12:34

Sluneční elektrárna

Sledovač slunce 14.12.2022 12:34

V našich končinách jsou domácích sledovače slunce okrajové téma. Pokud ale nemůžete stejně jako já umístit solární panely na střechu a zároveň chcete maximalizovat výtěžnost solárního pole, pak sledovač slunce stojí za úvahu.

Mechanická konstrukce sledovače slunce je navržena tak, aby byl sledovač slunce vyrobitelný a smontovatelný v domácích podmínkách. Dva lidé jej sestaví ze štaflí bez nutnosti použití zdvihací techniky. Autorem tohoto konceptu je jistý pán, který svůj sledovač slunce provozuje již několik let a jehož cenné rady mi byly velikou pomocí.

Pokud to bylo možné, byly použity komponenty, které jsou u nás běžně dostupné a u kterých lze předpokládat, že budou běžně dostupné i v budoucnu. Jen v jediném případě jsem se obrátil na čínského výrobce, protože se mi nepodařilo nalézt alternativu na našem trhu.

Celkové pohledy na sledovač slunce

Na obrázku 1 je 2D model sledovače slunce z čelního a bočního pohledu. Postava je 180 cm vysoká. Na obrázcích 2 a 3 jsou pohledy na skutečné provedení sledovače slunce.

Obrázek 1 – 2D model sledovače slunce

Obrázek 2 - Pohled na sledovač slunce zepředu

Obrázek 3 – Pohled na sledovač slunce zezadu

Stožár

Stožár je tvořen trubkou o průměru 273 mm a délce 4 m. Stožár je žárově zinkovaný.

Stožár je zabetonován do země. Železobetonový blok má objem asi 1,5 kubického metru, což odpovídá váze asi 3 t. Na obrázku 4 je uzemnění stožáru zemnící tyčí.

Obrázek 4 – Uzemnění stožáru

Konstrukce solárního pole

Hlavní trámec je svařen z profilů jekl 120x60x4 mm. Platle pantů solárního pole a vertikálního pohonu mají tloušťku 12 mm.

Nosná konstrukce solárního pole ve tvaru H je vyrobena z profilů jekl 120x60x4 mm.

Nosné trámce solárního pole jsou vyrobeny z profilů jekl 120x60x3 mm.

Všechny konstrukční prvky jsou žárově zinkované kromě hlavního trámce, který je natřen dvousložkovou barvou, protože jeho členitá konstrukce neumožňuje žárové zinkování.

Rastr solárního pole je tvořen hliníkovými profily 45x45 mm. Celková délka rastru je 6,4 m a celková výška rastru je 4 m. Na obrázku 5 je přímý pohled na konstrukci solárního pole.

Obrázek 5 – Konstrukce solárního pole

Horizontální pohon

Na obrázku 6 je horizontální pohon. Mohutná šneková převodovka nese celé solární pole. Je poháněna motorem s integrovanou planetovou převodovkou. Celá soustava horizontálního pohonu byla dodána z Číny, protože se mi nepodařilo nalézt lokální alternativu.

Obrázek 6 – Horizontální pohon

Vertikální pohon

Na obrázku 7 je sestava vertikálního pohonu, kterou představuje zdvižná převodovka s trapézovým šroubem poháněná motorem se šnekovou převodovkou.

Obrázek 7 – Vertikální pohon

Spínání motorů obou pohonů

Motory obou pohonů jsou spínány dvojicemi stykačů v reverzačním zapojení. Stykače jsou ovládány řídícím systémem sluneční elektrárny.

Čidla koncových poloh solárního pole

Každá ze čtyř koncových poloh solárního pole je detekována indukčním čidlem zapojeným do řídícího systému sluneční elektrárny. Selhání indukčního čidla je ošetřeno následným koncovým spínačem s mechanickou vazbou, který vypíná napájecí napětí motoru příslušného pohonu v příslušném směru a zároveň spíná havarijní signál do řídícího systému sluneční elektrárny. Pohled na sestavu indukčního čidla a koncového spínače je na obrázku 8.

Obrázek 8 – Sestava indukčního čidla a koncového spínače

Čidlo slunce

Na obrázku 9 je otevřené čidlo slunce v klasickém čtyřkvadrantovém provedení se snímacím fotorezistorem v každém kvadrantu. Čidlo slunce je vyrobené, protože se mi nepodařilo nalézt takové čidlo, které by vyhovovalo mým požadavkům.

Obrázek 9 – Otevřené čidlo slunce

Anemometry

Anemometry na obrázku 10 jsou spínací jazýčkové s jedním sepnutím na otáčku. Vahadla se závěsy jsou vyrobené, protože se mi nepodařilo nalézt celou tuto sestavu. Selhání jednoho anemometru je ošetřeno fungováním druhého anemometru a naopak. Anemometry jsou zapojeny do řídícího systému sluneční elektrárny a o vzájemné hlídání jejich správné funkce se stará program řídícího systému sluneční elektrárny.

Obrázek 10 – Anemometr

Solární pole

Solární pole je tvořeno dvanácti solárními panely Longi LR4-72HPH-450M o výkonu 450 W ve špičce, technické údaje solárních panelů jsou uvedeny v technickém listu ZDE. Celkový výkon solárního pole je 5,4 kW ve špičce. Solární panely jsou zapojeny do dvou samostatných stringů po šesti v sérii. První string tvoří horní řadu solárních panelů a druhý string tvoří dolní řadu solárních panelů. Oba stringy nejsou elektricky spojené a mají vlastní přepěťovou ochranu a vlastní dvoupólový DC jistič.

Silový rozvaděč

Silový rozvaděč na obrázku 11 obsahuje přepěťové ochrany a DC jističe solárního pole a stykače motorů obou pohonů.

Obrázek 11 – Silový rozvaděč

Ovládací rozvaděč

Ovládací rozvaděč na obrázku 12 obsahuje ovládací panel a kartu analogových převodníků čidla slunce.

Obrázek 12 – Ovládací rozvaděč

Ovládací panel

Ovládací panel na obrázku 13 je navržen s ohledem na úsporu místa v ovládacím rozvaděči. Ovládací panel je zapojen do řídícího systému sluneční elektrárny. Indikuje provozní režimy sledovače slunce, stavy indukčních čidel, koncových spínačů a motorů obou pohonů. Lze jím volit provozní režimy sledovače slunce a ovládat oba pohony v ručním režimu.

Obrázek 13 – Ovládací panel

Karta analogových převodníků čidla slunce

Karta analogových převodníků čidla slunce na obrázku 14 je čtyřkanálová. Do vstupu každého kanálu je zapojen jeden kvadrant čidla slunce, signál je veden přes kalibrační obvod do vstupu analogového převodníku napětí – proud a výstup převodníku napětí – proud je zapojen do řídícího systému sluneční elektrárny. Moduly analogových převodníků napětí – proud jsou koupené, karta je vyrobená.

Obrázek 14 – Karta analogových převodníků čidla slunce

Řízení sledovače slunce

Řízení sledovače slunce vykonává řídící systém sluneční elektrárny jako jednu z úloh. Obrazovka vizualizace řídícího systému, která zobrazuje základní provozní hodnoty a stavy sledovače slunce, je na obrázku 15.

Obrázek 15 – Přehledová obrazovka sledovače slunce