izdelava in eksperimentalno preizkuŠanje · iv izdelava in eksperimentalno preizuŠanje dvo-osnega...
TRANSCRIPT
I
IZDELAVA IN EKSPERIMENTALNO PREIZKUŠANJE
DVO-OSNEGA FOTONAPETOSTNEGA SLEDILNEGA
SISTEMA
diplomsko delo
Študent: Domen Kavšek
Študijski program: visokošolski strokovni študijski program 1. stopnje Energetika
Mentor: doc. dr. Sebastijan Seme
Somentor: izr. prof. dr. Bojan Štumberger
Lektorica: Petra Ovčar, univ. dipl. etn. in kult. antrop.
Krško, september 2015
II
III
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Sebastijanu Semetu in somentorju izr. prof. dr. Bojanu
Štumbergerju za pomoč pri izdelavi diplomske naloge. Zahvaljujem se Emilu Keku in
Filipu Kavšku, ki sta mi pomagala pri mehanskem delu izdelave diplomske naloge.
Posebna zahvala gre moji družini, ki mi je omogočila visokošolsko izobraževanje.
IV
IZDELAVA IN EKSPERIMENTALNO PREIZUŠANJE DVO-OSNEGA
FOTONAPETOSTNEGA SLEDILNEGA SISTEMA
Ključne besede: sledilni fotonapetostni sistem, dvo-osni sledilni sistem, izdelava
fotonapetostnega sledilnega sistema, eksperimentalno preizkušanje
UDK: 621.383.51:004.415.538 (043.2)
Povzetek
Diplomsko delo obravnava izdelavo in eksperimentalno preizkušanje sledilnega dvo-osnega
fotonapetostnega sistema. Delovanje sledilnega dvo-osnega fotonapetostnega sistema je
ovrednoteno s primerjavo s fiksnim fotonapetostnim sistemom. Oba fotonapetostna sistema
sta velikosti mikro fotonapetostnih elektrarn. Na podlagi dnevnih meritev, opravljenih na
sledilnem in fiksnem mikro fotonapetostnem sistemu, naloga podaja primerjavo med
proizvedeno električno energijo, časovne poteke temperature modula, sončnega obsevanja
in hitrosti vetra. Prav tako so podane električne izgube na sledilnem mikro fotonapetostnem
sistemu zaradi sledenja Soncu.
V
CONSTRUCTION AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF TWO-AXIS
PHOTOVOLTAIC TRACKING SISTEM
Key words: tracking photovoltaic system, dual-axis tracking system, making tracking
photovoltaic system,
UDK: 621.383.51:004.415.538 (043.2)
Abstract
The diploma work discusses the making and experimental testing of the dual-axis tracking
photovoltaic system. The operation of the dual-axis tracking photovoltaic system is
evaluated through the comparison with the fixed photovoltaic system. Both photovoltaic
systems are the size of micro photovoltaic power plant. On the basis of daily measurements
conducted on the tracking and fixed micro photovoltaic systems, the thesis delivers a
comparison between generated electricity, time courses of module temperature, solar
radiation and wind velocity. Further, the thesis also presents power losses on the tracking
micro photovoltaic system due to solar tracking.
VI
KAZALO VSEBINE
1 UVOD ............................................................................................................................................... 1
2 SLEDILNI MIKRO FOTONAPETOSTNI SISTEM ...................................................................... 2
2.1 OSNOVE SLEDILNIH FOTONAPETOSTNIH SISTEMOV ............................................................ 2
2.1.1 Eno-osni sledilni fotonapetostni sistem .................................................................................... 2
2.1.2 Dvo-osni sledilni fotonapetostni sistem ..................................................................................... 3
2.2 IZDELAVA SLEDILNEGA MIKRO FOTONAPETOSTNEGA SISTEMA ..................................... 5
2.2.1 Mehanski del izdelave sledilnega mikro fotonapetostnega sistema ........................................... 5
2.2.2 Električni del izdelave sledilnega mikro fotonapetostnega sistema ......................................... 10
3 EKSPERIMENTALNI DEL .......................................................................................................... 20
3.1 EKSPERIMENTALNI SISTEM ....................................................................................................... 20
3.2 REZULTATI ..................................................................................................................................... 23
4 OVREDNOTENJE SLEDILNEGA IN FIKSNEGA FOTONAPETOSTNEGA SLEDILNEGA
SISTEMA ................................................................................................................................................ 42
5 SKLEP ............................................................................................................................................ 45
VIRI IN LITERATURA.......................................................................................................................... 47
PRILOGE ................................................................................................................................................ 48
PRILOGA B: VREDNOSTI POSAMEZNIH PARAMETROV ZA DOLOČEN ČAS NA DAN MERITVE
15.7.2015 .................................................................................................................................................... 49
PRILOGA C: MATLAB KODA ZA VODORAVNI MOTOR SMER SEVER-JUG ................................. 50
PRILOGA D: MATLAB KODA ZA VODORAVNI MOTOR SMER JUG-SEVER ................................. 54
PRILOGA E: MATLAB KODA ZA NAVPIČNI MOTOR SMER VZHOD-ZAHOD .............................. 58
PRILOGA F: MATLAB KODA ZA NAVPIČNI MOTOR SMER ZAHOD-VZHOD .............................. 62
PRILOGA G: IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE ZAKLJUČNEGA
DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV ............................................................... 66
PRILOGA H: IZJAVA O AVTORSTVU ZAKLJUČNEGA DELA .......................................................... 67
VII
KAZALO SLIK
Slika 2.1: Smer premikanja eno-osnega sledilnega fotonapetostnega sistema ...................... 3
Slika 2.2: Smer premikanja dvo-osnega sledilnega fotonapetostnega sistema ..................... 3
Slika 2.3: Fotonapetostni modul BlueCarbon 20 W .............................................................. 6
Slika 2.4: Sledilni mikro fotonapetostni sistem zmodeliran v programu Solid Works ......... 7
Slika 2.5: Kroglični ležaj [8] ................................................................................................. 8
Slika 2.6: Sprednja in zadnja stran sledilnega mikro fotonapetostnega sistema ................... 9
Slika 2.7: Električno vezje sledilnega mikro fotonapetostnega sistema [4] ........................ 10
Slika 2.8: Geometrijska oblika senzorja in vpadni koti ....................................................... 13
Slika 2.9: Numerična krivulja odvisnosti razmerja Ω od kota i .......................................... 14
Slika 2.10: Naše elektronsko vezje sledilnega mikro fotonapetostnega sistema ................. 15
Slika 2.11: Algoritem delovanja celotnega električnega vezja ........................................... 17
Slika 2.12: Tiskano vezje električnega vezja za sledilni mikro fotonapetostni sistem........ 18
Slika 2.13: Preizkušanje električnega vezja za sledilni mikro fotonapetostni sistem na
protoboard ploščici .............................................................................................................. 19
Slika 3.1: Program v MatLab Simulink za zajemanje podatkov ......................................... 20
Slika 3.2: Vezalna shema ročnih meritev ............................................................................ 21
Slika 3.3: Računalniške in ročne meritve ............................................................................ 22
Slika 3.4: Ročne meritve ..................................................................................................... 22
Slika 3.5: Senzor vetra ......................................................................................................... 23
Slika 3.6: Temperaturni senzor ............................................................................................ 23
Slika 3.7: Piranometer ......................................................................................................... 23
Slika 3.8: Trajektorija Sonca za Krško, dne 15. 7. 2015 [10] ............................................. 25
Slika 3.9: Primerjava azimutnih kotov ................................................................................ 26
Slika 3.10:Primerjava zenitnih kotov .................................................................................. 27
Slika 3.11: Časovni potek temperature PV modula, zunanje temperature in sončnega
obsevanja na sledilnem mikro fotonapetostnem sistemu .................................................... 27
Slika 3.12: Časovni potek temperature PV modula, zunanje temperature in hitrosti vetra na
sledilnem mikro fotonapetostnem sistemu .......................................................................... 28
Slika 3.13: Časovni potek temperature PV modula, zunanje temperature in sončnega
obsevanja na fiksnem mikro fotonapetostnem sistemu ....................................................... 29
VIII
Slika 3.14: Časovni potek temperature PV modula, zunanje temperature in hitrosti vetra na
fiksnem mikro fotonapetostnem sistemu ............................................................................. 29
Slika 3.15: Primerjava trenutnih moči sledilnega in fiksnega mikro fotonapetostnega sistema
............................................................................................................................................. 30
Slika 3.16: I-U karakteristika fotonapetostnega modula in poteka moči [5] ....................... 31
Slika 3.17: Teoretična primerjava I-U karakteristik fotonapetostnega modula za različne
vrednosti sončnega sevanja [5] ............................................................................................ 32
Slika 3.18: Dejanska primerjava I-U karakteristik sledilnega mikro fotonapetostnega modula
za različne vrednosti sončnega sevanja ............................................................................... 32
Slika 3.19: Teoretična primerjava poteka moči fotonapetostnega modula za različne
vrednosti sončnega sevanja [5] ............................................................................................ 33
Slika 3.20: Dejanska primerjava poteka moči sledilnega mikro fotonapetostnega modula za
različne vrednosti sončnega sevanja .................................................................................... 33
Slika 3.21: Teoretična primerjava I-U karakteristik fotonapetostnega modula za različne
vrednosti temperatur modula [5] ......................................................................................... 35
Slika 3.22: Dejanska primerjava I-U karakteristik sledilnega mikro fotonapetostnega modula
za različne vrednosti temperatur modula ............................................................................. 35
Slika 3.23: Teoretična primerjava poteka moči fotonapetostnega modula za različne
vrednosti temperatur modula [5] ......................................................................................... 36
Slika 3.24: Dejanska primerjava poteka moči sledilnega mikro fotonapetostnega modula za
različni vrednosti temperatur modula .................................................................................. 37
Slika 3.25: Izgube na zenitnem motorju v smeri sever-jug ................................................. 38
Slika 3.26: Izgube na zenitnem motorju v smeri jug-sever ................................................. 39
Slika 3.27: Izgube na azimutnem motorju v smeri vzhod-zahod ........................................ 40
Slika 3.28: Izgube na azimutnem motorju v smeri zahod-vzhod ........................................ 41
IX
KAZALO TABEL
Tabela 2.1:Tehnični podatki fotonapetostnega modula BlueCarbon 20 W [7] ..................... 6
Tabela 2.2: Sestavni deli mikro fotonapetostnega sledilnega sistema .................................. 9
Tabela 2.3: Seznam uporabljenih elementov električnega vezja sledilnega mikro
fotonapetostnega sistema ..................................................................................................... 17
Tabela 3.1: Uporabljeni merilni instrumenti ....................................................................... 22
Tabela 3.2: Azimutni in zenitni koti Sonca in SMFNS ....................................................... 23
Tabela 3.3: Koeficienti kristalnega fotonapetostnega modula [5] ....................................... 34
X
UPORABLJENI SIMBOLI
Pmp - maksimalna moč
Ump - optimalna delovna napetost
Imp - optimalni delovni tok
Uoc - napetost odprtih sponk
Isc - kratkostični tok
α - temperaturni koeficient kratkostičnega toka
β - temperaturni koeficient odprtih sponk
γ - temperaturni koeficient maksimalne moči
Um - napetost med kontakti motorja
Um+ - pozitivna napetost med kontakti motorja
Um- - negativna napetost med kontakti motorja
R - električna upornost
Ω - razmerje upornosti
Ωs - spodnje razmerje upornosti
Ωs - zgornje razmerje upornosti
Imax - direktno solarno sevanje
α - vpadni kot sončnih žarkov
α1 - vpadni kot na LDR1
α2 - vpadni kot na LDR2
β - vrhni kot senzorja
i - kot med navpičnico senzorja in Soncem
P - potenciometer
Δη - učinkovitost fotonapetostnega modula
ηn - nazivni izkoristek fotonapetostnega modula
T - temperatura
∆PMPP - temperaturni koeficient moči v točki MPP
XI
UPORABLJENE KRATICE
PV - fotonapetostni
DC - enosmerna veličina
AC - izmenična veličina
NOCT - Nominal operating cell temperature
MPPT - Maximum power point tracking
LDR - svetlobno odvisen upor
SMFNS - sledilni mikro fotonapetostni sistem
SIST - Slovenski inštitut za standardizacijo
MPP - Maximum power point
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
1
1 UVOD
Energija iz obnovljivih virov je vedno bolj pomembna. Pomaga zmanjševati toplogredne
pline in odvisnost od fosilnih goriv. Med obnovljivimi energijami je bistvena in najbolj
perspektivna sončna energija, ker je trajnostna, dosegljiva na celotnem planetu in dostopna
vsakomur. Sončna energija je popolnoma brezplačna. Fotonapetostni (PV) sistemi so dobro
prepoznavni in zadovoljivo pretvarjajo sončno energijo v električno. S pomočjo energije
sončnega sevanja (elektromagnetnega valovanja) proizvajajo enosmerni (DC) tok brez
slabega vpliva na okolje. Enosmerne električne veličine (napetost in tok) se s pomočjo
razsmernika pretvori v izmenične električne veličine (AC). Izmenične električne veličine
(napetost in tok) so tako uporabne za napajanje lokalnih objektov [1].
