مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی و ساخت دنبال کنندۀ خورشیدی دقیق دومحوره با توان مصرفی بسیار کم مبتنی بر آشکارسازهای جدید مکانیکی و الکترونیکی

نویسندگان
سارنگ کاظمی نیا 1
رضا عبدی بهنق 2
میلاد کلب خانی 1
1 دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران
2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران
چکیده
در این مقاله دنبال کنندۀ خورشیدی دومحوره جدیدی ارائه می‏گردد که با توان مصرفی کم، به افزایش 60 درصدی در وات ساعت دریافتی سلول های خورشیدی در طول شبانه روز می‏انجامد. آشکارسازهای مکانیکی و الکترونیکی جدیدی برای حذف خطای زاویه ای انحراف نسبت به خورشید پیشنهاد شده اند که براساس آن، مجموعه دنبال کننده خورشیدی با توان مصرفی کم، ضریب اطمینان بالا و هزینه بسیار پائین‏ قابل پیاده سازی است. جهت بهینه‏سازی فرآیند دریافت انرژی در تمام فصول سال، علاوه بر چرخش در راستای غربی-شرقی، امکان تغییر زاویه در راستای شمالی-جنوبی نیز پیش‏بینی و فراهم شده است. نتایج تست پس از ساخت نشان می‏دهد که با استفاده از آشکارسازهای مکانیکی و الکترونیکی پیشنهادی، توان متوسط مصرفی دو جک پیستونی با تحمل بار 2 کیلوگرمی ناشی از پنل 40 وات، به کمتر از 10 میلی وات در طول 13 ساعت روشنایی روز کاهش می یابد. دستگاه نیاز به منبع تغذیه بیرونی ندارد و توان مورد نیاز جهت چرخش پنل و عملکرد مدار کنترلی از باتری شارژ شده توسط خورشید تأمین می شود. با استفاده از طرح پیشنهادی، مجموع وات-ساعت دریافت شده از خورشید در طول روز تابستانی 60 درصد نسبت به حالت پنل ثابت افزایش می یابد. همچنین، درصد جریان متوسط مصرفی مجموعه دنبال کننده به جریان دریافتی پنل، به حدود 0.13 درصد بهبود یافته است. در فرآیند طراحی قطعات مکانیکی، که با استفاده از نرم افزار CATIA انجام شده است، امکان تحمل وزن مجموعه ای از پنل های خورشیدی تا توان نامی 1200 وات وجود دارد.
کلیدواژه‌ها
سیستم های مکاترونیکی
پنل خورشیدی
دنبال کننده خورشیدی
تعقیب کننده خورشیدی دومحوره
انرژی های سبز

موضوعات

عنوان مقاله English

Design and Manufacturing of a Low-Power Dual-Axis Sun Tracker Based on Novel Mechanical and Electrical Detectors

نویسندگان English

Sarang Kazeminia 1
Reza Abdi Behnagh 2
Milad Kalabkhani 1
1 Faculty of Electrical Engineering, Urmia University of Technology, Urmia, Iran
2 Faculty of Mechanical Engineering, Urmia University of Technology, Urmia, Iran
چکیده English

In this paper the conventional structure of dual-axis sun tracker is modified based on new mechanical and electrical detectors which are proposed to reduce both the angular error and power consumption. Automatic adjustment of the azimuth, latitude and altitude angle for the photovoltaic panels improves the performance of converting solar energy to the electrical energy, throughout all the seasons. In other words, both the north-worth and east-west angular error is continuously minimized until that the panel’s surface is solarized with the maximum energy. Post-Fabrication results show that the proposed control circuit and two actuators consume the average power of less than 10mWatt alongside the 13-hour of a summer day. The external power source is no longer required because the received power is saved in a battery in order to provide the power of the control circuit. The ratio of the required energy to the saved energy is optimized to around 0.13%. Measurement results confirm that the total Watt-hour during a summer day is improved around 60 percent in comparison to the case that a fixed panel is used. Design of the mechanical objects are performed using CATIA software such that endure up to 1200Watt panel array.

