SI21861A - Senzorski soncni sledilnik - Google Patents

Abstract

Senzorski soncni sledilnik resuje problem avtomatskega sledenja soncu po eni ali z uporabo dveh senzorskih soncnih sledilnikov po obeh oseh na izredno zanesljiv, zelo preprost in poceni nacin. Njegova elektronska logika, ki je sestavljena le iz stirih uporov in dveh operacijskih ojacevalnikov, za sledenje soncu po eni izmed osi dobiva podatke o polozaju sonca iz detektorja polozaja sonca (16) in vklaplja in izklaplja pogonski enosmerni motor (10) nosilne sledilne konstrukcije, na katero je pritrjen poljuben soncni sprejemnik, tako, da je ta soncni sprejemnik v toku dneva vedno obrnjen natancno proti soncu. Hkrati ta senzorski soncni sledilnik omogoca se zgodnje jutranje vracanje soncnega sprejemnika nazaj proti vzhodu in pa tudi ultra natancno sledenje soncu.

Description

SENZORSKI SONČNI SLEDILNI«

Izum se nanaša na področje solarne tehnike, ki se ukvarja z razvojem in proizvodnjo najrazličnejših elektronskih naprav, ki v povezavi z motoriziranimi sledilnimi nosilnimi konstrukcijami, na katere so pritrjeni razni sončni sprejemniki, omogočajo avtomatsko obračanje teh sončnih sprejemnikov po soncu tako, da sončni žarki padajo na njih po eni ali obeh oseh vedno pravokotno.

Tehnični problem, ki ga rešuje izum, je takšen senzorski sončni sledilnik, katerega elektronska logika bo na izredno zanesljiv, zelo preprost in poceni način v povezavi s primernim detektorjem položaja sonca omogočala vklapljanje in izklapljanje manjših in tudi večjih enosmernih motorjev sledilne nosilne konstrukcije, na katero so pritrjeni razni sončni sprejemniki, tako, da bodo ti sončni sprejemniki v toku dneva vedno obrnjeni natančno proti soncu in to po eni osi ali z uporabo dveh elektronskih logik in dveh detektorjev položaja sonca po obeh oseh. Hkrati bo ta elektronska logika v povezavi s primernim detektorjem položaja sonca omogočala tudi ultra natančno sledenje soncu, s pomočjo dodatnega jutranjega svetlobnega senzorja nameščenega na tem detektorju položaja sonca pa bo zaznavala prve jutranje sončne žarke in tako omogočila takojšnje jutranje vračanje sončnih sprejemnikov nazaj proti vzhodu.

Znanih tehničnih rešitev (senzorskih sončnih sledilnikov), ki s pomočjo detektorjev položaja sonca in elektronske logike omogočajo motorizirano (s pomočjo enosmernega motorja) sledenje soncu je veliko. Vsem je skupno to, da njihova elektronska logika za sledenje po eni osi dobiva podatke o položaju sonca iz nekega detektorja položaja sonca, katerega glavni del so poljubni svetlobni senzorji, le ta pa je vedno nameščen nekje na sončnem sprejemniku (obrača se skupaj s sončnim sprejemnikom). Za sledenje po drugi osi vse znane tehnične rešitve uporabljajo še en enak sklop elektronske logike in detektorja položaja sonca s to razliko, da je ta drugi detektor položaja sonca na sončnem sprejemniku za 90 stopinj zarotiran glede na prvega.

Vse znane tehnične rešitve se razlikujejo po tem, da imajo različne detektorje položaja sonca in različne zgradbe elektronskih logik, ki služijo za krmiljenje vklopov in izklopov enosmernih motorjev sledilnih konstrukcij. Vsaka od znanih rešitev pa ima svoje prednosti in tudi pomanjkljivosti.

Elektronske logike po patentih US4649899, US4245153 in US4190766 za vklope in izklope enosmernih motorjev uporabljajo mehanske releje, ki ne omogočajo veliko vklopnih in izklopnih manipulacij in tako zmanjšujejo zanesljivost delovanja (življenjsko dobo) tem sončnim sledilnikom.