Cilj diplomske naloge je izdelati in eksperimentalno preizkusiti sledilni mikro fotonapetostni
sistem. Diplomska naloga bo podala primerjavo parametrov med sledilnim in fiksno
postavljenim fotonapetostnim sistemom, ki smo jih s pomočjo programa Excel in
MatLab/Simulink obdelali in grafično predstavili.
Diplomska naloga je razdeljena v pet poglavij.
Drugo poglavje opisuje sledilni mikro fotonapetostni sistem. Predstavljene so osnove in
izgradnja sledilnega sistema.
V tretjem poglavju je predstavljena eksperimentalna proga za sledilni in fiksni mikro
fotonapetostni sistem. Fiksni mikro fotonapetostni sistem je postavljen pod kotom 0 . Na
obeh sistemih je bila opravljena analiza delovanja.
Četrto poglavje podaja ovrednotenje sledilnega in fiksnega fotonapetostnega sistema.
V petem poglavju je opisan zaključek in vsebuje končne ugotovitve raziskovalnega dela.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
2
2 SLEDILNI MIKRO FOTONAPETOSTNI SISTEM
S sledilnim fotonapetostnim sistemom zagotavljamo, da je vpadni kot sončnega sevanja na
površino fotonapetostnega generatorja kar se da čim bližje 90 , saj takrat dosegamo največji
izplen vpadne energije sončnih žarkov. Ne glede na vrsto sledilnega fotonapetostnega
sistema zahtevamo od njega dolgo življenjsko dobo, zanesljivo obratovanje s čim manj
vzdrževanja in posledično nizke obratovalne stroške [2].
Obstaja veliko študij, ki proučujejo izboljšanje izhodne moči fotonapetostnih modulov. Ena
od teh izboljšav je tehnologija sledenja točki največje moči fotonapetostnih modulov (ang.
MPPT). MPPT tehnologija omogoča, da fotonapetostni modul deluje v optimalni točki v
trenutnih podnebnih razmerjih. Druga izboljšava je sledilni fotonapetostni sistem. S pomočjo
sledilnega fotonapetostnega sistema dosežejo fotonapetostni moduli več energije sončnega
sevanja [3].
2.1 OSNOVE SLEDILNIH FOTONAPETOSTNIH SISTEMOV
V nadaljevanju sledi opis osnov sledilnih fotonapetostnih sistemov, pri čemer jih v grobem
razdelimo na eno-osne in dvo-osne sledilne sisteme.
2.1.1 Eno-osni sledilni fotonapetostni sistem
Eno-osni sledilni fotonapetostni sistemi fotonapetostne module najpogosetje premikajo v
smeri vzhod - zahod. Ta sistem je enostaven vendar zaradi fiksnega pozicioniranja v smeri
sever - jug manj učinkovit kot dvo-osni sistem. Princip delovanja enoosnega sledilnega
sistema je prikazan na sliki 2.1.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
3
Slika 2.1: Smer premikanja eno-osnega sledilnega fotonapetostnega sistema
2.1.2 Dvo-osni sledilni fotonapetostni sistem
Dvo-osni sledilni fotonapetostni sistem ima dve osi. Prva os se premika v smeri vzhod -
zahod, druga os pa v smeri sever - jug. Dvo-osni sledilni fotonapetostni sistem na dveh oseh
znatno poveča natančnost sledenja soncu [3]. Omenjeni sledilni fotonapetostni sistemi
potrebujejo za sledenje soncu dva motorja. Čeprav so dvo-osni sledilni fotonapetostni
sistemi dražji od eno-osnih, so bolj učinkoviti, predvsem v jutranjih in večernih urah [4].
Princip delovanja dvo-osnega sledilnega fotonapetostnega sistema je prikazan na sliki 2.2.
Slika 2.2: Smer premikanja dvo-osnega sledilnega fotonapetostnega sistema
Po načinu vodenja sledilnih fotonapetosnih sistemov poznamo odprtozančne in
zaprtozančne sisteme. Odprtozančni sistemi delujejo glede na trajektorijo Sonca. S pomočjo
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
4
že v naprej znane točne lege Sonca zapišemo program, po katerem se bo sledilni
fotonapetostni sistem premikal. Naklon in zasuk sledilnega fotonapetostnega sistema se
spreminja glede na čas, datum in zemljepisno širino in višino. Za odprtozančno vodenje
potrebujemo algoritem, zemljepisno širino in dolžino različnih regij. S temi podatki
dosežemo optimalno sledenje soncu [3]. Glede na visoko ceno odprtozančnih sistemov so v
večjih energetskih sistemih le ti nameščeni samo na enem sledilnem fotonapetostnem
sistemu (glavni sledilni fotonapetostni sistem), vsi ostali sledilni fotonapetostni sistemi pa
so podrejeni [5].
Pri zaprtozančnih sistemih vodenja uporabljamo za sledenje Soncu optične senzorje. Lega
sonca je določena s povratnimi signali izmerjenih z optičnimi senzorji [3]. Optični senzor
vsebuje dva svetlobno odvisna upora (LDR upora). Elektronsko vezje nadzoruje motorje
dokler ni enaka upornost na obeh straneh optičnega senzorja. Tovrstni sistem je zelo
natančen vendar potrebuje tudi zelo natančno nastavitev elektronskih komponent. Zaradi
njegove natančnosti in relativno nizke cene je bilo na tem področju narejenih že veliko
raziskav [5].
Pri manjših fotonapetostnih sledilnikih večkrat uporabljamo fotonapetostne celice ali
fotodiode z elektronskim vezjem, medtem ko so večji fotonapetostni sledilniki praviloma
krmiljeni z ustrezno programsko opremo, ki temelji na astronomskih algoritmih.
Astronomski algoritmi opisujejo pot Sonca za vsak dan in uro v letu. V posebnih primerih,
na primer pri sistemih s koncentratorji, pa je krmiljenje lahko kombinacija tako
astronomskega krmiljenja kot krmiljenja s pomočjo fotonapetostnih celic.
V naši diplomski nalogi smo se odločili za zaprtozančni sistem vodenja.
Sledilne fotonapetostne sisteme delimo tudi glede na sistem napajanj, in sicer na aktivne in
pasivne sledilne fotonapetostne sisteme. Pasivni sledilni fotonapetostni sistemi se
uporabljajo zelo redko, za delovanje pa ne potrebujejo zunanjega električnega napajanja. Pri
takšnih sledilnih sistemih za premikanje fotonapetostnega generatorja oziroma sledenju
sonca uporabljamo pasivne hidravlične elemente, ki vsebujejo tekočine oziroma pline z
nizkim vreliščem, ali vzmeti iz materialov z oblikovnim spominom, kar v jasnem vremenu
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
5
omogoča raztezanje in krčenje in s tem premikanje/sledenje. Pasivni elementi niso primerni
za zahtevne primere uporabe, saj niso dovolj natančni, so pa uporabni za manjše posamične
sledilne fotonapetostne elektrarne.
Za razliko od pasivnih sledilnih fotonapetostnih sistemov, aktivni sledilni fotonapetostni
sistemi za delovanje potrebujejo zunanje električno napajanje. Vsebujejo motorje ali
mehanske aktuatorje, ki fotonapetostni generator premikajo v smeri Sonca. Nadzor sledenja
oziroma krmiljenje motorjev in/ali aktuatorjev je lahko izvedeno na različne načine [2].
Analize učinkovitosti aktivnega in pasivnega fotonapetostnega sledilnega sistema so
pokazale, da je aktivni sledilni fotonapetostni sistem, posebno v primeru nižjih temperatur,
bolj učinkovit kot pasivni. Sledilni čas pri nižjih temperaturah (- 40 °C) aktivnega sledilnega
fotonapetostnega sistema je nekaj minut, medtem ko je pri pasivnem sledilnem
fotonapetostnem sistemu sledilni čas več kot 1 ura pri enaki temperaturi [6].
2.2 IZDELAVA SLEDILNEGA MIKRO FOTONAPETOSTNEGA SISTEMA
V nadaljevanju bomo predstavili celotno izdelavo dvo-osnega sledilnega mikro
fotonapetostnega sistema. Sistem uporablja zaprtozančni sistem vodenja in spada med
aktivne sledilne fotonapetostne sisteme.
2.2.1 Mehanski del izdelave sledilnega mikro fotonapetostnega sistema
Pri izdelavi dvo-osnega sledilnega mikro fotonapetostnega sistema smo uporabili
fotonapetostni modul BlueCarbon moči 20 W, prikazan na sliki 2.3. Teža omenjenega
modula je 2,5 kg in velikost 420 x 420 x 25 mm. Proizvajalec zagotavlja, da bo po 25 letih
življenjske dobe fotonapetostni modul proizvajal še 80 % moči [7].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
6
Slika 2.3: Fotonapetostni modul BlueCarbon 20 W
V tabeli 2.1 so predstavljeni tehnični podatki fotonapetostnega modula BlueCarbon 20 W.
Tabela 2.1:Tehnični podatki fotonapetostnega modula BlueCarbon 20 W [7]
Konstrukcija sledilnega mikro fotonapetostnega sistema je naslednjih dimenzij: širina 470
mm, dolžina 470 mm in višina 940 mm. Po določitvi mer, smo celoten sistem narisali v
modelarskem programu Solid Works, kot je prikazano na sliki 2.4 in določili materiale
posameznih komponent.
Oznaka Vrednost Enota
Maksimalna moč Pmp 20 W
Optimalna delovna napetost Ump 17,2 V
Optimalni delovni tok Imp 1,16 A
Napetost odprtih sponk Uoc 21,6 V
Kratkostični tok Isc 1,31 A
Temperaturni koeficient kratkostičnega toka α 0,065±0,015 %/ᵒC
Temperaturni koeficient odprtih sponk β - (80±10) mV/ᵒC
Temperaturni koeficient maksimalne moči γ -(0,5±0,05) %/ᵒC
NOCT (Zrak 20 ᵒC, sevanje 0,8 kW/m2, veter 1 m/s)
NOCT 47±2 ᵒC
Delovna temperatura - 40 do 85 ᵒC
Največja sistemska napetost 600 V DC
Toleranca moči ± 3 %
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
7
Slika 2.4: Sledilni mikro fotonapetostni sistem zmodeliran v programu Solid Works
Fotonapetostni modul je pritrjen na dva L profila. L profila sta narejena iz jekla, debeline
1,5 mm. Vsak L profil ima po dve luknji za pritrditev fotonapetostnega modula z dvema
vijakoma M5 dolžine 20 mm in okroglo zaključno pokrivno matico. L profila sta pritrjena
na zenitno os. Os je narejena iz polne nerjaveče jeklene cevi, dolžine 420 mm in premera 10
mm. Nosilec za zenitno os je narejen iz plastike, tako kot vsi ostali nosilci. Na zenitni osi je
pritrjena velika aluminijasta jermenica premera 37 mm.
Azimutna notranja os je narejena iz nerjavečega jekla. Cev ima zunanji premer 35 mm,
debelina stene 1,5 mm in je visoka 770 mm. Zgornji del cevi je obdelan na stružnici zaradi
tesnega nameščanja ležajev. Na zgornjem delu azimutne notranje osi je nameščen zenitni
nosilec motorja. Na zenitnem nosilcu motorja je pritrjen zenitni DC motor in ima reduktor
vrtljajev. Razmerje reduktorja je 1:20. Na osovini reduktorja je nameščena mala aluminijasta
jermenica premera 22 mm. Z reduktorjem smo pridobili ustrezen večji navor in zmanjšali
število vrtljajev male aluminijaste jermenice. Mala aluminijasta jermenica s pomočjo
zobatega jermena vrti veliko aluminijasto jermenico, ta pa vrti zenitno os. S tem smo dosegli,
da se fotonapetostni modul lahko premika v smeri sever - jug.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
8
Pod nosilcem za zenitni motor je na notranjo navpično cev pritrjen veliki plastični zobnik za
vrtenje notranje azimutske osi. Premer velikega plastičnega zobnika je 62 mm in ima 60 zob.
Na zgornjem delu zunanje azimutske nepremikajoče nerjaveče osi je nameščen plastičen
azimutski podstavek za motor. Zunanja azimutska nepremikajoča cev ima zunanji premer
50 mm, debelino stene 1,5 mm in je visoka 550 mm. Na plastičnem azimutskem podstavku
za motor je nameščen azimutski DC servomotor. Na azimutskem servomotorju je nameščen
mali plastičen zobnik. Mali plastičen zobnik ima zunanji premer 17 mm in ima 15 zob. Mali
plastičen zobnik vrti veliki plastičen zobnik. S tem dosežemo vrtenje notranje azimutske osi.
Tudi tukaj smo z ustrezno izbranimi zobniki dobili ustrezen navor in prestavno razmerje.
Med obema azimutskema osema sta na spodnjem in zgornjem delu nameščena kroglična
ležaja. Kroglična ležaja imata zunanji premer 47 mm in notranji premer 35 mm. Debelina
krogličnih ležajev je 7 mm. Kroglična ležaja sta prikazana na sliki 2.5. Tako smo dosegli, da
se fotonapetostni modul vrti v smeri vzhod - zahod.
