Кафедра АППиЭ

ВВЕДЕНИЕ

  Амурская область является одним из лидеров в России по среднегодовому приходу солнечной радиации: 4-5 кВт/ч на квадратный метр в день (этот показатель соизмерим с югом Германии и севером Испании, где солнечная энергетика достаточно хорошо развита). Уже точно известно , что наиболее эффективное использование солнечных батарей достигается в случае применения систем слежения за Солнцем.
  В данной работе рассматривается лабораторная установка позиционирования солнечной батареи, разработанная на кафедре автоматизации производственных процессов Амурского государственного университета бывшим аспирантом Зайцевым Е.И. и выпускниками Деревянко Д.А. и Козыревым А.Ю. Общий вид установки представлен на рис. 1.





УСТАНОВКА "СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ"

  Поворот батареи относительно горизонтальной и вертикальной осей производится электроприводами постоянного тока с возвратно-поступательным движением рабочего органа.
  Схематичные виды установки представлен в трех проекциях на рис.1, рис.2, рис.3.








На 3 схемах присутствуют следующие обозначения:
1 - алюминиевая пластина;
2 - датчик положения;
3 -концевой выключатель;
4 - рейка;
5 - механизм нажатия на концевой выключатель;
6 - крепление пластины к электроприводу.

 В состав системы управления установкой (рис. 5) входят программируемый логический контроллер (ПЛК), блок коммутации (БК), блок ограничения высоты (БОВ), электроприводы (ЭП), сама солнечная батарея (СБ), блок контроля направления (БКН), блок концевых выключателей (БКВ), датчики положения (ДП),блок ручного управления (БРУ).
 Контроллер управляет электроприводами с помощью блока коммутации и блока ограничения высоты. На дискретные входы ПЛК поступают сигналы с датчиков положения, блока концевых выключателей, блока контроля направления. Сигнал с солнечной батареи и системы ручного управления приходит на аналоговые входы контроллера.

На данной схеме выше, присутствуют следующие обозначения:
ПЛК - Программируемый логический контроллер;
DO - Digital Output (цифровой выход);
DI - Digital Input (цифровой вход);
AI - Analog Input (аналоговый вход).

 Ранее была разработана управляющий код для ПЛК на базе программы CODESYS V2.3, позиционирующая батарею на основе информации о текущих дате и времени, а также широты местности. Дата и время в начале вводятся вручную пользователем и в дальнейшем уже определяется с помощью встроенных энергонезависимых часов ПЛК. Широта также вводится в качестве настраиваемого параметра, которое также сохраняется.
 В настоящее время разрабатываются алгоритмы и программный код для позиционирования батареи непосредственно на солнце на основе принципа экстремального регулирования.
 Электрическая мощность, вырабатываемая солнечной батареи, в принципе может служить критерием такого регулирования. Однако мощность зависит не только от ориентации батареи относительно солнца, но и от потребителя электрической энергии. Учитывая достаточно сложную ВАХ(вольт-амперную характеристику) самой батареи, построить систему позиционирования с оптимизацией по мощности проблематично. В связи этим большинство систем оснащается дополнительными фотоэлектрическими датчиками, дающими информацию непосредственно об освещенности.
 В данной работе на первом этапе отрабатываются алгоритмы экстремального регулирования. Величиной, максимум которой ищет система, является напряжение, выдаваемое батареей. Предполагается, что периодически батарея будет отключаться от нагрузки и переводиться в новое положение «на холостом ходу». В это время потребитель электрической энергии будет продолжать работать от аккумулятора.Такой подход существенно упрощает техническую реализацию системы.

ЭКСПЕРИМЕНТЫ С СОЛНЕЧНОЙ УСТАНОВКОЙ

 С данной установкой, перед началом написания самой программы слежения, было сделано ряд экспериментов. Было изготовлено самодельное "солнце", в виде деревянного штатива с 5 лампами накаливания. Данный источник света был поставлен на расстояние 1 метра от алюминиевой пластины, так чтоб он был напротив центра панели. А занятое положение установкой по горизонтали было расположено в среднем положении.
 Далее были осуществлены опыты с изменением положения солнечной установки, при которых измерялись ток и напряжение. Потом по полученным данным были построены графики с зависимостями, которые были построены в Matlabe R2016b.
 Представленные ниже рисунки 6 и 7, отображают зависимость соответственно напряжения и мощности от угла поворота установки по оси x (горизонталь).




 Далее рисунки 8 и 9, показывают зависимость соответственно напряжения и мощности от угла поворота установки по оси x (вертикаль).




 А вот рисунок 10, показывает зависимость только напряжения от углов горизонтальной и вертикальной осей. Были получены кривые при разных фиксированных углах вертикальной оси (0, 30, 60, 90 град) и при изменяемом угле(-64...64) горизонтальной оси.


 Рисунок 11 построен по тем же данным,что и рис. 10, но с примененной к нему интерполяцией.


      Изначальный алгоритм работы программы экстремального слежения, представлен на рисунке 12.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 Как показали проведенные эксперименты со стендом, позиционирование только по напряжению не оправдывает ожиданий. В будущем, после отработки алгоритмов и программ, планируется модернизация системы с внедрением фотоэлектрических преобразователей.                          Большинство солнечных батарей в мире, имеющих функцию "поиска Солнца" имеют всегда несколько светочувствительных датчиков, с помощью которых очень легко найти и повернуть батарею на источник света.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Рыбалев А.Н. Система позиционирования солнечной батареи/ Вестник Амурского государственного университета. Выпуск 75. - Благовещенск: АмГУ.  -2016. - С.65-72.
2. Системы слежения за Солнцем/ М.В. Китаева, А.В. Юрченко, А.В. Скороходов, А.В. Охорзина // Вестник науки Сибири. - 2012. - № 3 (4). - С.61-67.

Какой смысл приводить зависимость мощности от угла поворота,  если она так же зависит от потребителя? А само регулирование происходит по напряжению.

Сделайте нормальную схему (https://d.radikal.ru/d43/1804/62/434ba232a0e5.jpg) (https://radikal.ru)


На стрелках укажите сигналы, иначе непонятная схема!!!

ИНтересная и замечательная тема, но почему-то студенты к таким темам, часто подходят без должного энтузиазма и творчества, возможно над ними довлеет авторитет RAN! ^-)

Вы пишите -

В данной работе на первом этапе отрабатываются алгоритмы экстремального регулирования. Величиной, максимум которой ищет система, является напряжение, выдаваемое батареей. Предполагается, что периодически батарея будет отключаться от нагрузки и переводиться в новое положение «на холостом ходу». В это время потребитель электрической энергии будет продолжать работать от аккумулятора.Такой подход существенно упрощает техническую реализацию системы.

Мне кажется что ваш вывод:

Такой подход существенно упрощает техническую реализацию системы.

- поспешен!

Недавно было модным выражение системный подход, используйте его. Думаю, неверно разрабатывать солнечную установку не рассматривая систему в целом генерация - потребитель! В вашем случае солнечная установка-преобразователь-приёмник. Рекомендую, вначале разработать концепцию системы, алгоритм и режимы её работы. Тем более есть подтверждения необходимости такого подхода в обсуждениях:
http://forum.kafedra-appie.ru/index.php?topic=219.0

Отвечайте скорее, потому что у меня ещё много к вам вопросов и предложений! :-)

Какой смысл приводить зависимость мощности от угла поворота,  если она так же зависит от потребителя? А само регулирование происходит по напряжению.

Да вы правы,но лишним все же зависимость не будет

Сделайте нормальную схему (https://d.radikal.ru/d43/1804/62/434ba232a0e5.jpg) (https://radikal.ru)


На стрелках укажите сигналы, иначе непонятная схема!!!

Нее, ЦРУ тут ни причем) Хорошо, переделаю и сделаю подробней

СРУ - система ручного управления. Конечно, было бы правильным назвать "подсистема", но вышло бы еще хуже.
(в "Вестнике АмГУ" так и было опубликовано и ничего...)

1. Какие будут новшества по сравнению с уже существующими системами позиционирования солнечных батарей?
2. Если система не предполагает наличие АКБ, ваш метод будет неприменим к ней?
3. Чем так плоха система позиционирования в зависимости от текущего времени и координат чтобы разрабатывать ей альтернативу?

3. Чем так плоха система позиционирования в зависимости от текущего времени и координат чтобы разрабатывать ей альтернативу?

Эта тема мурыжится уже наверно лет 6, а на этот вопрос ответить никто не может.

Эта тема мурыжится уже наверно лет 6, а на этот вопрос ответить никто не может.

Ну я был одним из тех людей которые на конференции этот вопрос подняли, и каждый год в очередной итерации бесконечного исследования задаю этот вопрос.

Попробуем сформулировать ответ на поставленный вопрос "Чем плоха система с ориентацией по времени и координатам?".
Кстати, про "6 лет": это явный "перебор". Система была полностью реализована лишь в 2016 году Козыревым и Деревянко.
Итак, у Вас система с ориентацией по времени и координатам. Вы ее взяли с собой в тайгу, где нет никакой связи. При этом даете марш-броски в 3 тыс. километров (для чего, не знаю). Свои координаты не известны. Компаса нет, мох съели верблюды олени. Как правильно установить и настроить эту штуку?
Если серьезно: учитывая все возрастающий интеллектуальный уровень пользователя, пусть уж лучше она сама настроится.
Еще серьезнее и по-секрету: на самом деле просто решается задача реализации алгоритмов экстремального регулирования, только никому не говорите...
А про АКБ пусть ответит докладчик, это чрезвычайно простой вопрос.

