Особенности технического задания на разработку солнечного трекера

Солнечные трекеры – это системы, предназначенные для ориентации на солнце рабочих поверхностей систем, генерирующих электричество, либо систем, концентрирующих тепловую энергию. Они регулируют углы солнечных панелей так, чтобы они были обращены к солнцу в течение дня, максимизируя эффективность поглощения солнечной радиации и увеличивая выработку электроэнергии солнечными энергетическими системами. 

Принцип действия трекеров: имеются несколько датчиков, по которым контроллер вычисляет правильное расположение солнечной батареи и поворачивает сервопривод с платформой в нужную сторону. Существует два типа солнечных трекеров в зависимости от их характера движения. 

Одноосные трекеры. Обеспечивают автоматическое отслеживание солнечной активности путём перемещения солнечных панелей вдоль одной оси, обычно ориентированной в направлении север-юг. 

Двуосные трекеры. Обеспечивают автоматическое перемещение солнечных панелей по двум осям, как в направлении север-юг, так и в направлении восток-запад, чтобы постоянно отслеживать положение Солнца.

Солнечный трекер представляет собой электронно-механическую систему, предназначенную для наведения солнечных панелей на солнце. Система отслеживает положение солнца на небосводе, и управляет сервоприводом, который поворачивает панели в соответствующем направлении. Применение подобного трекера позволяет получить максимальную производительность от солнечных батарей.

В настоящее время рынок солнечных трекеров весьма обширен. Это можно объяснить  всемирным стремлением к созданию возобновляемых (альтернативных) источников энергии. Альтернативные источники энергии - это возобновляемые энергетические ресурсы, которые получают благодаря использованию гидроэнергии, энергии ветра, солнечной энергии, геотермальной энергии, биомассы и энергии приливов и отливов. В отличие от ископаемых видов топлива — например, нефти, природного газа, угля и урановой руды, эти источники энергии не истощаются, поэтому их называют возобновляемыми. Только за 2023 год по всему миру установлено объектов возобновляемых источников энергии (ВИЭ) общей мощностью 200 ГВт.

Солнце— главный источник энергии на Земле. Около 173 млн ГВт солнечной энергии попадает на нашу планету ежегодно, а это более чем в 10 тыс. раз превышает общемировые потребности в энергии.

Фотоэлектрические модули на крыше или на открытых территориях преобразуют солнечный свет в электрическую энергию. Солнечные панели могут вырабатывать энергию и в пасмурную погоду, и даже в снегопад. Для наибольшей эффективности их стоит устанавливать под определенным углом.

В настоящее время разработка солнечных трекеров ведется в интересах практически всех отраслей промышленности, нуждающихся в постоянном потреблении энергии. Но, вместе с тем, нельзя сказать, что все проблемы с использованием солнечной энергии решены или близки к решению. Это связано, как правило, с тем, что разрабатываются все более совершенная элементная база более совершенное программное обеспечение и жизненный цикл современных источников альтернативной энергии постоянно сокращается.

Существует достаточно обширный рынок бытовых приборов, преобразующих энергию солнца в энергию, требуемую для функционирования электроприборов самого различного назначения. Но всегда остается место для самостоятельной разработки приборов, позволяющих использовать солнечную энергию в самых разных приборах. Кроме того, сама по себе самостоятельная разработка может принести огромное удовлетворение разработчику. Можно полагать, что существуют такие применения приборов, которые покупные изделия не могут обеспечить, потому что эти функции в них не предусмотрены или их наличие подразумевает существенные денежные вложения.

В настоящей статье речь идет солнечном трекере, разработка которого должна вестись с учетом требований основных государственных стандартов и других нормативных документов, регламентирующих порядок разработки и качество разрабатываемого изделия.

Ниже представлены основные требования технического задания (ТЗ) на разработку солнечного трекера, учитывающие его специфику и современное состояния аналогичных по назначению изделий.

1. Назначение изделия – автоматическая регулировка положения солнечных панелей для увеличения КПД выработки энергии.
2. Изделие должно обеспечивать автоматическую регулировку положений солнечных панелей относительно солнца по двум осям вращения, что увеличивает их КПД при поглощении солнечного излучения.
3.  Изделие состоит из двух блоков: основного расчетного и дополнительного фотоприемного устройства.
4.  Изделие должно  автоматически возвращать панели в начальное положение «на восток» ночью и иметь  регуляторы для ручной настройки.
5.  Питание устройства должно осуществляться от AC/DC конвертора 12В;
6.  Потребляемая мощность разрабатываемой платы не более 10вт.
7.  Напряжение питания платы не более 12В;         
8. По климатическому воздействию изделие должно удовлетворять ГОСТ 15150 категории УХЛ-4.2;
9.  По механическим воздействиям изделие должно удовлетворять требованиям группа М19 ГОСТ 17516.1;
10.  По вибропрочностным характеристикам:           диапазон частот: 10-200 Гц; амплитуда ускорения не более 20 м/с2;
11. Для правильной и гибкой настройки программы работы изделия должен быть использован узел USB.
12. Должно быть предусмотрено подключение изделия к персональному компьютеру и изменение конфигурацию микроконтроллера.
13. Размеры корпуса - не более 120х85х65 мм;
14.  Масса устройства, г - не более 3000;
15. Средняя наработка на отказ, час 90000
16. Срок службы: не менее 10 лет;
17. Стоимость произведенного изделия не более 10000 руб.;
18. Тип производства – среднесерийное производство 9000 ед.
19.  В качестве аналога может быть рассмотрен китайский прибор  Z06a0. Основным преимуществом по сравнению с аналогом, разрабатываемое изделие должно обеспечивать: возможность ручной настройки положения солнечных панелей,  возможность перепрограммирования  трекера;  удобство обслуживания; большую механическую прочность.
20.  Конструкторская и технологическая документация должна разрабатываться в строгом соответствии с действующими государственными стандартами и другой нормативной документации, действующей на момент разработки изделия.
21. В процессе выполнения работы должно быть использовано программное обеспечения современных САПР Professional Proteus, Delta Design для разработки электрических схем и трассировки печатных плат. Для создания и оформления конструкторской документации и моделей корпусов должна быть использована САПР Компас-3D
22. Должен быть выпущен комплект конструкторской и технологической документации.
23. Должна быть разработана  программа и методика испытаний изделия.

1. Грачев А.А., Мельник А.А., Панов Л.И. Конструирование электронной аппаратуры на основе поверхностного монтажа компонентов. – М.: НТ Пресс, 2006. – 384 с.
2. Медведев А.М. Технология производства печатных плат. – М.: Техносфера, 2005. – 360 с.