1. UvodSunce je nama najblia zvijezda te, neposredno ili posredno, izvor gotovo sve raspoloive energije na Zemlji. Suneva energija potjee od nuklearnih reakcija u njegovom sreditu, gdje temperatura dosee 15 milijuna C. Radi se o fuziji, kod koje spajanjem vodikovih atoma nastaje helij, uz oslobaanje velike koliine energije. Svake sekunde na ovaj nain u helij prelazi oko 600 milijuna tona vodika, pri emu se masa od nekih 4 milijuna tona vodika pretvori u energiju. Ova se energija u vidu svjetlosti i topline iri u Svemir pa tako jedan njezin mali dio dolazi i do Zemlje. Osnovni problemi iskoritavanja su mala gustoa energetskog toka, velike oscilacije intenziteta zraenja i veliki investicijski trokovi. Osnovni principi direktnog iskoritavanja energije Sunca su: solarni kolektori (pretvorba suneve energije u toplinsku) fotonaponske elije (direktna pretvorba suneve energije u elektrinu energiju) fokusiranje suneve energije (za upotrebu u velikim energetskim postrojenjima) Sunevi kolektori apsorbiraju energiju Sunca i pomou nje zagrijavaju potronu toplu vodu ili vodu potrebnu za zagrijavanje prostora. Solarni sustavi tede energiju i time doprinose ouvanju okolia. Takvi sustavi apsorbiraju energiju Sunca, zagrijavaju zrak ili tekuinu, koji prenose toplinu i predaju ju vodi ili izravno u prostor koji se zagrijava. Aktivni sustav za zagrijavanje prostora sastoji se od kolektora koji apsorbiraju i prikupljaju sunevu toplinu, a sadre elektrine ventilatore ili pumpe koji slue za prijenos topline. Takvi sustavi imaju i sustav za skladitenje topline da bi u stanu bilo dovoljno toplo i za oblanog vremena ili tijekom noi. Ovi se sustavi dijele na dvije grupe, ovisno o tome da li za prijenos topline koriste tekuinu ili zrak. Jedan od najjeftinijih i najuinkovitijih naina uporabe obnovljivih izvora energije u domainstvu je uporaba energije Sunca za pripremu potrone tople vode. Da bi topla voda bila dostupna tijekom itave godine, uobiajeno je energiju Sunca koristiti u kombinaciji s nekim drugim izvorom energije, koji se koristi kad energija Sunca nije dostatna da voda dosegne eljenu temperaturu. U prosjeku, ovakvi sustavi umanjuju potronju lo-ulja ili drugih izvora energije za dvije treine. Time se umanjuju trokovi i neeljeni utjecaji na okoli. Sustav za grijanje prostora pomou energije Sunca moe biti pasivan, aktivan, ili kombinacija pasivnog i aktivnog. Pasivni sustavi obino su jeftiniji i jednostavniji od aktivnih. Meutim, o pasivnoj uporabi energije Sunca valja voditi rauna ve prilikom izgradnje kue. Najpoznatiji primjer pasivne uporabe energije Sunca predstavlja staklenik. Na slian nain, pasivni sustav za grijanje kue koristi toplinu pomou elemenata same kue - velikih prozora okrenutih prema jugu, podovima i zidovima koji apsorbiraju toplinu tijekom dana i otputaju je po noi. Ako se solarni sustav uvodi u postojeu zgradu, aktivni sustav predstavlja gotovo jedinu mogunost. Dobivanje toplinske energije pomou energije Sunca danas predstavlja isprobanu tehnologiju, a oprema je dostupna na tritu.

1

2. Stanje tehnikeKao to nam je dobro poznato, sunce putuje svaki dan od istoka prema zapadu, te tijekom godine putuje i na relaciji jug-sjever. Kod klasinih nepominih sistema, esto instaliranih na krovove zgrada i kua, veliki dio energije koju je mogue uhvatiti tijekom dana bude izgubljen, obzirom da su paneli instalirani u optimalnom ali fiksnom kutu prema horizontali. Stepen iskoritenja pomenutih izvora mnogo ovisi o uglu pod kojim na njih padaju suneve zrak. Da bi sunevi zraci padali oomito na solarni kolektor, on mora stajati pod odreenim uglim u odnosu na dvije ravni. Uinak solarnih kolektora e biti maksimalan samo ako kolektori sta je u takvom poloaju da sunevi zraci padaj okomito na njega to je mogue due vrijeme.