Elektronske logike po patentih US6005236, DE10043525, US4262195, US4632091 US4612488, US4510385, US4320288, US4302710, US4297572, US4225781,

US4223214, US4883340, US4223174, US4151408, US4146785, US4146784,

US3917942, DE4306656, US4361758, US5512742 in US4649900 vsebujejo večje število elektronskih elementov, kar jim zmanjšuje zanesljivost delovanja, hkrati pa tudi niso poceni. Poleg tega nekatere od omenjenih elektronskih logik za vklope in izklope enosmernih motorjev uporabljajo mehanske releje.

Elektronska logika po patentu US4349733 ima sicer majhno število elektronskih elementov, vendar ne omogoča vrtenje sledilne konstrukcije še v obratni smeri, poleg tega pa za vklop in izklop enosmernega motorja uporablja mehanski rele.

Elektronski logiki po patentih JP6045631 in US4730602 sta sicer najpreprostejši, vendar ne omogočata zelo natančnega sledenja soncu in priklopa močnejših motorjev.

Po izumu je problem rešen z dovršeno elektronsko logiko, ki je zgrajena le iz štirih uporov, dveh enakih operacijskih ojačevalnikov in treh fotodiod, ki so sicer sestavni del preprostega detektorja položaja sonca. Izum bo opisan s pomočjo treh slik, ki prikazujejo:

Slika 1: detektor položaja sonca za sledenje soncu od vzhoda proti zahodu z dodanim jutranjim svetlobnim senzorjem - prikazan je primer, ko sta vzhodni in zahodni svetlobni senzor enako osvetljena

Slika 2: detektor položaja sonca za sledenje soncu od vzhoda proti zahodu z dodanim jutranjim svetlobnim senzorjem - prikazan je primer, ko vzhodni in zahodni svetlobni senzor nista enako osvetljena

Slika 3: elektronska logika (elektronsko vezje) senzorskega sončnega štedilnika

Senzorski sončni sledilnik tvorita detektor položaja sonca 16 in elektronska logika. Ta sestav omogoča sledenje soncu od vzhoda proti zahodu. Za sledenje soncu po višini se uporabi še en enak senzorski sončni sledilnik s to majhno razliko, da njegov detektor položaja sonca 16 nima jutranjega svetlobnega senzorja 3 in da je na sončnem sprejemniku za 90 stopinj zarotiran glede na prvega, ki kot rečeno omogoča sledenje soncu od vzhoda proti zahodu. V nadaljevanju je zaradi velike podobnosti med senzorskim sončnim sledilnikom za sledenje soncu od vzhoda proti zahodu in senzorskim sončnim sledilnikom za sledenje soncu po višini opisan le senzorski sončni sledilnik, ki omogoča sledenje soncu od vzhoda proti zahodu.

Detektor položaja sonca 16 je sestavljen iz vzhodnega svetlobnega senzorja 1, zahodnega svetlobnega senzorja 2, jutranjega svetlobnega senzorja 3 in iz pregrade 11. Za vse tri svetlobne senzorje so uporabljene fotodiode, ki niso nič drugega kot majhne sončne celice. Anode in katode svetlobnih senzorjev (fotodiod) se vodijo v elektronsko logiko in predstavljajo njen vhod. Detektor položaja sonca 16 je vedno nameščen na robu sončnega sprejemnika (najbolje nekje na zgornjem robu le tega) in se po soncu obrača skupaj z njim.

