В даний час безліч людей переходить на сонячні ліхтарики для саду, наприклад, або зарядний пристрій для телефону. Як відомо, і зрозуміло, працює така зарядка від отриманої днем сонячної енергії. Однак світило не стоїть на місці цілий день, тому створивши поворотний пристрій для сонячної батареї своїми руками, можна підвищити ефективність заряджання приблизно в половину, пересуваючи батарею у напрямку до сонця протягом усього дня.
Трекер для сонячних панелей своїми руками має кілька дуже вагомих переваг, які варті того, щоб витратити час на його виготовлення та встановлення.
- Перша і найбільш важлива перевага – це те, що поворот сонячного елемента протягом дня може підвищити ККД батареї приблизно в половину. Досягається за рахунок того, що максимально ефективна робота сонячних батарей досягається в період, коли промені від світила падають перпендикулярно на фотоелемент.
- Друга перевага пристрою створюється під впливом першого. Через те, що батарея підвищує свою ефективність і виробляє наполовину більше енергії, відпадає необхідність встановлення додаткових стаціонарних батарей. До того ж сама поворотна батарея може мати менший фотоелемент, ніж при стаціонарному способі. Все це заощаджує великі матеріальні засоби.
Складові елементи трекера
Створення поворотного пристрою для сонячних панелей своїми руками включає ті ж комплектуючі, що і заводські товари.
Список обов'язкових деталей для створення такого пристрою:
- Основа чи каркас – складається з несучих деталей, які поділяються на дві категорії – це рухливі та нерухомі. У деяких випадках каркас має рухому частину лише з однією віссю – горизонтальною. Однак є моделі з двома осями. У разі потрібні актуатори, які керують вертикальної віссю.
- Описаний раніше актуатор також повинен входити в конструкцію і володіти пристроями як повороту, а й пристроями контролю над цими действиями.
- Необхідні деталі, які захищатимуть пристрій від примх погоди – гроза, сильний вітер, дощ.
- Можливість віддаленого керування та доступу до поворотного пристрою.
- Елемент, що перетворює енергію.
Але варто відзначити, що збір такого пристрою іноді дорожче, ніж покупка вже готового, а тому в деяких випадках спрощується до деталей, що несуть, актуатора, управління актуатором.
Електронні системи повороту
Принцип роботи
Принцип роботи поворотного пристрою простий і тримається на двох деталях, одна з яких механічна, а інша електронна. Механічна частина поворотного пристрою відповідає за поворот і нахил батареї. А електронна частина регулює моменти часу та кути нахилу, якими діє механічна частина.
Електроустаткування, що використовується разом із сонячними батареями, заряджається від самих батарей, що до певної міри також економить кошти на підживлення електроніки.
Позитивні сторони
Якщо говорити про переваги електронного обладнання для поворотного пристрою, варто відзначити зручність. Зручність полягає в тому, що електронна частина пристрою в автоматичному режимі управлятиме процесом повороту батареї.
Ця перевага не єдина, а є лише ще однією у списку тих, що були перераховані раніше. Тобто, крім економії коштів і підвищення ККД, електроніка звільняє людину від потреби вручну здійснювати поворот.
Як зробити своїми руками
Створити трекер для сонячних батарей власноруч нескладно, оскільки схема його створення проста. Для того щоб створити працездатну схему трекера своїми руками необхідно мати два фоторезистори. Крім цих складових, потрібно також придбати моторний пристрій, який повертатиме батареї.
Підключення цього пристрою здійснюється за допомогою Н-моста. Цей метод підключення дозволить перетворювати струм силою до 500 мА з напругою від 6 до 15 В. Схема складання дозволить не тільки зрозуміти, як працює трекер для сонячних батарей, а й створити його самому.
Щоб налаштувати роботу схеми, необхідно провести такі дії:
- Впевнитись у наявності харчування на схему.
- Провести підключення двигуна із постійним струмом.
- Встановити фотоелементи потрібно поряд, щоб досягти однакової кількості сонячних променів на них.
- Необхідно викрутити два підстроювальні резистори. Зробити це потрібно проти годинникової стрілки.
- Запуск подачі струму на схему. Повинен увімкнутися двигун.
- Вкручуємо один із підрядників до тих пір, поки він не упреться. Позначаємо це становище.
- Продовжити вкручування елемента, поки двигун не почне крутитися в протилежний бік. Позначаємо і це становище.
- Ділимо отриманий простір на рівні відділи і посередині встановлюємо підстроєчник.
- Вкручуємо інший підрядник доти, доки двигун не почне трохи смикатися.
- Повертаємо підстроєчник трохи назад і залишаємо у такому положенні.
- Для перевірки правильності роботи можна закривати ділянки сонячної батареї та стежити за реакцією схеми.
Часовий механізм повороту
Пристрій годинникового механізму повороту в основі своїй досить просте. Для того щоб створити такий принцип роботи, потрібно взяти будь-який механічний годинник і з'єднати його з двигуном сонячної батареї.
Для того, щоб змусити працювати двигун, необхідно встановити один рухомий контакт на довгу стрілку механічного годинника. Другий нерухомий закріплюється на дванадцятій годині. Таким чином, кожна година, коли довга стрілка проходитиме через дванадцять годин, контакти замикатимуться, і двигун повертатиме панель.
Тимчасовий проміжок в одну годину, вибраний виходячи з того, що за цей час сонячне світло проходить небом близько 15 градусів. Встановити ще один нерухомий контакт можна на шість годин. Таким чином, поворот проходитиме кожні півгодини.
Водяний годинник
Даний спосіб управління поворотним пристроєм був винайдений однією заповзятливою канадською студенткою років і відповідає за поворот лише однієї осі горизонтальної.
Принцип роботи також простий і полягає в наступному:
- Сонячна батарея встановлюється спочатку, коли сонячні промені потрапляють на фотоелемент перпендикулярно.
