5. Целевыявление
5.1. Формирование массива критериев и показателей решения проблемы
Оценить качество конструкции модуля устройства зарядного устройства на солнечных батареях можно с помощью следующих критериев:
- функциональные – выходной ток Iвых; выходное напряжениеUвых; ток зарядкиIзар; количество циклов заряда/разрядаN; условия эксплуатации: воздействие повышенной влажности 93%, воздействие пониженной температуры 233К, воздействие повышенной температуры 333К.
- технологические – коэффициент стандартизации, унификаций и технологичности КСТ,KУН, КТЕХН;
- экономические – цена Ц; масса m; габаритные размерыυxlxh, емкость встроенной батареи С; вероятность безотказной работыP(t);
- антропогенные – степень защиты, условия безопасности.
5.2 Формирование дерева целей
На основании анализа названной группы критериев сформулируем конкретные цели участников проблемной ситуации (проектирование зарядного устройства на солнечных батареях согласно параметрам, указанным в техническом задании) в виде дерева целей. Цели для участников проекта сформулируем в виде количественных и качественных показателей, указанных на рисунке П.1.7.
Отметим, что для более объективного обоснования целей необходимо проводить анкетирование участников проблемной ситуации со статистической обработкой результатов.
5.3 Составление технического задания на проектирования и пути ее решения
Техническое задание на проектирование зарядного устройства на солнечных батареях применительно к дипломному проектированию приведено в Приложении 1.
Рисунок П. 1.7 – Дерево целей зарядного устройства на солнечных батареях
6. Исследование проблемы проектирования и пути ее решения
Солнечная батарея- источник электрического тока использующий фотоэлектрические преобразователи. Преимущество солнечных батарей обусловлено отсутствием подвижных частей, их высокой надежностью и стабильностью. Недостатком является относительно высокая стоимость и низкий КПД. Выходная мощность солнечной батареи примерно пропорциональна интенсивности солнечного потока. Причем на количество получаемой энергии влияет интенсивность именно от прямых солнечных лучей. Номинальная мощность, указываемая в технических характеристиках, измеряется при стандартных тестовых условиях. За основу нормируемого показателя солнечной радиации берется значение в 1000 Вт/м2. Другой фактор, влияющий на мощность - температура ячеек панели, с ростом температуры увеличивается ток, но уменьшается напряжение.
Для обеспечения работы из радио экспедиций часто применяют никель- кадмиевые аккумуляторы (НКА). Но, с течением времени работы в эфире НКА необходимо подзаряжать. В условиях экспедиционной работы одним из наилучших вариантов подзарядки аккумуляторов является использование солнечных батарей. Энергия Солнца вполне сможет обеспечить работу по зарядке аккумуляторов. Разберем принципы использования солнечных батарей для зарядки аккумуляторов.
Тип солнечной батареи.
Наиболее распространённые в странах СНГ являются солнечные батареи типа БСК-1, БСК-2, Электроника МЧ/1. Эти батареи выпускают или ранее выпускали многие радиоэлектронные заводы. Иногда встречаются в продаже также импортные, в основном китайские и корейские, солнечные батареи, с параметрами сравнимыми с батареями типов БСК-1, БСК-2, Электроника МЧ/1.
Эти солнечные батареи могут обеспечить зарядный ток аккумулятора в пределах 35-50 миллиампер, не более того. Причем это будет при хорошем солнечном освещении. Следовательно, с помощью широко распространённых солнечных батарей можно обеспечить заряд маломощных аккумуляторов имеющих емкость не более 0,45 А/ч. Замечу, что широко распространенные аккумуляторы типа ЦНК-0,45 как раз имеют такую емкость...
Необходимо также учитывать, что в середине лета, в июле, световой период, в который батарея эффективно отдаёт энергию, обычно длится не более 7-9 часов. Наиболее эффективное время для работы солнечной батареи с 10 до 17 часов. После этого времени ток солнечных батарей падает. Падает ток, генерируемый солнечной батареей в облачную погоду. Некоторая ориентировка солнечных батарей относительно положения Солнца, помогает увеличить генерируемый ими ток, но… Попробуйте сами покрутить батареи в поисках их лучшего освещения, и убедитесь, что это нелегкое дело.
Что же можно предпринять для увеличения тока, генерируемого солнечной батареей? Наиболее просто ток солнечных батарей можно увеличить при помощи их параллельного включения. Конечно, необходимо включать солнечные батареи, имеющие одинаковое количество элементов и, следовательно, обеспечивающих одинаковое напряжение фото ЭДС. Но все же параллельное включение солнечных батарей, как это показано на рис. 1, нежелательно. Лучшие результаты будут получены при параллельном включении элементов солнечных батарей, как это показано на рис. 2.
Нежелательное включение
Параллельное включение элементов
солнечных батарей солнечных батарей
Разберем, почему нежелательно параллельное включение солнечных батарей, показанное на рис. 1. Вследствие разной освещенности солнечных батарей генерируемые ими напряжения будут немного отличаться друг от друга. Вследствие этого, эффективно будет работать только одна солнечная батарея. При включении солнечных элементов по схеме, показанной на рис. 2, напряжения, генерируемые ими, более равномерно распределяются по солнечной батарее. Вследствие этого, частичное затенение части элементов не принесет большого вреда для работы солнечной батареи. Однако параллельное включение потребует распайки готовых батарей, а затем новое включение их элементов между собой. Работа достаточно нудная, коса проводов между батареями… Но если необходим большой ток, то эту работу все же придется выполнить.
Для увеличения напряжения солнечной батареи, можно включать последовательно, сколько угодное большое количество солнечных элементов. Напряжение такой солнечной батареи будет равно сумме напряжений на всех составляющих ее солнечных элементах. Ток, отдаваемый этой батареей, будет ограничен током худшего элемента.
Самый главный недостаток солнечных элементов, на мой взгляд, это только их относительная дороговизна. Но этот недостаток окупает эффективная работа заряжаемых с помощью солнца аккумуляторов.