Пристрій контролю потоку сонячної радіації для потреб сонячних електростанцій

Характеристика електромагнітного випромінювання. Огляд фотометрів на світлодіодах для оцінки рівня падаючого світла. Використання фотодіодів на основі бар'єрів Шотткі і гетеропереходів. Призначення контактів використовуваних в пристрої мікросхем.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык украинский
Дата добавления 27.11.2014
Размер файла 1010,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

TACQ = 2мкс + 16. 47мкс + [ (50 °C - 25 °C) (0. 05мкс / °C)]= 19. 72мкс

Після того, як перетворення завершено, необхідно програмно забезпечити затримку не менше 2. 0TAD, перш ніж почнете наступне перетворення. Протягом цього часу конденсатор CHOLD не підключений до вибраного вхідному каналу АЦП. Типове значення часу TAD RC генератора АЦП одно 4мкс, може варіюватися від 2мкс до 6мкс.

З наведених тимчасових характеристик випливає, що:

1. Параметри АЦП дозволяють проводити вимірювання приблизно 50000 разів в секунду, тобто набагато частіше, ніж необхідно.

2. При частоті пульсації освітленості в 300 Гц час одного періоду пульсації становить приблизно 3,3 мс, і при часу заряду конденсатора CHOLD = 16,47 мкс ефект усереднення при вимірі зводиться до мінімуму і може не враховуватися.

Для зберігання результатів вимірювань потрібно блок енергонезалежної перезаписуваної пам'яті (ЕПП). Мікроконтролер PIC16F877 володіє блоком пам'яті EEPROM в 256 байт. Для зберігання одного результату буде потрібно 3 байти:

2 байта - значення освітленості (0 - 1000лк) + 1 байт - коефіцієнт пульсації (0-100 %)

Таким чином, вбудованого блоку EEPROM вистачить на 85 вимірювань і у використанні додаткового блоку немає необхідності.

Одним з основних елементів схеми є фоточутливий елемент. Враховуючи специфіку експлуатаційних умов, а також виходячи з функціональних вимог до розроблябчого пристрою, обраний первинний перетворювач освітленості (ППО). Для поставленої задачі найбільш підходить фотодіод ФД - 24К.

Мал. 9: ФД-24К

Характеристики ФД - 24К:

* Матеріал напівпровідника: кремній

* Гранична робоча освітленість: 1100

* Гранична короткочасна освітленість: 11000

* Максимум спектральної характеристики при T = 20 ° ± 5 ° C: 0, 75 - 0, 85 мкм

* Власна постійна часу: 10-5 с

* Максимальний темновой струм при 25 ° С: 2, 5 * 10-6 А

* Напруга шуму: 0, 61 * 10-6 В / Гц

* Інтегральна (спектральна) чутливість: 6 мА / лм

* Порогова чутливість: 5 * 10-8лм/Гц1/2

* Електрична міцність ізоляції висновків: 180 В

* Опір ізоляції: 100 мОм

* Ємність: 600 пФ

* Гарантійне напрацювання: 4000 год

* Гарантійний термін: 10 років

* Інтенсивність відмов: 5 * 10-5/час

* фоточутливий майданчик: 78, 5 мм2

* Температурний діапазон: -60. . . +75 ° С

Велика площа робочої поверхні робить фотодіод дуже чутливим в порівнянні зі стандартними фотодіодами. У технічній характеристиці токовая чутливість наведена без урахування ефективної площі фотодіода, а просто дана залежність фотоструму від потрапляє на фотодіод світлового потоку. Щоб порахувати залежність фотоструму від освітленості, вираженої в люксах, необхідно наведену величину помножити на площу фотодіода, або 6000 * 78 / 10-6, що в результаті дає 0, 468 мкА / лк.

Власна постійна часу даного фотодіода складає 10-5 с, що дає можливість виробляти цикли вимірювань освітленості з необхідною частотою, заявленої у вимогах до розробляємого пристрою.