Elektronska logika je sestavljena iz štirih uporov in iz dveh enakih operacijskih ojačevalnikov. Na vhodu elektronske logike sta upor 4 in upor 5. Ena sponka upora 4 je priključena na anodo vzhodnega svetlobnega senzorja 1, na anodo jutranjega svetlobnega senzorja 3, na neinvertirajoč vhod operacijskega ojačevalnika 6 in na invertirajoč vhod operacijskega ojačevalnika 8. Druga sponka upora 4 je priključena na katodo vzhodnega svetlobnega senzorja 1, na katodo jutranjega svetlobnega senzorja 3 in na maso. Ena sponka upora 5 je priključena na anodo zahodnega svetlobnega senzorja 2, na neinvertirajoč vhod operacijskega ojačevalnika 8 in na invertirajoč vhod operacijskega ojačevalnika 6. Druga sponka upora 5 je priključena na katodo zahodnega svetlobnega senzorja 2 in na maso. Upornost upora 4 mora biti približno enaka tisti notranji upornosti vzhodnega svetlobnega senzorja 1, ki jo ima le ta takrat, ko je osvetljen z jakostjo sončnega obsevanja 1000 W/m². Upornost upora 5 mora biti približno enaka tisti notranji upornosti zahodnega svetlobnega senzorja 2, ki jo ima le ta takrat, ko je osvetljen z jakostjo sončnega obsevanja 1000 W/m². Najbolje je (ni pa nujno), da so vsi trije svetlobni senzorji enaki, saj sta potem enaka tudi upora 4 in 5. Na izhoda operacijskih ojačevalnikov 6 in 8 je direktno priključen enosmerni motor 10, ki obrača sledilno nosilno konstrukcijo, na katero so pritrjeni sončni sprejemniki in seveda tudi detektor položaja sonca 16. Operacijska ojačevalnika 6 in 8 morata biti obvezno enaka in takega tipa, da za delovanje ne potrebujeta dvojne napajalne napetosti, da njuna izhoda omogočata stik z maso (da tok lahko teče skozi izhodno sponko tudi nazaj v operacijski ojačevalnik) in da sta njuna izhoda napetostno in tokovno dovolj zmogljiva, da lahko napajata izbran enosmerni motor 10. Operacijska ojačevalnika 6 in 8 morata biti priključena na enojno enosmerno napajalno napetost +U, ki je enaka nazivni napajalni napetosti priključenega enosmernega motorja 10. Del elektronske logike sta še upora 7 in 9. Ena sponka upora 7 je priključena na invertirajoč vhod operacijskega ojačevalnika 6, druga pa na izhod operacijskega ojačevalnika 6. Ena sponka upora 9 je priključena na invertirajoč vhod operacijskega ojačevalnika 8, druga pa na izhod operacijskega ojačevalnika 8. S pomočjo uporov 7 in 9, ki morata imeti vsaj približno enaki upornosti, se nastavlja ojačanje operacijskih ojačevalnikov, ki direktno vpliva na natančnost sledenja in sicer večji kot sta upornosti uporov 7 in 9, večja je natančnost sledenja in obratno. Največjo možno (ultra) natančnost sledenja se doseže, če upora 7 in 9 preprosto odstranimo (neskončna upornost). Na natančnost sledenja poleg uporov 7 in 9 vpliva še višina pregrade 11 in sicer višja kot je pregrada 11, večja je natančnost sledenja in obratno.

