на трекере.

Точная ориентация рабочих поверхностей систем на Солнце необходима для достижения их максимальной производительности. При этом задача трекера — уменьшить угол падения солнца на рабочую поверхность солнечных панелей (PV- модулей, СPV-концентрированных фотоэлектрических модулей, CSP систем, HCPV систем, параболических отражателей и др.).

Состав солнечного трекера

Необходимость полной комплектации трекера не всегда экономически целесообразна, зависит от вида трекера, назначения, и других факторов, поэтому в практике часто многие указанные выше составляющие элементы трекера отсутствуют.

Виды солнечных трекеров

Виды солнечных трекеров описаны в статье «Классификация трекеров» на нашем сайте. Ознакомиться можно здесь.

Системы ориентации солнечных батарей

Задача трекера — установить углы наклона рабочей поверхности нагрузки, сориентировав, её строго на солнце. Проще говоря, солнечные лучи должны падать перпендикулярно плоскости солнечной батареи.

Такой ориентации можно добиться несколькими способами:

Переориентировать систему можно вручную, либо, управляя актуаторами, подавая управляющие сигналы с помощью переключателей. Но такой способ приемлем в основном для сезонной ориентации трекеров, когда на какой то период времени выставляется соответствующий угол наклона (на картинке данный угол обозначен как Zenith (зенитный угол наклона солнца (Рис 1.)). Точность ориентации при этом невелика, постоянно оператор не может находиться у трекера, поэтому данный способ распространён мало, но для сезонной ориентации малобюджетных систем он вполне подходит.

Управление движением трекера по Азимутальному и Зенитному углам возможно устройством управления, в состав которого входит таймер. При этом актуаторы начинают свою работу по суточной программе таймера (при необходимости, и по годовой программе). Точность ориентации при этом не велика, так как солнце в течение года постоянно меняет время, место восхода и захода, зенитный угол.
К примеру, летом в наших широтах зенитный угол мал, а зимой солнце идёт по горизонту и зенитный угол велик. Данный способ приемлем для недорогих систем.

Наиболее эффективным стал способ управления актуаторами по программе, которая в определенные интервалы времени рассчитывает местоположение солнца. По внутренним часам устройства программа на блок управления будет выдавать информацию о значении Азимутального (Azimuth) и Зенитного(Zenith) углов (Рис.1), с учётом местоположения трекера (широта, долгота, высота над уровнем моря), после чего исполнительным устройством производится соответствующая переориентация трекера в расчётное положение. Данная программа для расчёта местоположения солнца, называется — SPA (Алгоритм солнечной позиции).

Устройства управления трекерами могут быть выполнены на защищённых компьютерах, PLC — Программируемых логических контроллерах, либо в виде отдельных законченных устройств, программируемых поставщиком при поставке трекера, с привязкой к местности своего изделия. Группа трекеров может управляться одним компьютером, что снижает себестоимось электростанции.

UST — Юрий Студёнов

Приобрести солнечный трекер вы можете на нашем сайте. Выбирайте одноосевые и двухосевые трекеры производства компании «ЮСТ».

Источник

Угол наклона и ориентация солнечных батарей для максимальной производительности

Главная » Статьи » Солнечные панели

12232 0 Опубликовано 1 ноября 2018

Солнечная панель сделана из фотоэлектрических элементов. Принцип работы фотоэлектрического модуля – преобразование энергии солнца в электрическую энергию.

Чем больше энергии несет падающий на фотоэлектрическую ячейку луч солнца, тем больше электричества она вырабатывает. Электроэнергия, которую можно снять с контактов модуля, во многом зависит от ориентации солнечной батареи.

Для повышенного получения КПД от солнечных панелей необходимо правильно подбирать угол наклона, по горизонту, по азимуту и прочим параметрам

Конечно, хотелось бы получать максимальную возможную электрическую мощность, которую способна выработать панель. К сожалению, не на все параметры, определяющие выработку электричества, возможно повлиять.

Солнечный свет освещает поверхность земли неравномерно, что объясняется шарообразной формой Земли. На экваторе энергия, передаваемая солнечным лучом, будет гораздо выше, чем, например, на полюсах. Это не означает, конечно, что нельзя использовать солнечные элементы, находясь в широтах, удаленных от экватора. Просто нужно внимательно отнестись к способу их ориентации в пространстве.