Функціональна вимірювальна схема з використанням фотодіода і операційних підсилювачів показана на мал. 10.

Мал. 10: Вимірювальна схема на основі операційного підсилювача

Різниця напруг на входах диференціального підсилювача завжди близька до нуля, отже, фотодіод працює в режимі короткого замикання. При цьому вхідний струм підсилювача також має дуже малу величину, що визначається високим вхідним опором, а струм через резистор зворотного зв'язку дорівнює за величиною току фотодіода, але протилежний за напрямком.

Вихідна напруга в такому випадку буде визначатися як

U = - R1 * I,

де R1 - опір резистора в ланцюзі зворотного зв'язку,

I - фотоструму, формований фотодиодом.

При однополярному живленні від +5 В потрібно враховувати, що операційні підсилювачі, використовуються у схемі, повинні працювати коректно. Для даної схеми були вибрані операційні підсилювачі фірми Microchip MCP6001. Темновой ток фотодіод дорівнює нулю, але при нульовому вхідному сигналі при однополярному харчуванні обраний операційний підсилювач не може сформувати вихідна напруга нижче 25 мВ. Тому в схему було введено зміщення вхідного сигналу операційного підсилювача, реалізоване шляхом подачі на неінвертуючий вхід позитивного потенціалу. Отже, темновой струм в схемі перевищує значення 25 мВ і таким чином ліквідується «сліпа » зона вимірювань. Отримане зміщення зрівнюється відніманням величини цього зміщення з результатів перетворень, вироблених в АЦП, програмно в мікроконтролері.

Для відображення інформації про вимірювання був обраний знакогенеріруючий дисплей 4х20 LM044L на основі контролера HD44780. Контролер має 2 виводу живлення (GND, +5 В) один висновок - регулятор контрастності, 3 керуючих виводу і 8 - вивідну шину даних. Вбудований знакогенератор також підтримує кирилицю.

Для живлення компонентів схеми вирішено використовувати одну гальванічну батарею 9 В. Оскільки всі елементи схеми живляться від напруги в +5 В (в т.ч. на вході АЦП UREF + повинно бути рівно 5 В, інакше вимірювання не будуть коректні), у схемі необхідно також використовувати перетворювач напруги і джерело опорного напруги в +5 В. як джерело опорного напруги обраний елемент TL431. Даний елемент є стабілітроном з регульованим двома зовнішніми резисторами вихідним значенням напруги від +2, 4 до 36 В.

5.1 Призначення контактів використовуваних в пристрої мікросхем

MCP6001:ML044L:

PIC16F877:

TL431:

Висновок

Під час розробки курсової роботи на тему: «Пристрій контролю потоку сонячної радіації для потреб сонячних електростанцій» я навчився розраховувати параметри елементів, вивчив стандарти підготовки креслень за ДСТУ, ознайомився з принципом роботи люксметрів різних типів.

Завдання бакалаврської роботи полягає в розробці структурної і принципової схем пристрою, що дозволяє провести вимірювання освітленості у встановлених межах. Даний пристрій має блок індикації, тому може давати повну картину про рівень сонячної радіації. Розглянуті аналоги не мають вбудованого мікроконтролера і не можуть гарантувати швидкість роботи приладу.

Пристрій контролю рівня сонячної радіації (освітленості), який пропонується, по параметрам відповідає технічному завданню.

Розроблюваний макет відповідає наступним вимогам:

* Вимірювання рівня освітленості у видимій області спектра

* Представлення результатів вимірювань оператору за допомогою цифрового дисплея

* Інтерфейс взаємодії оператора з пристроєм, що дозволяє:

- проводити вимірювання і контроль

- зберігати результат останнього виміру

- переглядати результати минулих вимірів

- проводити очищення пам'яті

* Автономність

* Ремонтопридатність

* Безпека

Список використаної літератури

1. Полякова Л.С. , Кашарин Д.В. «Метеорология и климатология. Суммарная солнечная радиация. Фотосинтетически активная радиация».

