014-05-02 Instrukcja zastosowania | autor inż. Mirosław ... · PARKOWANIE Po wykryciu stanu...

014-05-02

Instrukcja zastosowania | autor inż. Mirosław Pachulski

Ilustracja 1:Sterownik Solar trackera DSO-4PV 2D4

Sterownik Solar trackera DSO-4PV 2D4 www.solar-tracker.pl

Charakterystyka sterownika 2D4

Sterownik trackera 2D4 Sterownik trackera 2D4 jest uniwersalnym sterownikiem do obrotnicsolarnych. Umożliwia on pracę z różnymi typami siłowników pod warunkiemwyposażenia tych urządzeń w wyłączniki krańcowe. Zmiana kierunku obroturealizowana jest przez zmianę polaryzacji napięcia zasilania urządzeniawykonawczego. Elementem przełączającym są przekaźniki elektromagnetycznepracujące w mostku H. Sterownik zapewnia kontrolę położenia śledzącego obiektuzarówno w poziomie (azymut) jak i w pionie (elewacja). Po zapadnięciu zmierzchusterownik generuje sygnał powrotu na pozycję East (w azymucie) oraz – w elewacji - sygnał położenia się solara równolegle do powierzchni ziemi(ogniwami do góry), co zabezpiecza przed silnymi podmuchami wiatru.Pozycja końcowa zależy od parametrów siłowników (działania wyłącznikówkrańcowych) i budowy trackera.

Strerownik może współpracować z siłownikami o maksymalnymprądzie 4A, przy potrzebie pracy z większym pradem należy zastosowaćdodatkowe styczniki (lub przekaźniki samochodowe).

Normalna praca trakera bez osiągania stanów końcowych East i West. Wyłącznikikrańcowe zwarte, umożliwiają sterowanie silnika w obie strony przez zmianępolaryzacji napięcia (diody nie działają zbocznikowane wyłącznikami).

Przyjmujemy założenie, iż zasilanie elementu wykonawczego jest: - E, +W. Osiągnięto stan krańcowy dla East, wyłącznik East rozwarty, dioda przy Espolaryzowana zaporowo, prąd nie płynie, siłownik wyłączony. Zmiana polaryzacjinapięcia umożliwia ruch jedynie w kierunku West, po zwarciu wyłącznika East ruchmożliwy jest w obie strony.

Przyjmujemy założenie, iż zasilanie elementu wykonawczego jest: +E, -W. Osiągnięto stan krańcowy dla West, wyłącznik West rozwarty, dioda przy Wspolaryzowana zaporowo, prąd nie płynie, układ wykonawczy wyłączony. Zmianapolaryzacji napiecia umożliwia jedynie ruch w kierunku East, po zwarciu wyłącznikaWest ruch możliwy w obie strony.

2 F.H.U. „Bartek” Gwalbert Stefański 31-426 Kraków ul. Żmujdzka 23 Nip- 6791501427 Regon ; 351184258

http://www.solar-tracker.pl/


O różnych rodzajach układów śledzących

Układy naprowadzania na słońce mają za zadanie optymalne ustawieniepłaszczyzny paneli fotowoltaicznych w stosunku do padających jego promieni, czylipod kątem prostym. Wtedy to właśnie następuje największe wykorzystanie energiiświetlnej, co skutkuje maksymalną sprawnością konwersji energii świetlnej naelektryczną. Można zastosować kilka rodzajów układów naprowadzania, różniącychsię od siebie sposobem działania, stopniem skomplikowania, a co za tym idzie,ceną.

Najprostszym jest sterowanie przez załączanie na określony czas przezukład zegarowy elementów wykonawczych (siłowników, silników). Prostotawykonania daje wynikowo małą elastyczność oraz dużą niedokładnośćdziałania. Należy pamiętać, iż czas przesuwu o określony kąt jest inny dlatrackerów o różnych wykonaniach, zatem należy go indywidualniedopasowywać do posiadanego egzemplarza urządzenia śledzącego, wprzypadku innych rozwiązań mechanicznych, taki sterownik będzie działałnieprawidłowo.

