Κατασκευή Φωτοβολταϊκού Ηλιοστάτη (solar Tracker)

Abstract

Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελέτη, σχεδίαση και κατασκευή ενός φωτοβολταϊκού ηλιοστάτη. Πρόκειται για μια διάταξη ανίχνευσης της θέσης του ήλιου στον ορίζοντα (διεθνώς γνωστή με τον όρο solar tracker) που χρησιμοποιείται σε συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με φωτοβολταϊκούς συλλέκτες. Η εφαρμογή της διάταξης αυτής σε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα αυξάνει σημαντικά την απόδοση του.Η μέθοδος που υλοποιείται η τεχνική παρακολούθησης του ήλιου σε αυτήν εργασία βασίζεται αποκλειστικά στην ισχύ που παράγει ο κινούμενος συλλέκτης και δεν χρησιμοποιείται άλλος αισθητήρας. Η κίνηση γίνεται σε δυο άξονες (αζιμουθιακή κίνηση και ανύψωση) ενώ βασικός στόχος είναι η μεγιστοποίηση της ισχύος που παράγει ο συλλέκτης. Για τον λόγο αυτό, η ισχύς μετράται συνεχώς από έναν μικροελεγκτή, αφού βέβαια μετατραπεί πρώτα σε σήμα ικανό να οδηγηθεί από αυτόν. Η διάταξη κινείται πρώτα στον ένα άξονα και προς τις δυο κατευθύνσεις, υπολογίζοντας την ισχύ σε διάφορες θέσεις, μέχρι να καταλήξει σε μια καλή προσέγγιση της θέσης μέγιστης ισχύος. Κατόπιν η διαδικασία επαναλαμβάνεται και στον άλλο άξονα κίνησης. Η ανίχνευση του ήλιου γίνεται ανά τακτά διαστήματα κατά την διάρκεια της ημέρας, η επιλογή των οποίων αναλύεται εκτενώς στην εργασία. Η υλοποίηση περιλαμβάνει και επιλογές ελέγχου της διαδικασίας όπως χειροκίνητη χρήση του ηλιοστάτη και ανίχνευση προβλημάτων εκτέλεσης του αλγορίθμου.Στο εργαστήριο έλαβαν χώρα ο προγραμματισμός του μικροελεγκτή, η σχεδίαση και τύπωση της πλακέτας (PCB) και οι δοκιμές της λειτουργίας της διάταξης .Από τις συγκριτικές μετρήσεις που ελήφθησαν και παρουσιάζονται στην εργασία αυτή προκύπτει μια σημαντική αύξηση της ενέργειας που παράγεται από τον φωτοβολταϊκό συλλέκτη, της τάξης του 56,6%, συνυπολογισμένης και της ενέργειας που καταναλώνεται για την λειτουργία της διάταξης .The scope of this thesis is the study, design and construction of aphotovoltaic solar tracker (heliostat). A solar tracker is a device that sensesthe position of the sun in the sky during daytime. It is mainly used in electricpower systems that derive the energy from photovoltaic cells. The applicationof such devices can increase the performance of power generating systems.The method implemented to track the sun’s orbit in the sky is basedexclusively on the electric power generated by the PV collector (no additionalsensors are used). A two-dimensional motion takes place, the motion on theazimuthal plane and the motion on the zenithal plane. The primate goal is tomaximize the power generated by the PV collector. To accomplish that, thepower is measured by the microcontroller, after being degraded in order to beproper for the microcontroller’s input. First the device is moved about the oneaxis towards both directions, measuring power on different points, until itachieves a good approach of the maximum power point. The same procedureis executed for the other axis as well. The optimum frequency, this trackinghas to take place during daytime, is analyzed in this thesis. Theimplementation provides control options of the procedure, like manuallymoving the tracker and visual help for debugging the microcontroller’sprogram.The programming of the microcontroller, the design and print of the circuitboard (PCB) as well as the functional testing of the device took place in thelaboratory.The processing of the measurements presented in this thesis, show asignificant increase of the generated power, about 56.6%. The powerconsumption of the tracker is counted in as well.