1. Какие будут новшества по сравнению с уже существующими системами позиционирования солнечных батарей?

В данной системе позиционирования СБ не будет каких либо новшеств по сравнением с другими, т.к. существующая система вполне эффективна и устраивает

Лучше бы Вы ответили про АКБ...("Может, лучше про реактор?" (https://www.youtube.com/watch?v=Nmy0HGq0iSY))

2. Если система не предполагает наличие АКБ, ваш метод будет неприменим к ней?

Нет, данный метод применим и с АКБ. Но задача в накоплении энергии в данном проекте не была поставлена

Правильный ответ: в автономном варианте СБ вообще не может работать без АКБ. Ветер - дело непредсказуемое. Не знаю, правда, как насчет параллельно с сетью. Думаю, есть предельно слабый ветер, при котором СБ отключается от энергосистемы, так как физически уже невозможно поставлять в нее энергию (низкое напряжение). Об этом упоминалось, например, в репортаже по ТВ о Калининградской Зеленоградской станции (кстати, оборудование там полностью иностранное, в основном немецкое датское, как я понял) - . https://ru.wikipedia.org/wiki/Зеленоградская_ветроэнергоустановка (https://ru.wikipedia.org/wiki/Зеленоградская_ветроэнергоустановка)

на самом деле просто решается задача реализации алгоритмов экстремального регулирования, только никому не говорите...

Хорошо, буду нем как рыба.

По поводу автономных вариантов, под ними может пониматься вариант энергосистемы работающей автономно от центральных энергосетей (не знаю как по русски сказать, по английски utility grid) например на базе дизельных станций. В Алтае такое сделали (http://www.rusnano.com/about/press-centre/news/20130305-hevel-postroena-odna-iz-pervykh-gibridnykh-dizel-solnechnykh-elektrostantsiy), там солнечная электростанция используется в определенные моменты для разгрузки и экономии топлива дизельных станций. Это как пример, при этом такие станции могут и не содержать АКБ, оборудование часто немецкой фирмы SMA, но по факту все может быть реализована на каком-нибудь ПЛК общего назначения.

Нет, данный метод применим и с АКБ. Но задача в накоплении энергии в данном проекте не была поставлена

Николай окончательно всё запутал! Если, задача накопления энергии не рассматривается, тогда вы разрабатываете только систему слежения за солнцем, в которой АКБ лишь источник питания, должна заряжаться от системы электроснабжения, но не от системы слежения.

Электрическая мощность, вырабатываемая солнечной батареей, в принципе может служить критерием такого регулирования. Однако мощность зависит не только от ориентации батареи относительно солнца, но и от потребителя электрической энергии. Учитывая достаточно сложную ВАХ(вольт-амперную характеристику) самой батареи, построить систему позиционирования с оптимизацией по мощности проблематично.

Измеряйте напряжение или ток, на активном сопротивлении подключённом к СБ, между ними будет линейная зависимость, мощность получите расчётным путём! Но можно вообще её не использовать, достаточно напряжения или тока.

Нет, данный метод применим и с АКБ. Но задача в накоплении энергии в данном проекте не была поставлена

Я имел ввиду, что эта идея с аккумулятором не будет воплощаться в жизнь, только в теории

Измеряйте напряжение или ток, на активном сопротивлении подключённом к СБ, между ними будет линейная зависимость, мощность получите расчётным путём! Но можно вообще её не использовать, достаточно напряжения или тока.

Ну собственно, что и было проделано, и были получены графики, которые есть в докладе

ТОгда причём мощность? Зачем вы измеряли мощность и на чём?

Как показали проведенные эксперименты со стендом, позиционирование только по напряжению не оправдывает ожиданий. В будущем, после отработки алгоритмов и п

Где показано, что позиционирование по напряжению не оправдывает ожиданий?!

ТОгда причём мощность? Зачем вы измеряли мощность и на чём?

1)Такой вопрос уже звучал... Мощность для экстремального слежения НЕ требуется, графики по мощности было просто построены для наглядности и все.
2) Измерял я не мощность, а ток с напряжением. По общеизвестной формуле находил: P=I*U
3) Измерял с помощью двух мультиметров.

Где показано, что позиционирование по напряжению не оправдывает ожиданий?!

В данном докладе это особо не показано. Этот вывод был сделан после многочисленных испытаний с самой установкой, и как показали опыты  слежения за "солнцем",  установка двигается с отклонениями.
На данный момент, пока что не разработан алгоритм, который более менее выполнял поставленную задачу.

По поводу автономных вариантов, под ними может пониматься вариант энергосистемы работающей автономно от центральных энергосетей

Ну если такая автономность, то, наверное, можно и без АКБ. Я-то, конечно, имел в виду полную автономность.

