מערכת מעקב אחר השמש למעקב אחר השמש

מבוא

מקורות אנרגיה

עם ההתפתחות ההולכת וגוברת, עולה הצורך הבא של אנרגיה לכל חלק בחיי האדם. מקור האנרגיה העיקרי הוא הטבע, המספק כמה מקורות כמו דלקים מאובנים. ניתן לסווג משאבי טבע למקורות אנרגיה שאינם מתחדשים ומתחדשים.

מקורות אנרגיה בלתי מתחדשים כמו פחם, נפט וגז טבעי משמשים בעיקר, אך לא ניתן למלא אותם. כמו כן, גורמים כמו התחממות כדור הארץ, עליית דלק מתמשכת יוצרים מכשול בשימוש במקורות אנרגיה אלה.

מעתה הדרך היחידה היא להשתמש במקורות אנרגיה מתחדשים, אותם ניתן לחדש ולהחליף. דוגמאות לכך הן אנרגיית רוח, אנרגיה סולארית, אנרגיה תרמית.

מתוך אנרגיה סולארית זו היא העיקרית ביותר.

בדוק את הפרויקט החי של מעקב אחר שמש פאנל סולארי

שמש כמקור אנרגיה

היתוך גרעיני בליבה הפעילה של השמש מייצר טמפרטורה פנימית של 10⁷K ושטף קרינה פנימי של התפלגות ספקטרלית לא אחידה. קרינה פנימית זו נספגת בשכבות הפסיביות החיצוניות אשר מחוממות לכ 5800K. קרינה זו מייצרת אנרגיית אור בצורת פוטונים הנושאים כמות גדולה של אנרגיה ומומנטום. ניתן להטות פוטונים אלה או לספוג אותם במהלך מסעם מהשמש לאדמה.

כדור הארץ מקבל כוח קרינת שמש של כ 1.73 * 10¹⁴KW. כוח זה המתקבל ברציפות משתלב באנרגיה כוללת של 5.46 * 10^{עשרים ואחת}MJ לשנה. לפיכך אנרגיה סולארית היא מקור האנרגיה הרלוונטי ביותר הנדרש בכדי לתת מענה לדרישות הגוברות של האנושות.

ישנן שלוש דרכים שונות לאסוף אנרגיה זו, בהתבסס על סוג האספן:

• אספני פלטות שטוחות הם סוג האספנים הנפוץ ביותר כיום. הם מערכים של פאנלים סולאריים המסודרים במישור פשוט.
• אספני מיקוד הם למעשה קולטים מישוריים שטוחים עם מכשירים אופטיים המסודרים למקסום את הקרינה הנופלת על מוקד הקולט. אלה משמשים כיום רק באזורים מפוזרים ספורים. תנורי שמש הם דוגמאות לסוג זה של אספן.
• אספנים פסיביים שונים לחלוטין משני סוגי האספנים האחרים. הקולקטים הפסיביים סופגים קרינה וממירים אותה לחום באופן טבעי, מבלי שתוכננו ונבנו לכך.

פנלים סולאריים

מתוך צלחות שטוחות אלה, נעשה שימוש נרחב ביותר באספנים. דוגמה לכך היא פאנל סולארי.

פאנל סולארי הוא מקבץ של תאים סולאריים המסודרים במטריצה. פאנלים אלה יכולים לאסוף כוח בין 10 ל -300 וואט.

תא סולארי הוא מכשיר מוליך למחצה דו שכבתי המשמש לקליטת הקרינה. זה עובד על העיקרון של פוטו וולטאיקה, מה שמרמז על יצירת מתח באמצעות אור נופל. כאשר האור נופל על השכבות, זה מלהיב את האלקטרונים, וגורם להם לקפוץ משכבה אחת לשנייה, ויוצרים מטען חשמלי.

מקור תמונה - etap - etap

המערכת המקבלת קבלת אנרגיה סולארית מורכבת מהחלקים הבאים

1. פאנל סולארי- לאיסוף כוח.
2. מהפך - להמרת הכוח המתקבל לזרם חילופין.
3. סוללה - לאחסון ההספק שקיבל.

הרכבה של לוחות סולאריים

אחת האילוצים העיקריים בשימוש בפאנלים סולאריים היא באופן הרכבתם לקבלת אנרגיית האור המרבית מהשמש.

הגורמים המשפיעים על התפוקה או על היעילות של הפאנל הסולארי הם כדלקמן:

• כיוון: אם המיקום הוא חצי הכדור הצפוני, הפנלים צריכים להיות פונים לכיוון צפון והמיקום הוא חצי הכדור הדרומי, הפנלים צריכים להיות פונים דרומה.
• הטיה או כיוון : לוחות השמש חייבים להיות בעלי הטיה השווה לקו הרוחב של מיקומם. כאשר הטיה של סיבוב כדור הארץ משתנה, יש לכוונן את הפאנלים הסולאריים כדי לקבל אור מקסימלי.
• סוג המשטח : משטח רחב יותר מועדף בעיקר מכיוון שהוא מקבל כמות מקסימלית של אור שמש.

כדי לבצע הרכבה יעילה של הלוחות, כך שהם יקבלו אור שמש מספק, משתמשים במכשירים הנקראים Trackers המכוונים את הלוחות לכיוון האדמה.

ישנם שני סוגים של עוקבים:

א. גשש פסיבי :

עוקבים פסיביים משתמשים במערכת לפיה נוזל נע בזמן שהוא מחומם על ידי השמש ומשמש להזזת הפאנל, וחוזר אוטומטית למצב הנכון לבוקר. הוא מורכב משני מיכלי צינור המוצבים בצידי הפאנל הסולארי כך שבמקרה של פנל אינו מתיישר עם השמש, הנוזל במיכלים מתחמם בצורה אחידה וגורם להפרש לחץ. הפרש לחץ זה, בתורו, גורם לנוזל לנוע לעבר המיכל בטמפרטורות נמוכות. לפיכך, כאשר מפלס הנוזל נע בין שני המכלים, שינוי המשקל גורם לכוח המשיכה לסובב את המעקב יחד עם כיוון השמש. הם פחות יקרים ואינם דורשים שום מוצרי חשמל ודורשים פחות תחזוקה. עם זאת מנגנוני חישת אור קונבנציונליים עשויים שלא להיות מדויקים בימים מעוננים וגם הם אינם יעילים.

ב. גשש פעיל :

גשש פעיל כולל בדרך כלל מנועים כמו מנוע סרוו או מנוע צעדים לסיבוב הלוח. באופן אידיאלי, קרינת השמש פוגעת בלוח בזוויות של 90⁰. המנוע שומר על הפאנל בזווית זו, כדי לקבל את הקרינה המרבית. השליטה במנוע יכולה להיעשות באחת משתי הדרכים. דרך אחת היא שימוש במערכת אלקטרונית לחישוב המיקום האסטרונומי של השמש במקום המסוים ובהתאם לסובב את הפאנל הסולארי בכיוון המאונך לשמש בפרקי זמן מוגדרים מראש. שליטה נוספת היא שימוש במערך חיישנים כדי לחוש את בהירות השמיים ובהתאם לסובב את הפאנל בזווית ישרה לכיוון השמש.

יישום השיטה הנ'ל

יישום הרכבה של לוחות סולאריים

מנוע הצעד נשלט באמצעות מיקרו-בקר 8051 , דרך נהג הממסר IC ULN2003A. הוא מורכב מלוח ההספק הנמוך על פירו ומספק סיבוב של 0 עד 180⁰ סיבובים בשלבים של 5 שניות כל אחד. סיבוב זה של מנוע הצעד תואם את סיבוב כדור הארץ סביב השמש, המהווה 180⁰ שינויים בכיוון כדור הארץ הנוגע לשמש. מנוע הצעדים מתוכנת לספק סיבוב של 90⁰ רוב הזמן.