Slika 1. Solarni kolektor fiksiran na krov

3. Javljanje idejeJavila se ptreb za idejom kako napravit kolektor da prati poloaj sunca.2

Posmatranjem biljnog svijeta uoilo se da je suncokret prepoznat kao biljka koja tokom dana mijenja poloaj cvijeta, koji seuvijek okree prema suncu. Tako da je stvorena analogija izmeu biljnog svijeta i solarnog kolektora. Nakon ega je ovjek dosao na ideju da napravi takav sistem na solarni kolektor koji bi oponasao suncokret, kako bi doprinijeo to veem iskoritenju suneve energije.

Slika 2. Analogija suncokret- solarni kolekto3

4. Novi dizajnDodavanjem aktuatora i odreenih elektronskih komponenti moemo napravit sistem koji prati pozicuju sunca. To moemo napravit nataj nain tako to emo solarnu plou postavit na fleksibilni nosa koji ima mogunost prilagoavanja poziciji sunca. Novi dizajn ima mogunost zauzimanja bilo kojeg poloaja kako bi bio u stanju da prati poziciju sunca. Fleksibilnost koletoru omoguavaju rotacije oko vertikalne se i rotacija oko horizontalne ose.

Slika 3. 3D prikaz novog dizajna

Na visoko performansni solarni sistem praenja ima vie funkcija i koristi dva motora, kao pogon. Ugao rotacije od jednog motora ne utjee na onaj drugi motor. Osim toga, tracker nema problema zajednike dvije osi mehanikih mehanizama (da se motor mora nositi teinu drugog motora).

Ureaj koji vri upravljanje kolektorom relativno je jednostavan. Sastoji se od prozor komparatora koji pogonski motor dri u mirnom stanju toliko dugo dok je osvjetljene oba foto otpornika jednako. Tada na neinvertujuem ulazu pojaala A1 i invertujuem ulazu operacionog pojaala A2 postoji polovina pogonskog napona. Apromijenili se poloaj sunca tada se mijenja i osjetljenje fotootpornika LDR1 i LDR2,a time i njihova otpornost.4

Ulazni napon za prozor komparator (potencijal take A) odstupa od polovine pogonskog napona tako da izlaz iz komparatora daje informaciju za desno ili lijevo kretnje motora. Za predpolarizaciju motora brinu tranzistori T1 i T4 u mosnom spoju. Paralelno spojevima emiter-kolektor tranzistora spojene su diode D1 i D4 koje smanjuju naponske piceve prilikom promjene stanja motora. Podeavanje osjetljivosti ureaja ostavruje se potenciometrom P. Padne li na LDR2 manje svjetla nego na LDR1, raste potencijal take A, pa izlaz operacionog pojaala A1 prelazi na priblino pogonski napon i tranzistori T1 i T4 vode. Motor radi u smijeru izjednaavanja osvijetljenosti foto-otpornikaLDR1 iLDR2, sve dok potencijal take A ne dostigne vrijenost jednaku polovini pogonskog napona.

Slika 4. ema elektronskog sklopa koji upravlja poloajem kolektora

Na prethodnoj slici je predstavljena ema upravljana poloajem kolektora samo oko jedne ose, tj. ema spajanja jednog DC motora. Poto na kolektor ima mogunost rotacije oko 2 osi identinu emu emo koristiti i za drugi motor.

5

5. 3D prikaz novog dizajna

6

Slika 5. Sklopni crte kolektora, 3D prikaz

6. Karakteristike ugradbenih komponentiDC motor DC motor je ureaj koji ima izlazno vratilo na koje se moe postavit zupanik. Kordinirani signal dolazi do motora pri emu osovina rotira za odreenu vrijednost. Karakteristike motora Snaga Broj obrtaja Teina Temperatura P=500W n=4000 min-1 m=2.5 kg t=-30C-60C

7

Slika 6. DC motor

LDR otpornik LDR otpornik ima komponentu koja je osjetljiva na svjetlo. Jedan od poluvodikih materijala koritenih u izgradnji LDR je kadmij sulfida (CdS). Budui da elektrina struja e ukljuivati kretanje elektrona koji nanose razlike potencijala primijenjene na dva kraja i LDR ili foto otpornik se sastoji od polu dirigent materijal koji ima visoku otpornost i manje slobodnih elektrona na raspolaganju za obavljanje te stoga nudi vei otpor. Kao svjetlo (dovoljnom frekvencijom) je incident na ovaj poluvodikih materijal, fotoni se apsorbiraju u reetke u poluvodikoj i diodi i svoju8

energiju dobivenu prenose na elektrone u reetki koji onda imaju dovoljno energije da seoslobodimo od reetke i sudjeluju u provoenju. Dakle, otpor foto otpornik smanjuje se s razliitim intenzitetom upadne svjetlosti.