Где показано, что позиционирование по напряжению не оправдывает ожиданий?!

U = U(угол1, угол2, I(U(I,угол1, угол2),R)) = U(угол1, угол2, R),
где U(I,угол1, угол2) - ВАХ батареи в зависимости от ориентации.
При увеличении нагрузки напряжение батареи "проседает". Может получиться, например, так, что при повороте в нужную сторону напряжение не растет, так как увеличивается ток (а мощность растет!)

При увеличении нагрузки напряжение батареи "проседает". Может получиться, например, так, что при повороте в нужную сторону напряжение не растет, так как увеличивается ток (а мощность растет!)

так и я об этом, откажитесь от нагрузки в виде АКБ или приводов системы управления, нагружайте СБ на резистор. Сами ведь предлагаете отключать вашу СБ от АКБ в моменты измерения напряжения, раз так то напряжение будет напрямую зависеть только от освещённости, нагрузка отключена! Измерили напряжение провели регулирование угла СБ, подключили её к АКБ для подзараядки, прошло 60 сек, ешё раз цикл проверки  и т.д. если я ошибаюсь, тогда мне кажется пора посылать Николая в магазин, или это только мне кажется! :-)

Посылать Николая в магазин не надо, он все равно купит не то, за чем его посылали. То, что Вы изложили, и есть на самом деле идея его работы.

Ну если такая автономность, то, наверное, можно и без АКБ. Я-то, конечно, имел в виду полную автономность.

Сейчас кстати весьма популярная тема это экономия топлива автономных объектов с дизельными электростанциями (ДЭС) с помощью установки солнечной (СЭС), называется это модно Fuel Save Control. Идея для будущих дипломов =)

Кстати, про "6 лет": это явный "перебор".

Не перебор, еще в 2012 Зайцев Евгений пытался строить эту систему. Уже тогда я задавал ему этот вопрос.
В железе может быть и в 2016.

Кстати, про "6 лет": это явный "перебор".

Итак, у Вас система с ориентацией по времени и координатам. Вы ее взяли с собой в тайгу, где нет никакой связи. При этом даете марш-броски в 3 тыс. километров (для чего, не знаю). Свои координаты не известны. Компаса нет, мох съели верблюды олени. Как правильно установить и настроить эту штуку?

Так у нас встроен в неё GPS модуль, который сам определил свое место положение, синхронизовал время, а мы установку только на солнышко вынесли.

Главная претензия к Е. Зайцеву (если ему вообще можно предъявлять хоть какие-то претензии, все-таки оставил нам установку) состоит в не в том, что он ее не доделал, а том, что изначально была выбрана неправильная кинематика. Правильно было бы сделать поворот не вокруг вертикальной, а вокруг наклоненной оси, причем углом наклона этой оси управляет второй привод. Тогда в течение суток этот второй привод и включать бы не пришлось, ну или один раз всего.

С GPS-модулем действительно нужно подумать.

Николай, когда опубликуете схему экстремального управления СБ?

Николай, когда опубликуете схему экстремального управления СБ?

Точнее, схему алгоритма.
Но к вопросу присоединяюсь.

Где показано, что позиционирование по напряжению не оправдывает ожиданий?!


Именно здесь  и  напрашивается  алгоритм  векторного  управления...

Николай, когда опубликуете схему экстремального управления СБ?

Постараюсь в ближайшее время опубликовать

...  Срочно .. всем  Высшее   образование ( у  кого его  нет))..

Цитата: mds от Воскресенье, апреля 08, 2018, 05:36:33

Где показано, что позиционирование по напряжению не оправдывает ожиданий?!


Именно здесь  и  напрашивается  алгоритм  векторного  управления...

Алгоритм скоро добавлю в доклад

Надо алгоритм векторного управления? Да без проблем, будет сделано!
"Экстремальный алгоритм векторного частотного управления системой следящего позиционирования солнечной электроэнергетической установки по сигналу напряжения от солнца"

Цитата: Nikolay от Воскресенье, апреля 08, 2018, 06:07:33

Цитата: mds от Воскресенье, апреля 08, 2018, 05:36:33

Где показано, что позиционирование по напряжению не оправдывает ожиданий?!


Именно здесь  и  напрашивается  алгоритм  векторного  управления...

Алгоритм скоро добавлю в доклад

Надо алгоритм векторного управления? Да без проблем, будет сделано!
"Экстремальный алгоритм векторного частотного управления системой следящего позиционирования солнечной электроэнергетической установки по сигналу напряжения от солнца"

Экстремальный алгоритм векторного частотного управления системой следящего позиционирования солнечной электроэнергетической установки по сигналу напряжения от солнца"

От Аль Хорезми:

ЭАВЧУССПСЭЭУСНС

Силаун также отметил прогрессирующее сужение функции у лиц, непосредственно входящих в контакт с тройкой.