Солнечная энергия давно привлекла внимание как один из основных устойчивых энергетических ресурсов. Трудность снижения стоимости преобразования солнечного света в электричество с помощью фотоэлектрических элементов заключается в повышении эффективности преобразования. В этом контексте система слежения за солнцем играет важную роль в повышении эффективности. Эта работа направлена на разработку и внедрение двухосевой системы слежения за Солнцем С датчиками, основанной на программе Arduino Uno и сервомотор.
Ключевые слова: солнечная электростанция, солнечный модуль, Arduino Uno
1. Введение
Возобновляемые источники энергии становятся альтернативой традиционным источникам энергии. Солнечная энергия является наиболее эффективным и последовательным из всех возобновляемых источников энергии. Эффективность солнечной фотоэлектрической системы может быть повышена либо за счет повышения КПД солнечных элементов, либо за счет использования системы слежения за солнечными лучами [1]. Максимальная мощность фотоэлектрической системы будет достигнута, если солнечные лучи будут падать на панель перпендикулярно [2]. Поскольку состояние окружающей среды является ключевым фактором для определения солнечного излучения, достигающего поверхности Земли, солнечное излучение в таком случае нельзя контролировать. Но правильное использование солнечного излучения может быть обеспечено путем отслеживания солнечного света с помощью эффективной системы слежения [3]. С этой целью вводится система слежения для охвата солнечного света с целью повышения общей эффективности [4]. Двухосевая система слежения, которая имеет две степени свободы и отслеживает суточное и сезонное движение Солнца. В результате двухосевой трекер более точен в отслеживании [5], а эффективность может быть повышена до 40 %.
2. Описание системы автоматического управления
Для увеличения выработки солнечной энергии нужно увеличить количество солнечной энергии, попадающей на солнечные панели. Максимальное количество солнечной энергии попадает на солнечные панели если угол падения лучей составляет 90 градусов [6]. Таким образом, задачей системы автоматического регулирования является изменение положения солнечных панелей так, чтобы угол падения солнечных лучей составлял 90 градусов. Так как Солнце двигается с востока на запад в течение дня и совершает сезонное перемещение между северной и южной сторонами света, требуется двух координатное слежение [7]. Двухкоординатное слежение в системе организовано с помощью двух серводвигателей. Один из серводвигателей отвечает за изменение положения панелей по оси X, а второй по оси Y [8].
3. Компоненты система
Фоторезистор — это датчик, электрическое сопротивление которого меняется в зависимости от интенсивности падающего на него света [9]. Ldr в основном используются для обеспечения аналогового ввода в Arduino.
Устройство управления — в качестве микроконтроллера было принято решение использовать аппаратную платформу Arduino UNO. Этот выбор обусловлен функциональностью, доступностью, ценой и простотой работы. С Arduino пользователи могут измерить изменения в окружающей среде с помощью различных датчиков с данной платформой. Назначение микроконтроллера — контролировать положение сервомотор [10].
Приводной агрегат — в качестве электроприводов были выбраны сервоприводы. Данные приводы позволят с высокой точностью управлять положением солнечных панелей. Один из двигателей отвечает за изменение положения подставок вокруг оси X, а другой за изменение положения подставок вокруг оси Y. Серводвигатель может вращаться до максимального угла 180 градусов. в предложенном нами проекте используется двигатель 4,8 В. Серводвигатели питаются от PWM -выхода, полученного от Arduino.
Солнечная батарея — объединение фотоэлектрических преобразователей — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток [11].
4. Реализация
Принцип работы солнечной системы слежения сделан свет зависимым резистором (LDR). Четыре LDR подключены к аналоговому выводу Arduino AO — A4, который служит входом для системы. Встроенный аналого-цифровой преобразователь преобразует аналоговое значение LDR и преобразует его в цифровое. Входы от аналогового значения LDR, Arduino в качестве контроллера и серводвигателя будет выходной. LDR1 и LDR2, LDR3 и LDR4 принимаются за пару. Если один из LDR в паре получает больше интенсивности света, чем другой, будет различие в напряжениях узлов, отправляемых на соответствующий канал Arduino для принятия необходимых действий. Серводвигатель переместит солнечную панель в положение LDR высокой интенсивности, которое было при программировании.