Sterowniki oparte o GPS są najbardziej zaawansowanymi urządzeniami dosterowania trackerów. Umożliwiają one naprowadzanie na aktualną pozycjęsłońca bez względu na występujące warunki atmosferyczne. Ich złożonośći stopień skomplikowania okupione są jednak wysoką ceną a wydajnośćnieporównywalnie niższa.

Innym rozwiązaniem to układ oparty o czujnik w układzie różnicowym.Elementy fotoelektryczne umieszczone są o obu stronach nieprzeźroczystejprzesłony i reagują na różnicę ich oświetlenia. Taki układ nadaje się dozastosowania w każdym trackerze, reagując zawsze na różnicę w oświetleniui włączając elementy wykonawcze przez czas potrzebny do uzyskaniarównowagi oświetlenia czujek. Zastosowanie mikroprocesora umożliwia dużąelastyczność całego systemu, poprzez możliwość modyfikacji istotnych dlajego działania, parametrów. Korzystna jest relacja pomiędzy cenąurządzenia, a jego możliwościami. Takie rozwiązanie zostanie opisaneponiżej.




Układ różnicowy – zasada działania

Zasadę działania czujnika różnicowego ilustruje poniższy rysunek. Rozpatrywaćbędziemy jeden z czujników, domyślnie będzie to czujnik pracujący w azymucie

(wschód-zachód), czyli o pionowej osidziałania. Sensor zbudowany jest od stronymechanicznej z płytki drukowanejz przylutowanymi diodami LED (LD1, LD2)oraz przesłony z materiałunieprzepuszczającego światła. Przymocowanyjest do płaszczyzny ogniw fotowoltaicznych, ajego obrotu jest osią obrotu trackera. Dlauproszczenia zakładamy, że tracker niebędzie miał możliwości wykonywania ruchówrewersyjnych (z zachodu na wschód, czyliprzeciwnie do drogi, którą podąża słońce).Należy wspomnieć o roli diod LED, które majainne zastosowanie niż zazwyczaj. W tymukładzie miast zamieniać energię elektrycznąna świetlną, pracują odwrotnie, wytwarzającwskutek promieniowania świetlnego, napięcieelektryczne. Oczywiście, wszelkie dywagacje,

o ile nie zostało to podkreślone, odnoszą się do promieniowania bezpośredniego.

Zgodnie z zamieszczonym rysunkiem mogą zaistnieć dwa przypadki.

(1) W położeniu słońca S1 obie diody LD1 i LD2 oświetlone są jednakowoi przesłona nie odgrywa żadnej roli. Jednakowe oświetlenia powodujepowstanie takich samych wartości napięcia, zatem różnica równa jest 0.Podobne zachowanie będzie miało również miejsce w czasie występowaniajedynie promieniowania rozproszonego lub w czasie nocy.

(2) W położeniu słońca S2 dioda LD2 oświetlana jest bezpośrednio, a diodaLD1 znajduje się w strefie cienia (szary kolor), rzucanego przez przesłonę.Różnica napięć, pochodzących z elementów fotoelektrycznych jest różna od0 i układ elektroniczny, załączając elementy wykonawcze, wymusza ruch wdanym kierunku, aż do chwili, kiedy zostanie uzyskana równowaga(przypadek 1). Przy dalszym ruchu słońca po nieboskłonie cykl się powtarza,aż do jego zachodu lub do osiągnięcia przez tracker końcowego,„zachodniego” położenia, determinowanego konstrukcją mechanicznąurządzenia.




Czujka różnicowa – układ praktyczny

Teoretyczne dywagacje znalazły zastosowanie w układzie praktycznym dwuosiowejczujki różnicowej. W każdym z czujników (azymutu i elewacji) zastosowano miastpojedynczych diod, dwie diody połączone szeregowo. Takie rozwiązanie umożliwiazastosowanie typowych tranzystorów MOSFET typu 2N7002, które posiadają dośćduże napięcie odcięcia Ugs. Zatem do ich otwarcia wymagane są dość wysokienapięcia wejściowe, czemu nie jest w stanie sprostać powstająca na pojedynczejdiodzie różnica potencjałów. W tandemie jest znacznie lepiej! Odpowiednie dlakierunku działania pary diod LED generując napięcie powodują przewodzenieprzypisanych do nich tranzystorów. Dzielniki rezystorowe, utworzone przez oporniki(zaznaczone kolorem czerwonym) w drenach oraz rezystory podciągające wejściaportów mikrokontrolera, powodują różne, w zależności od kierunku padającegooświetlenia, wartości napięcia. Takie powiązanie wzmiankowanego napięcia zkierunkiem padania promieni, umożliwia programową obróbkę i możliwośćlogicznego sterowania elementami wykonawczymi trackera. Dodatkowymelementem elektronicznym, który znalazł się w module czujnika jest fotorezystor.Odczyt jego wskazań służy do pomiaru wartości oświetlenia, co pociąga za sobąmodyfikację działania oprogramowania w zależności od warunków nasłonecznienia.Opisane dywagacje ilustruje fragment zamieszczonego schematu.

Uwaga!

Regulacja dokładności ustawienia się czujnika do słońca polega napochylaniu przesłon pomiędzy diodami LED.




Czujkę różnicową ze względu na sposób wykorzystania diod można zbudować jakopodzespół z przesłoną, oddzielającą elementy światłoczułe (rysunek 4), ale możliwejest też inne rozwiązanie. Zamiast przegrody montujemy diody LED pod pewnymkątem względem siebie (rysunek 5). Takie rozwiązanie często jest stosowane wkonstrukcjach, których opis można znaleźć w internecie. Umożliwia ono regulacjęczułości zadziałania oraz kompensację błędu położenia. Obywa się to przez zmianękąta rozwarcia diod. Z moich doświadczeń wynika, że jednak jest to gorszerozwiązanie niż to, które szeroko powyżej opisywałem.




Opis oprogramowania

Odczyt zainstalowanego oprogramowania możliwy jest po włączeniuzasilania lub bezpośrednio po zresetowaniu procesora (przycisk RESET). Uwaga!Można stosować LCD o organizacji 4x20 znaków lub 2x20, w tym drugim przypadkukomunikaty wyświetlane w linii 3 i 4 nie będą widoczne! Zdjęcia zmieszczoneponiżej dotyczą wyświetlacza 4x20 zaników.

Po włączeniu zasilania ukazuje siękomunikat uwidoczniony obok. W górnejlinii kolejno od prawej strony: wersjaprogramu (2020), programowana granicasłonecznie/zachmurzone (150),programowana granica detekcjizmierzchu – powrót na pozycje wyjściową(840). Linia dolna: tryb śledzeniaw azymucie (bidirectional).Następnie sterownik przechodzi do trybupracy.

Opis komunikatów: wielkość sygnałuczujnika nasłonecznienia w azymucie(487), wykonywania aktualnie czynność

(noSUN), wartość z czujnika nasłonecznienia (332), wartość czujnikanasłonecznienia w elewacji (487), czynność wykonywana dla tej czujki (noSUN),ilość włączeń trackera w kierunku EAST (0),rodzaj pracy w azymucie (>EW<), ilośćwłączeń w kierunku WEST (0), aktualna granica słońce/chmury (150),włączenia wkierunku UP (0), w kierunku DOWN (0), aktualna granica detekcji zmierzchu (840).Sterownik odczytuje wartości oświetlenia i w zależności od jego wartości modyfikujedziałanie programu. Zasadę wyjaśnia rysunek.