- Після цього до однієї із сторін чіпляють ємність з водою, а до іншої сторони чіпляють якийсь предмет такої ж ваги, що й ємність із водою. Дно ємності має мати невеликий отвор.
- Через нього вода потроху витікатиме з ємності, через що зменшуватиметься вага, а панель потихеньку нахилятиметься у бік противаги. Визначити розміри отвору для ємності доведеться експериментально.
Цей спосіб є найпростішим. До того ж, він економить матеріальні кошти, які пішли б на покупку двигуна, як у випадку з годинниковим механізмом. До того ж, провести монтаж поворотного механізму у вигляді водяного годинника можна самостійно, навіть не маючи якихось спеціальних знань.
Відео
Як зробити трекер для сонячної батареї власноруч, ви дізнаєтеся з нашого відео.
Система повороту сонячної батареї містить корпус, порожнистий вал із фланцем для стикування сонячної батареї, привід для її обертання, силовий та телеметричний струмознімальні пристрої. Вихідний вал функціонально розділений на силовий фланець і вал із силовим струмознімальним пристроєм. Телеметричний струмознімальний пристрій встановлений на своєму валу і пов'язаний з вихідним валом. Фланець вихідного валу встановлений у корпусі системи повороту сонячної батареї на опорному підшипнику з попереднім натягом або його підтисканням через опорний підшипник до корпусу системи повороту сонячної батареї пружинами. Підвищується надійність і знижуються маси і габарити пристрою. 1 з.п. ф-ли, 1 іл.
Винахід відноситься до космічної техніки і може бути використане для проектування системи повороту сонячної батареї (СПСБ).
Даний винахід призначений для обертання сонячної батареї (СБ) та передачі електроенергій із сонячної батареї на космічний апарат.
Відома система повороту сонячних батарей (СПБС), патент US №4076191, що складається з корпусу, валу з двома фланцями для стикування двох крил сонячних батарей, приводу, струмознімальних пристроїв. Силові, що передають електричну енергію, і телеметричні, що передають команди і телеметричну інформацію, струмознімальні пристрої розташовані на валу, при цьому повертає привід обидва крила СБ. Даний винахід взято як прототип.
Недоліком цього пристрою є наявність одного нерезервованого приводу та, як наслідок, знижена живучість апарату. Другим недоліком є масивна конструкція валу, обумовлена виконанням вимоги щодо необхідної згинальної жорсткості валу. Крім того, великий діаметр валу призводить до підвищеного тертя та зносу струмознімальних пристроїв.
Технічним завданням винаходу є підвищення надійності системи, зниження маси конструкції та підвищення функціональних можливостей.
Поставлена задача досягається тим, що у СПБС, що має корпус, привід і вал, вихідний вал пристрою виконується порожнистим силовим фланцем на кінці. При цьому силовий струмознімальний пристрій розташований на вихідному валу зовні, а телеметричний встановлений на своєму валу. Телеметричний струмознімальний пристрій з'єднаний з вихідним валом СПБС. Фланець вихідного валу встановлений на опорний підшипник із плоскими кільцями або підібганий до корпусу пружинами. Ділянка вихідного валу з встановленим силовим струмознімальним пристроєм виключено з жорсткої схеми конструкції і має розміри, оптимальні для забезпечення мінімальної маси та необхідного ресурсу струмознімального пристрою.
Суть винаходу пояснюється кресленням, де на фіг.1 зображено загальний вигляд заявленого пристрою з розрізом.
Система повороту сонячної батареї складається з корпусу 1, приводу 2, вихідного валу 3, встановленого на опорному підшипнику 4, силового струмознімального пристрою 6, розташованого на вихідному валу 3, і телеметричного струмознімального пристрою 7, встановленого на своєму валу. Телеметричний струмознімний пристрій 7 може бути встановлений у внутрішній порожнині вихідного валу 3 або зовні і з ним пов'язано. Підвищена жорсткість конструкцій досягається постійним підтисканням вала 3 до корпусу 1 за рахунок попереднього натягу опорного підшипника або підтискання тарілчастими пружинами 8. Підвищена точність положення осі обертання вихідного валу 3 досягається опорним підшипником з плоскими опорними кільцями 9. Зубчасте колесо 5. Зубчасте колесо 11 встановлено на вихідному валу 3.
При роботі СПСБ привід 2 передає обертання на вихідний вал 3. Обертання приводу на вихідний вал 3 передається зубчастою передачею з зубчастими колесами 10, 11.
Струмознімні пристрої 6 і 7 передають електричну енергію, команди і сигнали з сонячної батареї, що обертається на космічний апарат як при обертанні, так і в зупиненому стані. Постійне підтискання вихідного валу 3 до корпусу 1 через опорний підшипник 4 забезпечується тарілчастими пружинами 8 як при обертанні, так і при зупинці вихідного валу.
Підвищена живучість космічного апарату забезпечується застосуванням однієї СПСБ на кожне крило СБ. Навіть при відмові СПСБ одного крила апарат отримуватиме електричну енергію з іншого крила та забезпечуватиме роботу головних споживачів.
Зниження ваги конструкції забезпечується тим, що вихідний вал 3 функціонально розділений на силовий фланець до опорного підшипника 4 і вал силового струмознімального пристрою. Силовий фланець може розташовуватися як усередині корпусу СПСБ, так і зовні, як показано на фіг 1. Вал має менші габарити, меншу масу та збільшену згинальну жорсткість за рахунок замикання силової схеми конструкції з фланця вихідного валу безпосередньо на корпус через опорний підшипник.
Зусилля підібгання опорного підшипника (або попередній натяг опорного чотириточкового підшипника) вибрано з наступної умови нерозкриття стику при експлуатаційних навантаженнях:
P>2·K·M/D, де
Р - зусилля підібгання опорного підшипника, Н · м;
M - наведений згинальний момент під час роботи в штатному режимі, Н;
Зменшення маси струмознімальних пристроїв та підвищення їх ресурсу роботи досягається за рахунок того, що ділянка валу з встановленим силовим струмознімальним пристроєм виключена з жорсткої схеми конструкції і має розміри, оптимальні для струмознімального пристрою. Телеметричний струмознімальний пристрій капсульного типу встановлений на своєму валу, наприклад, усередині вихідного валу або стикується зовні і має мінімальну масу. Підвищений ресурс струмознімальних пристроїв досягається можливістю реалізації їх з мінімальним діаметром кілець, що ковзають, і, відповідно, зниженим тертям.
