أجهزة استشعار الدوران لأجنحة الألواح الشمسية للمركبات الفضائية. الألواح الشمسية على وحدات الدورية
يتعلق الاختراع بتكنولوجيا الفضاء ويمكن استخدامه في المركبات الفضائية لأغراض مختلفة. تتكون اللوحة الشمسية المقترحة من إطار وعارضة وأوشحة علوية وسفلية. يتم تثبيت الأبواب على إطار المركبة الفضائية وشعاعها وجسمها باستخدام أقفال حرارية ذات مخالب ومتصلة ببعضها البعض بواسطة المشابك. في هذه الحالة، يتم أيضًا تثبيت عنصر كهروضوئي في جسم كل قفل حراري، والذي يتفاعل بشكل مستقل مع الدقرة، حيث يتم عمل ثقب ثانٍ لمحور إضافي. يتم تثبيت مزلاج على الوشاح السفلي، حيث يتفاعل أحد الطرفين مع دعامة مثبتة بشكل صارم على الوشاح العلوي، والطرف الآخر مع نهاية المزلاج المقابل. في التصميم المقترح، يتم استخدام الوسط الحراري في وقت واحد لربط حزمة المصاريع بالإطار والشعاع، وكذلك الإطار والشعاع بجسم المركبة الفضائية. ونتيجة لذلك، فإن الاختراع يجعل من الممكن زيادة موثوقية فتح مصاريع الألواح الشمسية بحوالي 100 مرة. 11 مريضا.
يتعلق الاختراع بتكنولوجيا الفضاء ويمكن استخدامه في المركبات الفضائية لأغراض مختلفة. بطارية شمسية معروفة (SB) للمركبة الفضائية طورتها TsSKB Samara، الرسومات 11f624 8700-0، ويظهر المنظر العام لها في الشكل. 1 نموذج أولي. في التين. يوضح الشكل 2 مقطعًا عرضيًا للبطارية (القسم AA). في التين. ويبين الشكل 3 مقطعًا عرضيًا للمادة الكيميائية الحرارية (BB). في التين. يوضح الشكل 4 عنصرًا لتثبيت الصمامات، والشكل 4. يوضح الشكل 5 من النموذج الأولي البطارية الشمسية في وضع التشغيل (المفتوح). على جسم المركبة الفضائية 1 (الشكل 1) يتم تثبيت محرك الأقراص 2 بشكل صارم، حيث يتم توصيل إطار الطاقة 3 بعمود الإخراج، على جسم المركبة الفضائية، يتم تثبيت المعدات 4 (الشكل 2)، والتي ، جنبًا إلى جنب مع المنطقة الموجودة أسفل الهدية، يتم تحديد تكوين البطارية في وضع التخزين. على الإطار 3 والعارضة 5 (الشكل 1)، باستخدام متوازي الأضلاع المفصلي 6 (الشكل 2)، يتم تثبيت الأبواب السفلية 7 والأبواب العلوية 8، ويتم تثبيتها على جانب واحد بمزلاج 9 (الشكل 4 من النموذج الأولي) ، وعلى الجانب الآخر متصل بمفصلة 10 ، الإطار 3 والشعاع 5 مع المواد الكيميائية الحرارية 11 الشكل. 1 مثبتة على جسم المركبة الفضائية. الجهاز الكهروحراري 11 عبارة عن مبيت 12، ودقرة 13، وزنبرك الالتواء 14، وعنصر حراري 15 (على سبيل المثال، مسمار حراري)، والذي، باستخدام الدقرة 13، يضغط الإطار 3 والشعاع 5 (الشكل 1) إلى جسم المركبة الفضائية 1. يوجد في جسم الجهاز الكهروضوئي 12 (الشكل 3) والدقرة 13 فتحة 16 للمحور الرئيسي 17. استخدام العناصر الحرارية 11 (الشكل 2) لتصميم مماثل باستخدام نفس العناصر الحرارية 15 (الشكل 3)، والأبواب السفلية 7 (الشكل 2) متصلة بالإطار 3 والعارضة 5 (الشكل 1 ) عند ست نقاط طاقة. على أحد مفصلات متوازي الأضلاع 6 (الشكل 2) تم تثبيت الكاميرا 18 (الشكل 4) بشكل صارم، والتي تقع على مزلاج محمل بنابض 9، والذي يحمل الأبواب 7 و 8 في وضع القفل. يتم تمديد نسيج شبكي حول محيط كل باب 7 و 8، حيث يتم تثبيت المحولات الكهروضوئية 19 (الشكل 5). ويأتي الكشف عن مجلس الأمن بالتسلسل التالي. بعد تحرير هدية الرأس، يتم إعطاء أمر لتنشيط العناصر الحرارية 15 (الشكل 3) للجهاز الكهروضوئي 11. على طول مستوى الفصل، يتمزق العنصر الحراري 15. يتم تدوير الدقرة 13 بواسطة زنبرك الالتواء 14 في الفتحة 16 نسبة إلى المحور الرئيسي 17. تم كسر الاتصال بين الإطار 3 والشعاع 5 (الشكل 3) وجسم المركبة الفضائية 1 (الشكل 1). يقوم محرك الأقراص 2 بتحريك لوحة SB بعيدًا عن هيكل SC 1 ويتوقف. يتم إعطاء أمر لتشغيل العنصر الكهروضوئي 15 (الشكل 3) للجهاز الكهروضوئي 11 (الشكل 2). الاتصال بين الغطاء السفلي 7 والإطار 3 والعارضة 5 (الشكل 1) مكسور. تحت تأثير نوابض الالتواء المثبتة في محاور G (الشكل 1). 2) متوازي الأضلاع المفصلي 6 ، تبدأ اللوحات 7 و 8 في الحركة المتوازية للمستوى في محاور متوازي الأضلاع المفصلي 6. الكاميرا 18 (الشكل 4) ، مثبتة بشكل صارم بالمفصلة ، بزاوية معينة من دوران اللوحات 7 و 8 يطلق المزلاج المحمل بنابض 9، والذي يتحرك في الاتجاه المحوري، ويفتح الوشاح 8 نسبة إلى الوشاح 7. يدور الوشاح 8 بالنسبة إلى المفصلة 10، ويستمر الوشاح 7 في حركته المتوازية حتى يتم تم تثبيته على الإطار 3 (الشكل 1) والعارضة 5. تم تثبيت الوشاح 8 (الشكل 4) في المفصلة 10 مع الوشاح 7. وبالتالي، يتم فتح جميع الأبواب الأربعة وقفلها، وتشكيل لوحة مسطحة واحدة. يقوم المحرك 2 (الشكل 1) بتدوير اللوحة إلى الموضع الأمثل بالنسبة للشمس. عيب التصميم الموصوف هو انخفاض موثوقية فتح الصمامات. إن وجود عدد كبير من العناصر الحرارية يقلل من احتمالية التشغيل الخالي من الفشل لنظام النشر. لفتح لوحة SB واحدة، من الضروري تشغيل 12 عنصرًا حراريًا (مسامير حرارية) وفقًا للمواصفات الفنية الخاصة بها، Pbolt = 0.99996، وبالنسبة لـ 12 نظام P = 0.99996 12 = 0.99952، هذا يعني تقريبًا فشلًا واحدًا لكل 1000. منتجات. بالإضافة إلى ذلك، فإن الحركة المحورية للمزلاج عندما يتم إزاحة فتحات القاعدة في الزنانير المختلفة بسبب تشوهاتها الحرارية تكون عرضة لـ "العض"، مما يؤدي إلى عدم فتح الزنانير. الهدف من الاختراع الحالي هو زيادة موثوقية فتح مصاريع الأمان عن طريق إدخال عناصر التكرار. تم حل المشكلة من خلال حقيقة أنه في جسم كل عنصر حراري (قفل) يتم تثبيت عنصر حراري إضافي يتفاعل مع الدقرة، ويتم تثبيت مزلاج متأرجح على الوشاح السفلي، ويستقر أحد الطرفين على حامل بشكل صارم مثبتة على الوشاح العلوي، والآخر يتفاعل مع نهاية المزلاج. في التين. 6 يظهر نظرة عامة على بينالي الشارقة؛ في التين. 7 - المقطع العرضي للSB؛ في التين. 8 - عنصر لتثبيت الزنانير العلوية والسفلية؛ في التين. يُظهر الشكل 9 جهازًا حراريًا (قفلًا) يثبت باب SB السفلي بإطار وشعاع بجسم المركبة الفضائية؛ في التين. 10 يوضح موضع رابط العمل بعد تنشيط العنصر الحراري الرئيسي (Squib)؛ في التين. 11- موضع وصلة العمل بعد تفعيل العنصر الكهروضوئي الإضافي (سكويب). تم تركيب البطارية الشمسية على الجسم 20 (الشكل 6) للمركبة الفضائية. يتم تثبيت إطار الطاقة 22 بشكل صارم على محرك الأقراص 21. يتم وضع المعدات، على سبيل المثال، هوائي 23، بين الإطار 22 والحزمة 24. على الإطار 22 والحزمة 24 باستخدام متوازي الأضلاع المفصلي 25 (الشكل 1). 7) تم تركيب الوشاح السفلي 26 والعلوي 27. يتم الضغط على الغطاء السفلي 26، المتصل بالغطاء 27 بمفصلة محملة بنابض 28، على الجسم 20 (الشكل 6) عن طريق النار 29 (الشكل 9). وبالتالي، يتم الضغط على الوسائل الحرارية 29 ضد جسم المركبة الفضائية 20 (الشكل 6)، واللوحات 26 (الشكل 7)، والإطار 22 (الشكل 6) والشعاع 24. في الجسم 30 (الشكل 7) 9) من كل وسيلة حرارية 29 يوجد ثقب 31 للمحور الرئيسي 32 وتم تركيب عنصر حراري 33 (سكويب) والذي يتفاعل مع المحور 32 ويثبت الرافعة 34 بالنسبة للجسم 30. عنصر حراري إضافي. يتم تثبيت 35 (الشكل 11) في الجسم 30، ويتفاعل مع المحور الإضافي 36 (الشكل 10) ويثبت الرافعة 34 بمبيت 30 (الشكل 9) والدقرة 37. ويثبت المحور الخاص به 38 الرافعة 34 بالنسبة إلى الدقرة 37 ويضمن دوران المفصل بالنسبة إلى المحور الإضافي 36 (الشكل 10) في السكن 30 (الشكل 9)، حيث يتم عمل أخدود مجسم 39، ويرتكز دافع الزنبرك 40 على الرافعة 34، ويتفاعل الدقرة 37 مع زنبرك الالتواء الجاهز 41. يوجد على الغطاء 26 (الشكل 8) مزلاج 43 محمّل بنابض في المحور 42، حيث يقع أحد طرفيه على الطرف 44 من المزلاج المحمّل بنابض 45 ، مثبتًا في وضع العمل 46. الطرف الآخر من المزلاج 43 يمنع الغطاء 27 من الفتح. يتم تنفيذ عمل المركبة الفضائية بالتسلسل التالي. بعد إسقاط هدية الرأس، بناءً على المهام الوظيفية للمركبة الفضائية، تتم إزالة الهوائي 23 (الشكل 7) مع محرك الأقراص الخاص به من جسم المركبة الفضائية 20 (الشكل 6) من منطقة نشر SB ويتم تثبيته في موقف العمل. وبالتالي، فإن الهوائي 23 (الشكل 7) يحرر المنطقة لفتح المصاريع 26 و27 على متن المركبة الفضائية. لقد أصبح من الممكن استخدام منتج حراري من أجل: - ربط مجموعة من الزنانير بالإطار والعارضة وفتحها لاحقًا؛ - تثبيت الإطار والشعاع على جسم المركبة الفضائية وفصلهما لاحقاً. يتيح لك استخدام منتج بيرو واحد لحل مشكلتين تقليل عددهما، مما يزيد من موثوقية النظام. يتم إعطاء أمر لتنشيط العنصر الحراري الرئيسي 33 (الشكل 9) للجهاز الكهروضوئي 29. المحور الرئيسي 32 ، الذي يتحرك في الاتجاه المحوري ، "يغرق" في السكن 30. الرافعة 34 تحت قوة الضغط المضغوط يدور زنبرك الدافع 40 مع الدقرة 37 (الشكل 10) ومحوره 38 نسبة إلى المحور الإضافي 36. في هذه الحالة، يتحرك المحور 38 في تجويف الأخدود المجسم 39. دون تحليل تشغيل بالنسبة للجهاز الكهروضوئي، يتم إرسال أمر من العنصر الكهروضوئي الرئيسي 33 بعد 0.5-2 ثانية إلى العنصر الكهروضوئي الاحتياطي 35 (الشكل 11). تحت تأثير الغازات المسحوقة، فإن المحور الإضافي 36 "يغرق" (الشكل 1). 10)، يتم تدوير الدقرة 37 بالنسبة للمحور الرئيسي 32 بواسطة زنبرك الالتواء 41. يتم تحرير الأبواب 26 و 27 (الشكل 7)، والإطار 22 (الشكل 6) والشعاع 24 من جسم المركبة الفضائية 20، تم فتحها تحت تأثير نوابض الالتواء المثبتة في محاور متوازي الأضلاع المفصلي 25 (الشكل 7). يتم نقل اللوحة بواسطة محرك الأقراص 21 إلى موضع العمل. لا يبرز الدقرة 37 (الشكل 10) خارج المستوى "y" ولا يمنع إزالة عناصر SB من جسم المركبة الفضائية. الكاميرا 46 (الشكل 8) ، المثبتة بشكل صارم على المفصلة ، عند زاوية معينة من الدوران ، تحرر المزلاج 45 ، والذي يتحرك في الاتجاه المحوري ، ويحرر ساق المزلاج 43. يدور المزلاج باستخدام زنبرك الالتواء 43 يطلق اللسان 57، الذي يفتح ويقفل. أثناء الحركات المتبادلة للصمامات بسبب الأحمال الزائدة وتغيرات درجة الحرارة، فإن نهاية المزلاج 44 45 لديها القدرة على التحرك على طول المربع. "أنا" الذي يلغي عدم فتح الصمامات. نظرًا لحقيقة أنه تم تركيب آليتين مستقلتين في جسم الجهاز الكهروضوئي 30 (الشكل 9) ، والتي يتم تشغيلها بواسطة العناصر الحرارية (squibs) 33 و 35 (الشكل 11) ، فإن موثوقية تشغيل الجهاز الكهروضوئي تزداد ومقدارها ل
ص = 0.999999
وبما أننا تمكنا من حل مشكلة تثبيت وفتح الزنانير باستخدام 6 ألعاب نارية (بدلاً من 12)، فإن موثوقية فتح الزنانير هي
نظام P = 0.999999 6 = 0.99999
وهذا يمثل فشلًا واحدًا تقريبًا لكل 100000 منتج. إن إدخال مزلاج مفصلي على الوشاح يمنع تشويش المزلاج (حتى مع تحركات درجة حرارة الوشاح بالنسبة لبعضها البعض). يتيح الحل التقني المقترح زيادة موثوقية نظام فتح السديلة SB بحوالي 100 مرة.
مطالبة
البطارية الشمسية للمركبة الفضائية، تتكون من إطار وشعاع وأجنحة علوية وسفلية، مترابطة في أزواج بواسطة مشابك ومثبتة على الإطار والشعاع، والتي يتم تثبيتها على جسم المركبة الفضائية باستخدام جهاز حراري مع دقر دوار حول المحور الموجود في الفتحة المصنوعة في جسم الجهاز الحراري، والتي تتميز بوجود عنصر حراري مثبت بشكل إضافي في جسم العنصر الحراري، ويتفاعل مع الدقرة، ويتم تثبيت مزلاج محمل بنابض على الغطاء السفلي ، يتاخم أحد الطرفين على دعامة مثبتة بشكل صارم على الغطاء العلوي، ويتفاعل الطرف الآخر مع نهاية المزلاج.
طلب مني أحد الأصدقاء مؤخرًا أن أبني له "هيليوستات" لتوجيه الألواح الشمسية خلف الشمس باستخدام محركات صغيرة. الدائرة مأخوذة من الإنترنت وتم اختبار اللوحة الأصلية وهي تعمل. لكنني قمت أيضًا برسم لوحة الدوائر المطبوعة الخاصة بي، وهي لوحة أكثر إحكاما، حيث يمكن تركيب المقاومات والمكثفات في نوع SMD المستوي.