Slika 2.5: Kroglični ležaj [8]
Da je celoten sistem samostoječ, v vetrovnih razmerah stabilen in varen za uporabo smo
zunanjo azimutsko nepremikajočo os fiksirali na okrogel podstavek. Okrogel podstavek je
narejen iz jekla, debeline 1 mm in premera 470 mm. L profila in okrogel podstavek smo pred
sestavljanjem sledilnega mikro fotonapetostnega sistema zaščitili z barvo proti zunanjim
vremenskim vplivom. Vsi plastični elementi so delani po naročilu na 2D rezalnem stroju.
Sliki 2.6 in tabela 2.2 prikazujejo vse sestavne dele mikro fotonapetostnega sledilnega
sistema.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
9
Slika 2.6: Sprednja in zadnja stran sledilnega mikro fotonapetostnega sistema
Tabela 2.2: Sestavni deli mikro fotonapetostnega sledilnega sistema
Z.š. Opis Št.kos. Z.š. Opis Št.kos.
1 podstavek 1 16 zobnik veliki 60 zob plastičen 1
2 konektor za baterijo 2 17 zobnik mali 15 zob plastičen 1
3 baterija 1 18 DC krtačni servomotor azimut 1
4 azimutna os inox cev fi 50 1 19 nosilec motorja azimut plastičen 1
5 senzor svetlobe plastičen 2 20 azimutna os inox cev fi 35 premika. 1
6 fotonapetostni modul 1 21 končno stikalo mikro 4
7 regulator napetosti 2 22 DC krtačni motor zenit 1
8 vrstna sponka 2,5-4 mm2 2 23 nosilec motorja zenit plastičen 1
9 elektronika 1 24 nosilec modula zenit plastičen 1
10 nosilec panela kovinski 2 25 distančnik osi zenit plastičen 2
11 zenitna os inox fi 10 1 26 plastična gibljiva cev sapa 6
12 jermenica velika Al 1 27 električni vodniki 1
13 jermen 1 ležaj 50/35 2
14 jermenica mala Al 1 drobni material
15 reduktor 1:20 1
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
10
2.2.2 Električni del izdelave sledilnega mikro fotonapetostnega sistema
Električno vezje sledilnega mikro fotonapetostnega sistema temelji na primerjavi upornosti
dveh LDR uporov (svetlobno spremenljiv upor). Slika 2.7 prikazuje omenjeno električno
vezje [4].
Slika 2.7: Električno vezje sledilnega mikro fotonapetostnega sistema [4]
Predpostavimo, da imata dva ojačevalnika (na sliki 2.7 označena z IC1a in IC1b) skupna
vrata. Izhod vezja bo (napetost med kontakti motorja M) glede na (2.1) podan po (2.2) za
pozitivno napetost in po (2.3) za negativno napetost:
𝑼𝐌 =(𝑹𝟔∙(𝟐𝑹𝟏+𝟐𝑹𝟐+𝑹𝟑))−𝑹𝟓∙(𝑹𝟑+𝟐𝑹𝟒)
(𝑹𝟏+𝑹𝟐+𝑹𝟑+𝑹𝟒)∙(𝑹𝟓+𝑹𝟔)∙ 𝑼𝐂𝐂 (2.1)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
11
𝑼𝑴+ =(𝟕𝟓∙𝟏𝟎𝟑∙((𝟐∙𝟓𝟎∙𝟏𝟎𝟑)+(𝟐∙𝟏𝟓∙𝟏𝟎𝟑)+𝟏𝟎∙𝟏𝟎𝟑))−𝟐𝟓∙𝟏𝟎𝟑∙(𝟏𝟎∙𝟏𝟎𝟑+(𝟐∙𝟒𝟕∙𝟏𝟎𝟑))
(𝟓𝟎∙𝟏𝟎𝟑+𝟏𝟓∙𝟏𝟎𝟑+𝟏𝟎∙𝟏𝟎𝟑+𝟒𝟕∙𝟏𝟎𝟑)∙(𝟐𝟓∙𝟏𝟎𝟑+𝟕𝟓∙𝟏𝟎𝟑)∙ 𝟏𝟐 =
= 𝟕, 𝟕𝟕 𝐕
(2.2)
kjer je: R1= 50 kΩ, R2= 15 kΩ, R3=10 kΩ, R4=47 kΩ, R5= 25 kΩ in R6= 75 kΩ.
𝑈M− = (25∙103∙((2∙50∙103)+(2∙15∙103)+10∙103))−75∙103∙(10∙103+(2∙47∙103))
(50∙103+15∙103+10∙103+47∙103)∙(75∙103+25∙103)∙ 12 =
= −4,23 V
(2.3)
kjer je: R1= 50 kΩ, R2= 15 kΩ, R3=10 kΩ, R4=47 kΩ, R5= 75 kΩ in R6= 25 kΩ.
Vrednost napetosti na kontaktih motorja M je enaka nič, ko je izpolnjen naslednji pogoj
(2.4):
𝛺 = 𝑅6
𝑅5=
𝑅3+2𝑅4
2𝑅1+2𝑅2+𝑅3 (2.4)
Vrednost spodnjega razmerja za elektronsko vezje sledilnega mikro fotonapetostnega
sistema iz slike 2.7 izračunamo po (2.5):
𝛺s =𝑅6
𝑅5=
10∙103+(2∙47∙103)
(2∙50∙103)+(2∙15∙103)+10∙103 = 0,743 (2.5)
Vrednost zgornjega razmerja za elektronsko vezje sledilnega mikro fotonapetostnega
sistema iz slike 2.7 izračunamo po (2.6):
𝛺z =𝑅5
𝑅6=
(2∙50∙103)+(2∙15∙103)+10∙103
10∙103+(2∙47∙103)= 1,346 (2.6)
kjer je za (2.5) in (2.6): R1= 50 kΩ, R2= 15 kΩ, R3=10 kΩ in R4=47 kΩ.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
12
Razmerje izbranih uporov Ω = R6/R5=0,743 ali 1/0,743 nam pove, da je za določeno vrednost
tega razmerja med 0,743 in 1,346 izhod nastavljen na nič. Ko je to razmerje nad tem
intervalom se motor vrti v smeri urinega kazalca in ko je pod tem intervalom se vrti v
nasprotni smeri urinega kazalca. Ta vrednost določa natančnost senzorjev in je povzeta po
[4].
LDR upora imata zelo veliko upornost v popolni temi (R=2 MΩ). Ta vrednost se zmanjšuje
v primeru difuzne svetlobe in neposrednega obsevanja LDR upora. Upor difuzne svetlobe
znaša (pasivna stran LDR upora obrnjena proti soncu) 419 Ω. Upornost direktnega sevanja
sonca na LDR upor (aktivna stran LDR upora obrnjena proti soncu) pa znaša 205 Ω. LDR
upornost lahko zapišemo v naslednji obliki (2.7):
𝑅 = 𝑅1 − ∆𝑅Incident = 𝑅1 − 𝑘𝐼 (2.7)
kjer je:
R1 – difuzna upornost LDR upora in znaša 419 Ω
I=Imaxcosα, kjer je Imax direktno solarno sevanje in α je vpadni kot sončnih žarkov
Imax= 200 W/m2
Slika 2.8 prikazuje geometrično obliko piramidnega senzorja in vpadne kote sončnih žarkov.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
13
Slika 2.8: Geometrijska oblika senzorja in vpadni koti
Podani koti s slike 2.8 nam dajo naslednjo matematično zvezo za kot 1 (2.8) in 2 (2.8):
𝛼1 =𝛱−𝛽
2− 𝑖 (2.8)
𝛼2 =𝛱−𝛽
2+ 𝑖 (2.9)
kjer je:
α1 – vpadni kot na LDR1 (slika 2.8) oziroma na R5 (slika 2.7)
α2 – vpadni kot na LDR2 (slika 2.8) oziroma na R6 (slika 2.7)
β – vrhni kot senzorja, ki znaša 53
i – kot, ki predstavlja navpičnico med senzorjem in soncem.
Vpadni koti se spreminjajo glede na položaj sonca. S spreminjanjem vpadnih kotov se nam
spreminja razmerje Ω. Spreminjanje razmerja Ω zaradi vpadnih kotov opišemo z (2.10):
α2
α1
Foto upor
β
i
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
14
𝛺 =𝑅1−𝑘𝐼max𝑐𝑜𝑠α2
𝑅1−𝑘𝐼max𝑐𝑜𝑠α1
=𝑅1−𝑘𝐼max𝑐𝑜𝑠[
Π−β
2+𝑖]
𝑅1−𝑘𝐼max𝑐𝑜𝑠[Π−β
2−𝑖]
(2.10)
Vrednosti posameznih veličin po (2.10) so podane v prilogi A. Krivulja (2.10) je prikazana
na sliki 2.9. Razmerje uporov R5 in R6 predstavljata premici (2.5) in (2.6), ki določata mejo
natančnosti sledilnega mikro fotonapetostnega sistema [4].
Slika 2.9: Numerična krivulja odvisnosti razmerja Ω od kota i
Po prebrani in pregledani literaturi [1 - 5] smo naredili izboljšave električnega vezja za
sledilni mikro fotonapetostni sistem. Električnemu vezju za sledilni mikro fotonapetostni
sistem smo dodali 4 končna stikala (Sk1, Sk2, Sk3 in Sk4), da preprečimo zapletanje
električnih vodnikov okoli svoje osi. Izboljšano električno vezje je predstavljeno na sliki
2.10. Zaradi preglednosti električnega vezja smo vezju spremenili oznake nekaterih uporov
iz navedene literature.
Oznako uporov R1 in R3 smo spremenili na oznako potenciometrov P1 in P2, prav tako smo
naredili za drug del vezja (P3 in P4).
Namesto oznake upora R5 smo uporabili oznako za svetlobno odvisen upor LDR1 in namesto
upora R6 oznako LDR2. Na enak način smo označili drugi del vezja LDR uporov (LDR3 in
LDR4).
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
15
Slika 2.10: Naše elektronsko vezje sledilnega mikro fotonapetostnega sistema
Enosmerni motor DC1 se proži preko toka iz tranzistorjev. Spreminjanje smeri toka
omogočajo štirje tranzistorji. Tranzistorja T1 in T4 prevajata, ko se motor premika v smeri
vzhod - zahod. V primeru, da se motor vrti v nasprotno smer, v smer zahod - vzhod, prevajata
tranzistorja T2 in T3. Naš fotonapetostni modul se lahko zavrti na azimutni (vzhod-zahod)
osi za 270°. Na azimutni osi je na zahodni strani nameščeno končno stikalo Sk2 in na
vzhodni strani končno stikalo Sk1.
Ko doseže fotonapetostni modul 270° (skrajno vzhodno pozicijo) na azimutni osi, končno
stikalo Sk2 preneha prevajati električni tok in odklopi napajanje motorja. Enak postopek
velja za nasprotno (vzhodno) stran, za razliko od tega, da električni tok prekine končno
stikalo Sk1.
Enosmerni motor DC 2 se prav tako proži preko toka iz tranzistorjev. Spreminjanje smeri
toka omogočajo štirje tranzistorji. Tranzistorja T5 in T8 prevajata, ko se motor premika v
smeri jug - sever. V primeru, da se motor vrti v nasprotno smer, v smer sever - jug, prevajata
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
16
tranzistorja T6 in T7. Naš fotonapetostni modul se lahko na zenitni (sever - jug) osi zavrti
za 65°. Na zenitni osi je na južni (spodnji) strani nameščeno končno stikalo Sk4 in na severni
(zgornji) strani končno stikalo Sk3.
Ko doseže fotonapetostni modul 25° (skrajno južno pozicijo) na zenitni osi, končno stikalo
Sk4 preneha prevajati električni tok in odklopi napajanje motorja. Enak postopek velja za
nasprotno (severno) stran, za razliko od tega, da električni tok prekine končno stikalo Sk3
[4].
Sistem napajamo z napetostjo 12 V. Zaradi presunkovitega odzivanja obeh enosmernih
motorjev smo morali to napetost znižati. To smo naredili s preprostim električnem vezjem
pretvornika napetosti navzdol, ki smo ga vezali zaporedno za baterijo in pred električnim
vezjem za sledilni mikro fotonapetostni sistem.
Slika 2.11 prikazuje algoritem delovanja celotnega električnega vezja za sledilni mikro
fotonapetostni sistem oziroma obeh enosmernih motorjev.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
17
Slika 2.11: Algoritem delovanja celotnega električnega vezja
V tabeli 2.3 so predstavljeni uporabljeni elementi električnega vezja sledilnega mikro
fotonapetostnega sistema.