2. Сердюк « Фізика солнечних елементов».

3. Васюра А.С. - «Елементи та пристрої системи управління автоматики».

4. Сердюк «Фізика солнечних елементов».

5. СНиП 23-05-95: «Естественное и искусственное освещение»

6. Тришенков М.А. , Фример А.И. , «Фотоэлектрические полупроводниковые приборы с р-n-переходами, в сборнике: Полупроводниковые приборы и их применение» 1971.

7. ГОСТ 24940-96: «Здания и сооружения, Методы измерения освещенности».

8. Умаров Г.Я. , Ершов А.А. «Солнечная энергетика».

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Переваги та недоліки сонячних електростанцій різних типів, перспективні технології для покращення роботи як сонячних елементів, так і сонячних електростанцій. Аналіз розвитку малої енергетики у світі та в Україні на основі відновлюваних джерел енергії.

    статья [635,5 K], добавлен 22.02.2018

  • Ознайомлення із дією сонячних електростанцій баштового типу. Визначення сонячної радіації та питомої теплопродуктивності установки. Оцінка показників системи гарячого водопостачання. Аналіз ефективності використання геліоустановки й визначення її площі.

    курсовая работа [3,4 M], добавлен 30.09.2014

  • Сутність і сфери використання закону Ньютона – Ріхмана. Фактори, що впливають на коефіцієнт тепловіддачі. Густина теплового потоку за використання теплообміну. Абсолютно чорне, сіре і біле тіла. Густина теплового потоку під час променевого теплообміну.

    контрольная работа [40,3 K], добавлен 26.10.2010

  • Огляд схем сонячного гарячого водопостачання та їх елементів. Розрахунок основних кліматичних характеристик, елементів геліосистеми та кількості сонячних колекторів, теплового акумулятора, розширювального бачка, відцентрового насоса, теплообмінників.

    дипломная работа [2,5 M], добавлен 27.01.2012

  • Теплове випромінювання як одна з форм енергії. Теплові і газоразрядні джерела випромінювання. Принцип дії та призначення світлодіодів. Обґрунтування та параметри дії лазерів. Характеристика та головні властивості лазерів і можливість їх використання.

    контрольная работа [51,0 K], добавлен 07.12.2010

  • Характеристика світла як потоку фотонів. Основні положення фотонної теорія світла. Визначення енергії та імпульсу фотона. Досліди С.І. Вавилова, вимірювання тиску світла. Досліди П.М. Лебєдева. Ефект Компотна. Корпускулярно-хвильовий дуалізм світла.

    лекция [201,6 K], добавлен 23.11.2010

  • Природне та поляризоване світло, їх схожі та відмінні риси, особливості випромінювання. Різновиди поляризованого світла, їх отримання за допомогою поляризаторів та вивчення за допомогою аналізаторів. Особливості поляризації світла при відбиванні.

    реферат [699,1 K], добавлен 06.04.2009

  • Визначення світлового потоку джерела світла, що представляє собою кулю, що світиться рівномірно. Розрахунок зональних світлових потоків для кожної десятиградусної зони за допомогою таблиці зональних тілесних кутів. Типи кривих розподілу сили світла.

    контрольная работа [39,3 K], добавлен 10.03.2014

  • Використання сонячних систем гарячого водопостачання в умовах півдня України. Проектування сонячної системи гарячого водопостачання головного корпусу ЧДУ ім. Петра Могили та вибір режиму її експлуатації. Надходження сонячної енергії на поверхню Землі.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 05.10.2011

  • Природа і спектральний склад сонячного світла, характер його прямого та непрямого енергетичного перетворення. Типи сонячних елементів на основі напівпровідникових матеріалів. Моделювання електричних характеристик сонячного елемента на основі кремнію.

    курсовая работа [2,3 M], добавлен 17.06.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.