Найменші втрати на тертя струмознімальних пристроїв дозволяють зменшити потужність приводу, що призводить до зниження маси приводної частини СПСБ.
В даний час на підприємстві випущено конструкторську документацію на СПСБ заявленої конструкції та проведено наземне експериментальне відпрацювання системи. Випробування показали суттєве зменшення маси системи, збільшення ресурсу роботи, підвищення жорстких характеристик та надійності системи.
1. Система повороту сонячної батареї, що має корпус, порожнистий вал із фланцем для стикування сонячної батареї, привід для її обертання, силовий та телеметричний струмознімальні пристрої, що відрізняється тим, що вихідний вал функціонально розділений на силовий фланець і вал із силовим струмознімальним пристроєм, а телеметричний струмознімальний пристрій встановлений на своєму валу і пов'язаний з вихідним валом, при цьому фланець вихідного валу встановлений у корпусі системи повороту сонячної батареї на опорному підшипнику з попереднім натягом або його підтисканням через опорний підшипник до корпусу системи повороту сонячної батареї пружинами.
2. Пристрій за п.1, який відрізняється тим, що зусилля попереднього натягу або підтискання опорного підшипника вибрано з наступної умови нерозкриття стику при експлуатаційних навантаженнях:
P>2·K·M/D,
де Р - зусилля попереднього натягу або підтискання опорного підшипника, Н · м;
K - коефіцієнт запасу із зовнішніх навантажень;
М - наведений згинальний момент під час роботи в штатному режимі, Н;
D – робочий діаметр опорного підшипника (по кульках), м.
Схожі патенти:
Винахід відноситься до обладнання космічних апаратів (КА) і, зокрема, до рухомих елементів конструкції КА, що мають електричний зв'язок із системою управління КА, наприклад сонячних батарей (БС), антенам, рухомим кришкам та ін.
Винахід відноситься до управління орієнтацією космічного апарату (КА) з нерухомими відносно корпусу панелями КА сонячних батарей (СБ). .
Винахід відноситься до галузі космічної техніки і може бути використане для визначення та контролю інтегральних параметрів променистого теплообміну планети навколо якої звертається космічний апарат (КА).
Винахід відноситься до космічної техніки і може бути використане при проектуванні виносних конструкцій космічних апаратів, переважно антен та сонячних батарей. Підкіс сонячної батареї містить дволанковий механізм, загальною двома ланками осі якого встановлена пружина кручення з пристроями зведення. Одна ланка встановлена на рамі сонячної батареї, а інша на корпусі космічного апарату. Перпендикулярно осі на одному з ланок розташований пружний шток для фіксації в кінцевому положенні. На кінці пружного штока з можливістю повороту встановлено коромисло, на обох кінцях якого жорстко закріплені підшипники кочення, що взаємодіють з конусними пазами копірів, жорстко встановлених на протилежному штоку підпружиненому ланці. У ланках дволанкового механізму виконані отвори під пристрій фіксації початкового положення ланок, закріплене за допомогою різьбового з'єднання. Досягається підвищення надійності у роботі підкосу та спрощення процесу встановлення сонячної батареї на корпус космічного апарату. 13 іл.
Винахід відноситься до систем електропостачання космічних апаратів з використанням сонячних батарей (СБ). Спосіб полягає в тому, що визначають заданий кут СБ, вимірюють її поточний кут і обчислюють розрахунковий кут кутової швидкості СБ і часу її обертання. Визначають кути розгону (αРОЗГ) та гальмування (αТОРМ) СБ. Обертають СБ до досягнення порога відпускання (αОТП ≈ αТОРМ), коли припиняється неузгодженість між заданим та розрахунковим кутами СБ. Перед початком управління запам'ятовують заданий кут і набувають початкового значення розрахункового кута за достовірне значення поточного кута. Задають поріг неузгодженості (αПР) цих кутів виходячи з кутів αРАЗГ і αТОРМ, а також мінімально допустимого та максимально можливого струмів СБ. Розбивають коло датчика кута на рівні дискретні сектори (ДС) величиною σ за умови: αРАЗГ + αТОРМ< σ < αПР. Биссектрисы ДС принимают за измеряемые значения. Задают период определения достоверного значения текущего угла на порядок и более превышающим максимальную длительность сбоя информации датчика и менее минимального интервала следования сбоев. Разбивают данный период на четыре равных интервала, и из анализа измеренных и запомненных значений на этих интервалах сбрасывают или формируют сигнал достоверности. В последнем случае вращают СБ до достижения рассогласованием между расчетным и заданным углами значения αОТП и тогда запоминают новое значение заданного угла. Техническим результатом изобретения является повышение живучести и эффективности системы управления ориентацией СБ при кратковременных сбоях информации, поступающей от датчика угла СБ. 4 ил.