Tabela 2.3: Seznam uporabljenih elementov električnega vezja sledilnega mikro fotonapetostnega sistema
Element Količina Oznaka
LDR 07 upor 4 LDR1 - LDR4
Triimer PT 10 25 K 2 P2, P4
Triimer PT 10 100k 2 P1,P3
Dioda 1N4004 DO-41 8 D1-D8
IC LM 1458P DIP8 2 IC1, IC2
TR BD139/16 NPN 4 T1, T2, T5, T6
»se nadaljuje«
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
18
TR BD140/16 PNP 4 T3, T4, T7, T8
Podnožje 8 PIN PROF. 2 IC1, IC2
Upor 47 k 2 R2, R4
Upor 15 k 2 R1, R3
Končno stikalo mikro 4 Sk1-Sk4
Baterija 12 V, 5 Ah 1 Bat
Fotonapetostni modul 12 V, 20 W 1 PV 12 V, 20 W
Po končani novi vezalni shemi električnega vezja in določitvi vseh potrebnih elektronskih
elementov smo v programu Sprint-Layout narisali tiskano vezje. Na ploščici TIV so narisane
tudi dvo in tri polne vrstne sponke. Sponke so namenjene priključnim električnim vodnikom
obeh motorjev, vseh končnih stikal, LDR senzorjev in napajanju vezja. Slika 2.12 prikazuje
TIV električnega vezja za sledilni mikro fotonapetostni sistem.
.
Slika 2.12: Tiskano vezje električnega vezja za sledilni mikro fotonapetostni sistem
Pred izvedbo struženja ploščice na 2D stroju, smo vezje preizkusili s pomočjo protoboard
ploščice, če pravilno deluje. Slika 2.13 prikazuje preizkušanje vezja na protoboard ploščici.
»nadaljevanje«
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
19
Slika 2.13: Preizkušanje električnega vezja za sledilni mikro fotonapetostni sistem na protoboard ploščici
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
20
3 EKSPERIMENTALNI DEL
V tem poglavju bo prikazan postopek meritev na sledilnem mikro fotonapetostnem sistemu,
ki smo ga primerjali s fiksno postavljenim fotonapetostnem sistemu. Fiksno postavljeni
sistem smo namestili vodoravno pod kotom 0°.
Meritve mikro fotonapetostnega sledilnega in fiksnega sistema smo izvajali na sončen dan,
15. 7. 2015, od 8:00 do 18:00 ure pred Inštitutom za energetiko v Krškem.
3.1 EKSPERIMENTALNI SISTEM
Pri izvajanju meritev na sledilnem mikro fotonapetostnem sistemu smo se osredotočili na
meritve obeh enosmernih motorjev in karakteristik fotonapetostnega modula. Te meritve
smo izvajali s pomočjo programa MatLab Simulink in dSpace sistema, kot je prikazano na
sliki 3.1.
Slika 3.1: Program v MatLab Simulink za zajemanje podatkov
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
21
Vzporedno z računalniškimi meritvami smo izvajali tudi meritve karakteristik sledilnega
fotonapetostnega modula BlueCarbon 20 W in meritve napetosti in toka, tako sledilnega, kot
tudi fiksnega fotonapetostnega modula, temperaturo obeh fotonapetostnih modulov,
azimutski in zenitni kot sledilnega mikro fotonapetostnega sistema, zunanjo temperaturo,
sončno sevanje in hitrost vetra. Meritve smo izvajali v 15 min intervalih. Vrednosti
posameznih parametrov ob določeni uri so podana v prilogi B.
Slika 3.2 prikazuje vezalno shemo meritev, kjer je s T označen senzor temperature, s P
piranometer in z Ve senzor vetra. Slika 3.3 in 3.4 prikazujeta meritve, ki smo jih izvajali
preko celotnega dne.
Slika 3.2: Vezalna shema ročnih meritev
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
22
Slika 3.3: Računalniške in ročne meritve
Slika 3.4: Ročne meritve
Pri meritvah smo uporabljali merilne instrumente podane v tabeli 3.1. Na slikah 3.5, 3.6 in
3.7 so prikazani senzor vetra, termometer okolice in piranometer za spremljanje vremena.
Tabela 3.1: Uporabljeni merilni instrumenti
Merilni instrument Oznaka Podrobnejši opis
Multimeter UNI-T UT71E S.ŠT.: 1131077183
Multimeter UNI-T UT71E S.ŠT.: 1131077185
Multimeter UNI-T UT71E S.ŠT.: 1131077164
Multimeter UNI-T UT71E S.ŠT.: 1131077180
Multimeter UNI-T UT71E S.ŠT.: 1131077187
Multimeter UNI-T UT71E S.ŠT.: 1110149871
Multimeter UNI-T UT71E S.ŠT.: 1131077182
Multimeter UNI-T UT71E S.ŠT.: 1131077188
Kotomer 0-90 °
Reflektor 2x500 W RITOS TYP6091240A C3
dSPACE 2 x 8 CH
Digital I/O, Slavel I/O
Inc1, Inc2, UART RS323
UART RS422, RS485
Napetostna sonda LANGLOIS DP-25 S.ŠT.: 20140269
Napetostna sonda LANGLOIS DP-25 S.ŠT.: 20140250
Napetostna sonda LANGLOIS DP-25 S.ŠT.: 20140249
Piranometer GS-WV 1W/m2=1,5 mV S.ŠT.: SN 11060023
Termometer WITTCH & VISSER HTM
2500LP S.ŠT.: 110404-46
Tokovnik 4 CH
Senzor vetra WITTCH & VISSER PA 2
TYPE 503.60-XL 10 S.ŠT.: SN 10020077
Napetostni vir Enosmerni izvir 3-15V, max. 3A
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
23
Slika 3.5: Senzor vetra
Slika 3.6: Temperaturni senzor
3.2 REZULTATI
V nadaljevanju sledi predstavitev rezultatov meritev opravljenih dne 15. 7. 2015
V tabeli 3.2 so podane izračunane vrednosti azimutnega in zenitnega kota Sonca,
pridboljenih iz [9] in [10]. Poleg izračunanih vrednosti so v tabeli 3.2 podani tudi izmerjeni
azimutni in zenitni koti sledilnega mikro fotonapetostnega sistema (SMFNS).
Tabela 3.2: Azimutni in zenitni koti Sonca in SMFNS
Čas [h:min]
Azimutni kot Sonca [°]
Azimutni kot SMFNS [°]
Zenitni kot Sonca [°]
Zenitni kot SMFNS [°]
8:00 95,35 115 35,67 38 8:15 98,28 115 38,25 44 8:30 101,35 115 40,82 44 8:45 104,57 115 43,36 44 9:00 107,99 115 45,86 44
9:15 111,64 115 48,31 44 9:30 115,56 90 50,7 39 9:45 119,8 92 53 39
10:00 124,41 94 55,21 39,2 10:15 129,45 95 57,29 39,2 10:30 134,98 99 59,22 41 10:45 141,05 110 60,97 43,5 11:00 147,68 111 62,49 45 11:15 154,89 112 63,74 45,5 11:30 162,61 114 64,68 46,6 11:45 170,74 118 65,28 52 12:00 179,11 125 65,52 54 12:15 187,5 132 65,36 56,3
Slika 3.7: Piranometer
»se nadaljuje«
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
24
Slika 3.8 prikazuje trajektorijo Sonca za dan 15.7.2015 na zemljepisni širina 45° 95' in
zemljepisni dolžini 15° 51' [11].
12:30 195,7 142 64,84 62 12:45 203,52 152 63,96 60 13:00 210,84 159 62,77 60 13:15 217,6 169 61,31 60 13:30 223,79 178 59,61 58,8 13:45 229,42 195 57,72 58,8 14:00 234,56 202 55,6 58,3 14:15 239,26 203 53,48 56 14:30 243,57 211 51,19 52,5 14:45 247,56 221 48,52 51,3 15:00 251,26 224 46,38 50 15:15 254,72 234 43,89 49,1 15:30 257,98 240 41,36 42,5 15:45 261,08 244 38,8 42 16:00 264,04 246 36,22 42 16:15 266,88 247 33,62 36,5 16:30 269,63 249 31,02 36,2 16:45 272,3 255 28,41 35 17:00 274,91 265 25,81 32,5 17:15 277,48 267 23,22 29 17:30 280,02 270 20,65 28,2 17:45 282,54 271 18,09 28,2 18:00 285,05 272 15,56 28,2
»nadaljevanje«
»nadaljevanje«
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
25
Slika 3.8: Trajektorija Sonca za Krško, dne 15. 7. 2015 [10]
Slika 3.9 kaže primerjavo azimutskih kotov Sonca in sledilnega mikro fotonapetostnega
sistema. Modra črta ponazarja azimutni kot Sonca, rdeča črta pa prikazuje azimutni kot
sledilnega mikro fotonapetostnega sistema. Iz slike 3.9 vidimo, da sledilni mikro
fotonapetostni sistem v smeri vzhod - zahod sledi zelo dobro. V jutranjih urah je prišlo do
manjših napak, kar je posledica padanja sence na senzor sledilnega mikro fotonapetostnega
sistema. Po 9:30 uri je senzor zaznal prve močnejše sončne žarke in se tako popravil na pravo
pozicijo. Po 15:15 uri vidimo, da je sledilni mikro fotonapetostni sistem že dobro sledil
dejanski poti Sonca. Ob 18:00 uri je sledilni mikro fotonapetostni sistem zaostajal za
azimutnim kotom Sonca samo še za 13 °.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
26
Slika 3.9: Primerjava azimutnih kotov
Slika 3.10 kaže primerjavo zenitnih kotov Sonca in sledilnega mikro fotonapetostnega
sistema. Modra črta ponazarja zenitni kot Sonca, rdeča črta pa prikazuje zenitni kot
sledilnega mikro fotonapetostnega sistema. Iz slike 3.10 vidimo, da je sledilni mikro
fotonapetostni sistem v smeri jug - sever prav tako dobro sledil soncu kot v smeri vzhod -
zahod. V jutranjih urah je prišlo do manjših napak, kar je posledica padanja sence na senzor
sledilnega mikro fotonapetostnega sistema. Od 9:30 ure do 12:30 ure so bile razlike v
sledenju veliko bolj očitne, kot po 13:15 uri. Ob 13:30 in 15:30 uri se je sledilni mikro
fotonapetostni sistem približal na manj kot eno stopinjo razlike v primerjavi z zenitnim
kotom Sonca. Proti koncu dneva je še naprej ostajal znotraj sprejemljivih odstopanj. Po
17:30 uri se sledilni mikro fotonapetostni sistem v vodoravni smeri ni več premikal, ker je
dosegel končno pozicijo.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
27
Slika 3.10:Primerjava zenitnih kotov
Slika 3.11 prikazuje časovni potek temperature PV modula, zunanje temperature in sončnega
obsevanja na sledilnem mikro fotonapetostnem sistemu. Zaradi velike hitrosti vetra se
sledilni fotonapetostni modul dobro hladi.
Slika 3.11: Časovni potek temperature PV modula, zunanje temperature in sončnega obsevanja na sledilnem
mikro fotonapetostnem sistemu
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
28
Slika 3.12 prikazuje časovni potek temperature PV modula, zunanje temprature in hitrosti
vetra na sledilnem mikro fotonapetostnem sistemu. Ob 11:30 uri je bila hitrost vetra
minimalna in je znašala 0,32 m/s, temperatura sledilnega mikro fotonapetostnega modula pa
je bila ob enakem času maksimalna in je znašala 72,6 °C. Ob 15:15 uri pa je bilo ravno
nasprotno. Veter je imel maksimalno hitrost, in sicer 2,78 m/s, sledilni mikro fotonapetostni
modul pa je imel 49,1 °C. Iz slike 3.12 vidimo tudi, da kjer je majhna hitrost vetra imamo
visoko temperaturo sledilnega mikro fotonapetostnega modula in obratno. Iz tega lahko
sklepamo, da je zaradi večjega zračnega upora kot pri fiksnem mikro fotonapetostnem
modulu temperatura sledilnega mikro fotonapetostnega modula zelo odvisna od hitrosti
vetra.
Slika 3.12: Časovni potek temperature PV modula, zunanje temperature in hitrosti vetra na sledilnem mikro
fotonapetostnem sistemu
Slika 3.13 prikazuje časovni potek temperature PV modula, zunanje temperature in sončnega
obsevanja na mikro fiksnem fotonapetostnem sistemu. Zaradi nizkega zračnega upora in
velikega sončnega obsevanja je bila temperatura fiksnega mikro fotonapetostnega modula v
povprečju za 6,14 °C višja kot pri sledilnem mikro fotonapetostnem modulu. Ob 13:30 je
bila temperatura fiksnega mikro fotonapetostnega modula najvišja in je znašala 80,5 °C. Ob
istem času je bilo obsevanje eno izmed maksimalnih vrednosti in je znašalo 1095,93 W/m2.