Senzorski sončni štedilnik, ki je predmet izuma, kot celota deluje na sledeč način. V primeru, ko je smer sončnih žarkov 14 vzporedna pregradi 11 (takrat sončni žarki padajo pravokotno na sončni sprejemnik), sta vzhodni svetlobni senzor 1 in zahodni svetlobni senzor 2 enako osvetljena. To ima za posledico, da sta njuni izhodni napetosti U1 in U2 enaki. Napetosti U1 in U2 sta hkrati tudi vhodni napetosti na invertirajočima in neinvertirajočima vhodoma operacijskih ojačevalnikov 6 in 8. Ker na vhodu operacijskih ojačevalnikov 6 in 8 ni diferenčne razlike, sta izhoda operacijskih ojačevalnikov 6 in 8 enaka in sicer 0 voltov. Enosmerni motor 10 in tudi sončni sprejemnik v tem primeru mirujeta. Ker pa sonce 12 čez dan potuje od vzhoda proti zahodu, kar je prikazano s puščico 15, pregrada 11 kmalu naredi senco vzhodnemu senzorju 1, kar zmanjša napetost U1 in tako je sedaj napetost U2 večja od napetosti U1. To ima za posledico, da se izhodna napetost operacijskega ojačevalnika 8 poveča, saj je na njegovem neinvertirajočem vhodu večja napetost kot na njegovem invertirajočem vhodu. Ker ostane izhod operacijskega ojačevalnika 6 na masi (na njegovem neinvertirajočem vhodu je manjša napetost kot na njegovem invertirajočem vhodu), se enosmerni motor 10 zavrti in sončni sprejemnik se skupaj z detektorjem položaja sonca 16 začne obračati proti zahodu. Ko sončni žarki spet padajo pravokotno na sončni sprejemnik, sta napetosti U1 in U2 znova enaki in enosmerni motor 10, kakor tudi potovanje sončnega sprejemnika, se ustavi. Ta sekvenca vklopov in izklopov enosmernega motorja 10 se ponavlja čez cel dan vse do večera, ko se potovanje sončnega sprejemnika ustavi. Takrat je U1 = U2 = 0 V. Nato ostaneta sončni sprejemnik in z njim tudi detektor položaja sonca 16 obrnjena proti zahodu vse do pojava prvih jutranjih sončnih žarkov na vzhodu. Ko se pojavijo prvi jutranji sončni žarki, le te zazna jutranji svetlobni senzor 3, ki je v toku dneva vedno v senci, zjutraj, ko vzhodni svetlobni senzor 1 in zahodni svetlobni senzor 2 še vedno »gledata« proti zahodu, pa je le ta obrnjen naravnost proti vzhodu. Tako je sedaj zahvaljujoč jutranjemu svetlobnemu senzorju 3 napetost U1 večja od napetosti U2 in izhodna napetost operacijskega ojačevalnika 6 se poveča, saj je na njegovem neinvertirajočem vhodu večja napetost kot na njegovem invertirajočem vhodu. Ker ostane izhod operacijskega ojačevalnika 8 na masi (na njegovem neinvertirajočem vhodu je manjša napetost kot na njegovem invertirajočem vhodu), se enosmerni motor 10 zavrti v nasprotni smeri in sončni sprejemnik se skupaj z detektorjem položaja sonca 16 začne obračati nazaj proti vzhodu, vse dokler sončni žarki spet ne padajo pravokotno na sončni sprejemnik. Takrat sta napetosti U1 in U2 spet enaki, jutranji svetlobni senzor 3 je v senci in spet se začne ponavljati zgoraj omenjena sekvenca vklopov in izklopov enosmernega motorja 10.

Claims (2)

PATENTNI ZAHTEVKI

1. Senzorski sončni sledilnik, označen s tem, da njegova elektronska logika vsebuje upor (4), katerega ena sponka je priključena na anodo vzhodnega svetlobnega senzorja (1), na anodo jutranjega svetlobnega senzorja (3), na neinvertirajoč vhod operacijskega ojačevalnika (6) in na invertirajoč vhod operacijskega ojačevalnika (8), druga sponka upora (4) pa je priključena na katodo vzhodnega svetlobnega senzorja (1), na katodo jutranjega svetlobnega senzorja (3) in na maso; da njegova elektronska logika vsebuje upor (5), katerega ena sponka je priključena na anodo zahodnega svetlobnega senzorja (2) , na neinvertirajoč vhod operacijskega ojačevalnika (8) in na invertirajoč vhod operacijskega ojačevalnika (6), druga sponka upora (5) pa je priključena na katodo zahodnega svetlobnega senzorja (2) in na maso; da njegova elektronska logika vsebuje operacijski ojačevalnik (6) in operacijski ojačevalnik (8), katerih izhoda sta priključena na enosmerni motor (10); da njegova elektronska logika vsebuje upor (7), katerega ena sponka je priključena na invertirajoč vhod operacijskega ojačevalnika (6), druga pa na izhod operacijskega ojačevalnika (6); da njegova elektronska logika vsebuje upor (9), katerega ena sponka je priključena na invertirajoč vhod operacijskega ojačevalnika (8), druga pa na izhod operacijskega ojačevalnika (8).

2. Senzorski sončni sledilnik po zahtevku 1 označen s tem, da ima njegov detektor položaja sonca (16) v primeru, ko želimo slediti soncu od vzhoda proti zahodu, na eni strani pregrade (11) vzhodni svetlobni senzor (1), na drugi strani pregrade (11) zahodni svetlobni senzor (2) in na spodnji strani pregrade (11) jutranji svetlobni senzor (3); da njegov detektor položaja sonca (16) v primeru, ko želimo slediti soncu po višini, nima jutranjega svetlobnega senzorja (3) .