Что важно учесть при монтаже солнечной панели

Чтобы «собрать» максимальное количество солнечной энергии, нужно выполнить следующие условия:

• обеспечить максимально возможную освещенность фотоэлементов, без малейшего их затемнения окружающими объектами, например, деревьями или конструкциями зданий;
• ориентировать плоскость фотоэлектрических ячеек строго перпендикулярно солнечным лучам.

Если с первым пунктом обычно не возникает особых проблем, так как типовая установка панели предполагает монтаж на крыше зданий, то точно выполнить второй пункт оказывается не слишком просто.

От правильно выбранного угла наклона солнечных панелей зависит КПД и эффективность получения электроэнергии, так как в разное время года и суток оно неодинаковое

Угол падения солнечных лучей меняется как в течение дня, так и при смене времен года. Значит, идеальная солнечная панель должна тоже постоянно менять свой угол наклона, поворачиваясь к солнцу. Другой вопрос, насколько сильно изменится производительность реальной панели при некоторых отличиях от идеальной, вызванных конструктивными ограничениями установки.

На что влияет угол наклона батареи

О принципах и важности правильного размещения солнечных батарей, а также об угле наклона мы уже сказали. Но на что может повлиять неправильная установка панели и ее углы в разное время года по отношению к солнечным лучам? Во-первых, что самое главное, неправильный наклон панели и небольшое попадание света даст плохую производительность тока, в результате чего вы не сможете покрыть все свои электрические нужды, даже если приобрели мощную батарею или сразу несколько. Во-вторых, снижается КПД самого устройства, то есть меньший эффект в сравнении с панелями, которые работают на полную.

При правильном угле установки модуля в зимний период повышается естественная очистка снега на крыше.

Если подробнее, то перпендикулярное размещение панели позволяет на 99% избежать скопления снега. А при снижении углов наклона с 53 до 14 градусов вы сможете заметить явную разницу, где снег остается на панелях, а где самостоятельно очищается. То есть, если оптимально к солнечному свету размещать панели и соблюдать постоянно угол наклона, можно получить повышение выработки энергии до 6%. Но, как показывает практика, многие владельцы солнечных станций все равно занимаются самостоятельной очисткой снега после его выпадения.

Способы установки

Фотоэлектрические модули, исходя из способов их использования можно разделить, во-первых, на два основных типа:

• стационарные, постоянной установки;
• мобильные, передвигаемые по мере необходимости с места на место.

И хотя использование мобильных модулей набирает обороты, их все шире используют в полевых условиях туристы, геологи, их размещают на крышах трейлеров и передвижных домов, самым распространенным является первый вариант — стационарный. Такие элементы могут быть установлены:

• на крыше зданий и сооружений, сюда же относятся козырьки и навесы;
• на стенах домов;
• на земле.

Каждый и способов имеет свои преимущества и недостатки, например, модуль, стоящий на земле, дешевле в установке и более прост в обслуживании, но зато отнимает полезную площадь участка, а также может затеняться находящимися рядом объектами. Крышные же сооружения сложней смонтировать и обслужить, зато риск повреждения панели гораздо меньше.

Варианты конструкций

На практике, видов расположения солнечной панели всего два:

При неподвижной установке фотоэлектрического модуля обеспечить следование модуля за солнцем практически невозможно. Самый простой пример такой установки – монтаж солнечных панелей в плоскости крыши. Чуть более продвинутый вариант, позволяющий поймать больше солнечной энергии – установка на кронштейны, обеспечивающие заранее рассчитанный оптимальный угол. Иногда такое устройство позволяет вручную менять угол наклона фотоэлементов два раз в год – зимой и летом.

Подвижные устройства для монтажа модулей называются трекеры. Это платформы, которые могут вращаться в одной или двух плоскостях, следуя за солнцем. Такой способ установки максимально близок к идеальному, однако имеет свои подводные камни: трекеры дороги в установке и эксплуатации и потребляют электрическую энергию. Вполне возможно, что в случае применения в частном доме, повышение производительности солнечной батареи будет в стоимостном выражении меньше, чем стоимость содержания трекера.