وفيما يلي وصف للدائرة من المؤلف. يستخدم هذا الجهاز التحكم في النبض ويكون قادرًا تلقائيًا على توجيه اللوحة الشمسية إلى أفضل إضاءة. يتكون مخطط الدائرة من مولد ساعة (DD1.1، DD1.2)، ودائرتين متكاملتين (VD1R2C2، VD2R3C3)، ونفس عدد السائقين (DD1.3، DD1.4)، ومقارنة رقمية (DD2)، واثنين العاكسون (DD1.5، DD1.6) ومفتاح الترانزستور (VT1 — VT6) لاتجاه دوران المحرك الكهربائي M1، الذي يتحكم في دوران المنصة التي تم تركيب البطارية الشمسية عليها.
عندما يتم توفير الطاقة (من اللوحة الشمسية نفسها أو من البطارية)، يبدأ المولد القائم على العناصر DD1.1، DD1.2 في توليد نبضات على مدار الساعة بتردد حوالي 300 هرتز. عند تشغيل الجهاز، تتم مقارنة فترات النبضات الناتجة عن المحولات DD1.3، DD1.4 والدوائر المتكاملة VD1R2C2، VD2R3C3. يختلف ميلها اعتمادًا على ثابت وقت التكامل، والذي يعتمد بدوره على إضاءة الثنائيات الضوئية VD1 وVD2 (يتناسب تيار شحن المكثفات C2 وSZ مع إضاءتها).
يتم توفير الإشارات من مخرجات الدوائر المتكاملة إلى محركات المستوى DD1.3، DD1.4 ومن ثم إلى المقارنة الرقمية المصنوعة على عناصر الدائرة الدقيقة DD2. اعتمادًا على نسبة فترات النبض التي تصل إلى مدخلات جهاز المقارنة، تظهر إشارة منخفضة المستوى عند مخرج العنصر DD2.3 (دبوس 11) أو DD2.4 (دبوس 4). مع الإضاءة المتساوية للثنائيات الضوئية، توجد إشارات عالية المستوى عند كلا مخرجي جهاز المقارنة.
هناك حاجة إلى محولات DD1.5 وDD1.6 للتحكم في الترانزستورات VT1 وVT2. يفتح مستوى الإشارة العالي عند خرج العاكس الأول الترانزستور VT1، عند خرج الثاني - VT2. أحمال هذه الترانزستورات عبارة عن مفاتيح على الترانزستورات القوية VT3 و VT6 و VT4 و VT5، والتي تعمل على تبديل جهد الإمداد للمحرك الكهربائي M1. تقوم الدوائر R4C4R6 و R5C5R7 بتنعيم التموجات في قواعد ترانزستورات التحكم VT1 HVT2. يتغير اتجاه دوران المحرك حسب قطبية الاتصال بمصدر الطاقة. لا تسمح المقارنة الرقمية لجميع الترانزستورات الرئيسية بالفتح في وقت واحد، وبالتالي تضمن موثوقية عالية للنظام.
ومع شروق الشمس، ستكون إضاءة الثنائيات الضوئية VD1 وVD2 مختلفة، وسيبدأ المحرك الكهربائي في تحويل البطارية الشمسية من الغرب إلى الشرق. مع انخفاض الفرق في مدة النبضات الناتجة عن أدوات التشكيل، ستنخفض مدة النبضة الناتجة، وسوف تتباطأ سرعة دوران البطارية الشمسية تدريجياً، مما سيضمن تحديد موقعها بدقة. وبالتالي، مع التحكم في النبض، يمكن نقل دوران عمود المحرك الكهربائي إلى المنصة باستخدام البطارية الشمسية مباشرة، دون استخدام علبة التروس.
خلال النهار، ستدور المنصة المزودة بالبطارية الشمسية بعد حركة الشمس. مع بداية الشفق، ستكون مدة النبض عند إدخال جهاز المقارنة الرقمي هي نفسها، وسيدخل النظام في وضع الاستعداد. في هذه الحالة، لا يتجاوز التيار الذي يستهلكه الجهاز 1.2 مللي أمبير (في وضع التوجيه يعتمد على قوة المحرك).
تُستخدم بطارية الهليوستات لتخزين الطاقة المولدة من الألواح الشمسية وتشغيل الوحدة الإلكترونية نفسها. نظرًا لأنه يتم تشغيل المحرك الكهربائي فقط لتدوير البطارية (لفترة قصيرة)، فلا يوجد مفتاح طاقة. يوجه هذا الرسم البياني البطارية الشمسية في مستوى أفقي. ومع ذلك، عند تحديد موقعه، ينبغي للمرء أن يأخذ في الاعتبار خط العرض الجغرافي للمنطقة والوقت من السنة. إذا قمت بتكملة التصميم بوحدة انحراف رأسية تم تجميعها وفقًا لمخطط مماثل، فيمكنك أتمتة اتجاه البطارية بالكامل في كلا المستويين.
يتم استخدام مرشح الضوء الأخضر لحماية الثنائيات الضوئية من الإشعاع الزائد. يتم وضع ستارة غير شفافة بين مستشعرات الصور. يتم تثبيته بشكل عمودي على اللوحة بحيث أنه عندما تتغير زاوية الإضاءة، فإنه يظلل أحد الثنائيات الضوئية. إقرأ المزيد في المقال الموجود في الأرشيف المرفق. منظر عام للوحة الدوائر المطبوعة:
بعد التجميع، قمت بفحص تشغيل الجهاز - كل شيء يعمل كما ينبغي، عندما يضيء مؤشر LED والثاني، يعمل المحرك في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة.
المبرد كبير إلى حد ما، ولا يشترط أن يكون كبيرًا جدًا، لكن أحد الأصدقاء أعجب به، ثم قال إنه سيقطعه إلى نصفين للوحتين جاهزتين، وهو يختبره حاليًا، لأنه لم يقرر بعد قوة المحركات.
تمت إزالة جميع هذه المشعات من مصادر الطاقة، وقد تراكمت لدي الكثير منها، ويحمل الناس كل شيء ويحملونه. تطوير - أنا تسابلين. تجميع واختبار الدائرة - إيجوران.
ناقش مقالة وحدة التحكم الدوارة بالألواح الشمسية
يحتوي نظام دوران البطارية الشمسية على مبيت، وعمود مجوف مع شفة لتوصيل البطارية الشمسية، ومحرك لدورانها، ومجمعات الطاقة والتيار عن بعد. ينقسم عمود الإخراج وظيفيًا إلى شفة طاقة وعمود مزود بمجمع تيار كهربائي. يتم تثبيت مجمع التيار القياس عن بعد على عموده ويتم توصيله بعمود الإخراج. يتم تثبيت شفة عمود الخرج في غلاف نظام دوران البطارية الشمسية على محمل دعم مع التحميل المسبق أو ضغطه من خلال محمل الدعم إلى غلاف نظام دوران البطارية الشمسية بواسطة الزنبركات. تزداد الموثوقية وينخفض وزن الجهاز وأبعاده. 1 الراتب و-لي، 1 مريض.
يتعلق الاختراع بتكنولوجيا الفضاء ويمكن استخدامه في تصميم نظام دوران المصفوفة الشمسية (SPSB).
يهدف الاختراع الحالي إلى تدوير بطارية شمسية (SB) ونقل الطاقة الكهربائية من البطاريات الشمسية إلى مركبة فضائية.
نظام معروف لبطاريات الطاقة الشمسية الدوارة (SPBS)، براءة اختراع أمريكية رقم 4076191، يتكون من مبيت وعمود ذو شفتين لربط جناحي البطاريات الشمسية ومحرك ومجمعات تيار. الطاقة، ونقل الطاقة الكهربائية، والقياس عن بعد، ونقل الأوامر ومعلومات القياس عن بعد، توجد المجمعات الحالية على العمود، بينما يقوم محرك الأقراص بتدوير جناحي SB. يؤخذ هذا الاختراع كنموذج أولي.
عيب هذا الجهاز هو وجود محرك أقراص واحد غير زائد عن الحاجة، ونتيجة لذلك، تقليل بقاء الجهاز. العيب الثاني هو التصميم الضخم للعمود، بسبب استيفاء متطلبات صلابة الانحناء المطلوبة للعمود. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي قطر العمود الكبير إلى زيادة الاحتكاك وتآكل المجمعات الحالية.
الهدف الفني للاختراع هو زيادة موثوقية النظام وتقليل وزن الهيكل وزيادة الوظائف.
يتم تحقيق المهمة من خلال حقيقة أنه في SPBS الذي يحتوي على مبيت ومحرك وعمود، يكون عمود الإخراج للجهاز مجوفًا مع شفة طاقة في النهاية. في هذه الحالة، يقع مجمع تيار الطاقة على عمود الإخراج بالخارج، ويتم تثبيت جهاز القياس عن بعد على عموده الخاص. يتم توصيل جهاز تجميع التيار عن بعد بعمود الإخراج الخاص بـ SPBS. يتم تثبيت شفة عمود الخرج على محمل دعم بحلقات مسطحة أو يتم ضغطها على الهيكل بواسطة النوابض. يتم استبعاد قسم عمود الإخراج مع مجمع تيار الطاقة المثبت من التصميم الصلب وله أبعاد مثالية لضمان الحد الأدنى من الوزن وعمر الخدمة المطلوب للمجمع الحالي.
يتم توضيح جوهر الاختراع من خلال الرسم، حيث يوضح الشكل 1 منظرًا عامًا للجهاز المطالب به مع قسم.
يتكون نظام دوران البطارية الشمسية من مبيت 1، ومحرك 2، وعمود إخراج 3 مثبت على محمل دعم 4، ومجمع تيار طاقة 6 موجود على عمود الإخراج 3، ومجمع تيار قياس عن بعد 7 مثبت على عموده. يمكن تركيب جهاز جمع التيار عن بعد 7 في التجويف الداخلي لعمود الخرج 3 أو خارجيًا وتوصيله به. يتم تحقيق زيادة صلابة الهياكل عن طريق الضغط المستمر على العمود 3 على الهيكل 1 بسبب التحميل المسبق لمحمل الدعم أو الضغط بواسطة نوابض القرص 8. يتم تحقيق زيادة دقة موضع محور دوران عمود الخرج 3 من خلال محمل دعم بحلقات دعم مسطحة 9. يتم تثبيت عجلة التروس 10 على العمود 5 للمحرك 2. يتم تثبيت الترس 11 على عمود الإخراج 3.
عندما يعمل SPSB، ينقل المحرك 2 الدوران إلى عمود الخرج 3. ويتم نقل الدوران من المحرك إلى عمود الخرج 3 بواسطة مجموعة تروس ذات التروس 10، 11.
تقوم المجمعات الحالية 6 و 7 بنقل الطاقة الكهربائية والأوامر والإشارات من المجموعة الشمسية الدوارة إلى المركبة الفضائية عند الدوران وعند التوقف. يتم ضمان الضغط المستمر لعمود الخرج 3 على الهيكل 1 من خلال محمل الدعم 4 بواسطة نوابض قرصية 8 أثناء الدوران وعندما يتوقف عمود الخرج.
يتم ضمان زيادة قدرة المركبة الفضائية على البقاء من خلال استخدام SPSB واحد لكل جناح SB. حتى في حالة فشل نظام إمداد الطاقة لأحد الأجنحة، سيتلقى الجهاز الطاقة الكهربائية من الجناح الآخر ويضمن تشغيل المستهلكين الرئيسيين.
يتم ضمان تقليل وزن الهيكل من خلال حقيقة أن عمود الخرج 3 مقسم وظيفيًا إلى شفة طاقة تصل إلى محمل الدعم 4 وعمود تجميع تيار الطاقة. يمكن وضع شفة الطاقة داخل مبيت SPSB وخارجه، كما هو موضح في الشكل 1. يتميز العمود بأبعاد أصغر ووزن أقل وصلابة انحناء متزايدة بسبب إغلاق دائرة الطاقة للهيكل من شفة عمود الخرج مباشرة إلى السكن من خلال تحمل الدعم.
يتم اختيار قوة الدفع لمحمل الدعم (أو التحميل المسبق لمحمل الدعم رباعي النقاط) من الحالة التالية لعدم فتح المفصل تحت أحمال التشغيل:
P>2·K·M/D، حيث
P - قوة الدفع للمحمل الداعم، Nm؛
M - انخفاض عزم الانحناء أثناء التشغيل العادي، N؛
يتم تقليل وزن أجهزة تجميع التيار وزيادة عمر الخدمة نظرًا لحقيقة أن قسم العمود المزود بجهاز تجميع تيار الطاقة المثبت مستبعد من الهيكل الصلب وله أبعاد مثالية لتجميع التيار جهاز. يتم تثبيت جهاز تجميع التيار عن بعد من نوع الكبسولة على عموده، على سبيل المثال، داخل عمود الإخراج أو يتم توصيله خارجيًا وله الحد الأدنى من الكتلة. يتم تحقيق زيادة عمر خدمة المجمعات الحالية من خلال إمكانية تنفيذها بأدنى قطر للحلقات المنزلقة وبالتالي تقليل الاحتكاك.
إن انخفاض خسائر الاحتكاك للمجمعات الحالية يجعل من الممكن تقليل قوة القيادة، مما يؤدي إلى انخفاض وزن جزء القيادة في SPSB.
حاليًا، أصدرت المؤسسة وثائق التصميم لـ SPSB للتصميم المعلن وأجرت اختبارًا تجريبيًا على الأرض للنظام. أظهرت الاختبارات انخفاضًا كبيرًا في وزن النظام وزيادة في عمر الخدمة وزيادة في خصائص الصلابة وموثوقية النظام.
1. نظام دوران البطارية الشمسية الذي يحتوي على مبيت، وعمود مجوف مع شفة لتوصيل البطارية الشمسية، ومحرك لدورانها، ومجمعات الطاقة والتيار عن بعد، ويتميز بأن عمود الإخراج مقسم وظيفيًا إلى شفة طاقة و عمود مع مجمع تيار الطاقة، وقياس عن بعد، يتم تثبيت جهاز تجميع التيار على عموده وتوصيله بعمود الخرج، بينما يتم تثبيت شفة عمود الخرج في مبيت نظام دوران البطارية الشمسية على محمل دعم مع التحميل المسبق أو التحميل المسبق من خلال محمل الدعم إلى غلاف نظام تدوير البطارية الشمسية بواسطة الزنبركات.
2. الجهاز وفقًا للمطالبة 1، يتميز بأنه يتم اختيار قوة التحميل المسبق أو التحميل المسبق لمحمل الدعم من الحالة التالية لعدم فتح المفصل تحت أحمال التشغيل:
ف> 2 · ك·م/د،
حيث P هي قوة التحميل المسبق أو قوة التحميل المسبق لمحمل الدعم، Nm؛
ك - عامل الأمان للأحمال الخارجية.
M - انخفاض عزم الانحناء أثناء التشغيل العادي، N؛
د - قطر العمل للمحمل الداعم (بالكرات) م.
براءات الاختراع المماثلة:
يتعلق الاختراع بمعدات المركبة الفضائية (SV)، وعلى وجه الخصوص، بالعناصر الهيكلية المتحركة للمركبة الفضائية التي لها اتصال كهربائي مع نظام التحكم في المركبة الفضائية، على سبيل المثال البطاريات الشمسية (SB)، والهوائيات، والأغطية المتحركة، وما إلى ذلك.
يتعلق الاختراع بالتحكم في اتجاه المركبة الفضائية (SV) باستخدام الألواح الشمسية (SB) المثبتة بالنسبة لجسم المركبة الفضائية. .
يتعلق الاختراع بمجال تكنولوجيا الفضاء ويمكن استخدامه لتحديد والتحكم في المعلمات المتكاملة لنقل الحرارة الإشعاعية للكوكب الذي تدور حوله المركبة الفضائية (SV).
ويتعلق الاختراع بتكنولوجيا الفضاء ويمكن استخدامه في تصميم الهياكل البعيدة للمركبات الفضائية، وخاصة الهوائيات والألواح الشمسية. تحتوي دعامة البطارية الشمسية على آلية ذات وصلتين، على الوصلتين المشتركتين للمحور الذي تم تركيب زنبرك الالتواء به أجهزة الشحن. يتم تثبيت رابط واحد على إطار المجموعة الشمسية والآخر على جسم المركبة الفضائية. يوجد قضيب محمّل بنابض بشكل عمودي على المحور على أحد الوصلات للتثبيت في الموضع النهائي. في نهاية القضيب المحمل بنابض، يتم تثبيت ذراع متأرجح مع إمكانية الدوران، وفي كلا طرفيه يتم تثبيت محامل التدحرج بشكل صارم، وتتفاعل مع الأخاديد المخروطية للناسخات، المثبتة بشكل صارم على الوصلة المقابلة للزنبرك- قضيب محمل. تحتوي روابط الآلية ذات الرابطين على فتحات لجهاز تثبيت الموضع الأولي للروابط، ويتم تأمينها عن طريق اتصال ملولب. التأثير: زيادة الموثوقية في تشغيل الدعامة وتبسيط عملية تركيب البطارية الشمسية على جسم المركبة الفضائية. 13 مريضا
يتعلق الاختراع بأنظمة إمداد الطاقة للمركبات الفضائية (SC) باستخدام الألواح الشمسية (SB). تتمثل الطريقة في تحديد زاوية معينة لـ SB، وقياس زاويتها الحالية وحساب الزاوية المحسوبة من السرعة الزاوية لـ SB وزمن دورانها. يتم تحديد زوايا التسارع (αASG) والكبح (αBRAKE) SB. يتم تدوير SB حتى يتم الوصول إلى عتبة التحرير (αOTP ≈ αTORM)، عندما يتوقف عدم التطابق بين زوايا SB المحددة والمحسوبة. قبل بدء التحكم، يتم تذكر الزاوية المحددة ويتم أخذ القيمة الأولية للزاوية المحسوبة كقيمة موثوقة للزاوية الحالية. يتم تعيين عتبة عدم التطابق (αPR) لهذه الزوايا بناءً على الزوايا αRAZG وαTORM، بالإضافة إلى الحد الأدنى المسموح به والحد الأقصى لتيارات SB الممكنة. تنقسم دائرة مستشعر الزاوية إلى قطاعات منفصلة متساوية (DS) ذات حجم σ تحت الشرط: α ACCELERATION + αBRACK< σ < αПР. Биссектрисы ДС принимают за измеряемые значения. Задают период определения достоверного значения текущего угла на порядок и более превышающим максимальную длительность сбоя информации датчика и менее минимального интервала следования сбоев. Разбивают данный период на четыре равных интервала, и из анализа измеренных и запомненных значений на этих интервалах сбрасывают или формируют сигнал достоверности. В последнем случае вращают СБ до достижения рассогласованием между расчетным и заданным углами значения αОТП и тогда запоминают новое значение заданного угла. Техническим результатом изобретения является повышение живучести и эффективности системы управления ориентацией СБ при кратковременных сбоях информации, поступающей от датчика угла СБ. 4 ил.
يتعلق الاختراع بأنظمة إمداد الطاقة للمركبة الفضائية (SC) باستخدام الألواح الشمسية (SB). تتضمن الطريقة تحديد زوايا التوجه المحددة والحالية للقمر الصناعي والسرعة الزاوية (ωSV) للقمر الصناعي. يتم حساب الزاوية المحسوبة أيضًا، وقبل البدء في التحكم في SB، يتم تعيين قيمة الزاوية المقاسة، والتي يتم تذكرها. قم بتدوير SB في اتجاه تقليل عدم التطابق بين الزوايا المعطاة والمحسوبة. يتم تحديد أوقات وزوايا التسارع (tARG، αARG) والتباطؤ (tbreak، αbreak) لمصدر الطاقة، بالإضافة إلى الزاوية القصوى المسموح بها (αMAX) لانحراف مصدر الطاقة، بناءً على الحد الأدنى المسموح به والحد الأقصى التيارات المحتملة لإمدادات الطاقة. في هذه الزوايا، يتم تعيين عتبة الاستجابة (αCP)، عند تجاوزها، يتم تشكيل عدم التطابق المحدد. لا يؤخذ هذا الأخير في الاعتبار تحت عتبة الإطلاق (αOTP)، عند الوصول إلى توقف دوران SB. يتم ضبط الزاوية المحسوبة لـ SB ضمن قطاع منفصل واحد (DS) من دائرة دوران SB. يعتمد حجم DS على الزوايا αRAZG و αTORM و αCP. اعتمادًا على αCP وωSB، يتم تعيين قيمة العتبة للوقت لمراقبة استمرارية التغييرات في المعلومات حول الموضع الزاوي لـ SB. يتم احتساب وقت المراقبة هذا إذا كانت الزاوية المقاسة الحالية تختلف عن الزاوية المخزنة بأكثر من DS واحد، ويتم إيقافها بخلاف ذلك. قم بتعيين وقت العتبة للتحكم في اتجاه دوران SB اعتمادًا على tRAZG، وtبريك، وαMAX، وωSB، وقيمة DC. يتم حساب هذه المرة عند وقت التحكم في الاستمرارية صفر، إذا كانت علامة التناقض بين الزوايا المقاسة والمخزنة لـ SB لا تتوافق مع الاتجاه المحدد لدوران SB. وبخلاف ذلك، سيتم إيقاف العد التنازلي وإعادة ضبط وقت التحكم في اتجاه الدوران على الصفر. في هذه الحالة، في لحظة تغيير الزاوية المقاسة الحالية بمقدار DS واحد، يتم تعيين الزاوية المحسوبة على قيمة الحدود بين DS ويتم تعيين قيمة جديدة للزاوية المقاسة للزاوية المخزنة. إذا تجاوز وقت التحكم في الاستمرارية أو وقت التحكم في اتجاه الدوران قيمة العتبة الخاصة به، فسيتم إنشاء إشارة فشل ويتم إيقاف التحكم في SB. والنتيجة الفنية للاختراع هي زيادة بقاء وكفاءة نظام التحكم في الموقف SB. 3 مريض.
يتعلق الاختراع بأنظمة إمداد الطاقة للمركبة الفضائية (SC) باستخدام الألواح الشمسية (SB). تتضمن الطريقة تحديد زاوية اتجاه معينة للوحة الشمسية بالنسبة للشمس من الموضع الزاوي المقاس للوضع الطبيعي إلى سطح عمل اللوحة الشمسية وحساب الزاوية المحسوبة بالنسبة للموضع المحدد للوضع الطبيعي. قم بتدوير SB في اتجاه تقليل عدم التطابق بين الزوايا المعطاة والمحسوبة. يتم تحديد زوايا التسارع (αASG) والكبح (αBRAKE) SB. يتم ضبط الزاوية المحسوبة في اللحظات التي تتغير فيها قيم مستشعر الزاوية بقيمة القطاع المنفصل (DS) لدوران SB. يتم تعيين التشغيل (αSR) وعتبات الإطلاق (αOTP)، مما يؤدي إلى إيقاف دوران SB إذا بدأ التناقض بين الزوايا المعطاة والحالية في الزيادة، ولكن ليس أكثر من αSR. تم ضبط السرعة الزاوية لدوران SB لتكون أعلى من السرعة الزاوية القصوى لثورة المركبة الفضائية حول الأرض، وقيمة DS أقل من αSR. اضبط زاوية العمل (αRAB) SB من الحالة: αSR< αРАБ < (αГОР - 2·(αРАЗГ + αТОРМ)). Присваивают заданному углу значение углового положения ближайшего к нему луча угла αРАБ, если направление на Солнце в проекции на плоскость вращения указанной нормали находится вне αРАБ. Если угловое положение данной нормали находится вне αРАБ, изменяясь в направлении увеличения угла относительно ближайшего к нему луча угла αРАБ, то формируют сигнал отказа и прекращают управление СБ. Техническим результатом изобретения является исключение заклинивания и поломки панели СБ или бортового оборудования КА, при обеспечении максимально возможного тока в условиях ограничений на углы поворота СБ (напр., от 90° до 180°). 3 ил.
يتعلق الاختراع بالهندسة الكهربائية، ولا سيما أجهزة توليد الطاقة الكهربائية عن طريق تحويل الإشعاع الضوئي إلى طاقة كهربائية، ويمكن استخدامه في إنشاء وإنتاج مركبات فضائية صغيرة الحجم مزودة ببطاريات شمسية (SB). النتيجة التقنية للاختراع هي: زيادة مقاومة مصدر الطاقة للصدمات الحرارية، ولتأثيرات الأحمال الميكانيكية والحرارية، وزيادة قابلية التصنيع للتصميم، وزيادة العمر النشط لإمدادات الطاقة للمركبات الفضائية، وزيادة الوظائف عن طريق زيادة درجة الحرارة نطاق التشغيل وتحسين تصميم مصدر الطاقة، وتبسيط نظام التبديل، والذي يتم تحقيقه من خلال زيادة قوة اتصال الثنائيات التحويلية والخلايا الشمسية، وزيادة إمكانية تكرار عملية تصنيع الألواح الشمسية للمركبات الفضائية من خلال تحسين تكنولوجيا التصنيع من الثنائيات التحويلية والخلايا الشمسية، وكذلك الحافلات التبديلية التي تربط الخلايا الشمسية وثنائيات التحويل، والتي تكون متعددة الطبقات. تحتوي البطارية الشمسية المخصصة للمركبات الفضائية الصغيرة على: ألواح بها وحدات تحتوي على خلايا شمسية (SCs) ملتصقة بها، وصمام ثنائي تحويلي؛ تربط قضبان التبديل بين الجانبين الأمامي والخلفي من الصمام الثنائي التحويلي مع الخلية الشمسية، بينما يتم تثبيت الصمام الثنائي التحويلي في فتحة في زاوية الخلية الشمسية، بينما تصنع قضبان التبديل متعددة الطبقات، وتتكون من رقائق الموليبدينوم، على كلا الجانبين منها طبقة من الفاناديوم أو التيتانيوم، وطبقة من النيكل وطبقة من الفضة على التوالي. 2 ن. و5 راتب و-لي، 4 مريض، 3 طاولات.
يتعلق الاختراع بالتحكم في حركة المركبة الفضائية (SC) باستخدام قوى ضغط الإشعاع الشمسي الموزعة على مناطق عمل SC. وتتشكل الأخيرة على شكل تدفقات قطرية مسطحة وشفافة بصريًا. المسافة بين قطرات نصف القطر R في كل تدفق على طوله (Sx) وفي اتجاهه العرضي الأمامي (Sy) هي مسافة متعددة. عدد المواضيع هو. من خلال إزاحة التدفقات بالنسبة لبعضها البعض في اتجاه حركتها على مسافة، يتم تشكيل تدفقات ورقة القطرات من حيث العدد. يتم إزاحة كل من هذه التدفقات بالنسبة إلى التدفق السابق في الاتجاه العرضي الأمامي بمسافة. يؤدي هذا إلى إنشاء عتامة في الاتجاه العرضي الأمامي وشفافية في اتجاه المستوى المتعامد مع التدفق. يتم تنظيم وحدة القوة الموزعة للضغط الخفيف عن طريق تغيير نصف القطر وعدد القطرات التي تصل إلى نقطة تطبيقها لكل وحدة زمنية. يتم ضبط حجم التأثير الإجمالي عن طريق تغيير عدد نفاثات التنقيط. تهدف النتيجة الفنية للاختراع إلى زيادة كفاءة استخدام قوى الضغط الخفيف الخارجية الموزعة عن طريق تقليل تأثيرها المزعج على الحركة النسبية للمركبة الفضائية. 3 مرض، 1 علامة التبويب.
يتعلق الاختراع بالتحكم في حركة مركبة فضائية (SV)، حيث يوجد مشعاع باعث للحرارة وبطارية شمسية (SB). تتضمن الطريقة إجراء رحلة لمركبة فضائية في مدار حول كوكب مع تحول النظام الشمسي إلى موضع يتوافق مع محاذاة الوضع الطبيعي لسطح عمل القمر الصناعي مع الاتجاه نحو الشمس. يتم إنشاء الاتجاه المداري للمركبة الفضائية، حيث يكون مستوى دوران SB موازيًا للمستوى المداري للمركبة الفضائية ويقع SB بالنسبة إلى المستوى المداري من جانب الشمس. ويتم تحديد ارتفاع مدار المركبة الفضائية والزاوية بين اتجاه الشمس ومستوى مدار المركبة الفضائية. حدد القيمة (β*) لهذه الزاوية التي تكون فيها مدة جزء الظل من المنعطف مساوية للوقت المطلوب لإطلاق الحرارة بواسطة المبرد عند المنعطف. يتم تحديد المدارات المدارية التي تكون فيها القيمة الحالية لزاوية معينة أكبر من β*. في هذه المنعطفات، يتم تدوير SB حول محاور الدوران العرضية والطولية حتى يتم تحقيق شروط تظليل المبرد SB. وفي الوقت نفسه، تضمن الحد الأدنى من الانحراف في اتجاه سطح العمل للنظام الشمسي نحو الشمس. يتم تنفيذ الرحلة المدارية للمركبة الفضائية في مدار شبه دائري بارتفاع لا يزيد عن قيمة محسوبة معينة. والنتيجة الفنية للاختراع هي زيادة كفاءة المبرد من خلال تهيئة الظروف لتبريده الطبيعي عندما يكون النظام الشمسي مظللاً في أي موضع للمركبة الفضائية في المدار. 3 مريض.
ويتعلق الاختراع بتكنولوجيا الفضاء ويمكن استخدامه في تصميم نظام دوران البطارية الشمسية
إحدى الطرق الواضحة لتحسين كفاءة محطات الطاقة الشمسية هي استخدام أنظمة تتبع الطاقة الشمسية فيها. سيؤدي تطوير أنظمة التتبع مع الصيانة البسيطة إلى تحسين الأداء الفني والاقتصادي للمرافق الزراعية بشكل كبير وإنشاء ظروف عمل ومعيشة مريحة للناس مع ضمان السلامة البيئية للبيئة. يمكن أن تكون أنظمة التتبع ذات محور واحد أو محورين لدوران الألواح الشمسية.
محطة طاقة شمسية مزودة بنظام تتبع، بما في ذلك حساس موضع الشمس الكهروضوئي المدمج، يتكون من إطار على شكل منشور ثلاثي مستقيم، على وجهين جانبيين توجد خلايا ضوئية لتتبع الشمس، وعلى الوجه الثالث هناك هي خلية ضوئية للتحكم لتحويل الوحدات من الغرب إلى الشرق. أثناء ساعات النهار، يقوم تتبع الخلايا الكهروضوئية الموجودة على حواف المستشعر بإصدار إشارات الأمر إلى وحدة التحكم لمحرك الدوران السمتي لوحدة الطاقة الشمسية، والتي تدور في اتجاه الشمس باستخدام عمود. عيب التثبيت هو عدم كفاية دقة تتبع الشمس.
تحتوي محطة الطاقة الشمسية على بطارية شمسية ذات نظام توجيه ثنائي المحور نحو الشمس، حيث تم تركيب وحدات كهروضوئية تحتوي على كاشفات ضوئية خطية تقع في بؤر عدسات فريسنل الأسطوانية كأجهزة استشعار لتتبع الشمس. تتحكم الإشارات الصادرة عن أجهزة الكشف الضوئي، باستخدام معالج دقيق، في محركات أقراص نظام التوجيه السمتي والسميتي للبطارية الشمسية.
عيب هذا التثبيت هو عدم كفاية دقة تتبع الشمس، فضلا عن حقيقة أن أجهزة استشعار التتبع تشغل جزءا من المنطقة النشطة للبطارية الشمسية.
الهدف الرئيسي من التطوير هو تحسين دقة مستشعر تتبع الشمس لأنظمة توجيه الألواح الشمسية ثنائية المحور في أي موضع من الشمس في السماء على مدار العام.