Slika 7. LDR otponik

Slika 8. Tipian odailjaki krug9

TRANZISTORI Tranzistori su aktivni elektrini elementi koji imaju ulogu prekidaa, pojaivaa i jo mnogo drugih funkcija.

Slika 9. Tranzistor

7. Mehatroniki sklop- blok ema i graficiBlok ema mehatronikog sklopa izraenja je u programu 20-sim. Simulaciom u programu dobiveni su i potrebni diagrami grafici za prikaz ponaanja sistema.

7.1. 20 simRazvijen je na sveuilitu u Twente-u. 20-sim predstavlja alat prikladan za prikaz mehatronikih sistema koji omoguuju modeliranje sistema koritenjem: Fizikalnih modela Veznih grafova Blokovskih ema

10

Slika 10. Logo 20 sim programa Na slejdeoj slici je prikazana simulacija rada motora koji obre panel oko horizonzalne ose.

11

Slika 11. Blok ema sa svim grafovima

8.0 Analiza predloenog ureajaKriterij Upotrebljivos proizvoda Ekonomska opravdanost Estetska senzibilnost proizvoda Tehnika / ekonomska pouzdanaost DA 5 4 5 NE Djelimino Napomena -

5

-

-

-

Slika 12. Analiza predloenog dizajna

9.0 Prednosti i nedostaciPrednosti: 1. Povean stepen iskoritenja kolektora 2. Mogunost iplementacije konstrukcije uz minimalne naprore i minimalna predznanja

12

3. Jedna od prednosti je mogunost vrlo brze programske dogradnje ili reprogramiranja ureaja. 4. Prilikom rada mogu je izbor vie razliitih algoritama rada Nedostaci: 1. Dodatna potronja energije za napajanje el. motora 2. Dodatna investiciska ulaganja

Slika 13. Dijagram poreenja tracking sistema u odnosu na klasini sistem panela

13

9.0 ZakljuakPoveanje efikasnosti fotonaponskih sistema mogue je postoi na vie naina. Opisana i koritena metoda praenja trajektorije Sunca i podeavanja optimalnog poloaja fotonaponskog modula je relativno jednostavna i jeftina. Ona moe dati znaajno poveanje generisane elektrine energije u odnosu na fiksne solarne sisteme. Dobiveni rezultati mogu biti i do 30% u odnosu na fiksne sisteme, to zavisi od konkretnog sistema, njegove veliine i poloaja na povrini Zemlje. Realizovani i koriteni pokretni solarni sistem na konkretnom mjestu njegovog koritenja ostvarije poboljanje od oko 24% u odnosu na isti takav fiksni sistem. S obzirom na mala potrebna ulaganja za dobivanje pokretnog solarnog sistema u odnosu na fiksni, pokazuje se da je primjena metoda za praenje kretanja Sunca i koritenje pokretnih sistema potpuno opravdano.

14

Literaturahttp://www.solar-tracking.com/ http://www.solazone.com.au/tracker.htm http://hackedgadgets.com/2008/05/23/sun-tracking-solar-panel-system/

15

Popis slikaSlika 1. Solarni kolektor fiksiran na krov ................................................................2 Slika 2. Analogija suncokret- solarni kolekto...........................................................3 Slika 3. 3D prikaz novog dizajna.............................................................................4 Slika 4. ema elektronskog sklopa koji upravlja poloajem kolektora....................5 Slika 5. Sklopni crte kolektora, 3D prikaz...........................................................6-7 Slika 6. DC motor....................................................................................................8 Slika 7. LDR otponik................................................................................................9 Slika 8. Tipian odailjaki krug................................................................................9 Slika 9. Tranzistor...................................................................................................10 Slika 10. Logo 20 sim programa............................................................................11 Slika 11. Blok ema sa svim grafovima...............................................................11-12 Slika 12. Analiza predloenog dizajna.....................................................................12 Slika 13. Slika 13. Dijagram poreenja tracking sistema u odnosu na klasini sistem panela........................................................................................................................13

16

Sadraj1 Uvod.......................................................................................................................1 2 Stanje tehnike.........................................................................................................2 3 Javljanje ideje.........................................................................................................2 4 Novi dizajn ............................................................................................................4-5

17