Возможные варианты

Зачастую возможности менять наклон батарей дважды в год просто нет. В этом случае, если планируется круглогодичное использование системы, лучше всего установить два набора солнечных батарей. Один будет работать зимой, второй – летом.

Чтобы иметь возможность корректировать угол наклона, стоит монтировать гелиопанели не на крыше, а на отдельных рамах-стойках. Фирмы, выпускающие солнечные батареи, производят также и специальные рамы для их крепления. Особенность этих конструкций – возможность без труда изменить наклон панели, что позволяет повысить производительность системы фактически на 20%.

Практические исследования

Теоретические рассуждения хороши, когда они подтверждены практикой. В Канаде провели масштабное исследование зависимости выработки электроэнергии солнечными батареями в зависимости от углов наклона.

Батарея расположена в местности, широта которой близка к широте Москвы, и имеет похожий климат. Результаты исследований очень интересны, и могут с успехом быть применены в наших условиях, так как кроме всего прочего, исследовалось влияние снега на выработку электроэнергии. Исходные данные опытных батарей были следующими:

• батареи ничем не затенялись;
• ориентация фотоэлементов строго южная;
• шесть пар солнечных элементов были установлены на разные углы;
• минимальный угол установки солнечных батарей был 14 градусов, максимальный – 90 градусов;
• промежуточные углы были близки к популярным углам наклона крыш;
• исследовался также угол 53 градуса, равный широте местности;
• для изучения влияния снега на одной из панелей с одинаковым углом наклона снег удалялся, а на другой нет.

Самый удивительный результат исследований заключается в том, что чистка панелей от снега дала прибавку в выработке энергии не более, чем 5,31%, и это на самых производительных панелях.

Исследования угла наклона солнечных панелей показали, что:

• самый производительный угол наклон летом (в период с 01.04 по 31.09) – 27 градусов;
• самый производительный угол зимой (в период с 01.10 по 31.03) — 53 градуса;
• самый производительный угол по году — 53 градуса.

Оптимальный угол наклона

Положение солнца в летний и зимней период отличается, поэтому специалисты советуют в теплое время устанавливать панели под углом 90 градусов для перпендикулярного попадания света, а в холодный период – под наклоном. Но если у вас нет возможности изменять положение солнечных панелей, тогда следует определиться со средним углом наклона. Для правильного угла установки солнечных панелей предалагаем выбрать крепления для солнечных панелей из каталога на нашем сайте.

Летом

Ниже представлена таблица, где отражены оптимальные значения угла наклона для каждого из месяцев в теплый период.

Месяц	Угол наклона, градусы
Апрель	45
Май	18
Июнь	18
Июль	18
Август	27
Сентябрь	53

Конечно, очень сложно каждый месяц самостоятельно заниматься изменением угла наклона солнечной панели, но на основе периодических опытов специалисты зафиксировали, что если на все эти теплые месяцы установить батарею в наклоне 27 градусов, то она будет отдавать наибольшую суммарную производительность, чем под другими углами. Данное правило действует, если все 6 месяцев панель будет неподвижна.

Угол наклона солнечных батарей

Зимой

Для зимы также установлены свои показатели, которые оптимальны для размещения модулей в наклоне. Данные представлены в таблице.

Месяц	Угол наклона, градусы
Октябрь	53
Ноябрь	90
Декабрь	90
Январь	90
Февраль	53
Март	53

Если вы установите панель с погрешностью в 5-10% или солнечные лучи будут менять свою траекторию с указанным значением отклонения, это особо не скажется на общей производительности и выработки энергии.

Согласно исследованиям, в зимний период оптимальной величиной стал угол 53 градуса. Если установить панель под таким наклоном на весь зимний период, то батарея будет вырабатывать наибольшую суммарную энергию, опять-таки, в случае если регулярно происходит очистка снега (при сильных осадках) и нет возможности каждый месяц менять угол наклона. Интенсивность и общая эффективность также зависят от значения солнечной радиации, высоты солнца и как быстро тает снег с панелей.

Фиксированный угол наклона в течение года

Теперь осталось определиться с углом наклона, если у вас нет возможности его изменять каждый месяц, и вы хотите установить солнечные панели на весь год.