Винахід відноситься до систем електропостачання космічного апарату за допомогою сонячних батарей (СБ). Спосіб включає визначення заданого та поточного кутів орієнтації СБ та кутової швидкості (ωСБ) СБ. Обчислюють також розрахунковий кут і перед початком управління СБ надають йому значення виміряного кута, який запам'ятовують. Обертають СБ у напрямку зменшення неузгодженості між заданим та розрахунковим кутами. Визначають часи та кути розгону (tРАЗГ, αРАЗГ) та гальмування (tТОРМ, αТОРМ) РБ, а також максимально допустимий кут (αMAX) відхилення СБ, виходячи з мінімально допустимого та максимально можливого струмів СБ. По цих кутах задають поріг спрацьовування (αCP), при перевищенні якого формують зазначену неузгодженість. Останнє не враховують нижче за поріг відпускання (αОТП), після досягнення якого обертання СБ припиняють. Розрахунковий кут РБ коригують у межах одного дискретного сектора (ДС) кола обертання РБ. Розмір ДС залежить від кутів αРАЗГ, αТОРМ та αCР. Залежно від αCP і ωСБ задають граничну величину часу контролю безперервності зміни інформації про кутове положення СБ. Відлік цього часу контролю проводять, якщо поточний виміряний кут відрізняється від запам'ятаного більш ніж на один ДС, і припиняють інакше. Задають граничну величину часу контролю напрямку обертання СБ залежно від tРАЗГ, tТОРМ, αMAX, ωСБ та величини ДС. Цей час відраховують за нульового часу контролю безперервності, якщо знак неузгодженості між виміряним і запам'ятованим кутами СБ не відповідає заданому напрямку обертання СБ. В іншому випадку відлік припиняють та обнулюють час контролю напрямку обертання. При цьому в момент зміни поточного виміряного кута на один ДС задають розрахунковому куту значення межі між ДС і надають нове значення виміряного кута, що запам'ятовується. Якщо час контролю безперервності або час контролю напрямку обертання перевищує свою граничну величину, то формують сигнал відмови і припиняють управління СБ. Технічним результатом винаходу є підвищення живучості та ефективності системи управління орієнтацією СБ. 3 іл.
Винахід відноситься до систем електропостачання космічного апарату за допомогою сонячних батарей (СБ). Спосіб включає визначення заданого кута орієнтації СБ на Сонце за виміряним кутовим положенням нормалі до робочої поверхні СБ та обчислення розрахункового кута щодо зазначеного положення нормалі. Обертають СБ у напрямку зменшення неузгодженості між заданим та розрахунковим кутами. Визначають кути розгону (αРОЗГ) та гальмування (αТОРМ) СБ. Коригують розрахунковий кут моменти зміни значень датчика кута на величину дискретного сектора (ДС) повороту СБ. Задають пороги спрацьовування (αСР) та відпускання (αОТП), припиняючи обертання СБ, якщо неузгодженість між заданим і поточним кутами починає збільшуватися, але не більше αСР. Задають кутову швидкість обертання СБ на порядок і вище за максимальну кутову швидкість обігу КА навколо Землі, а величину ДС - менше αСР. Задають робочий кут (αРАБ) СБ із умови: αСР< αРАБ < (αГОР - 2·(αРАЗГ + αТОРМ)). Присваивают заданному углу значение углового положения ближайшего к нему луча угла αРАБ, если направление на Солнце в проекции на плоскость вращения указанной нормали находится вне αРАБ. Если угловое положение данной нормали находится вне αРАБ, изменяясь в направлении увеличения угла относительно ближайшего к нему луча угла αРАБ, то формируют сигнал отказа и прекращают управление СБ. Техническим результатом изобретения является исключение заклинивания и поломки панели СБ или бортового оборудования КА, при обеспечении максимально возможного тока в условиях ограничений на углы поворота СБ (напр., от 90° до 180°). 3 ил.
Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до пристроїв для генерування електричної енергії шляхом перетворення світлового випромінювання в електричну енергію і може бути використане при створенні та виробництві малорозмірних космічних апаратів з сонячними батареями (СБ). Технічним результатом винаходу є: підвищення стійкості СБ до термоударів, до впливу механічних і термомеханічних навантажень, підвищення технологічності конструкції, збільшення терміну активного існування СБ космічних апаратів, підвищення функціональних можливостей за рахунок розширення температурного діапазону функціонування та оптимізації конструкції СБ, спрощення комутаційної системи шляхом підвищення міцності з'єднання шунтуючих діодів та СЕ, підвищення відтворюваності процесу виготовлення СБ космічних апаратів за рахунок оптимізації технології виготовлення шунтуючих діодів та СЕ СБ, а також комутувальних шин, що з'єднують СЕ та шунтуючі діоди, які виконані багатошаровими. Сонячна батарея для малорозмірних космічних апаратів містить: панелі із приклеєними на них модулями із сонячними елементами (СЕ), шунтуючий діод; комутуючі шини, що з'єднують лицьову і зворотну сторони шунтуючого діода з СЕ, при цьому шунтуючий діод встановлений у вирізі в куті СЕ, при цьому шини, що комутують, виконані багатошаровими, що складаються з молібденової фольги, з двох сторін якої послідовно нанесені шар ван шар срібла відповідно. 2 зв. та 5 з.п. ф-ли, 4 іл., 3 табл.
Винахід відноситься до управління рухом космічних апаратів з використанням сил тиску сонячного випромінювання, розподілених по робочих зонах КА. Останні формують у вигляді плоских паралельних оптично прозорих крапельних потоків. Відстань між краплями радіусом R у кожному потоці вздовж нього (Sx) і його фронтально-поперечному напрямку (Sy) кратно. Число потоків складає. Зміщенням потоків щодо один одного у напрямку їх руху на відстань формують потоки краплинної пелени числом. Кожен із зазначених потоків зміщений щодо попереднього у фронтально-поперечному напрямку на відстань. Цим створюють непрозорість у фронтально-поперечному напрямку та прозорість у напрямку площини, перпендикулярної потоку. Одиничну розподілену силу світлового тиску регулюють зміною радіусу та кількості крапель, що приходять у точку її застосування в одиницю часу. Величину сумарного впливу регулюють зміною числа крапельних струменів. Технічний результат винаходу спрямований на підвищення ефективності використання розподілених зовнішніх сил світлового тиску шляхом зменшення їхньої дії, що обурює, на відносний рух КА. 3 іл., 1 табл.
