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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Heliostato. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía Una de las áreas de la energía solar es la conversión directa de energía solar en energía eléctrica mediante paneles solares. El artículo describe un dispositivo sencillo que permite orientar automáticamente una batería solar hacia el sol. Como se sabe, la potencia del flujo luminoso en la superficie de la Tierra en el ecuador alcanza 1,1 kW/m2 (en la latitud de Moscú, alrededor de 0,5 kW/m2). Aproximadamente el 40% de esta energía se puede convertir en electricidad mediante células solares creadas por la empresa inglesa Sandia National Laboratories a base de arseniuro de nitruro de indio y galio. En algunos casos es recomendable utilizar baterías solares convencionales con una eficiencia del 20% [1]. La eficiencia de las células solares depende de muchos factores, pero el factor decisivo es la orientación de sus elementos con respecto a la fuente de radiación. Para mantener una iluminación óptima de los paneles solares, se han desarrollado una variedad de sistemas de seguimiento, desde los analógicos más simples hasta los analógicos-digitales [2]. El ajuste de tales dispositivos se complica por el hecho de que su umbral de respuesta varía dependiendo no sólo del diferencial, sino también de la intensidad de iluminación general. Además, la instalación de dichos sistemas a su estado original requiere la intervención de personal de mantenimiento. El dispositivo propuesto (helióstato) utiliza control por impulsos y, sin intervención externa, es capaz de orientar la batería solar según la mejor iluminación. El diagrama esquemático del helióstato se muestra en la Fig. 1. Consta de un generador de reloj (DD1.1, DD1.2), dos circuitos integradores (VD1R2C2, VD2R3C3), la misma cantidad de controladores (DD1.3, DD1.4), un comparador digital (DD2), dos inversores (DD1.5 .1.6, DD1) y un interruptor de transistor (VT6-VT1) para el sentido de rotación del motor eléctrico MXNUMX, que controla la rotación de la plataforma sobre la que está instalada la batería solar.
Cuando se suministra energía (desde el propio panel solar o desde la batería), el generador basado en los elementos DD1.1, DD1.2 comienza a generar pulsos de reloj con una frecuencia de aproximadamente 300 Hz. Durante el funcionamiento del dispositivo, se comparan las duraciones de los impulsos generados por los inversores DD1.3, DD1.4 y los circuitos integradores VD1R2C2, VD2R3C3. Su pendiente varía según la constante de tiempo de integración, que, a su vez, depende de la iluminación de los fotodiodos VD1 y VD2 (la corriente de carga de los condensadores C2 y C3 es proporcional a su iluminación). Las señales de las salidas de los circuitos integradores se suministran a los controladores de nivel DD1.3, DD1.4 y luego a un comparador digital fabricado en los elementos del microcircuito DD2. Dependiendo de la relación de la duración de los pulsos que llegan a las entradas del comparador, aparece una señal de bajo nivel en la salida del elemento DD2.3 (pin 11) o DD2.4 (pin 4). Con la misma iluminación de los fotodiodos, hay señales de alto nivel en ambas salidas del comparador. Se necesitan inversores DD1.5 y DD1.6 para controlar los transistores VT1 y VT2. Un nivel de señal alto en la salida del primer inversor abre el transistor VT1, en la salida del segundo, VT2. Las cargas de estos transistores son interruptores en los potentes transistores VT3, VT6 y VT4, VT5, que conmutan la tensión de alimentación del motor eléctrico M1. Los circuitos R4C4R6 y R5C5R7 suavizan las ondulaciones en las bases de los transistores de control VT1 y VT2. La dirección de rotación del motor cambia según la polaridad de la conexión a la fuente de alimentación. El comparador digital no permite que todos los transistores clave se abran simultáneamente y, por lo tanto, garantiza una alta confiabilidad del sistema. Con el amanecer, la iluminación de los fotodiodos VD1 y VD2 será diferente y el motor eléctrico comenzará a girar la batería solar de oeste a este. A medida que disminuye la diferencia en las duraciones de los