Рис. 1. Принципиальная электрическая схема и блок-схема
Результаты
В следующей таблице показана мощность, генерируемая солнечной панелью с отслеживанием и без него отслеживания.
Таблица 1
Мощность, генерируемая сотслеживанием ибез него
|
Время |
Мощность, генерируемая сотслеживанием |
Мощность, генерируемая без отслеживания |
|
10:00AM |
3.55 Вт |
2.85 Вт |
|
11:00AM |
3.71 Вт |
3.23 Вт |
|
12:00PM |
4.11 Вт |
2.72 Вт |
|
01:00PM |
4.22 Вт |
2.45 Вт |
|
02:00PM |
3.92 Вт |
2.36 Вт |
|
03:00PM |
3.71 Вт |
2.23 Вт |
|
04:00PM |
3.53 Вт |
2.11 Вт |
Рис. 2. Графическое представление о мощности, полученной от солнечного слежения
Заключение
Предлагаемый двухосный солнечный трекер автоматом отслеживает положение солнца и максимизирует солнечную энергию с помощью Arduino. Двухосная система обеспечивает высокую выходную электрическую мощность по сравнению с фиксированной системой. Двух осевой трекер обладает большей эффективностью. Основной целью данной работы является разработка двух осевой системы солнечного трекера. Выходные данные нанесены на график и сопоставлению со статической системой. И предлагаемая система экологична и широко употребляется.
Литература:
1. S. B. Elagib, N. H. Osman, Design and Implementation of Dual Axis Solar Tracker based on Solar Maps, October 2013.
- C. Alexandru and M. Comşiţ, Virtual prototyping of the solar tracking systems, March 2007.
- Berberi, P., S. Thodhorjani, P. Hoxha, and V. Muda. Photovoltaics: between a bright outlook and uncertainty. Energy Sci. Eng. 1:72–80. 2013.
- Chakraborty, S., P. K. Sadhu, and N. Pal. Technical mapping of solar PV for ISM- an approach. 2015.
- АбдАли, Л. М. А., Аль-Руфаи, Ф. М., Якимович, Б. А., & Кувшинов, В. В. (2019). Анализ производительности гибридных фото-ветроэлектрических установок. Энергетические установки и технологии, 5(2), 61–68.
- Kanimozhi S. and Senthilkumar G., Arduino Uno based Maximum Power Point Tracking System by the Optimization of Solar Energy, International Journal of Electronics, Electrical and Computational System IJEECS, 6(6):368–377. 2017.
- Kuvshinov, V.V., Abd Ali, L.M., Kakushina, E.G. et al. Studies of the PV Array Characteristics with Changing Array Surface Irradiance. Appl. Sol. Energy, 2019, vol. 55, no. 4, pp. 223–228 https://doi.org/10.3103/S0003701X19040054.
- Guryev, V.V., Yakimovich, B.A., Abd Ali, L.M. et al. Improvement of Methods for Predicting the Generation Capacity of Solar Power Plants: the Case of the Power Systems in the Republic of Crimea and City of Sevastopol. Appl. Sol. Energy, 2019, vol. 55, no. 4, pp. 242–246. https://doi.org/10.3103/S0003701X19040042.
- Kuvshinov, V.V., Kolomiychenko, V.P., Kakushkina, E.G. et al. Storage System for Solar Plants. Appl. Sol. Energy, 2019, vol. 55, no. 3, pp. 153–158. https://doi.org/10.3103/S0003701X19030046.
- Cheboxarov, V.V., Yakimovich, B.A., Abd Ali, L.M. et al. An Offshore Wind-Power-Based Water Desalination Complex as a Response to an Emergency in Water Supply to Northern Crimea. Appl. Sol. Energy, 2019, vol. 55, no. 4, pp. 260–264. https://doi.org/10.3103/S0003701X19040030.
- Layth Mohammed Abd Ali, Haider Ahmed Mohmmed and Husam Abdulhusein Wahhab,. A Novel Design of 7-Level Diode Clamped Inverter. Journal of Engineering and Applied Sciences, 2019, no.14, pp. 3666–3673. https://doi.org/10.36478/jeasci.2019.3666.3673.