Винахід відноситься до управління рухом космічного апарату (КА), на якому розміщені радіатор тепловипромінювання і сонячна батарея (СБ). Спосіб включає виконання польоту КА по орбіті навколо планети з розворотом СБ у положення, що відповідає суміщенню нормалі робочої поверхні СБ з направленням на Сонце. Будують орбітальну орієнтацію КА, при якій площина обертання СБ паралельна площині орбіти КА та СБ розташована щодо площини орбіти з боку Сонця. Визначають висоту орбіти КА та кут між напрямком на Сонці та площиною орбіти КА. Визначають значення (β*) даного кута, при якому тривалість тіньової частини витка дорівнює необхідному часу скидання тепла радіатором на витку. Визначають витки орбіти, на яких поточне значення даного кута більше від β*. На цих витках виконують повороти СБ навколо поперечної та поздовжньої осей обертання до досягнення умов затінення радіатора СБ. У цьому забезпечують мінімальне відхилення орієнтації робочої поверхні РБ на Сонце. Орбітальний політ КА виконують по навколокруговій орбіті висотою трохи більше деякого розрахункового значення. Технічний результат винаходу полягає у підвищенні ефективності функціонування радіатора шляхом створення умов його природного охолодження при затіненні СБ у будь-якому положенні КА на витку орбіти. 3 іл.
Винахід відноситься до космічної техніки і може бути використане при проектуванні системи повороту сонячної батареї
Нещодавно попросив друг зібрати йому "геліостат" для орієнтації сонячної панелі за сонцем, під використання невеликих моторів. Схему було взято з просторів інтернету, перевірено авторську плату, працює. Але я намалював також свою друковану плату, компактнішою, в якій резистори та конденсатори можна ставити планарного типу SMD.
Далі йде опис схеми від автора. Цей пристрій використовує імпульсне регулювання та автоматично здатне орієнтувати сонячну батарею за найкращим освітленням. Принципова схема складається з тактового генератора (DD1.1, DD1.2), двох інтегруючих ланцюгів (VD1R2C2, VD2R3C3), того ж числа формувачів (DD1.3, DD1.4), цифрового компаратора (DD2), двох інверторів (DD1). 5, DD1.6) і транзисторного комутатора (VT1-VT6) напрямки обертання електродвигуна М1, що управляє поворотом платформи, на якій встановлена сонячна батарея.
З подачею живлення (від сонячної батареї або від акумулятора) генератор на елементах DD1.1, DD1.2 починає виробляти тактові імпульси, що йдуть з частотою близько 300 Гц. При роботі пристрою порівнюються тривалості імпульсів, сформованих інверторами DD1.3, DD1.4 та інтегруючими ланцюгами VD1R2C2, VD2R3C3. Їхня крутість змінюється в залежності від постійного часу інтегрування, яка, у свою чергу, залежить від освітленості фотодіодів VD1 і VD2 (струм зарядки конденсаторів С2 і СЗ пропорційний їх освітленості).
Сигнали з виходів інтегруючих ланцюгів надходять на формувачі рівня DD1.3, DD1.4 і далі на цифровий компаратор, виконаний на елементах мікросхеми DD2. Залежно від співвідношення тривалостей імпульсів, що надходять на входи компаратора, сигнал низького рівня з'являється на виході DD2.3 елемента (висновок 11) або DD2.4 (висновок 4). При рівній освітленості фотодіодів на обох виходах компаратора є сигнали високого рівня.
Інвертори DD1.5 і DD1.6 необхідні управління транзисторами VT1 і VT2. Високий рівень сигналу на виході першого інвертора відкриває транзистор VT1, на виході другого VT2. Навантаженнями цих транзисторів є ключі на потужних транзисторах VT3, VT6 та VT4, VT5, які комутують напругу живлення електродвигуна М1. Ланцюги R4C4R6 та R5C5R7 згладжують пульсації на базах керуючих транзисторів VT1 HVT2. Напрямок обертання двигуна змінюється залежно від полярності підключення до джерела живлення. Цифровий компаратор не дозволяє одночасно відкритися всім ключовим транзисторам, і таким чином забезпечує високу надійність системи.
Зі сходом сонця освітленість фотодіодів VD1 і VD2 виявиться різною, і електродвигун почне повертати сонячну батарею із заходу на схід. У міру зменшення різниці в тривалості імпульсів, що виробляються формувачами, зменшуватиметься тривалість результуючого імпульсу, і швидкість повороту сонячної батареї плавно сповільниться, що забезпечить її точне позиціонування. Таким чином, при імпульсному керуванні обертання валу електродвигуна можна передавати платформі із сонячною батареєю безпосередньо, без застосування редуктора.
Протягом дня платформа із сонячною батареєю повертатиметься слідом за рухом сонця. З настанням сутінків тривалості імпульсів на вході цифрового компаратора виявляться однаковими і система перейде в черговий режим. У цьому стані струм, що споживається пристроєм, не перевищує 1,2 мА (в режимі орієнтації він залежить від потужності двигуна).
Акумулятор геліостату використовується для накопичення енергії, що виробляється сонячною батареєю, та живлення самого електронного блоку. Оскільки електродвигун вмикається лише для повороту батареї (на короткий час), вимикач живлення не передбачено. Ця схема орієнтує сонячну батарею в горизонтальній площині. Однак при її позиціонуванні слід враховувати географічну широту місцевості та пору року. Якщо доповнити конструкцію блоком вертикального відхилення, зібраним за аналогічною схемою, можна автоматизувати орієнтацію батареї в обох площинах.
Для захисту фотодіодів від надмірного опромінення застосовано зелений світлофільтр. Між фотодатчиками розміщують непрозору шторку. Її закріплюють перпендикулярно до плати з таким розрахунком, щоб при зміні кута освітлення вона затіняла один з фотодіодів. Докладніше читайте у статті в архіві . Загальний вигляд друкованої плати:
Після складання перевірив роботу приладу - все спрацьовує як слід, при засвіті одного і другого світлодіода спрацьовує мотор за годинниковою і проти годинникової стрілки.
Радіатор трохи завеликий, такого великого розміру не потрібно, але другові такий сподобався, потім сказав поріже на дві половини для двох готових плат, тестує поки що, оскільки з потужністю моторів ще не визначився.
