Національний Технічний Університет України «Київський Політехнічний Інститут»
Фізико-Технічний Інститут
Фізико-Технічний Інститут
В.Є. Кривошеєв, 11 клас, Спеціалізована школа №254, м.Київ
Науковий керівник: К.О. Бєліков
Педагогічний керівник: О.М. Шутікова
У відповідності до роботи геліостанцій, що використовують сонячні панелі на основі фотогальванічних елементів, вони потребують позиціонування приймача відносно положення сонця за умовою перпендикулярного падіння сонячних променів на поверхню приймача. Для підвищення ефективності геліостанцій такого типу використовуються слідкуючі приводи – трекери. Такі приводи представляють собою електромеханічні пристрої (мотор-редуктори чи лінійні приводи), управління якими здійснюється за допомогою програмованих логічних контролерів. Через складність внутрішньої структури систем позиціонування вони є малонадійними. Окрім того, через необхідність в постійному підведені електричної енергії до трекеру йде часткове зниження ефективності геліостанції вцілому.
Актуальність задачі полягає в тому, що є можливість використання в якості приводу позиціонування тепловий привід, який функціонує на ефекті розширення рідини під впливом температури, щоб максимально підвищити ефективність роботи геліостанцій та зробити їх роботу більш автономною. Такий трекер працює без джерела струму та контрольних пристроїв, тому алгоритм позиціонування приймача залежить від оточуючого середовища і закладений в конструкцію приводу.
Таке рішення може підвищити ефективність геліостанцій на більшу величину, ніж електромеханічні пристрої, що є необхідним для сонячної енергетики з огляду на початково низьку ефективність сонячних панелей.
Мета дослідження. Основним завданням є теоретичне дослідження характеристик модуля теплового гідроприводу, який використовує теплове об'ємне розширення рідини, для позиціонування приймача геліостанції баштового типу.
Предмет дослідження. Вплив характеру закону зміни температури робочої рідини на характеристики модуля теплового гідроприводу позиціонування приймача геліостанції.
Методика дослідження. Поставлені задачі виконувались шляхом теоретичного дослідження зміни об’єму рідин з високим коефіцієнтом теплового розширення від зміни температури, теоретичного дослідження статичних та динамічних характеристик модуля теплового гідроприводу.
Отримані результати. Аналіз літературних джерел та існуючих рішень позиціонування приймача геліостанцій дав змогу встановити, що найбільш ефективно геліостанція працює, коли сонячне проміння падає під прямим кутом на приймач. Використання електромеханічних пристроїв позиціонування не є завжди ефективним та знижує рівень енергії, що виробляє геліостанція.
Розглянувши існуючі конструкції теплових двигунів було прийнято рішення розробити на їх основі тепловий гідропривод позиціонування, що дозволив би підвищити ефективність геліостанцій за рахунок підлаштування приймача під оптимальним кутом і при цому був незалежним від електричного живлення.
Аналіз конструкцій теплового гідроприводу показав, що виконання модулів з відділенням штовхачів від камер розширення спрощує їх розміщення та дозволяє отримати вищу точність позиціонування приймача, за рахунок збільшення кількості штовхачів.
Одним з недоліків такої системи є велика інерційність і низька швидкодія. Цей недолік можна компенсувати за рахунок конструкції і вибору раціональних параметрів та алгоритму роботи приводу.
Висновки. Привод, який використовує об'ємне розширення внаслідок нагріву робочої рідини, може застосовуватися в системах позиціонування. Згідно прогнозу, запропонований тепловий гідропривод забезпечить позиціонування приймача відносно положення сонця з тією ж точністю, що й існуючі трекінгові системи, але при цьому не буде знижено ефективності геліостанції. Тим більше, такий привод позиціонування буде більш автономним та надійнішим, за рахунок простоти конструкції та відсутності складних систем керування.
Перелік посилань: