CC BY
4ДИСТАНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНИТОРИНГА УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ С ФУНКЦИЕЙ САМООЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ
СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ Нуштаева О.Х
Ташкентский университет информационных технологий имени Мухаммада ал - Хоразмий Узбекистан, E-mail: natashanushtaeva@gmail.com https://doi.org/10.5281/zenodo.10725629
Аннотация. На оптические прозрачные стекла или полимерные прозрачные пленки, используемые в качестве защиты от атмосферных осадков и попадания инородных частиц поверхностей фотоэлектрических солнечных батарей, эксплуатируемые в основном в открытых местностях загрязняются различными составляющими атмосферного воздуха, вследствии оседания пыли, песка, отходов, сажи, от выхлопных газов автомобилей, золы из промышленных труб, и других веществ, что приводит к снижению энергоэффективности преобразования электрической энергии, вследствии затенения, поглощения и отражения этими частицами потока солнечного излучения. При несвоевременной очистки поверхностей от этих частиц коэффициент преобразования электроэнергии может снизиться на 50-70%, что может привести к нецелесообразности применения солнечных фотоэлектрических батарей, поэтому определение уровня загрязненности в зависимости от определения промежутка времени с учетом сезонного периода является важной задачей, для чего проводятся мониторинговые наблюдения.
Ключевые слова: мониторинг уровня загрязненности отпической поверхности, автоматической самоочистка отпической поверхности, повышение срока службы уровня удобства эксплуатации, энергоэффективность преобразования солнечной энергии в электрическую.
Abstract. On optical transparent glass or polymer transparent films used as protection from precipitation and ingress of foreign particles surfaces of photovoltaic solar cells, operated mainly in open areas are polluted by various components of atmospheric air, due to the deposition of dust, sand, waste, soot, from car exhaust gases, ash from industrial pipes, and other substances, which leads to a decrease in energy efficiency of conversion of electrical energy, due to shading, absorption and absorption of particles from the surface of the solar cells. In case of untimely cleaning of surfaces from these particles, the coefficient of electric energy conversion can decrease by 50-70%, which can lead to the inexpediency of solar photovoltaic panels, so determining the level of pollution depending on the definition of the time interval, taking into account the seasonal period is an important task, for which monitoring observations are carried out.
Keywords: monitoring of the level ofpollution of the solar surface, automatic self-cleaning of the solar surface, increasing the service life of the level of convenience of operation, energy efficiency of conversion of solar energy into electrical energy.
Annotatsiya. Asosan ochiq joylarda ishlaydigan fotovoltaik quyosh panellari yuzasiga yog'ingarchilik va begona zarralarning kirib kelishidan himoya qilish uchun ishlatiladigan optik shaffof oynalar yoki polimer shaffof plyonkalar chang, qum, chiqindilarning cho'kishi tufayli atmosfera havosining turli tarkibiy qismlari bilan ifloslanadi. , kuyikish va chiqindi gazlar.avtomobillar, sanoat quvurlaridan kul va boshqa moddalar, bu zarrachalar tomonidan quyosh nurlanishining soyalanishi, yutilishi va aks etishi tufayli elektr energiyasini aylantirishning energiya samaradorliginipasayishiga olib keladi. Agar sirtlar ushbu zarrachalardan o'z vaqtida tozalanmasa, elektr energiyasini konversiyalash koeffitsienti 50-70% ga kamayishi mumkin, bu
quyosh fotovoltaik batareyalaridan foydalanishning noto'g'riligiga olib kelishi mumkin, shuning uchun ifloslanish darajasini aniqlashga qarab aniqlanadi. mavsumiy davrni hisobga olgan holda vaqt davri muhim vazifa bo'lib, uning uchun monitoring kuzatuvlar olib boriladi.
Kalit so'zlar: optiksirtning ifloslanish darajasini kuzatish, optiksirtni avtomatik ravishda o'z-o'zini tozalash, foydalanish qulayligi darajasining xizmat muddatini oshirish, quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantirishning energiya samaradorligi.
Введение: На сегодняшний день известны несколько способов защиты поверхностей фотоэлектрических солнечных батарей от атмосферных осадков и попадания инородных частиц.
1. Способ предотвращения запыленности стекол кювет оптических анализаторов газов. Для осуществления предлагаемого способа, заключающегося в том, что газовую смесь, поступающую в кювету, активируют, пропуская через сильное электрическое поле и нагревая ее. В результате активации кристаллы газовой смеси, содержащей, например, MgCl, NaCl, КС1 и MgO, накапливают объемный заряд, который может долгое время сохраняться в. темноте. В кювете газовая смесь освещается через стекла лампой накаливания. При освещении в результате возрастания проводимости происходит разделение кристаллов газовой смеси.
Недостатком этого способа является то, что оно предназначено для защиты стекол кювет оптических анализаторов газов от пыли, и поэтому оно не может быть использовано как средство измерения и контроля уровня загрязненности оптических поверхности.
2. Способ определенных прозрачности плоских светопропускающих запечатываемых материалов, основанный на регистрации относительных световых потоков, отраженных образцом бумаги, который сначала размещают на черной подложке, затем на плоском металлическом зеркале, и последующем расчете показателей прозрачности бумаги. После регистрации относительные световые потоки последовательно преобразуют в последовательность электрических сигналов с формированием электронных образов исследуемого материала, представляющих собой таблицы значений коэффициентов отражения света в N равномерно распределенных вдоль строки точках, размещенного сначала на черной подложке, затем на плоском металлическом зеркале, а после преобразований относительных световых потоков определяют коэффициент отражения света материалом, размещенным на черной подложке, и коэффициент отражения материалом на зеркале в N равномерно распределенных вдоль строки точках, а о макро неоднородности исследуемого материала судят по величине стандартного отклонения прозрачности.
Этот способ обеспечивает величину отклонения прозрачности с высокой точностью, за счет выявления макронеоднородностей печатной бумаги, однако недостатком этого способа является то, что этим способом невозможно определить степень загрязненности оптически прозрачных материалов т.к. оно не предназначено для этого. К тому же в нем используется черная подложка, затем металлическое зеркало, и для получения величины используются специальные таблицы, что ограничивает оперативность получения информации о прозрачности.
Основная часть: Автоматическое устройство с функцией мониторинга уровня загрязненности и режима самоочистки оптической поверхности фотоэлектрических батарей, содержит сравнивающий блок на внешней фронтальной части корпуса которого
установлено два фотоэлектрических преобразователя, на внешней стороне одного из них шарнирно закреплена поворотная крышка на оси, связанная кинематически с шестеренчатой парой, ведомая шестерня соединена с осью крышки, ведущая шестерня соосно с червячным электропроводом, соединенным с электронной схемой состоящей из фотореле соединенное с блоком питания, при этом фотореле одновременно подключено с генератором импульсов, делителем частоты, блоком совпадения диодом и входом Б ЯБ-триггера, схема совпадения соединена с блоком задания времени, вход Б ЯБ-триггера подключена с контактной парой и ждущим одновибратором, выход которого соединен с входом Б ЯБ-триггера, выходы ЯБ-триггеров подключены к реверсному блоку, подключенный к электродвигателю, вход «сброса соединен с контактной парой и конденсатором и со входом Я ЯБ-триггера, выход которого соединен с базой транзистора подключенного к обмотке реле, блок управления содержит кнопочный включатель через линию связи соединен с входом Б ЯБ-триггера, двухпозиционный переключатель посредством линии связи с триггером Шмитта нагруженного на обмотку реле, второй контакт соединен с фотоэлектрическими преобразователями, третий контакт соединен с аналого-цифровым преобразователем соединенный с индикатором. Устройство обеспечивает высокую оперативность измерений, за счет возможности дистанционного съема информации при проведении мониторинговых исследований и функцию автоматической очистки поверхности фотоэлектрических батарей, что повышает оперативность съема информации и уровень удобства эксплуатации.
Однако вследствии размещения электронной схемы внутри корпуса, закрепленного на раме фотоэлектрической батареи, и прямого попадания лучей инфракрасного диапазона солнечного излучения приведут к сильному нагреву закрытого корпуса, и соответственно полупроводниковых элементов что приведет к снижению точности измерений, надежности и ограничению срока эксплуатации устройства в целом (из-за увеличения уровня тепловых «шумов», дрейфа «нуля», снижению стабильности из-за изменения температурной проводимости полупроводниковых приборов и др.), особенно это будет заметно если устройство будет установлено в южных широтах, где температура повышается до 55-65°С в летнее время в степях и пустынных регионах. (Страны Центральной Азии с резкоконтинентальным климатом, Юго-восточной Азии, Африки и других южных широтах), кроме того размещение фотореле на открытом месте может привести к ложным срабатываниям (посадка птиц, затенение рукой человека или другим предметам и т.д.).
Задачей является повышение точности и надежности измерений уровня загрязненности оптической поверхности солнечных фотоэлектрических батарей, при выполнении мониторинговых исследований, повышение срока службы устройства, уровня удобства эксплуатации и обеспечение возможности использования устройства в регионах с жарким тропическим климатом и функцией автоматической очистки фотоэлектрических батарей.
Поставленная цель решается следующим путем: сравнивающий блок выполнен в виде двух оптических отсеков, каждый из которых состоит из стеклянной прямоугольной пластины, установленной на фронтальной части корпуса, снабженной концентратором светового пучка, с тыльной стороны, двумя вертикально расположенными зеркальными отражателями, установленных между собой под углом и двумя горизонтально ориентированными, также под углом зеркальными отражателями, причем один из них, нижний расположен горизонтально, на месте примыкания которых по горизонтальной
линии уложены, входные торцевые части световодных волокон, поверх одной из стеклянных пластин, на шарнире закреплена поворотная крышка, связанная через кронштейн, два шарнира и Г-образный стержень с ведомой шестерней шестеренчатой пары и ведущей закрепленной на оси электродвигателя, образующие подобие кривошипно-рычажного механизма, ведомая шестерня с тыльной стороны плоскости снабжена выступающим элементом, соприкасающийся при вращении с двумя контактными парами, установленных на диаметрально противоположных сторонах относительно оси вращения, подключенных к электронной схеме с фотореле и блоком питания в виде аккумулятора и солнечной батареи подсоединенный к электродвигателю насоса, последовательно через контакт реле К 1.1 с обмоткой подключенной к эмиттеру первого транзистора соединенной базовым выводом к выходу логического элемента 2И, на один вход которого подключен один контакт двухпозиционного переключателя через кабельную линию, последовательно подключенные триггер Шмитта с регулятором и ждущий одновибратор, второй контакт переключателя подсоединен к стрелочному прибору и аналого-цифровому преобразователю, от него к интерфейсному блоку, третий, коммутирующий контакт переключателя через кабельную линию подключен к выходу дифференциального усилителя, с двумя фотоприемниками на входах, к которым подведены выходные торцевые части световодных волокон от двух оптических отсека, второй вывод элемента 2И подсоединен через элемент НЕ к базе второго транзистора, нагруженного через эмиттер на электродвигатель и к выходу RS-триггера, на вход S которого одновременно подсоединен через линию связи кнопочный включатель и через конденсатор к выходу второго усилителя, с фотоприемником на входе, совмещенный с выходными торцами пучка второго световодного канала, входные торцы которого выведены на поверхность корпуса и установленные в виде веера и размещены между двумя вертикально и параллельно установленными непрозрачными поворотными пластинами, выход второго усилителя подсоединен к обмотке второго реле, с контактами К2.1 связанными с одной контактной парой запараллеленный вторым выводом с другой контактной парой и подключенный на вход R, RS-триггера, четвертый оптический канал со световодами, с входными торцами на поверхности корпуса и выходными торцами подведенными к инфракрасному (ИК) датчику подсоединенному через третий усилитель, элемент НЕ к базе третьего транзистора, связанного через эмиттер с таймером подключенный к светодиоду примыкающий к фотоприемнику, устройство снабжено электромагнитным счетчиком числа дней, подключенный ко второму ждущему обдновибратору через кабельную линию.
На рис. 1 приведена электронная блок-схема устройства.
Рис. 1. Блок-схема устройства
Устройство состоит из: корпуса установленного на внешней раме (рис. 1), солнечной батарее 1, посредством закрепительных элементов, на внешней фронтальной части корпуса установлены на одной плоскости две стеклянные пластины прямоугольной формы, поверх одной из них на шарнирах установлена плотно-закрывающаяся поворотная крышка, с внутренней стороны которого, на некотором расстоянии от шарниров, перпендикулярно плоскости крышки закреплен небольшой кронштейн, связанный через два шарнира и Г-образно согнутый стержень с ведомой и ведущей шестерней закрепленной на оси электродвигателя 2, образующие подобие кривошипно-рычажного механизма. В качестве ограничителей угла поворота крышки использованы пружинящие контактные пары 3, 4 установленные диаметрально противоположно, срабатывающие в момент касания выступающего элемента, закрепленного на тыльной стороне плоскости шестерни. Сравнивающий блок состоит из двух оптических отсека, каждый из которых включает в
себя концентраторы светового пучка, размещенные с тыльных сторон стеклянных пластин, состоящих из двух вертикальных зеркальных отражателей, установленных между собой под углом и два горизонтально-ориентированных зеркальных отражателя, также установленных под углом между собой, причем один из них, нижний расположен горизонтально, другой (верхний) повернут с тыльной стороны к нижнему отражателю и на месте примыкания плоскостей отражателей и по горизонтальной линии уложены входные торцевые части световодных волокон 5, 6. На верхней горизонтальной поверхности корпуса установлены с возможностью поворота две вертикальные и закрепленные параллельно между собой непрозрачные пластины, между которыми расположены в виде веера торцевые части пучка световода 7. Также на поверхности корпуса посредством держателя установлен световодный пучок 8, повернутый торцевыми входными концами относительно вертикали на 90°, воспринимающий горизонтальные направления солнечного излучения. Все выходные торцевые части световодных волокон (пучков) как отдельные оптические каналы в виде коротких кабельных линий и проводами электроприводной части подключены к электронной схеме с защитным отдельным корпусом, размещенным под плоскостью солнечной батареи, содержащей фотоприемники (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и др.) подключенные на входы дифференциального усилителя, с регулятором баланса выходного сигнала подаваемый через кабельную линию связи 14 на двухпозиционный переключатель 15, один контакт которого подсоединен к магнитоэлектрическому измерительному прибору 16 стрелочного типа (I-го класса точности) и через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 17 к интерфейсному блоку 18, необходимый для подключения, в случае необходимости к ЭВМ (компьютеру, с соответствующим программным обеспечением) для повышения уровня автоматизации ведения процесса мониторинга. Второй контакт переключателя 15 через кабельную линию связи 14 подсоединен к триггеру Шмитта 19 с регулирующим резистором 20 от него на один вход логического элемента 2И 21, через ждущий одновибратор 22, на другой вход элемента подсоединен выход RS-триггера 23 через логический элемент НЕ 24, выход элемента 21 подсоединен к базе транзистора 25, эмиттерный выход подключен к обмотке реле 26, связанный контактами К 1.1 с электродвигателем 27 насоса воды для очистки поверхности солнечных батарей. Световые сигналы с выходных торцов световода 7 воспринимаются фотоприемником 28 подсоединенный к усилителю 29, выход которого связан со входом S, RS-триггера 23 через конденсатор 30, с обмоткой реле 31 с контактами К2.1 связанны с ограничительным контактными парам 3 и 4, подсоединенным параллельно контактами, а вход R, RS-триггера 23, выход которого подсоединен к базе второго транзистора 32, эмиттерный вывод подключен к электродвигателю 2.
Инфракрасный диапазон (ИК) солнечного излучения (инсоляции) воспринимается ИК датчиком 33, подключенный на вход усилителя 34, с выхода которого поступает через логический элемент НЕ 35 на базу третьего транзистора 36 эмиттерный вывод которого подсоединен к таймеру 37, а от него к светодиоду 38 размещенному возле фотоприемника 28 так, чтобы световая энергия была воспринята также, как и от выходной части световода 7, коллекторный вывод транзистора 36 подсоединен к источнику напряжения от аккумуляторной батарей 39, заряжаемый от солнечной батарей 1, через контроллер 40 и подключаемый к электронной схеме 6 через фотореле 41, запускающий ждущий одновибратор 42, сигнал от которого через кабельную линию 14 подается на светодиодный индикатор 43 подключённый на вход электромагнитного счетчика 44 с кнопкой сброса 45
(подключаемый при необходимости для счета количества дней, суток к компьютеру). Дистанционный запуск электроприводного механизма управления осуществляется кнопочным (пружинным) включателем 46.
Заключение: Техническое решение направлено на обеспечение максимального параметра вольтамперной характеристики фотобатареи, т.е. эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую, за счет своевременной очистки поверхности в автоматическом режиме и достоверности получения информации о загрязнении при проведении мониторинговых исследований с возможностью дистанционного съема информации, и сохранении высокой оперативности очистки с минимальным расходом электроэнергии в процессе мониторинга.
В настоящее время данная разработка проходит этап технической экспертизы.
REFERENCES
1. Григораш О. В. Возобновляемые источники электроэнергии / О. В. Григораш, Ю. П. Степура, Р. А. Сулейманов и др. - Краснодар : КубГАУ. - 2012. - 272 с.
2. Borisova Yelena, Amurova Natalya, Kodirov Fazliddin, & Abdullayeva Surayyo (2022). COMPUTERIZED ENVIRONMENTAL MONITORING SYSTEMS. Universum: технические науки, (2-6 (95)), 66-70.
3. Kh.A. Sattarov VARIOUS FACTORS CAN CONTRIBUTE TO INACCURACIES IN ELECTROMAGNETIC CURRENT TRANSDUCERS. American Journal of Applied Science and Technology 3 (12), 31-36