Ці радіатори все знято з блоків живлення, у мене їх багато накопичилося, а люди все несуть і несуть. Розробка - І. Цаплін. Складання та випробування схеми - Igoran.
Обговорити статтю КОНТРОЛЕР ПОВЕРНЕННЯ СОНЯЧНОЇ ПАНЕЛІ
Одним із очевидних способів підвищення ефективності сонячних енергоустановок є використання в них систем стеження за сонцем. Розробка систем стеження з простим обслуговуванням дозволить значною мірою підвищити техніко-економічні показники сільськогосподарських об'єктів та створити комфортні умови праці та побуту людини при одночасному забезпеченні екологічної безпеки навколишнього середовища. Системи стеження можуть бути з однією або двома осями обертання сонячних панелей.
Сонячна енергоустановка із системою стеження, що включає компактний фотоелектричний датчик положення сонця, що складається з каркаса у формі прямої тригранної призми, на двох бокових гранях якої розміщені фотоелементи стеження за сонцем, а на третій грані встановлено командний фотоелемент розвороту модулів із заходу на схід. Протягом світлового дня фотоелементи стеження на гранях датчика видають командні сигнали блоку управління приводом азимутального повороту сонячного модуля, який при цьому розгортається в напрямку сонця за допомогою валу. Недоліком встановлення є недостатня точність стеження за сонцем.
Сонячна енергетична установка містить сонячну батарею із системою двовісною орієнтацією на сонці, на якій як датчики стеження за сонцем встановлені фотоелектричні модулі, що містять лінійні фотоприймачі, що знаходяться у фокусах циліндричних лінз Френеля. Сигнали від фотоприймачів за допомогою мікропроцесора здійснюють керування приводами системи азимутальної та зенітальної орієнтації сонячної батареї.
Недоліком цієї установки є недостатня точність стеження за сонцем, а також те, що датчики стеження займають частину активної площі сонячної батареї.
Основним завданням розробки є підвищення точності роботи датчика стеження за сонцем для двовісних систем орієнтації сонячних батарей за будь-якого положення сонця на небосхилі протягом року.
Вищевказаний технічний результат досягається тим, що в запропонованому датчику стеження за сонцем двовісної системи орієнтації сонячної батареї, що містить блок променевосприймаючих осередків, встановлених на нерухомому майданчику, які виконані у вигляді зворотних конусів з непрозорими стінками і укріплені на вузьких торцях кону. При цьому променевосприймаючі осередки щільно встановлені на майданчику з утворенням тілесного кута в 160° і обрамлені прозорою сферою, укріпленою на майданчику, яка встановлена з нахилом до горизонталі під кутом, що дорівнює географічній широті датчика.
Датчик стеження встановлюється на нерухомому майданчику, нормаль 6 якого (рис. 1) прямує на південь. Кут нахилу майданчика до горизонтальної основи відповідає географічній широті місцевості поруч із сонячною батареєю, розміщеною на механічній системі орієнтації на сонці, що містить приводи зенітального та азимутального обертання, що використовують крокові мотор-редуктори. Управління приводами сонячної батареї здійснюється мікропроцесором, який отримує електричні імпульси від фотоелектричних елементів осередків датчика. Мікропроцесор містить інформацію про географічну широту місцезнаходження сонячної батареї, електронний годинник, забезпечений календарем, за сигналами яких включаються мотор-редуктори зенітального та азимутального обертання сонячної батареї відповідно до рівняння руху сонця на небосхилі. При цьому величини досягнутих кутів повороту сонячної батареї за сигналами фотоелектричних елементів осередків датчика порівнюються зі значеннями, отриманими з рівняння руху сонця на поточний момент часу.
Сутність конструкції датчика пояснюється рис. 1, 2, 3 та 4. На рис. 1 та 3 представлена загальна схема датчика. На рис. 2 показаний вид зверху прозорої сфери і променевосприймаючих осередків. На рис. 4 показана схема такого осередку.
Датчик стеження за сонцем для двовісної системи орієнтації сонячних батарей містить майданчик 1, укріплену до горизонтальної основи 5 під кутом а, що дорівнює географічній широті місцевості. До майданчика 1 прикріплена прозора напівсфера 2 радіусом р. У всьому внутрішньому просторі сфери 2 впритул укріплені променевосприймаючі осередки 3, що мають форму зворотного конуса з непрозорими стінками 7, зверненого діаметром ф до внутрішньої стінки прозорої сфери 2, а діаметром d 2до майданчика 1. Висота конуса 3 дорівнює відстані hвід внутрішньої стінки сфери 2 до поверхні майданчика 1. У нижній частині конуса 3 на відстані 5d 1 від верхньої кромки конуса 3 розташований фотоелектричний елемент 4, електричний сигнал якого передається в мікропроцесорну систему управління поворотами осей сонячної батареї (на рис. 1 не показана) . Відстань 5d 1 вибирається таким чином, щоб сонячний промінь 8 фіксувався точно на фотоелектричному елементі 4, обмеженого непрозорими стінками 7 конуса 3.
Датчик стеження за сонцем працює в такий спосіб. Сонячні промені 8 проникають через прозору сферу 2, внутрішній простір конуса 3 і потрапляють на фотоелектричний елемент 4, викликаючи електричний струм, який аналізується мікропроцесором і передається на крокові двигуни-редуктори приводів системи орієнтації сонячної батареї (на малюнку не показана). При переміщенні сонця по небосхилу його промені 8 поступово включають фотоелектричні елементи 3 і сприяють точному і плавному регулюванню поворотів сонячної батареї по азимутальної і зенітальної осях.
Лабораторні випробування макета осередку датчика з використанням імітатора сонячного випромінювання показали прийнятні результати відсікання світлового потоку для прийнятих значень d 1 , d 2 та 5 d x.