Iz teh dveh podatkov lahko povzamemo, da je odvisnost temperature fiksnega mikro
fotonapetostnega modula od sončnega obsevanja večja kot odvisnost od hitrosti vetra.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
29
Slika 3.13: Časovni potek temperature PV modula, zunanje temperature in sončnega obsevanja na fiksnem
mikro fotonapetostnem sistemu
Slika 3.14 prikazuje časovni potek temperature PV modula, zunanje temperature in hitrosti
vetra na fiksnem mikro fotonapetostnem sistemu. Na sliki 3.14 vidimo, da je določevanje
obravnavane odvisnosti prav tako težko kot pri sledilnem mikro fotonapetostnem modulu
pri prikazu časovnega poteka temperature modula in sončnega obsevanja. V primeru
daljšega obdobja višje hitrosti vetra opazimo majhen upad temperature fiksnega mikro
fotonapetostnega modula. Ker je mikro fotonapetostni modul postavljen vodoravno nima
nobenega zračnega hlajenja zadnje stranice fotonapetostnega modula. Iz tega lahko
sklepamo, da je odvisnost temperature fiksnega mikro fotonapetostnega modula od hitrosti
vetra zelo majhna, saj je dobro naravno zračno hlajenje onemogočeno
Slika 3.14: Časovni potek temperature PV modula, zunanje temperature in hitrosti vetra na fiksnem mikro
fotonapetostnem sistemu
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
30
V nadaljevanju bomo pokazali primerjavo trenutne moči sledilnega in fiksnega mikro
fotonapetostnega sistema, kar prikazuje slika 3.15. Sledilni mikro fotonapetostni sistem je
proizvedel največjo trenutno moč 18,13 W ob 14:30 uri, medtem ko je fiksni mikro
fotonapetostni sistem proizvedel največjo trenutno moč 15,99 W ob 13:45 uri. Sledilni mikro
fotonapetostni sistem je v času celotnega dnevnega merjenja proizvedel 150,67 Wh, fiksni
mikro fotonapetostni sistem pa 109,84 Wh, kar pomeni, da je sledilni mikro fotonapetostni
sistem proizvedel 27,1 % več energije kot mikro fiksni fotonapetostni sistem.
Meritve so pokazale, da sledilni mikro fotonapetostni sistem poveča proizvodnjo električne
energije pridobljene iz Sonca, kar opisuje tudi strokovna literatura [3]. Najmanjša razlika
trenutne proizvedene moči med obema mikro fotonapetostnima sistemoma je bila ob 13:00
in 13:15 uri in je znašala 8 %, največja razlika pa je bila ob 18:00 uri, ko je sledilni mikro
fotonapetostni sistem proizvedel 126 % več moči.
Slika 3.15: Primerjava trenutnih moči sledilnega in fiksnega mikro fotonapetostnega sistema
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
31
V nadaljevanju so prikazane karakteristike sledilnega mikro fotonapetostnega modula.
I-U karakteristiko fotonapetostnega modula konstruiramo iz karakteristik posameznih celic.
Primer I-U karakteristike fotonapetostnega modula in poteka moči prikazuje slika 3.16.
Najpomembnejše točke v karakteristiki so točka kratkega stika, točka odprtih sponk in točka
največje moči [5].
Slika 3.16: I-U karakteristika fotonapetostnega modula in poteka moči [5]
Slika 3.17 prikazuje teoretične I-U karakteristike fotonapetostnega modula za različne
vrednosti sončnega obsevanja [5]. Slika 3.18 pa prikazuje dejansko primerjavo I-U
karakteristik, ki smo jo izmerili na sledilnem mikro fotonapetostnem modulu, pri dveh
različnih obsevanjih z enako temperaturo fotonapetostnega modula, in sicer 48,3 °C.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
32
Slika 3.17: Teoretična primerjava I-U karakteristik fotonapetostnega modula za različne vrednosti sončnega
sevanja [5]
Slika 3.18: Dejanska primerjava I-U karakteristik sledilnega mikro fotonapetostnega modula za različne
vrednosti sončnega sevanja
Največji vpliv na električne parametre fotonapetostnega modula predstavljajo sončno
sevanje, temperatura fotonapetostnih celic in delno ali celotno osenčenje modula. Vrednost
izhodnega toka je sorazmerna jakosti sončnega sevanja.
Slika 3.19 prikazuje teoretični primer poteka moči fotonapetostnega modula za različne
vrednosti sončnega sevanja [5]. Slika 3.20 pa prikazuje dejansko primerjavo poteka moči, ki
smo jo izmerili na sledilnem mikro fotonapetostnem modulu, pri dveh različnih obsevanjih
z enako izmerjeno temperaturo fotonapetostnega modula, in sicer 48,3 °C.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
33
Slika 3.19: Teoretična primerjava poteka moči fotonapetostnega modula za različne vrednosti sončnega
sevanja [5]
Slika 3.20: Dejanska primerjava poteka moči sledilnega mikro fotonapetostnega modula za različne vrednosti
sončnega sevanja
V nadaljevanju bomo obravnavali temperaturno odvisnost električnih parametrov
fotonapetostnega modula. Domala vsi električni parametri fotonapetostnih modulov se s
temperaturo bolj ali manj spreminjajo. Proizvajalci v tehničnih specifikacijah modulov
oziroma celic navajajo temperaturne koeficiente napetosti odprtih sponk, toka kratkega stika
in moči v točki največje moči. Navedbe v tehničnih dokumentaciji so v %/°C ali v absolutnih
vrednosti/°C. Za kristalne module se koeficienti nahajajo v območjih, navedenih v tabeli 3.3
[5].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
34
Tabela 3.3: Koeficienti kristalnega fotonapetostnega modula [5]
Kratkostični tok ∆Isc (α) +0,02 %/°C do +0,1 %/°C
Napetost odprtih sponk ∆Uoc (β) -0,30 %/°C do -0,41%/°C
Moč v točki MPP ∆PMPP (γ) -0,37 %/°C do -0,55 %/°C
Temperaturne koeficiente proizvajalci večkrat označujejo z grškimi črkami, kot je navedeno
v tabeli 3.3, drugi stolpec v oklepaju. Temperaturni koeficient kratkostičnega toka je
pozitiven tako, da pri povišanju temperature tok rahlo narašča, napetost odprtih sponk pa
zaradi negativnega temperaturnega koeficienta pada. Posledica je zmanjševanje izhodne
moči pri višjih temperaturah, pri čemer izgube znašajo 0,37 - 0,55 %/C, kar pomeni, da pri
porastu temperature za 30 °C izhodna moč upade za 9 - 15 %. Izjemoma proizvajalci
navajajo tudi temperaturno odvisnost napetosti v točki največje moči. Napetost odprtih
sponk z upadanjem temperature modulov narašča in je najvišja pri najnižjih temperaturah
okolice. Tok kratkega stika z naraščanjem temperature narašča, vendar njegov temperaturni
koeficient ni tako visok kot temperaturni koeficient napetosti odprtih sponk. Temperaturna
koeficienta napetosti odprtih sponk in toka kratkega stika se merita v postopku certificiranja
modula v skladu z določili standarda SIST EN 61215 [5].
Slika 3.21 prikazuje teoretične karakteristike I-U fotonapetostnega modula za različne
vrednosti temperatur modula [5]. Slika 3.22 pa prikazuje dejansko primerjavo I-U
karakteristik, ki smo jo izmerili na sledilnem mikro fotonapetostnem modulu, pri dveh
različnih temperaturah modula z enakim izmerjenim sončnim obsevanjem 1005 W/m2
vendar se zaradi majhnih temperaturnih razlik modula ne vidi porast toka in padca napetosti.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
35
Slika 3.21: Teoretična primerjava I-U karakteristik fotonapetostnega modula za različne vrednosti temperatur
modula [5]
Slika 3.22: Dejanska primerjava I-U karakteristik sledilnega mikro fotonapetostnega modula za različne
vrednosti temperatur modula
Temperaturni koeficient moči v točki MPP se izračuna po določilih standarda SIST EN
60891. Tudi učinkovitost modula je odvisna od temperature, za kristalne module jo pri
konstantnem obsevanju določimo s (3.1). Moduli zaradi segrevanja delujejo pri
temperaturah, višjih od temperature okolice. Obratovalna temperatura sistemov na strehah
je med 30 °C in 40 °C višja od temperature okolice. Zaradi tega dejstva načrtujemo
fotonapetostni generator pri delovni temperaturi vsaj 75 °C, zagotoviti pa je treba tudi
ustrezno hlajenje (naravna konvekcija zraka) modulov [5].
∆η = ∆𝑃MPP(25 °𝐶 − 𝑇) ∙ η𝑛 (3.1)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
36
kjer je:
∆PMPP – temperaturni koeficient moči v točki MPP (-)
T – temperatura (°C)
ηn – nazivni izkoristek (-)
Slika 3.23 prikazuje teoretični primer poteka moči fotonapetostnega modula za različne
vrednosti temperatur modula [5]. Slika 3.24 pa prikazuje dejansko primerjavo poteka moči
fotonapetostnega modula, ki smo jo izmerili na sledilnem mikro fotonapetostnem modulu,
pri dveh različnih temperaturah modula z enakim izmerjenim sončnim obsevanjem 1005
W/m2, vendar se zaradi majhnih temperaturnih razlik modula ne vidi padca napetosti in s
tem tudi padec moči zaradi povišanje temperature modula.
Slika 3.23: Teoretična primerjava poteka moči fotonapetostnega modula za različne vrednosti temperatur
modula [5]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
37
Slika 3.24: Dejanska primerjava poteka moči sledilnega mikro fotonapetostnega modula za različni vrednosti
temperatur modula
Pri slikah 3.18 in 3.20 je razlika med eno in drugo krivulja dobro razvidna. Pri slikah 3.22.
in 3.24 pa je težje opaziti razliko med obema krivuljama, ker je bila razlika temperatur
premajhna, da bi bila razlika krivulj bolj očitna.
V sklopu električnih meritev smo izmerili tudi izgube na azimutnem in zenitnem motorju v
smeri sever-jug, jug-sever, vzhod-zahod in zahod-vzhod in so predstavljena v nadaljevanju.
Za vsako smer smo meritev ponovili desetkrat in iz vseh meritev naredili povprečne krivulje,
ki so prav tako predstavljena v nadaljevanju. Slika 3.25 prikazuje izgube na zenitnem
motorju v smeri sever-jug.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
38
Slika 3.25: Izgube na zenitnem motorju v smeri sever-jug
Slika 3.25 prikazuje levo zgoraj časovni potek toka, desno zgoraj napetosti, levo spodaj moči
in desno spodaj električne energije zenitnega motorja za premikanje fotonapetostnega
modula od skrajne severne do skrajne južne lege
Iz slike 3.25 vidimo, da je maksimalen tok vodoravnega motorja v smeri sever-jug 0,8 A in
je negativnega predznaka, maksimalna napetost je prav tako negativnega predznaka in znaša
6,25 V. Moč motorja je zaradi negativnega toka in negativne napetosti pozitivna.
Maksimalna moč, ki jo je zenitni motor dosegel v smeri sever-jug znaša 3,25 W. Celotna
energija za premik fotonapetostnega modula v smeri sever-jug na zenitnem motorju tako
znaša 2,2 Ws.
Slika 3.26 prikazuje izgube na zenitnem motorju v smeri jug-sever.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
39
Slika 3.26: Izgube na zenitnem motorju v smeri jug-sever
Slika 3.26 prikazuje levo zgoraj časovni potek toka, desno zgoraj napetosti, levo spodaj moči
in desno spodaj električne energije zenitnega motorja za premikanje fotonapetostnega
modula od skrajne južne do skrajne severne lege.
Iz slike 3.26 lahko razberemo, da je maksimalen tok vodoravnega motorja v smeri jug-sever
pozitiven in nekoliko manjši kot v smeri sever-jug in znaša 0,76 A. Napetost zenitnega
motorja v smeri jug-sever je tokrat pozitivna. Maksimalna napetost znaša 5,9 V. Maksimalna
moč, ki jo doseže zenitni motor v smeri jug sever znaša 2,8 W. Celotna energija, ki jo porabi
zenitni motor v smeri jug-sever znaša 1,88 Ws. Iz vseh izmerjenih podatkov zenitnega
motorja v obeh smereh vidimo, da zenitni motor porabi manj energije v smeri jug-sever. To
pomeni, da bi bilo potrebno na mikro fotonapetostnem sledilnem sistemu prerazporediti težo
na zadnji strani fotonapetostnega modula. Za ta problem imamo dve rešitvi. Prva rešitev je,
da obtežimo zadnji spodnji del fotonapetostnega modula, druga rešitev pa je, da
prerazporedimo obstoječe električne elemente, ki so nameščeni na zadnji strani
fotonapetostnega modula. Tako lahko dosežemo boljše ravnovesje fotonapetosnega modula.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
40
Poleg meritev na zenitnem motorju smo izvedli električne meritve tudi na azimutnem
motorju. Meritve smo izvedli prav tako v obeh smereh in sicer v smeri vzhod-zahod in
zahod-vzhod. Slika 3.27 prikazuje električne izgube na azimutnem motorju v smeri vzhod-
zahod.
Slika 3.27: Izgube na azimutnem motorju v smeri vzhod-zahod
Slika 3.27 prikazuje levo zgoraj časovni potek toka, desno zgoraj napetosti, levo spodaj moči
in desno spodaj električne energije azimutnega motorja za premikanje fotonapetostnega
modula od skrajne vzhodne do skrajne zahodne lege.
Slika 3.27 prikazuje, da je azimutni motor deloval časovno več časa kot zenitni motor, saj se
mora azimutni motor zavrteti za 185° več kot zenitni motor. Iz slike 3.27 prav tako lahko
določimo maksimalen tok, napetost, moč in porabljeno energijo za celoten obrat v smeri
vzhod-zahod. Maksimalen tok azimutnega motorja v smeri vzhod-zahod znaša -0,55 A,
maksimalna napetost -3,1 V in maksimalna moč 0,9 W. Celotna energija, ki jo porabi
azimutni motor v smeri vzhod-zahod znaša 3,25 Ws
Slika 3.28 prikazuje električne meritve na navpičnem motorju v smeri zahod-vzhod.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
41
Slika 3.28: Izgube na azimutnem motorju v smeri zahod-vzhod
Slika 3.28 prikazuje levo zgoraj časovni potek toka, desno zgoraj napetosti, levo spodaj moči
in desno spodaj električne energije azimutnega motorja za premikanje fotonapetostnega
modula od skrajne zahodne do skrajne vzhodne lege.
Iz slike 3.28 lahko vidimo, da sta tok in napetost pri vrtenju azimutnega motorja v drugo
smer prav tako nasprotna kot pri zenitnem motorju. Maksimalen tok azimutnega motorja v
smeri zahod-vzhod znaša 0,6 A, maksimalna napetost 2,75 V, maksimalna moč pa 0,71 W.
Celotna energija azimutnega motorja v smeri zahod-vzhod znaša 2,3 Ws.
Tako kot pri zenitnem motorju prihaja do razlik v porabi električne energije v različnih
smereh tudi pri azimutnem motorju. Ta razlika se je predvidoma pojavila zaradi zobniških
prenosov azimutnega motorja. To razliko predvidevamo, ker je prišlo pri namestitvi obeh
plastičnih zobnikov do manjših toleranc in preoblikovanj obeh zobnikov.
Vse kode napisane v programu MatLab za izris predstavljenih slik so priložene v prilogi od
C do F.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
42
4 OVREDNOTENJE SLEDILNEGA IN FIKSNEGA FOTONAPETOSTNEGA
SLEDILNEGA SISTEMA
Na podlagi rezultatov merjenja iz podpoglavja 3.2 lahko zapišemo ugotovitve predstavljene
v nadaljevanju.
Iz slik 3.9 in 3.10 ugotovimo, da mikro fotonapetostni sledilni sistem v obeh smereh dobro
sledi soncu. V dopoldanskem času prihaja pri obeh smereh gibanja sledilnega mikro
fotonapetostnega sistema do odstopanj, kar je posledica nepopolne nastavitve električnih
elementov električnega vezja sledilnega mikro fotonapetostnega sistema. V popoldanskem
času se sledilni mikro fotonapetostni sistem zelo približa vrednostim azimutnim in zenitnim
kotom Sonca. Pri zenitnem in azimutnem kotu sledilnega mikro fotonapetostnega sistema je
razvidno, da ima zenitni motor, ki premika fotonapetostni modul v smeri sever-jug večje
korake premikanja kot azimutski motor, ki premika fotonapetostni modul v smeri vzhod-
zahod. Vzroka tega je ohlapni jermeniški prenos iz zenitnega motorja na zenitno os.
Iz slik 3.11, 3.12, 3.13 in 3.14 vidimo, da je zaradi naravnega zračnega hlajenja sledilnega
mikro fotonapetostnega sistema temperatura modula nižja kot temperatura modula na
fiksnem mikro fotonapetostnem sistemu pri enakem sončnem obsevu.
Iz slike 3.15 vidimo, da je proizvodnja moči sledilnega mikro fotonapetostnega sistema
večino časa konstantna, razen v jutranjih in večernih urah, ko je bilo sončno obsevanje
relativno nizko. Proizvedena moč na fiksnem mikro fotonapetostnem sistemu v
dopoldanskem času do 14:00 ure narašča, nato pa pada. Iz slike 3.15 vidimo, kako je
proizvodnja električne energije fotonapetostnega modula odvisna od kota padanja sončnih
žarkov na fotonapetostni sistem. Pri sledilnem mikro fotonapetostnem sistemu je kot padanja
sončnih žarkov na fotonapetostni modul večino časa 90 °, medtem ko pri fiksnem mikro
fotonapetostnem sistemu sončni žarki padajo pravokotno na fiksni fotonapetostni modul le
zelo kratek časa.
Iz karakteristik na slikah od 3.17 do 3.24 lahko potrdimo, da so teoretični primeri
karakteristik primerljivi z dejanskimi. Prav tako lahko iz tabel 2.1 in 3.3 potrdimo, da
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
43
proizvajalec fotonapetostnega modula BlueCarbon 20 W podaja ustrezne temperaturne
koeficiente.
Iz slik 3.25 in 3.26 vidimo, koliko električne energije porabi zenitni motor od zgornje končne
severne lege do spodnje končne južne lege fotonapetostnega modula in obratno. Sledilni
mikro fotonapetostni sistem porabi za premik fotonapetostnega modula iz severa proti jugu
2,2 Ws in za v obratno smer 1,8 Ws.
Sliki 3.27 in 3.28 prikazujeta porabo električne energije za azimutni motor, ko se
fotonapetostni modul premika od desne končne vzhodne lege do leve končne vzhodne lege
fotonapetostnega modula in obratno. Sledilni mikro fotonapetostni sistem porabi za premik
fotonapetostnega modula iz vzhoda proti zahodu 3,25 Ws in za v obratno smer 2,3 Ws.
Če vse štiri električne energije, ki jih sledilni mikro fotonapetostni sistem porabi za pravilno
pozicioniranje fotonapetostnega modula proti Soncu seštejemo, dobimo skupno porabljeno
električno energijo. Skupna porabljena električna energija predstavlja lastne izgube
sledilnega mikro fotonapetostnega sistema in znašajo 4 Ws za zenitni motor in 5,55 Ws za
azimutni motor. Obe energiji posameznih motorjev seštejemo, ker se mora sledilni mikro
fotonapetostni sistem zjutraj tudi vrniti na začetno pozicijo.
Iz slike 3.15 smo izračunali proizvedeno električno energijo iz obeh mikro fotonapetostnih
sistemov in za fiksni mikro fotonapetostni sistem znaša 109,84 Wh, za sledilni mikro
fotonapetostni sistem pa 150,67 Wh. Od proizvedene električne energije, ki jo je proizvedel
sledilni mikro fotonapetostni sistem moramo odšteti celotno lastno električno izgubo, ki je
seštevek lastnih izgub zenitnega in azimutnega motorja. Celotne lastne električne izgube
znašajo 9,55 Ws oziroma 0,002653 Wh. Celotne lastne električne izgube bi morali odšteti
od proizvedene električne energije sledilnega mikro fotonapetostnega sistema, da bi dobili
dejansko proizvedeno električno energijo, vendar to nebi bila čisto dejanska vrednost
proizvedene električne energije, saj se je sledilni mikro fotonapetostni sistem večkrat na dan
obrnil le za nekaj stopinj in porabil nekoliko več energije. Iz pridobljenih podatkov lahko
povemo, da je lastna poraba sledilnega mikro fotonapetostnega sistema še vedno predvidoma
veliko manjša od proizvedene električne energije le tega, zato ostaja delež proizvedene
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
44
električne energije iz sledilnega mikro fotonapetostnega sistema še vedno veliko večji od
mikro fotonapetostnega fiksnega sistema.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
45
5 SKLEP
Sledilni mikro fotonapetostni sistem je namenjen osveščanju o emisijah, demonstracijam in
raziskavam. Do danes je bilo opravljeno veliko predstavitev in demonstracij na raznih javnih
dogodkih in ustanovah po Sloveniji.
Diplomsko delo prikazuje izdelavo sledilnega mikro fotonapetostnega sistema ter
primerjavo le tega z fiksnim mikro fotonapetostnim sistemom. V diplomski nalogi smo
izmerili tudi izgube pogonov na sledilnem mikro fotonapetostnem sistemu za določene smeri
vrtenja. Izmerjene parametre pri obema mikro fotonapetostnema sistemoma smo primerjali
in pri tem ugotavljali dejavnike, ki vplivajo na izplen električne energije.
Na podlagi rezultatov podatkov merjenja vremenskih razmer smo ugotovili prvi dejavnik, ki
vpliva na izplen električne energije. Iz izmerjenih podatkov ugotavljamo, da se v primeru
hlajenja fotonapetostnega modula, ki ga lahko povzroči večja hitrost vetra ali nižja
temperatura okolice, izkoristek fotonapetosnega modula pri enakem sončnem obsevu
poveča.
Fiksni mikro fotonapetostni sistem, ki je nameščen pod kotom 0 ° ima najslabšo naravno
hlajenje in dosega ob najvišjih sončnih obsevanjih tudi najvišjo delovno temperaturo. Če pa
pogledamo sledilni mikro fotonapetostni sistem, vidimo, da lahko z naklonom in odmikom
modula od tal ali strehe dobro hladimo površino fotonapetostnega modula z naravnim
hlajenjem iz okolice. Tako lahko v primeru močnejšega vetra in visokega sončnega obseva
vseeno dosežemo dobre izkoristke fotonapetostnega sistema.
Drugi dejavnik, ki vpliva na izplen električne energije je povezan z orientacijo in naklonom
fotonapetostnega sistema. Iz pridobljenih izmerjenih podatkov vidimo, da je bila največja
razlika v trenutni moči mikro fotonapetostnih sistemov v dopoldanskem in popoldanskem
času. Na sledilni mikro fotonapetostni sistem sončni žarki veš čas padajo pod pravim kotom,
medtem ko na fiksni mikro fotonapetostni sistem padajo sončni žarki pod pravim kotom
samo kratek čas dneva. V celotnem dnevu je sledilni mikro fotonapetostni sistem proizvedel
za 27,1 % več energije kot fiksni mikro fotonapetostni sistem.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
46
Tretji dejavnik je kvaliteta izgradnje fotonapetostnega sistema, kar še posebej velja za
sledilni mikro fotonapetostni sistem. Z natančno namestitvijo in ustreznim mazanjem vseh
vrtečih se delov in električnih pogonov dosežemo manjšo mehansko trenje. Z manjšim
mehanskim trenjem dosežemo manjše električne izgube. Prav tako je pomembno, da
vodniki, ki so povezani na zadnji strani sledilnega mikro fotonapetostnega modula ne ovirajo
premikanje sledilnega sistema ter, da so električni elementi uravnovešeno nameščeni na
zadnji strani fotonapetostnega modula. Pomembno je tudi, kako natančno namestimo
senzorje na fotonapetostni sistem in da je prosojna površina senzorja vedno čista. Pozorni
moramo biti tudi pri izbiri in nastavitvi elektronskih komponent za električno vezje
sledilnega mikro fotonapetostnega sistema.
Kljub sončnemu dnevu nismo dosegli največje moči fotonapetostnega modula, ki jo navaja
proizvajalec. To je tudi posledica zelo vročega dne, saj je bila minimalna temperatura
modula 45,5 °C.
Z natančnostjo sledenja dvo-osnega sledilnega mikro fotonapetostnega sistema smo
zadovoljni, vendar ga bomo probali s spreminjanjem vseh štirih potenciometrov, ki služijo
za nastavitev naklona fotonapetostnega modula in odzivnosti sledilnega sistema na obeh
električnih pogonih še bolj optimirati. Prav tako bomo probali z prerazporeditvijo električnih
elementov na zadnji strani sledilnega mikro fotonapetostnega modula zmanjšati izgube
pogonov.
V prihodnosti želimo na obstoječem sledilnem mikro fotonapetostnem sistemu zamenjati
zaprtozančno vodenje za odprtozančno vodenje oziroma v kombinaciji z videokamero za
spremljanje vremena narediti hibridni sistem in uporabiti oba načina vodenja sledilnega
sistema.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
47
VIRI IN LITERATURA
1 Chin, C.S., Babu, A., McBride, W., Design, modeling and testing of a standalone
single axis active solar tracker using MATLAB/Simulink, Renewable Energy 36,
2011, str. 3075-3090
2 Jui-Ho, C., Her Terng, Y., Tzu-Hsiang, H., Design and impementation of FPGA-
based Taguchi-chaos-PSO sun tracking system, Mechatronics 25, 2015, str. 55-64
3 Saban, Y., Hasan, R. O., Osman, D., Furkan, D., Oguzhan, A., Muharrem, K., Design
of two axes sun tracking controller with analytically solar radiation calculations,
Renewable and Sustainable Energy Reviews 43, 2015, str.: 997-1005
4 Bentaher, H., Kaich, H., Ayadi, N., Ben Hmouda, M., Maalej, A., Lemmer, U., A
simple tracking system of monitor sloar PV panels, Energy Conversion and
Management 78, 2014, str.: 872-875
5 Lenardič, D., Fotonapetostni sistemi: priročnik: gradniki, načrtovanje, namestitev in
vzdrževanje, Ljubljana: Agencija Poti, 2009 (Ljubljana: Studio N).
6 Poulek, V., Libra, M., New solar tracker, Solar Energy Materials and Solar Cells 51,
1998, str 113-120
7 http://www.alibaba.com/product-detail/20W-solar-panel-price-
usd_488006996.html?s=p [20.4.2015]
8 http://www.altes.si/uploads/File/Lezaji.pdf str.:78 [15.5.2014]
9 http://pveducation.org/pvcdrom/properties-of-sunlight/sun-position-calculator
[15.7.2015]
10 http://solardat.uoregon.edu/SunChartProgram.php [15.7.2015]
11 https://www.google.si/maps/place/45%C2%B056'39.2%22N+15%C2%B030'
33.1%22E/@45.944222,15.509204,17z/data=!3m1!4b1!4m2!3m1!1s0x0:0x0
[15.7.2015]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
48
PRILOGE
PRILOGA A: VREDNOSTI ZA NUMERIČNO KRIVULJO ODVISNOSTI RAZMERJA
Ω OD KOTA I
i [ᵒ] i [rd] cosα1 [rd] cosα2 [rd] Razmerje Ω R6/R5 R5/R6
-100 -1,745200698 -0,991564742 0,976151955 0,070325298 1,153846154 0,866666667
-95 -1,657940663 -0,999087725 0,991357057 0,062917808 1,153846154 0,866666667
-90 -1,570680628 -0,999008167 0,999018444 0,059313122 1,153846154 0,866666667
-85 -1,483420593 -0,991326673 0,999077817 0,059500353 1,153846154 0,866666667
-80 -1,396160558 -0,976101695 0,991534723 0,063521569 1,153846154 0,866666667
-75 -1,308900524 -0,953449087 0,976446563 0,071473214 1,153846154 0,866666667
-70 -1,221640489 -0,923541224 0,953928149 0,083509108 1,153846154 0,866666667
-65 -1,134380454 -0,88660569 0,924150834 0,099845197 1,153846154 0,866666667
-60 -1,047120419 -0,842923544 0,887341209 0,120766273 1,153846154 0,866666667
-55 -0,959860384 -0,792827186 0,843779375 0,146635018 1,153846154 0,866666667
-50 -0,872600349 -0,736697822 0,793796817 0,177903836 1,153846154 0,866666667
-45 -0,785340314 -0,674962568 0,737773874 0,215130099 1,153846154 0,866666667
-40 -0,698080279 -0,608091198 0,676136854 0,258995687 1,153846154 0,866666667
-35 -0,610820244 -0,536592568 0,609354781 0,310331924 1,153846154 0,866666667
-30 -0,523560209 -0,461010745 0,537935834 0,370151443 1,153846154 0,866666667
-25 -0,436300175 -0,381920869 0,462423472 0,439688999 1,153846154 0,866666667
-20 -0,34904014 -0,299924773 0,383392307 0,520453927 1,153846154 0,866666667
-15 -0,261780105 -0,215646404 0,301443724 0,614297904 1,153846154 0,866666667
-10 -0,17452007 -0,129727077 0,21720131 0,723502909 1,153846154 0,866666667
-5 -0,087260035 -0,042820594 0,131306107 0,850896018 1,153846154 0,866666667
0 0 0,044411732 0,044411732 1 1,153846154 0,866666667
5 0,087260035 0,131306107 -0,042820594 1,175231731 1,153846154 0,866666667
10 0,17452007 0,21720131 -0,129727077 1,38216445 1,153846154 0,866666667
15 0,261780105 0,301443724 -0,215646404 1,627874673 1,153846154 0,866666667
20 0,34904014 0,383392307 -0,299924773 1,921399664 1,153846154 0,866666667
25 0,436300175 0,462423472 -0,381920869 2,274334821 1,153846154 0,866666667
30 0,523560209 0,537935834 -0,461010745 2,701596923 1,153846154 0,866666667
35 0,610820244 0,609354781 -0,536592568 3,222356201 1,153846154 0,866666667
40 0,698080279 0,676136854 -0,608091198 3,861068152 1,153846154 0,866666667
45 0,785340314 0,737773874 -0,674962568 4,648350018 1,153846154 0,866666667
50 0,872600349 0,793796817 -0,736697822 5,621014278 1,153846154 0,866666667
55 0,959860384 0,843779375 -0,792827186 6,819653389 1,153846154 0,866666667
60 1,047120419 0,887341209 -0,842923544 8,280457603 1,153846154 0,866666667
65 1,134380454 0,924150834 -0,88660569 10,01550432 1,153846154 0,866666667
70 1,221640489 0,953928149 -0,923541224 11,97474167 1,153846154 0,866666667
75 1,308900524 0,976446563 -0,953449087 13,99125547 1,153846154 0,866666667
80 1,396160558 0,991534723 -0,976101695 15,74268416 1,153846154 0,866666667
85 1,483420593 0,999077817 -0,991326673 16,80662309 1,153846154 0,866666667
90 1,570680628 0,999018444 -0,999008167 16,85967561 1,153846154 0,866666667
95 1,657940663 0,991357057 -0,999087725 15,89375148 1,153846154 0,866666667
100 1,745200698 0,976151955 -0,991564742 14,2196341 1,153846154 0,866666667
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
49
PRILOGA B: VREDNOSTI POSAMEZNIH PARAMETROV ZA DOLOČEN ČAS NA
DAN MERITVE 15.7.2015
8:00
22,7
525
,225
,439
,20,
0995
,35
35,6
711
538
13,5
60,
1410
,22
0,11
1,90
1,08
90,0
0
8:15
23,2
625
,425
,443
,30,
3398
,28
38,2
511
544
12,3
80,
149,
830,
121,
781,
1484
,60
8:30
23,4
525
,726
,247
,59
0,54
101,
3540
,82
115
4413
,01
0,16
10,4
20,
132,
081,
3480
,80
8:45
23,7
626
,726
,774
,98
0,18
104,
5743
,36
115
4412
,99
0,21
10,7
40,
172,
731,
8559
,20
9:00
24,1
128
,427
,966
,39
0,39
107,
9945
,86
115
4412
,99
0,17
10,1
70,
142,
211,
4271
,90
9:15
24,5
337
,538
,270
,12
0,57
111,
6448
,31
115
4413
,15
0,25
11,0
50,
193,
342,
1051
,90
9:30
25,2
245
,545
655,
011,
2811
5,56
50,7
9039
13,1
21,
089,
650,
7714
,17
7,43
11,7
0
9:45
25,5
48,2
50,4
685
1,49
119,
853
9239
15,9
01,
0412
,43
0,82
16,5
410
,14
14,8
0
10:0
026
,152
,854
,574
9,53
1,13
124,
4155
,21
9439
,215
,85
1,07
12,7
50,
8716
,96
11,1
214
,40
10:1
527
,95
58,6
62,2
781
0,93
129,
4557
,29
9539
,214
,87
1,12
12,3
60,
9216
,65
11,3
713
,20
10:3
028
,160
,561
,579
9,21
1,62
134,
9859
,22
9941
14,5
51,
1612
,17
0,97
16,8
811
,80
12,1
0
10:4
528
,54
61,5
6783
0,56
1,13
141,
0560
,97
110
43,5
14,0
11,
2012
,13
1,03
16,8
712
,45
11,7
0
11:0
028
,79
61,5
67,3
852,
281,
2114
7,68
62,4
911
145
14,0
21,
2412
,23
1,08
17,3
813
,16
11,2
0
11:1
529
,36
6873
,587
0,56
0,62
154,
8963
,74
112
45,5
13,3
21,
2612
,16
1,11
16,7
813
,49
10,4
0
11:3
029
,94
72,6
74,8
905,
540,
3216
2,61
64,6
811
446
,613
,78
1,26
12,5
41,
1517
,36
14,3
710
,50
11:4
530
,61
71,6
76,5
1005
,25
0,42
170,
7465
,28
118
5213
,49
1,28
12,0
41,
1817
,20
14,2
310
,10
12:0
031
,168
76,7
991,
210,
5117
9,11
65,5
212
554
13,1
01,
3012
,25
1,20
16,9
814
,72
7,70
12:1
531
,259
,876
,210
03,2
11,
8718
7,5
65,3
613
256
,313
,00
1,33
12,1
31,
2417
,29
15,0
49,
60
12:3
031
,856
,476
,710
41,5
32,
3119
5,7
64,8
414
262
13,7
41,
3112
,68
1,25
17,9
315
,80
10,0
0
12:4
532
,22
54,2
75,2
1099
,69
2,78
203,
5263
,96
152
6013
,46
1,32
12,4
81,
2717
,77
15,8
59,
60
13:0
034
,18
55,9
76,2
1093
,24
1,73
210,
8462
,77
159
6012
,96
1,32
12,4
31,
2717
,08
15,7
59,
30
13:1
535
,24
55,2
77,6
1099
,69
0,81
217,
661
,31
169
6012
,54
1,33
12,0
41,
2816
,68
15,3
99,
30
13:3
034
,42
57,4
80,5
1095
,93
1,7
223,
7959
,61
178
58,8
12,6
01,
3412
,10
1,28
16,8
615
,49
9,10
13:4
535
,13
58,4
74,7
1073
,91
1,55
229,
4257
,72
195
58,8
13,1
91,
3412
,51
1,28
17,7
015
,99
8,10
14:0
034
,654
,272
,610
69,6
12,
0623
4,56
55,6
202
58,3
12,8
31,
3612
,06
1,28
17,4
515
,39
9,20
14:1
535
,95
50,8
65,6
1059
,41
2,39
239,
2653
,48
203
5613
,54
1,33
12,6
31,
2417
,94
15,7
110
,00
14:3
035
,66
55,9
67,3
1005
,72,
5424
3,57
51,1
921
152
,514
,50
1,25
12,5
01,
1018
,13
13,7
510
,40
14:4
535
,71
55,9
58,4
992,
22,
324
7,56
48,5
222
151
,314
,02
1,28
12,6
51,
1617
,92
14,6
510
,60
15:0
035
,66
51,3
62,5
929,
982,
3925
1,26
46,3
822
450
14,1
71,
2512
,54
1,11
17,7
413
,86
10,7
0
15:1
535
,95
49,1
60,3
891,
312,
7825
4,72
43,8
923
449
,114
,22
1,26
12,1
81,
0717
,87
13,0
710
,90
15:3
035
,54
51,8
61,5
849,
962,
625
7,98
41,3
624
042
,514
,68
1,21
12,0
71,
0317
,79
12,3
811
,30
15:4
535
,652
,863
,780
6,99
2,5
261,
0838
,824
442
14,9
41,
2012
,29
0,98
17,9
912
,04
12,0
0
16:0
036
,01
57,4
61,5
765,
251,
426
4,04
36,2
224
642
15,4
01,
1612
,44
0,93
17,8
611
,62
13,1
0
16:1
536
,24
59,6
6071
2,47
1,52
266,
8833
,62
247
36,5
15,5
41,
1412
,10
0,88
17,6
410
,65
13,4
0
16:3
035
,89
56,7
57,1
640,
51,
8526
9,63
31,0
224
936
,216
,34
1,05
12,3
90,
8117
,16
10,0
415
,20
16:4
537
,17
56,9
54,2
583,
041,
4627
2,3
28,4
125
535
16,5
11,
0312
,07
0,75
17,0
19,
0815
,70
17:0
035
,19
55,2
54,2
520,
742,
2127
4,91
25,8
126
532
,516
,89
0,96
12,1
50,
6916
,21
8,41
17,6
0
17:1
535
,24
54,1
51,3
461,
131,
8527
7,48
23,2
226
729
17,2
80,
8912
,34
0,63
15,3
37,
8019
,20
17:3
035
,19
51,6
49,4
412,
792,
2428
0,02
20,6
527
028
,217
,65
0,81
12,3
70,
5714
,24
7,05
21,5
0
17:4
535
,07
50,6
46,5
362,
311,
8528
2,54
18,0
927
128
,217
,85
0,75
12,0
10,
5013
,35
6,05
23,5
0
18:0
034
,89
48,4
43,1
308,
62,
4228
5,05
15,5
627
228
,218
,17
0,66
12,0
70,
