Бондаренко (1189809), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Помимо описанных проблем, датчик, основанный на эффекте Саньяка, отличается сложностью конструкции и дороговизной его исполнения. К тому же столь высокая точность ориентирования на Солнце не обоснована для ФМ. Поэтому датчики, работающие по данному принципу не нашли практической реализации для наземных ФМ.
3.1.3 Гелиотрекер
Гелиотрекер представляет собой небольшую плату с укрепленными на ней четырьмя элементами, представляющими собой фотодатчики (фоторезисторами, фотодиодами или др.) [60]. Элементы разделены между собой крестообразной перегородкой (рисунок 3.2). При ориентации на Солнце или яркое пятно освещены все четыре элемента. При изменении положения яркого пятна на небе изменится освещенность гелиотрекера, некоторые элементы окажутся в тени, что отследит схема управления.
Рисунок 3.2 – Гелиотрекер
Возможные варианты освещения гелиотрекера отображены в таблице 3.1, «1» означает, что элемент освещен, «0» - элемент в тени. Возможное количество положений гелиотрекера - 9, любые комбинации с A=«1» и С=«1», так же как В=«1» и D=«1» невозможны. Каждой комбинации сигналов, поступившей на блок контроллера, соответствует команда для поворотного устройства.
Таблица 3.1 – Возможные варианты освещения двухосного гелиотрекера
| Элемент А | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| Элемент B | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| Элемент C | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| Элемент D | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| Положение яркого пятна | выше и западнее | выше и восточнее | выше | ниже и восточнее | Ниже и западнее |
| Команда поворотному устройству по оси эклиптики | вверх | вверх | вверх | вниз | вниз |
| Команда поворотному устройству по оси азимута | на запад | на восток | стоять | на восток | на запад |
| Элемент А | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| Элемент B | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| Элемент C | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| Элемент D | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| Положение яркого пятна | выше | западнее | восточнее | ниже | точно |
| Команда поворотному устройству по оси эклиптики | вверх | стоять | стоять | вниз | стоять |
| Команда поворотному устройству по оси азимута | стоять | на запад | на восток | стоять | стоять |
Одноосный гелиотрекер является модификацией двухосного и состоит из двух элементов, разделенных перегородкой. Такой датчик используется для контроля положения яркого пятна в течение дня по оси азимута. Возможные варианты освещения одноосного гелиотрекера представлены в таблице 3.2.
Таблица 3.2 – Возможные варианты освещения одноосного гелиотрекера
| Элемент А | 1 | 1 | 0 | 0 |
| Элемент В | 1 | 1 | 1 | 0 |
| Положение яркого пятна | точно | западнее | восточнее | ночь |
| Команда поворотному устройству | стоять | на запад | на восток | на восток до конца |
Если оба элемента одноосного гелиотрекера или все элементы двухосного не освещены, то подается команда разворота ФМ на восток в ожидании восхода Солнца.
Принцип работы гелиотрекера самый распространенный. На сегодняшний день существует множество вариантов его исполнения, отличающихся чувствительными элементами, формой перегородки или углом наклона чувствительных элементов (рисунок 3.3).
а)
б)
в)
г)
Рисунок 3.3 – Варианты конструкции одноосного гелиотрекера
На рисунках 3.3 а, б изображены гелиотрекеры с перегородкой перпендикулярной основанию, отличающиеся между собой расположением чувствительных элементов: на рисунке 3.3 а – элементы находятся на основании, на 3.3 б – на сторонах перегородки. Датчик на рисунке 3.3 а ориентирован на яркое пятно, когда оба элемента освещены, имеют максимальные и одинаковые значение выходных сигналов. Для датчика на рисунке 3.3 б наоборот, когда оба датчика имеют минимальные и одинаковые значения выходных сигналов, система является ориентированной на яркое пятно.
На рисунке 3.3 в изображен гелиотрекер с перегородкой в виде призмы, на сторонах которой расположены чувствительные элементы. Когда датчик будет ориентирован на яркое пятно, значения выходных сигналов чувствительных элементов будут одинаковыми.