کلیدواژه‌ها English

Mechatronic systems
Sun Tracker
Dual-Axis Sun Tracker
Green Energies
Renewable energies
[1] Sh. Hamrahi, K. Goudarzi, M. Yaghoubi, M. Ghaedi, Experimental study on the performance of a solar adsorption chiller with working pair of activated carbon/Methanol, Modares Mechanical Engineering, Vol. 17, No. 11, pp. 118-124, 2017. (in Persian فارسی)
[2] B. Koyuncu and K. Balasubramanian, A Microprocessor Controlled Automatic Sun Tracker, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 37, No. 4, pp. 913-917, Nov. 1991.
[3] H. Mousazadeh, A. Keyhani, A. Javadi, H. Mobli, K. Abrinia, A. Sharifi, A review of principle and sun tracking methods for maximizing solar systems output, Vol. 13, No. 8, pp. 1800-1818, 2009.
[4] A. Konar, A.K. Mandal, Microprocessor based automatic sun tracker, IEE Science, Measurement and Technology, Vol. 138, No. 4, pp. 237-241, 1991.
[5] P. Baltas, M. Tortoreli, P. E. Russell, Evaluation of power output for fixed and step tracking photovoltaic arrays, Elsevier Solar Energy, Vol. 37, No. 2, pp. 147-163, 1986.
[6] Y. J. Huang and et.al, The Design and Implementation of a Solar Tracking Generating Power System, Engineering Letters, Vol. 17, No. 4, 2009.
[7] G. Deb and A. B. Roy, Use of Solar Tracking System for Extracting Solar Energy, International Journal of Computer and Electrical Engineering, Vol.4, No.1, pp. 42-46, February 2012.
[8] R. Banerjee, Solar Tracking System, International Journal of Scientific and Research Publications, Volume 5, Issue 3, pp. 1-7, March 2015.
[9] C. Sungur, Sun-Tracking System with PLC Control for Photo-Voltaic Panels, International Journal of Green Energy, Taylor and Francis, Vol. 4, No. 6, pp. 635-643, 2007.
[10] H. Fathabadi, Novel Online Sensorless Dual-Axis Sun Tracker, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 22, No.1, pp. 1–8, 2017.
[11] H. Fathabadi, Comparative study between two novel sensorless and sensor based dual-axis solar trackers, Solar Energy, Vol. 138, pp. 67-76, 2016.
[12] H. Fathabadi, Novel high efficient offline sensorless dual-axis solar tracker for using in photovoltaic systems and solar concentrators, Renewable Energy, vol. 95, pp. 485-494, 2016.
[13] C. Cungur, Multi-axes Sun-Tracker System with PLC Control for Photovoltaic panels in Turkey, Renewable Energy, Elsevier, Vol. 34, No. 4, pp. 1119-1125, April 2009.
[14] S. B. Joshi1 and A. R. Jani, Certain Analysis of A Solar Cooker With Dual Axis Sun Tracker, Nirma University International Conference on Engineering (NUiCONE), IEEE, pp. 1-4, 2013.
[15] H. Wang, Z. Li, J. Luo, Sh. Xie, H. Li, Design and Implementation of a Dual-axis Sun-tracking System Based on Microcontroller, International Conference on Information Technology and Applications, IEEE, pp. 384-387, 2013.
[16] A. K. Suria, R. M. Idris, Dual-Axis Solar Tracker Based On Predictive Control Algorithms, IEEE Conference on Energy Conversion, pp. 238-243, 2015.
[17] S.B.Elagib, N.H.Osman, Design and Implementation of Dual Axis Solar Tracker based on Solar Maps, International Conference on Computing, Electrical and Electronic Engineering (ICCEEE), IEEE, pp. 697-699, 2015.
[18] W. Liu, Sun Tracker: Design, Build and Test, 81st Vehicular Technology Conference (VTC Spring), IEEE, 2015.
[19] Y. Khlifi, New Maximum Power Point Algorithm for Photovoltaic Systems, International Renewable and Sustainable Energy Conference (IRSEC), IEEE, pp. 2393-2399, 2016.
[20] I. Stamatescua, I. Făgărășana, G. Stamatescua, N. Arghiraa, S. S. Iliescua, Design and Implementation of a Solar-Tracking Algorithm, 24th DAAAM International Symposium on Intelligent Manufacturing and Automation, Elsevier Procedia Engineering, Vol. 69, pp. 500-507, 2014.
[21] Y. Rizal, S. H. Wibowoa, M. Feryadi, Application of solar position algorithm for sun-tracking system, International Conference on Sustainable Energy Engineering and Application, Elsevier Energy Procedia, Vol. 32, pp. 160–165, 2013.
[22] Q-X. Zhang, H-Y. Yu, Q-Y. Zhang, Z-Y. Zhang, C-H. Shao, D. Yang, A Solar Automatic Tracking System that Generates Power for Lighting Greenhouses, Energies, Vol. 8, pp. 7367-7380, 2015.
[23] P. Sharma, N. Malhotri, Solar Tracking System using Microcontroller, Proceedings of 2014 1st International Conference on Non Conventional Energy (ICONCE), IEEE, pp. 77-79, 2014.
[24] K. Karimov, M. Saqib, P. Akhter, M. Ahmed, J. Chatthad, S. Yousafzai, A simple photo-voltaic tracking system. Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol. 87, pp. 49–59, 2005.
[25] A. Georgiev, P. Roth, A. Olivares, Sun following system adjustment at the UTFSM. Energy Conversion and Management, Vol. 45, pp. 1795–1806, 2004.
[26] W. Bolton, Mechatronics: Electronic Control Systems in Mechanical Engineering, Longman Pub Group, 1998.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 7
آبان 1397
صفحه 251-259