يتم تحقيق النتيجة التقنية المذكورة أعلاه من خلال حقيقة أنه يوجد في مستشعر تتبع الشمس المقترح نظام توجيه بطارية شمسية ثنائي المحور يحتوي على كتلة من خلايا استقبال الشعاع المثبتة على منصة ثابتة، والتي يتم تصنيعها على شكل مخاريط عكسية ذات جدران غير شفافة ويتم تركيبها على الأطراف الضيقة لمخاريط الخلايا الكهروضوئية. في هذه الحالة، يتم تثبيت الخلايا المستقبلة للشعاع بإحكام على المنصة بتشكيل زاوية صلبة قدرها 160 درجة وتأطيرها كرة شفافة مثبتة على المنصة، والتي يتم تثبيتها بميل إلى الأفقي بزاوية تساوي خط العرض الجغرافي لموقع الاستشعار.
يتم تثبيت مستشعر التتبع على منصة ثابتة، ويتم توجيه 6 منها (الشكل 1) إلى الجنوب. تتوافق زاوية ميل الموقع مع القاعدة الأفقية مع خط العرض الجغرافي للمنطقة المجاورة للبطارية الشمسية، الموضوعة على نظام توجيه شمسي ميكانيكي يحتوي على محركات دوران سمتية وسمتية باستخدام محركات تروس متدرجة. يتم التحكم في محركات البطاريات الشمسية بواسطة معالج دقيق يستقبل نبضات كهربائية من العناصر الكهروضوئية لخلايا الاستشعار. يحتوي المعالج الدقيق على معلومات حول خط العرض الجغرافي لموقع البطارية الشمسية، وساعة إلكترونية مزودة بتقويم، تعمل إشاراتها على تنشيط محركات التروس للدوران السمتي والسمت للبطارية الشمسية وفقًا لمعادلة الحركة من الشمس في السماء. في هذه الحالة تتم مقارنة قيم زوايا الدوران المحققة للبطارية الشمسية بناء على الإشارات الصادرة من العناصر الكهروضوئية للخلايا الاستشعارية مع القيم التي تم الحصول عليها من معادلة حركة الشمس عند التيار وقت.
تم توضيح جوهر تصميم المستشعر في الشكل. 1 و 2 و 3 و 4. في الشكل. يوضح الشكل 1 و3 الرسم التخطيطي العام للمستشعر. في التين. ويبين الشكل 2 منظرًا علويًا لكرة شفافة وخلايا مستقبلة للشعاع. في التين. ويبين الشكل 4 رسما تخطيطيا لهذه الخلية.
يحتوي مستشعر تتبع الشمس لنظام توجيه الألواح الشمسية ثنائي المحور على منصة 1 متصلة بقاعدة أفقية 5 بزاوية تساوي خط عرض المنطقة. يتم ربط نصف الكرة الشفاف 2 بنصف قطر r بالمنصة 1. في كامل المساحة الداخلية للكرة 2، يتم تثبيت خلايا استقبال الشعاع 3 بشكل وثيق، ولها شكل مخروط معكوس بجدران غير شفافة 7، تواجه الجدار الداخلي للكرة الشفافة 2 بقطر φ وقطر د 2إلى الموقع 1. ارتفاع المخروط 3 يساوي المسافة حمن الجدار الداخلي للكرة 2 إلى سطح المنصة 1. في الجزء السفلي من المخروط 3 على مسافة 5 د 1 من الحافة العلوية للمخروط 3 يوجد عنصر كهروضوئي 4، الإشارة الكهربائية التي منها يتم نقله إلى نظام المعالجات الدقيقة للتحكم في دوران محاور البطارية الشمسية (غير موضح في الشكل 1). يتم تحديد المسافة 5d 1 بحيث يتم التقاط شعاع الشمس 8 بدقة على العنصر الكهروضوئي 4، المحدود بالجدران المعتمة 7 للمخروط 3.
يعمل مستشعر تتبع الشمس على النحو التالي. تخترق أشعة الشمس 8 الكرة الشفافة 2، والفضاء الداخلي للمخروط 3، وتسقط على العنصر الكهروضوئي 4، محدثة تيارًا كهربائيًا، يتم تحليله بواسطة المعالج الدقيق ونقله إلى محركات تروس المحرك السائر للبطارية الشمسية نظام التوجيه (غير موضح في الشكل). عندما تتحرك الشمس عبر السماء، تقوم أشعتها 8 بتشغيل العناصر الكهروضوئية تدريجيًا 3 وتساهم في التنظيم الدقيق والسلس لدوران البطارية الشمسية على طول محوري السمت والسمت.
أظهرت الاختبارات المعملية لتخطيط خلية الاستشعار باستخدام جهاز محاكاة الإشعاع الشمسي نتائج مقبولة في قطع التدفق الضوئي للقيم المقبولة د 1 , د 2 و 5 دس.
يحتوي مستشعر تتبع الشمس لنظام توجيه البطارية الشمسية ثنائي المحور على خلايا مستقبلة للأشعة مصنوعة على شكل مخاريط معكوسة، مثبتة بإحكام على الموقع لتشكل زاوية صلبة تبلغ 160 درجة ومحاطة بإطار كروي شفاف، مما يسمح بتوجيه أكثر دقة للشمس الألواح الشمسية وبالتالي الحصول على أكبر قدر من الكهرباء منها.
في بناء المنازل الريفية، والمنازل في البيوت الصيفية، والدفيئات الزراعية، ومباني المزارع المختلفة، بدأ استخدام أنظمة إمدادات الطاقة المستقلة بشكل متزايد. توفر الألواح الشمسية الاستقلال عن الشبكات الكهربائية العامة. وفي مدن القطاع الخاص يمكنك غالبًا رؤية الألواح الشمسية لمحطات الطاقة المنزلية على أسطح المنازل.
يمكن أن تكون هذه الألواح ذات هياكل أحادية ومتعددة البلورات من السيليكون، ويمكن بناؤها على أساس بطاريات مصنوعة باستخدام تقنية غير متبلورة أو ميكرومورفيك، ويمكن حتى استخدام الخلايا الشمسية المصنوعة باستخدام تقنية "Moth Eye". علاوة على ذلك، تم بناء كل مبنى بطريقة يتم فيها تركيب الألواح الشمسية في مكان يتلقى أقصى قدر من ضوء الشمس.
كفاءة أنظمة الهيليوم الحديثة في المتوسط لا تتجاوز 18% - 20%. أفضل العينات يمكن أن تحقق كفاءة 25%. في عام 2014، أفاد العلماء في المركز الأسترالي للخلايا الكهروضوئية المتقدمة بجامعة نيو ساوث ويلز أنهم حققوا كفاءة الخلايا الشمسية بنسبة 40٪.
يجب أن يكون مفهوما أن قيمة الكفاءة يتم قياسها عندما تضيء الشمس لوحة الهيليوم بزوايا قائمة. إذا تم إصلاح البطارية الشمسية بشكل دائم، فخلال النهار، عندما تتحرك الشمس عبر السماء، ستكون فترة الإضاءة المباشرة للبطارية بواسطة الشمس قصيرة نسبيًا. وبالتالي، فإن كفاءة الألواح الشمسية الأكثر تقدمًا ستنخفض.
ومن أجل تقليل الانخفاض في كفاءة أنظمة الهيليوم، يجب تركيب الألواح الشمسية على وحدات دوارة، مما يسمح بتوجيه البطاريات نحو الشمس طوال اليوم. يسمى هذا الجهاز الدوار، الذي يتم إرفاق هيكل داعم به لوحة شمسية واحدة أو أكثر، بجهاز التعقب.
وهو مصمم لمراقبة الشمس وتوجيه اللوحة الشمسية نحوها حسب موقعها. ويتضمن هذا الجهاز، حسب الإصدار، مستشعرًا واحدًا أو اثنين لتتبع الشمس، بالإضافة إلى آلية دوارة. يجب تثبيت جهاز التتبع في مكان جيد الإضاءة على الأرض، أو على حامل ثابت، أو على سارية من شأنها رفع جهاز التتبع إلى ارتفاع بحيث تكون البطارية الشمسية مضاءة دائمًا بالشمس.
جهاز تعقب مزود بأربعة ألواح شمسية على سارية
حتى أبسط جهاز دوار مزود بنظام تتبع الشمس يسمح لك بالحصول على أقصى قدر من الكفاءة من بطاريات الهلام. أظهرت الدراسات أنه في حالة عدم التوجيه الصحيح للألواح الشمسية نحو الشمس، يتم فقدان ما يصل إلى 35% من الطاقة. لذلك، من أجل الوصول إلى الطاقة المخطط لها في حالة التركيب الثابت للخلايا الكهروضوئية، من الضروري تركيب عدد أكبر من الألواح.