Датчик стеження за сонцем двовісної системи орієнтації сонячної батареї містить променевосприймаючі осередки, виконані у вигляді зворотних конусів, щільно встановлених на майданчику з утворенням тілесного кута в 160° і обрамлених прозорою сферою, дозволяє більш точно орієнтувати сонячні батареї. .
Винахід відноситься до космічної техніки і може бути використане на космічних апаратах різного призначення. Пропонована сонячна батарея складається з рами, балки та верхніх та нижніх стулок. Стулки закріплені на рамі, балці та корпусі КА за допомогою пірозамків із собачками та пов'язані між собою фіксаторами. При цьому в корпусі кожного пирозамка додатково встановлений піроелемент, що автономно взаємодіє з собачкою, в якій виконано другий отвір під додаткову вісь. На нижній стулці шарнірно закріплена клямка, одним кінцем, що взаємодіє з кронштейном, жорстко закріпленим на верхній стулці, а іншим кінцем з торцем відповідного фіксатора. У пропонованій конструкції пірозасіб використовується одночасно для кріплення пакета стулок до рами та балки, а також рами та балки до корпусу КА. В результаті винахід дозволяє підвищити надійність розкриття стулок сонячної батареї приблизно 100 разів. 11 іл.
Винахід відноситься до космічної техніки і може бути використане на космічних апаратах різного призначення. Відома сонячна батарея (СБ) КА розробки ЦСКБ м. Самара, креслення 11ф624 8700-0, загальний вигляд якої зображено на фіг. 1 прототипу. На фіг. 2 зображено поперечний розріз батареї (перетин А-А). На фіг. 3 зображено пірозасіб у розрізі (Б-Б). На фіг. 4 зображено елемент фіксації стулок, а на фіг. 5 прототипу зображено сонячну батарею в робочому (розкритому положенні). На корпусі КА 1 (фіг. 1) жорстко закріплений привід 2, до вихідного валу якого прикріплена силова рама 3. На корпусі КА встановлена апаратура 4 (фіг. 2), яка спільно з зоною обтічником визначила конфігурацію батареї в покладеному положенні. На рамі 3 та балці 5 (фіг. 1) за допомогою шарнірного паралелограма 6 (фіг. 2) встановлені нижні стулки 7 і верхні стулки 8, зачековані з одного боку фіксатором 9 (фіг. 4 прототипу), а з іншого боку зв'язані шарніром 10 , Рама 3 та балка 5 пірозасобами 11 фіг. 1 фіксуються на корпусі КА. Пірозасіб 11 являє собою корпус 12, собачку 13, пружину кручення 14, піроелемент 15 (наприклад, піроболт), який притискає собачкою 13 раму 3 і балку 5 (фіг. 1) до корпусу КА 1. У корпусі пірозасобу 1. та собачці 13 виконано отвір 16 під основну вісь 17. Пиросредствами 11 (фіг. 2) аналогічної конструкції з використанням тих же піроелементів 15 (фіг. 3) прикріплені нижні стулки 7 (фіг. 2) до рами 3 і балки 5 (фіг. ) у шести силових точках. На одному з шарнірів паралелограма 6 (фіг. 2) жорстко встановлений кулачок 18 (фіг. 4), який упирається в пружний фіксатор 9, що утримує стулки 7 і 8 в зачеканому положенні. По периметру кожної стулки 7 і 8 натягнуто сетеполотно, на якому закріплені фотоелектричні перетворювачі 19 (фіг. 5). Розкриття СБ відбувається у наступній послідовності. Після скидання головного обтічника подається команда спрацьовування піроелементів 15 (фіг. 3) пірозасоби 11. По площині поділу піроелемент 15 розривається. Собачка 13 пружиною кручення 14 повертається в отворі 16 щодо основної осі 17. Зв'язок між рамою 3, балкою 5 (фіг. 3) та корпусом КА 1 (фіг. 1) розривається. Привід 2 відводить панель СБ корпусу КА 1 і зупиняється. Подається команда на спрацьовування піроелемента 15 (фіг. 3) пірозасобу 11 (фіг. 2). Зв'язок між нижньою стулкою 7, рамою 3 і 5 балкою (фіг. 1) розривається. Під впливом пружин кручення, встановлених осях Р (фіг. 2) шарнірного паралелограма 6, стулки 7 і 8 починають плоскопаралельне переміщення в осях шарнірного паралелограма 6. Жорстко закріплений на шарнірі кулачок 18 (фіг. 4) на певному куті повороту стулок 7 і 8 звільняє підпру розчіковує стулку 8 щодо стулки 7. Стулка 8 повертається щодо шарніра 10, а стулка 7 продовжує плоскопаралельний рух до її фіксації на рамі 3 (фіг. 1) і балці 5. Стулка 8 (фіг. 4) фіксується в шарнірі 10 зі стулкою 7. Таким чином, всі чотири стулки розкриваються та фіксуються, утворюючи єдину плоску панель. Привід 2 (фіг. 1) повертає панель оптимальне положення щодо Сонця. Недоліком описаної конструкції є низька надійність розкриття стулок. Наявність великої кількості піроелементів знижує можливість безвідмовного спрацьовування системи розкриття. Для розкриття однієї панелі СБ необхідне спрацювання 12-ти піроелементів (піроболтів). Відповідно до технічних умов на них P болта = 0,99996, а для 12-и P системи = 0,99996 12 = 0,99952 Це означає, приблизно, 1 відмова на 1000 виробів. Крім того, осьове переміщення фіксатора при зміщенні базових отворів у різних стулок при їх температурних деформаціях схильна до "закусування", що призводить до нерозкриття стулок. Завданням цього винаходу є підвищення надійності розкриття стулок СБ шляхом запровадження елементів дублювання. Поставлене завдання вирішується тим, що в корпусі кожного пірозасобу (замка) додатково встановлений піроелемент, що взаємодіє з собачкою, причому на нижній стулці шарнірно закріплена засувка, що гойдається, одним кінцем упирається в