Wartość 60 to pełne oświetlenie słońcem w południe. Wartość 200 to umownawartość oświetlenia (zachmurzenie) od której tracker nie śledzi słońca (komunikatnoSUN). Granice tą można zdefiniować samemu (ustawiana programowo) wzakresie od 100 do 250 z krokiem 10 (tu 200). W zakresie 200 – 900 urządzenie nieśledzi, po przekroczeniu granicy 900 (regulacja od 800 do 950, krok 10) urządzeniepowraca na pozycję wyjściową (zmierzch). Dla poglądowego rysunku powyżejwartość histerezy wynosi 20 (działanie w zakresie 190 – 210) (niebieski prostokąt).




ZMIANA WARTOŚCI GRANICY SŁOŃCE/CHMURY ORAZ POWROTU NAPOZYCJĘ WYJŚCIOWĄ

Aby dokonać powyższych zmian należy wejść wtryb serwisowy. Trzymająć jednocześniewciśnięte przyciski S1 i S2, krótko naciskamy naprzycisk RESET lub załączamy napięciezasilania. Po pojawieniu się komunikatuSERVICE MODE zwalniamy przyciski.Przyciskiem S1 ustawiamy wartość granicy

działania trackera (słońce – chmury), inkrementując za każdym przyciśnięciem owartość 10 . Zliczanie następuje w pętli w zakresie 100 do 240 (tutaj 120).Przyciskiem S2 zmieniamy wartość poziomu parkowania z zakresu 800 do 950 (nafoto 820). Wyjście z trybu serwisowego i zapamiętanie nastaw następuje przezdłuższe przyciśniecie S1, aż do pojawienia się komunikatu STORED i QUITTING.

WYBÓR ŚLEDZENIA W AZYMUCIE (JEDNO LUB DWUKIERUNKOWE)

Naciskamy i przytrzymujemy przycisk S2, aż dousłyszenia długiego dźwięku. Zwalniamyprzycisk, jesteśmy teraz w menu wyboru.Krótkie przyciskanie S2 w trybie sekwencyjnymwybiera pracę jednokierunkową (pojedyńczy,krótki dźwięk) lub dwukierunkową (dwa krótkie

dźwięki). Aktualny wybór zapisywany jest do pamięci. Menu opuszczamy przezponowne dłuższe naciśniecie S2 (długi dźwięk, jak przy wejściu do menu).

STEROWANIE MANUALNE

Wejście w tryb sterowania manualnego odłączaautomatykę, aż do czasu opuszczenia tegotrybu. Wywołujemy je przez dłuższe naciśnięcieprzycisku S1 (dwa średniej długości dźwięki).Kolejne, krótkie użycie S1, sekwencyjniezałącza ruch w azymucie w obu kierunkach orazgo zatrzymuje, co sygnalizowane jest

odpowiednimi komunikatami na LCD, a użycie S2 w ten sam sposób sterujetrakerem w elewacji. Komunikatom wizualnym towarzyszą dźwięki: pojedyńczekrótkie dla zmian w azymucie (S1) oraz nieco dłuższe dla zmian w elewacji (S2).Wyjście z opcji sterowania ręcznego do automatycznego uzyskujemy przezponowne, dłuższe przyciśnięcie S1, czemu towarzyszy odpowiedni komunikatoraz dwa dźwięki.




PARKOWANIE

Po wykryciu stanu zmierzch sterownik generujesygnał powrotu (parkowania) podając naelementy wykonawcze w azymucie i elewacjiciągłe zasilanie (azymut EAST, elewacja UP)przez 120sek. Końcowe położenie (wyłączanie)zależy od ustawienia wyłączników krańcowych

obu siłowników. Sygnał ten podawany jest jednokrotnie, a po nim przekaźniki sąwyłączane (osczędność energii). Ponowne zadziałanie tej funkcji może nastapićdopiero po uzyskaniu sygnału z czujnika oświetlenia o wartości < 400 (praktycznienastępnego dnia).

Parametry sterownika

Napięcie zasilania systemu: 12V Pobierany prąd własny (bez przekaźników):

18mA bez wyświetlacza LCD 23mA z wyświetlaczem LCD

Obciążalność prądowa elementów wykonawczych: 4A, wymaganebezpieczniki w obwodzie zasilania siłowników

Sygnalizacja dźwiękowa funkcji zmierzchu , parkowania (buzzer), wyborumenu itp.

Dwukrotne próbkowanie sygnału zmierzchu w odstępie 5 sek.zabezpieczające przed przypadkowym zadziałaniem (powrót na wschód)przy chwilowym zasłonięciu czujnika

Programowe ustawianie progów zadziałania, histereza programowa (prógsun/cloud )

Wyświetlanie wielu parametrów wejściowych i systemowych Opcjonalny wyświetlacz LCD 2x20 lub 4x20 znaków (wyjaśnienia w tekscie) Możliwość wyboru programu śledzenia w azymucie (jedno-dwukierunkowe) Wspólpraca z czujnikiem wiatru Zliczanie ilości ruchów w każdym z kierunków i ich sumy Manualne sterowanie Możliwość wspólpracy ze sterowaniem radiowym

UWAGA! Inne parametry np: prąd pobierany w czasie działania, szybkość przesuwukątowego itp. zależą od parametrów zastosowanych siłowników. Proszę ich szukaćw specyfikacji technicznej producentów tych urządzeń.

Sterownik posiada galwanicznie separowane (transoptor) wejście, które może byćwykorzystane do czujnika wiatru. Podanie na nie sygnału napięciowego 5V do 12Vspowoduje natychmiastowe położenie ogniw w poziomie (równolegle do poziomuziemi), o ile mechanika trackera na to pozwala. Sytuacja taka trwa przez czaspodawania wzmiankowanego sygnału.




Wygląd sterownika

Obok przedstawiono przykładObok przedstawiono przykładwbudowania sterownika do małejwbudowania sterownika do małejobudowy po kamerze przemysłowej.obudowy po kamerze przemysłowej.

ii i w zależności od koncepcji - taki w zależności od koncepcji - takumieścić switche sterujace , aby byłyumieścić switche sterujace , aby byłydostępne z zewnątrz.dostępne z zewnątrz.

Widok ogólny Soltraka 2D4




Schemat montażowy

Widok rozmieszczenia elementów SMD od strony ścieżek lutowniczych(bottom view)




BARDZO WAŻNE

Niekorzystnym rozwiązaniem , by nie rzec, że zabronionym, jest wspólne zasilanieobu obwodów z jednego źródła. Należy bezwzględnie ograniczyć skutki SEM,pochodzącej od siłowników. W tym celu na ich zaciskach włączyć dwukierunkowetransile o napięciu 33V (dla zasilania 24V) np. 1,5KE33CA, dla zasilania 12Vtransile 18V-33V. Takiej konfiguracji połączeń używasz na własnąodpowiedzialność!

Uwaga! DLA WSZYSTKICH WERSJI PODŁĄCZENIAniezbędne jest zastosowanie w obwodach zasilania siłowników,bezpieczników o odpowiedniej wartości, wynikającej z prądupobieranego przez elementy wykonawcze. Brak takiegozabezpieczenia, w przypadku np. uszkodzenia wyłącznikakrańcowego, może skutkować niekontrolowanym wzrostemprądu, co niechybnie doprowadzi do uszkodzenia przekaźnika(styki), zniszczenia laminatu (ścieżek prądowych), a nawetpożaru!




Schemat ideowy



014-05-02 Instrukcja zastosowania | autor inż. Mirosław ... · PARKOWANIE Po wykryciu stanu...

Documents

Transcript of 014-05-02 Instrukcja zastosowania | autor inż. Mirosław ... · PARKOWANIE Po wykryciu stanu...