На рисунке 3.3 г изображен датчик, отличающийся от предыдущих вариантов, однако использующий принцип работы гелиотрекера. Он имеет форму куба с прямоугольным отверстием на верхней стороне. Чувствительные элементы расположены на дне куба таким образом, что при ориентации на яркое пятно они оба освещены одинаково. При изменении положения яркого пятна один из элементов оказывается в тени, как видно на рисунке, а второй – освещен.
Таким образом, систему необходимо поворачивать в сторону неосвещенного датчика. Возможные варианты освещения одноосного гелиотрекера, изображенного на рисунке 3.3 г, представлены в таблице 3.3.
Таблица 3.3 – Возможные варианты освещения одноосного гелиотрекера, представленного на рисунке 3.3 г
| Элемент А | 1 | 1 | 0 | 0 |
| Элемент В | 1 | 0 | 1 | 0 |
| Положение яркого пятна | точно | восточнее | западнее | ночь |
| Команда поворотному устройству | стоять | на восток | на запад | на восток до конца |
На рисунке 3.4 изображена одноосная система контроля с датчиком, основанным на принципе работы гелиотрекера и являющегося аналогом датчика, изображенного на рисунке 3.3 в. Только в данном случае элементы A и B разнесены на разные стороны поверхности ФМ. В качестве чувствительных элементов в данном случае используются ФЭП, расположенные под углом 45° к поверхности ФМ. При ориентировании ФМ на яркое пятно значения сигналов элементов А и Б одинаковы [61].
Рисунок 3.4 – Гелиотрекер с разнесенными чувствительными элементами
На рисунке 3.5 представлены некоторые практические реализации гелиотрекера [62-64].
Рисунок 3.5 – Варианты исполнения гелиотрекера
Несмотря на распространенность принципа работы гелиотрекера среди современных датчиков, у них имеется ряд недостатков. При облачной погоде, во время затенения всех элементов облаком блок контроллера передаст поворотному устройству команду поворота «на восток до конца». Таким образом, когда облако прекратит затенять гелиотрекер, все элементы будут отвернуты от Солнца, ни один элемент не будет освещен, и ФМ оставшийся день не будет вырабатывать энергию.
Датчики типа гелиотрекер часто имеют температурную нестабильность, что приводит к погрешности ориентирования.
3.1.4 Датчик максимальной освещенности
Вариантом конструкции одноосного датчика, представленного на рисунке 3.6, является MLD-sensor (Maximum Light Detection) немецкой фирмы «DEGER energie» (рисунок 3.6).
Рисунок 3.6 – MLD-sensor
Датчик состоит из трех элементов, расположенных на сторонах треугольной пирамиды. В основании пирамиды расположена плата блока контроля. Блок контроля непрерывно измеряет интенсивность солнечного излучения и определяет положение яркого пятна, при необходимости подает команду поворотному устройству изменить наклон ФМ [13].
Рисунок 3.7 – Установка MLD-sensor
Недостатками представленного датчика является проблема определения необходимости ориентирования, система постоянно в режиме «поиска яркого пятна», что может привести к лишним движениям ФМ. Так же не решена проблема запуска системы утром. Кроме того, угол между элементами 60° не является максимально эффективным. Фирмой предлагается использовать два таких датчика для двухосной системы контроля, что приводит к таким неудобствам, как использование двух независимых креплений на разных сторонах ФМ (рисунок 3.8) и необоснованное использование двух блоков контроля.
Рисунок 3.8 – Крепление MLD-sensor для двухосной системы контроля
3.1.5 Датчик сканирующий небосвод
Сканирующим небосвод называют датчик, который при включении «сканирует» небо по заданному алгоритму с определенным шагом и фиксирует значения солнечной радиации в каждом положении. Блок контроллера выявляет точку с максимальным значением и подает команду поворота ФМ на соответствующий угол. Таким образом, проводится ориентация на самое яркое пятно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