кронштейн, жорстко закріплений на верхній стулці, а іншим взаємодіє. На фіг. 6 зображено загальний вигляд СБ; на фіг. 7 – поперечний розріз СБ; на фіг. 8 - елемент фіксації верхніх та нижніх стулок; на фіг. 9 зображено пірозасіб (замок), що закріплює нижню стулку СБ з рамою та балкою на корпусі КА; на фіг. 10 зображено положення робочої ланки після спрацьовування основного піроелемента (піропатрона); на фіг. 11 - положення робочої ланки після спрацювання додаткового піроелемента (піропатрона). Сонячна батарея встановлена на корпусі 20 (фіг. 6) космічного апарату. До приводу 21 жорстко прикріплена силова рама 22. Апаратура, наприклад, антена 23 розміщується між рамою 22 і балкою 24. На рамі 22 і 24 балки за допомогою шарнірного паралелограма 25 (фіг. 7) встановлені нижні 26 і верхні 27 стулки. Нижня стулка 26, пов'язана зі стулкою 27 пружним шарніром 28, притискається до корпусу 20 (фіг. 6) пірозасобом 29 (фіг. 9). Таким чином, пірозасобом 29 притискаються до корпусу КА 20 (фіг. 6) стулки 26 (фіг. 7), рама 22 (фіг. 6) і балка 24. У корпусі 30 (фіг. 9) кожного пірозасобу 29 виконано отвір 31 під основну вісь 32 і встановлений піроелемент 33 (піропатрон), який взаємодіючи з віссю 32, фіксує важіль 34 щодо корпусу 30. Додатковий піроелемент 35 (фіг. 11) встановлений у корпусі 30, взаємодіє з додатковою віссю 36 (фіг 1). з корпусом 30 (фіг. 9) і собачкою 37. Власна вісь 38 фіксує важіль 34 щодо собачки 37 і забезпечує їх спільний поворот щодо додаткової осі 36 (фіг. 10) у корпусі 30 (фіг. 9), в якому виконаний фігурний паз 39 . У важіль 34 упирається пружинний штовхач 40, а собачка 37 взаємодіє зі зведеною пружиною кручення 41. На стулці 26 (фіг. 8) встановлена підпружинена в осі 42 засувка 43, один кінець якої упирається в торець 4 4 кулачком 46. Інший кінець клямки 43 утримує стулку 27 від розкриття. Робота КА здійснюється у наступній послідовності. Після скидання головного обтічника, виходячи з функціональних завдань КА, антена 23 (фіг. 7) своїм приводом відводиться від корпусу КА 20 (фіг. 6) із зони розкриття СБ і фіксується в робочому положенні. Таким чином, антена 23 (фіг. 7) звільняє зону для розкриття стулок 26 та 27 на борту космічного апарату. З'явилася можливість використовувати пірозасіб для: - кріплення пакета стулок до рами та балки та для їх подальшого розкриття; - кріплення рами та балки до корпусу КА та їх подальше відділення. Використання одного пірозасобу для вирішення двох завдань дозволяє зменшити їх кількість, що підвищує надійність роботи системи. Подається команда на спрацьовування основного піроелемента 33 (фіг. 9) пиросредства 29. Основна вісь 32, переміщуючись в осьовому напрямку, "потопає" в корпусі 30. Важель 34 під дією зусилля стиснутої пружини штовхача 40 разом з собачкою. власною віссю 38 повертається щодо додаткової осі 36. При цьому вісь 38 переміщається в порожнини фігурного паза 39. Без аналізу спрацьовування пірозасоби від основного піроелемента 33 через 0,5-2 подається команда на дублюючий піроелемент 35 (фіг. Під дією порохових газів "потопає" додаткова вісь 36 (фіг. 10), собачка 37 повертається щодо основної осі 32 пружиною кручення 41. Стулки 26 і 27 (фіг. 7), рама 22 (фіг. 6) і балка 24 звільняються від корпусу КА 20, розкриваються під дією пружин кручення, паралелограма 25 (фіг. 7). Панель відводиться приводом 21 робоче положення. Собачка 37 (фіг. 10) не виступає за площину "щ" і не перешкоджає відводу елементів СБ від корпусу КА. Жорстко закріплений на шарнірі кулачок 46 (фіг. 8) на певному куті повороту звільняє фіксатор 45, який, переміщаючись в осьовому напрямку, звільняє хвостовик засувки 43. Повертаючись пружиною кручення, засувка 43 і звільняє створ. При взаємних переміщеннях стулок від перевантажень і перепадах температурних торець 44 фіксатора 45 має можливість переміщатися по пл. "Я", що унеможливлює нерозкриття стулок. У зв'язку з тим, що в корпусі пірозасобу 30 (фіг. 9) встановлені два незалежні механізми, що спрацьовують від піроелементів (піропатронів) 33 і 35 (фіг. 11), надійність спрацьовування пірозасобу збільшується і становить
P o = 0,999999
Оскільки вдалося вирішити завдання кріплення і розкриття стулок 6-ю пірозасобами (замість 12), надійність розкриття стулок становить
P системи = 0,999999 6 = 0,99999
Це приблизно 1 відмова на 100000 виробів. Введення шарнірно закріпленої на стулки засувки виключає заклинювання фіксатора (навіть при температурних переміщеннях стулок відносно один одного). Пропоноване технічне рішення дозволяє підвищити надійність системи розкриття стулок СБ приблизно 100 разів.
формула винаходу
Сонячна батарея космічного апарату, що складається з рами, балки, верхніх і нижніх стулок, попарно пов'язаних між собою фіксаторами і встановлених на рамі та балці, які закріплені на корпусі космічного апарату за допомогою пірозасобу з собачкою, що повертається щодо осі в отворі, виконаний , відрізняється тим, що в корпусі пірозасоби додатково встановлений піроелемент, що взаємодіє з собачкою, причому на нижній стулці шарнірно закріплена пружна засувка, одним кінцем упирається в кронштейн, жорстко закріплений на верхній стулці, а іншим взаємодіє з торцем фіксатора.