pulsos generados por los moldeadores, la duración del pulso resultante disminuirá y la velocidad de rotación de la batería solar disminuirá suavemente, lo que asegurará su posicionamiento preciso. Así, con el control por impulsos, la rotación del eje del motor eléctrico se puede transferir a la plataforma con la batería solar directamente, sin necesidad de utilizar una caja de cambios. Durante el día, la plataforma con la batería solar girará siguiendo el movimiento del sol. Con el inicio del crepúsculo, la duración de los pulsos en la entrada del comparador digital será la misma y el sistema entrará en modo de espera. En este estado, la corriente consumida por el dispositivo no supera los 1,2 mA (en modo orientación depende de la potencia del motor). La batería de helióstato se utiliza para almacenar la energía generada por el panel solar y alimentar la propia unidad electrónica. Dado que el motor eléctrico sólo se enciende para hacer girar la batería (es decir, por un corto tiempo), no hay interruptor de encendido. El dispositivo descrito orienta la batería solar en un plano horizontal. Sin embargo, a la hora de posicionarlo se debe tener en cuenta la latitud geográfica de la zona y la época del año. Si complementa el diseño con una unidad de desviación vertical ensamblada de acuerdo con un esquema similar, puede automatizar completamente la orientación de la batería en ambos planos. Además de los indicados en el diagrama, el dispositivo puede utilizar microcircuitos de las series K564, K176 (con una tensión de alimentación de 5... 12 V). Los transistores KT315A son intercambiables con cualquiera de las series KT201, KT315, KT342, KT3102 y KT814A con cualquiera de las series KT814, KT816, KT818, así como con germanio P213-P215, P217 con cualquier índice de letras. En este último caso, se deben conectar resistencias con una resistencia de 3...6 kOhm entre los emisores y las bases de los transistores VT1-VT10 para evitar su apertura accidental debido a una importante corriente inversa. En lugar de fotodiodos FD256, está permitido utilizar células solares individuales de la propia batería (conectadas con la polaridad correcta), fototransistores sin circuitos de polarización, así como fotorresistores, por ejemplo, SF2, SFZ o FSK de cualquier modificación. Solo necesita seleccionar (cambiando la resistencia de la resistencia R1) la frecuencia del generador de reloj en función del funcionamiento confiable del comparador digital. Todas las partes del dispositivo están montadas en una placa de circuito impreso (Fig. 2) hecha de fibra de vidrio de doble cara. Los transistores VT3 - VT6 están atornillados a la placa y equipados con disipadores de calor en forma de L con un área de aproximadamente 10 cm2, doblados a partir de tiras de chapa de aleación de aluminio de 1,5 mm de espesor. Cuando se utiliza un motor eléctrico más potente, estos transistores se colocan en disipadores de calor separados para garantizar una disipación de calor eficiente. La placa se coloca en una caja de plástico sellada, montada al ras de la batería solar.
Se utiliza un filtro de luz verde para proteger los fotodiodos del exceso de irradiación. Se coloca una cortina opaca entre los fotosensores. Se fija perpendicular al tablero de tal forma que cuando cambia el ángulo de iluminación, sombrea uno de los fotodiodos. La batería solar se instala sobre una plataforma, debajo de la cual se monta un motor eléctrico MP-3-015 (tensión de alimentación 6 V), que lo gira en un plano horizontal. Es posible utilizar un motor más potente, en el que el sentido de rotación del eje también cambia según la polaridad del voltaje. Una batería está conectada a la batería a través de un colector de corriente, cuya corriente de carga corresponde a la corriente máxima generada por la batería. El dispositivo, ensamblado a partir de piezas reparables, no requiere ajuste y comienza a funcionar inmediatamente. Su sensibilidad es tal que la batería se orienta con seguridad según el flujo luminoso de la lámpara MH 2,5 V-0,15 A, situada a una distancia de 3 m de los fotosensores. Literatura
Autor: I.Tsaplin, Krasnodar
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