مبدأ بناء أنظمة التحكم في دوران الألواح الشمسية
تنتج الصناعة عدة أنواع من أنظمة التحكم في دوران الألواح الشمسية. هذه أجهزة باهظة الثمن (تصل إلى 100000 روبل) يمكنها التحكم في موضع العديد من لوحات الهيليوم في وقت واحد.
وبما أن الشمس لا تتحرك أفقيًا فحسب، بل عموديًا أيضًا خلال النهار، فإن أنظمة التحكم هذه تراقب التغيرات في الموضع، وتصدر، وفقًا للمعلومات الواردة، أوامر لتدوير اللوحة حول المحاور الأفقية أو الرأسية. في الحالة العامة، يتكون نظام التحكم هذا من حساس الطاقة الشمسية، ومحول الإشارة (P) من هذا الحساس، ومضخم الإشارة (U)، ووحدة التحكم الدقيقة (MC)، وجهاز التحكم في المحرك (ECD)، والمحرك نفسه و وأخيرا الإطار نفسه الذي تم تركيبه عليه.
دائرة التحكم بالتتبع
ومن المميزات أن نفس الدائرة تستخدم للتحكم في الدوران في كلا المحورين. تختلف أجهزة الاستشعار والمحركات الخاصة بموضع الشمس فقط. يتكون أبسط مستشعر لموضع الشمس من ثنائيات ضوئية مفصولة بقسم غير شفاف.
اعتمادًا على الحركة التي يراقبها هذا المستشعر، يتم تثبيت القسم أفقيًا أو رأسيًا، ولكن يجب توجيهه بدقة نحو الشمس. وطالما أن كلا الثنائيين الضوئيين مضاءان بشكل متساوٍ، فإن الإشارات القادمة منهما متساوية. بمجرد أن تتحرك الشمس كثيرًا بحيث يكون أحد الثنائيات الضوئية في ظل القسم، يحدث خلل في الإشارات ويقوم نظام التحكم بإنشاء أمر مناسب لتدوير اللوحة الشمسية.
دائرة حساس موضع الشمس
كقاعدة عامة، يتم استخدام محركات السائر أو محركات صمام الممانعة كمحركات للقرص الدوار. في أنظمة التحكم هذه، يتم تثبيت أجهزة استشعار التتبع على نفس المنصة وتدور معها، مما يضمن التوجيه الدقيق للوحة الهيليوم نحو الشمس. من أجل التشغيل الموثوق للمستشعر، من الضروري حمايته من التلوث وتراكم الثلوج وتظليل البصريات بأشياء عشوائية.
توجد أنظمة تحكم يتم فيها إزالة أجهزة استشعار التتبع من المنصة الدوارة الداعمة ووضعها في مكان محمي من مثل هذه التأثيرات. في هذه الحالة، يتم إرسال الإشارة من أجهزة الاستشعار إلى جهاز إرسال المزامن. من خلال توجيه مستشعر التتبع نحو الشمس، ينقل جهاز الإرسال المتزامن إجراء التحكم إلى جهاز الاستقبال المتزامن، الذي يقوم بتدوير المنصة الداعمة، وتوجيهها بالضبط نحو الشمس.
نظام التحكم بدوران الألواح الشمسية يعتمد على آلية الساعة
المنشآت الصناعية - محطات توليد طاقة الهيليوم المجهزة بالكامل بوحدات دوارة ثنائية المحور - باهظة الثمن. على سبيل المثال، يكلف جهاز التعقب الصناعي UST-AADAT حوالي مليون ونصف مليون روبل. الرغبة الطبيعية لجميع أصحاب محطات الطاقة الشمسية هي زيادة إنتاج الطاقة مع تقليل التكاليف. ونتيجة لذلك، ظهرت الأجهزة محلية الصنع الأصلية في تصميمها باستخدام مواد الخردة. وتتحكم هذه الأجهزة بنجاح في اتجاه الألواح نحو الشمس.
أحد الخيارات لمثل هذا الجهاز هو نظام التحكم في اتجاه ألواح الهيليوم، المبني على أساس آلية الساعة. لتتبع الشمس، ليس من الضروري على الإطلاق استخدام أجهزة استقبال الضوء. للقيام بذلك، فقط خذ ساعة حائط ميكانيكية عادية. حتى المشاة القدامى سوف يفعلون. ومن المعروف أن الشمس تسير في السماء خلال ساعة واحدة من الشرق إلى الغرب في مسار يقابل إزاحة زاوية مقدارها 15 درجة. وبما أن هذا الإزاحة الزاويّة ليست حرجة بشكل خاص بالنسبة للوحة الهيليوم، يكفي تشغيل آلية الدوران مرة واحدة كل ساعة.
تتبع حركة الشمس بالساعة
قد يبدو هذا الجهاز لتدوير لوحة الهيليوم حول محور عمودي. يتم إنشاء اتصال ثابت في القرص على مسافة طول عقرب الدقائق من المركز، في المكان المقابل للساعة 12. جهة الاتصال المتحركة موجودة على طرف عقرب الدقائق.
وبالتالي، سيتم إغلاق جهات الاتصال كل 60 دقيقة وسيتم تشغيل المحرك، مما يؤدي إلى تشغيل اللوحة الشمسية. يمكن إيقاف تشغيل المحرك بعدة طرق، على سبيل المثال، باستخدام مفتاح الحد أو مرحل الوقت. إذا قمت بتثبيت جهة اتصال ثابتة أخرى على القرص في المكان المقابل للساعة 6، فسيتم تصحيح موضع اللوحة كل نصف ساعة.
في هذه الحالة، يجب ضبط أجهزة إيقاف تشغيل المحرك لتدوير المنصة الحاملة بزاوية 7.5 درجة.
بالإضافة إلى ذلك، إذا رغبت في ذلك، هنا، على هذه الآلية، بمساعدة مجموعة اتصال أخرى، ولكن على أساس اتجاه عقارب الساعة، يمكنك تجميع دائرة لإعادة اللوحة الشمسية تلقائيًا إلى موضعها الأصلي. بناءً على نفس اتجاه عقارب الساعة، يمكنك تجميع نظام تحكم لتدوير اللوحة وحول المحور الأفقي. وبينما يتحرك عقرب الساعات إلى موضع الساعة 12، يرتفع الإطار الداعم مع ظهور الشمس. بعد 12 ساعة، يتم عكس محرك المحور الأفقي وتبدأ اللوحة الشمسية بالدوران في الاتجاه المعاكس.
مبدأ الساعة المائية في نظام التحكم في دوران الألواح الشمسية
اخترع هذا النظام الطالب إيدن فول من كندا البالغ من العمر تسعة عشر عامًا. إنه مصمم للتحكم في جهاز تعقب أحادي المحور. مبدأ التشغيل هو على النحو التالي. يتم إجراء الدوران حول محور أفقي. يتم تثبيت اللوحة الشمسية في الموضع الأولي بحيث تكون أشعة الشمس متعامدة مع مستوى اللوحة.
تم تعليق وعاء به ماء على أحد جانبي اللوحة، وتعليق حمولة على الجانب المقابل، وهو في حالة توازن مع الحاوية المملوءة بالماء. يتم عمل ثقب صغير في قاع الحاوية بحيث يتدفق الماء قطرة قطرة من هذه الحاوية. يتم تحديد حجم هذا الثقب تجريبيا. مع تدفق الماء، يصبح الوعاء أخف وزنا، ويقوم الثقل الموازن بتحريك الإطار مع اللوحة ببطء.
تعقب الساعة المائية
يتكون إعداد جهاز التعقب للتشغيل من صب الماء في الحاوية الفارغة ووضع اللوحة الشمسية في موضعها الأصلي.
لا يستنفد هذان المثالان الخيارات الممكنة لبناء الوحدات الدوارة. مع القليل من الخيال، يمكنك الحصول على جهاز بسيط ولكنه فعال للغاية يضمن زيادة كفاءة محطة توليد الكهرباء بالهيليوم في منزلك.