Месяц	Угол наклона, градусы
Октябрь	53
Ноябрь	90
Декабрь	90
Январь	90
Февраль	53
Март	53

Здесь оптимальным значением стал угол наклона 53 градуса, при котором были зафиксированы наивысшие показатели генерации энергии. Но, конечно, угол наклона панелей необходимо менять хотя бы 2 раза в год. Ориентировочными датами считаются дни весеннего и осеннего равноденствия. При этом, даже если вы будете соблюдать все правила размещения панелей, нужно понимать, что остается небольшой процент погрешности в расчете на погодные условия, местные особенности, а также частичное затемнение модулей, что не всегда возможно проконтролировать.
Чтобы избавить себя от таких сложностей, лучше всего обеспечить солнечные батареи трекером. Он будет в автоматическом режиме с соблюдением всех требований (широты, региона, месяца) регулировать угол наклона. С его помощью достигается максимальная мощность, которой нельзя добиться при самостоятельном изменении положения панелей. Однако нужно помнить про высокую стоимость таких установок, которая будет оправдана только для больших объектов.

Рекомендации по установке

В том случае, если скат крыши дома ориентирован на юг и имеет угол наклона, близкий к широте местности, самый простой способ – установка фотоэлементов непосредственно на плоскость крыши. Это стоит недорого, просто в обслуживании, и потери энергии будут незначительными.

Если параметры крыши далеки от идеальных, или планируется установка солнечных батарей на землю, можно применить такой способ расчета лучшего угла наклона:

1. Для широт, находящихся в диапазоне до 25 градусов, значение широты нужно умножить на коэффициент 0,87. Это будет лучший угол по году, если не планируется его менять.
2. Для широт, находящихся в диапазоне от 25 до 50 градусов, значение широты нужно умножить на коэффициент 0,76 и добавить 3,1 градуса.

Если конструкция для ориентации солнечных панелей предполагает изменение угла наклона вручную, можно применить такой способ:

• весной и осенью выставляют угол наклона солнечной панели, равный широте местности;
• зимой к широте прибавляем 10-15 градусов;
• летом от широты отнимается 10-15 градусов.

Следует понимать, что максимальное количество энергии обеспечивает все же трекер. Но выработка установок без трекера, ориентированных правильно (на юг, с соблюдением угла наклона по широте) составляют 70-75 % от выработки установок с трекером. Конечно, для установок большой мощности применение трекеров оправдано. А вот солнечная панель для личных потребностей может быть смонтирована простым способом, так как применение трекера не окупит себя.

Испытательная солнечная батарея

Солнечная батарея разработана и установлена в Институте технологий Северной Альберты (NAIT) с целью получения достоверной информации об оптимальном угле установки солнечных батарей для проектировщиков солнечных электростанций и для всех, кто устанавливает солнечные батареи. Исследовалось влияние угла установки солнечных панелей и количества снега на солнечных панелях на производительность солнечной электростанции.
Испытательный стенд установлен на крыше NAIT и состоит из 6 пар солнечных панелей. Основной кампус NAIT находится по адресу 11762 106 Street NW, Edmonton, Alberta.

Характеристики эталонной солнечной батареи:

• Солнечная батарея имеет 100% доступ к солнечному свету (нет деревьев и зданий, затеняющих солнечную батарею)
• Модули ориентированы точно на юг и установлены на широте 53°
• Каждая пара модулей установлена под различным углом от 14° до 90°
• Снег удалялся с западной (левой) стороны каждый раз после окончания снегопада
• Фотографии сделаны непосредственно перед и сразу же после очистки от снега
• Микроинверторы записывали состояние работы каждые 5 минут. Записывались параметры: время, напряжение переменного тока, напряжение постоянного тока, постоянный ток, температура инвертора и выработка мощности инвертором.

Четыре угла наклона были выбраны потому, что они являются популярными углами наклона скатов крыш (14°, 18°, 27°, 45°). Дополнительно были выбраны углы 53° (широта местности Эдмонтона) и 90° (вертикальная установка на стене).

Конструкция испытательной солнечной батареи.

Начиная с 2012 года расчистка солнечных батарей от снега проводилась в среднем 24 раза за зимний сезон. Расчищались панели на западной стороне. Наиболее удобным инструментом для расчистки оказался 2-метровый автомобильный скребок-щетка. Телескопическая рукоятка щетки исключает необходимость в лестницах и повышает безопасность при проведении работ.

Источник