4411
,94
5,29
27,2
0
Mo
č
sle
dil
ni
sist
em
[W
]
Mo
č fi
ksn
i
sist
em
[W]
Up
orn
ost
up
ora
[Ω
]
Azi
mu
tski
kot
Son
ca
[°]
Zen
itn
i
kot
Son
ca
[°]
Azi
mu
tski
kot
MFN
SS [
°]
Zen
itn
i
kot
MFN
SS [
°]
Nap
eto
st
CE
1 [V
]
Tok
CE
1
[A]
Čas
[h:m
in]
Zun
anja
tem
pe
ratu
ra
[°C
]
Tem
pe
ratu
ra
CE
1 [°
C]
Tem
pe
ratu
ra
CE
2 [°
C]
Seva
nje
[W/m
2]
Ve
ter
[m/s
]
Nap
eto
st
CE
2 [V
]
Tok
CE
2
[A]
Dat
um
mer
jen
ja:
15
. 7. 2
01
5
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
50
PRILOGA C: MATLAB KODA ZA VODORAVNI MOTOR SMER SEVER-JUG
clear all
clc
%% SMER (S-J) 90-0 stopinj
%1 meritev
load meri887;
eval(['t_1=meri887.X.Data;']);
eval(['u1_1=meri887.Y(1).Data;']);
eval(['i2_1_a=meri887.Y(5).Data;']);
i2_1=(i2_1_a)
p1_1=u1_1.*i2_1;
n_1=length(i2_1);
dw1_1=0;
for k=1:1:(n_1-1)
dw1_1=dw1_1+(u1_1(k)*i2_1(k)*(t_1(k+1)-t_1(k)));
w1_1(k)=dw1_1;
end
%2 meritev
load meri889;
eval(['t_2=meri889.X.Data;']);
eval(['u1_2=meri889.Y(1).Data;']);
eval(['i2_2_a=meri889.Y(5).Data;']);
i2_2=(i2_2_a)
p1_2=u1_2.*i2_2;
n_2=length(i2_2);
dw1_2=0;
for k=1:1:(n_2-1)
dw1_2=dw1_2+(u1_2(k)*i2_2(k)*(t_2(k+1)-t_2(k)));
w1_2(k)=dw1_2;
end
%3 meritev
load meri891;
eval(['t_3=meri891.X.Data;']);
eval(['u1_3=meri891.Y(1).Data;']);
eval(['i2_3_a=meri891.Y(5).Data;']);
i2_3=(i2_3_a)
p1_3=u1_3.*i2_3;
n_3=length(i2_3);
dw1_3=0;
for k=1:1:(n_3-1)
dw1_3=dw1_3+(u1_3(k)*i2_3(k)*(t_3(k+1)-t_3(k)));
w1_3(k)=dw1_3;
end
%4 meritev
load meri893;
eval(['t_4=meri893.X.Data;']);
eval(['u1_4=meri893.Y(1).Data;']);
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
51
eval(['i2_4_a=meri893.Y(5).Data;']);
i2_4=(i2_4_a)
p1_4=u1_4.*i2_4;
n_4=length(i2_4);
dw1_4=0;
for k=1:1:(n_4-1)
dw1_4=dw1_4+(u1_4(k)*i2_4(k)*(t_4(k+1)-t_4(k)));
w1_4(k)=dw1_4;
end
%5 meritev
load meri895;
eval(['t_5=meri895.X.Data;']);
eval(['u1_5=meri895.Y(1).Data;']);
eval(['i2_5_a=meri895.Y(5).Data;']);
i2_5=(i2_5_a)
p1_5=u1_5.*i2_5;
n_5=length(i2_5);
dw1_5=0;
for k=1:1:(n_5-1)
dw1_5=dw1_5+(u1_5(k)*i2_5(k)*(t_5(k+1)-t_5(k)));
w1_5(k)=dw1_5;
end
%6 meritev
load meri897;
eval(['t_6=meri897.X.Data;']);
eval(['u1_6=meri897.Y(1).Data;']);
eval(['i2_6_a=meri897.Y(5).Data;']);
i2_6=(i2_6_a)
p1_6=u1_6.*i2_6;
n_6=length(i2_6);
dw1_6=0;
for k=1:1:(n_6-1)
dw1_6=dw1_6+(u1_6(k)*i2_6(k)*(t_6(k+1)-t_6(k)));
w1_6(k)=dw1_6;
end
%7 meritev
load meri899;
eval(['t_7=meri899.X.Data;']);
eval(['u1_7=meri899.Y(1).Data;']);
eval(['i2_7_a=meri899.Y(5).Data;']);
i2_7=(i2_7_a)
p1_7=u1_7.*i2_7;
n_7=length(i2_7);
dw1_7=0;
for k=1:1:(n_7-1)
dw1_7=dw1_7+(u1_7(k)*i2_7(k)*(t_7(k+1)-t_7(k)));
w1_7(k)=dw1_7;
end
%8 meritev
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
52
load meri901;
eval(['t_8=meri901.X.Data;']);
eval(['u1_8=meri901.Y(1).Data;']);
eval(['i2_8_a=meri901.Y(5).Data;']);
i2_8=(i2_8_a)
p1_8=u1_8.*i2_8;
n_8=length(i2_8);
dw1_8=0;
for k=1:1:(n_8-1)
dw1_8=dw1_8+(u1_8(k)*i2_8(k)*(t_8(k+1)-t_8(k)));
w1_8(k)=dw1_8;
end
%9 meritev
load meri903;
eval(['t_9=meri903.X.Data;']);
eval(['u1_9=meri903.Y(1).Data;']);
eval(['i2_9_a=meri903.Y(5).Data;']);
i2_9=(i2_9_a)
p1_9=u1_9.*i2_9;
n_9=length(i2_9);
dw1_9=0;
for k=1:1:(n_9-1)
dw1_9=dw1_9+(u1_9(k)*i2_9(k)*(t_9(k+1)-t_9(k)));
w1_9(k)=dw1_9;
end
%10 meritev
load meri905;
eval(['t_10=meri905.X.Data;']);
eval(['u1_10=meri905.Y(1).Data;']);
eval(['i2_10_a=meri905.Y(5).Data;']);
i2_10=(i2_10_a)
p1_10=u1_10.*i2_10;
n_10=length(i2_10);
dw1_10=0;
for k=1:1:(n_10-1)
dw1_10=dw1_10+(u1_10(k)*i2_10(k)*(t_10(k+1)-t_10(k)));
w1_10(k)=dw1_10;
end
%Povprecje vseh meritev
i2_p=(i2_10+i2_2+i2_3+i2_1+i2_4+i2_5+i2_6+i2_7+i2_8+i2_9+i2_1
0)/10
u1_p=(u1_1+u1_2+u1_3+u1_1+u1_4+u1_5+u1_6+u1_7+u1_8+u1_9+u1_10
)/10
p1_p=(p1_1+p1_2+p1_3+p1_1+p1_4+p1_5+p1_6+p1_7+p1_8+p1_9+p1_10
)/10
w1_p=(w1_1+w1_2+w1_3+w1_1+w1_4+w1_5+w1_6+w1_7+w1_8+w1_9+w1_10
)/10
figure(1)
set(0,'DefaultAxesFontSize',16)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
53
subplot(221),plot(t_1,i2_p,'b'),grid on, xlabel('Čas
[s]','fontsize',14), ylabel('Tok [A]','fontsize',14),
title('Tok motorja S-J','fontsize',14)
subplot(222),plot(t_1,u1_p,'b'),grid on, xlabel('Čas
[s]','fontsize',14), ylabel('Napetost [V]','fontsize',14),
title('Napetost motorja S-J','fontsize',14)
subplot(223),plot(t_1,p1_p,'b'),grid on, xlabel('Čas
[s]','fontsize',14), ylabel('Moč motorja [W]','fontsize',14),
title('Moč motorja S-J','fontsize',14)
subplot(224),plot(t_1(1:40000),w1_p,'b'),grid on, xlabel('Čas
[s]','fontsize',14), ylabel('Energija motorja
[Ws]','fontsize',14), title('Energija motorja S-
J','fontsize',14)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
54
PRILOGA D: MATLAB KODA ZA VODORAVNI MOTOR SMER JUG-SEVER
clear all
clc
%% SMER (J-S) 0-90 stopinj
%1 meritev
load meri886;
eval(['t_1=meri886.X.Data;']);
eval(['u1_1_a=meri886.Y(1).Data;']);
eval(['i2_1_a=meri886.Y(5).Data;']);
i2_1=abs(i2_1_a)
u1_1=abs(u1_1_a)
p1_1=u1_1.*i2_1;
n_1=length(i2_1);
dw1_1=0;
for k=1:1:(n_1-1)
dw1_1=dw1_1+(u1_1(k)*i2_1(k)*(t_1(k+1)-t_1(k)));
w1_1(k)=dw1_1;
end
%2 meritev
load meri888;
eval(['t_2=meri888.X.Data;']);
eval(['u1_2_a=meri888.Y(1).Data;']);
eval(['i2_2_a=meri888.Y(5).Data;']);
i2_2=abs(i2_2_a)
u1_2=abs(u1_2_a)
p1_2=u1_2.*i2_2;
n_2=length(i2_2);
dw1_2=0;
for k=1:1:(n_2-1)
dw1_2=dw1_2+(u1_2(k)*i2_2(k)*(t_2(k+1)-t_2(k)));
w1_2(k)=dw1_2;
end
%3 meritev
load meri890;
eval(['t_3=meri890.X.Data;']);
eval(['u1_3_a=meri890.Y(1).Data;']);
eval(['i2_3_a=meri890.Y(5).Data;']);
i2_3=abs(i2_3_a)
u1_3=abs(u1_3_a)
p1_3=u1_3.*i2_3;
n_3=length(i2_3);
dw1_3=0;
for k=1:1:(n_3-1)
dw1_3=dw1_3+(u1_3(k)*i2_3(k)*(t_3(k+1)-t_3(k)));
w1_3(k)=dw1_3;
end
%4 meritev
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
55
load meri892;
eval(['t_4=meri892.X.Data;']);
eval(['u1_4_a=meri892.Y(1).Data;']);
eval(['i2_4_a=meri892.Y(5).Data;']);
i2_4=abs(i2_4_a)
u1_4=abs(u1_4_a)
p1_4=u1_4.*i2_4;
n_4=length(i2_4);
dw1_4=0;
for k=1:1:(n_4-1)
dw1_4=dw1_4+(u1_4(k)*i2_4(k)*(t_4(k+1)-t_4(k)));
w1_4(k)=dw1_4;
end
%5 meritev
load meri894;
eval(['t_5=meri894.X.Data;']);
eval(['u1_5_a=meri894.Y(1).Data;']);
eval(['i2_5_a=meri894.Y(5).Data;']);
i2_5=abs(i2_5_a)
u1_5=abs(u1_5_a)
p1_5=u1_5.*i2_5;
n_5=length(i2_5);
dw1_5=0;
for k=1:1:(n_5-1)
dw1_5=dw1_5+(u1_5(k)*i2_5(k)*(t_5(k+1)-t_5(k)));
w1_5(k)=dw1_5;
end
%6 meritev
load meri896;
eval(['t_6=meri896.X.Data;']);
eval(['u1_6_a=meri896.Y(1).Data;']);
eval(['i2_6_a=meri896.Y(5).Data;']);
i2_6=abs(i2_6_a)
u1_6=abs(u1_6_a)
p1_6=u1_6.*i2_6;
n_6=length(i2_6);
dw1_6=0;
for k=1:1:(n_6-1)
dw1_6=dw1_6+(u1_6(k)*i2_6(k)*(t_6(k+1)-t_6(k)));
w1_6(k)=dw1_6;
end
%7 meritev
load meri898;
eval(['t_7=meri898.X.Data;']);
eval(['u1_7_a=meri898.Y(1).Data;']);
eval(['i2_7_a=meri898.Y(5).Data;']);
i2_7=abs(i2_7_a)
u1_7=abs(u1_7_a)
p1_7=u1_7.*i2_7;
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
56
n_7=length(i2_7);
dw1_7=0;
for k=1:1:(n_7-1)
dw1_7=dw1_7+(u1_7(k)*i2_7(k)*(t_7(k+1)-t_7(k)));
w1_7(k)=dw1_7;
end
%8 meritev
load meri900;
eval(['t_8=meri900.X.Data;']);
eval(['u1_8_a=meri900.Y(1).Data;']);
eval(['i2_8_a=meri900.Y(5).Data;']);
i2_8=abs(i2_8_a)
u1_8=abs(u1_8_a)
p1_8=u1_8.*i2_8;
n_8=length(i2_8);
dw1_8=0;
for k=1:1:(n_8-1)
dw1_8=dw1_8+(u1_8(k)*i2_8(k)*(t_8(k+1)-t_8(k)));
w1_8(k)=dw1_8;
end
%9 meritev
load meri902;
eval(['t_9=meri902.X.Data;']);
eval(['u1_9_a=meri902.Y(1).Data;']);
eval(['i2_9_a=meri902.Y(5).Data;']);
i2_9=abs(i2_9_a)
u1_9=abs(u1_9_a)
p1_9=u1_9.*i2_9;
n_9=length(i2_9);
dw1_9=0;
for k=1:1:(n_9-1)
dw1_9=dw1_9+(u1_9(k)*i2_9(k)*(t_9(k+1)-t_9(k)));
w1_9(k)=dw1_9;
end
%10 meritev
load meri904;
eval(['t_10=meri904.X.Data;']);
eval(['u1_10_a=meri904.Y(1).Data;']);
eval(['i2_10_a=meri904.Y(5).Data;']);
i2_10=abs(i2_10_a)
u1_10=abs(u1_10_a)
p1_10=u1_10.*i2_10;
n_10=length(i2_10);
dw1_10=0;
for k=1:1:(n_10-1)
dw1_10=dw1_10+(u1_10(k)*i2_10(k)*(t_10(k+1)-t_10(k)));
w1_10(k)=dw1_10;
end
%Povprecje vseh meritev
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
57
i2_p=(i2_1+i2_2+i2_3+i2_1+i2_4+i2_5+i2_6+i2_7+i2_8+i2_9+i2_10
)/10
u1_p=(u1_1+u1_2+u1_3+u1_1+u1_4+u1_5+u1_6+u1_7+u1_8+u1_9+u1_10
)/10
p1_p=(p1_1+p1_2+p1_3+p1_1+p1_4+p1_5+p1_6+p1_7+p1_8+p1_9+p1_10
)/10
w1_p=(w1_1+w1_2+w1_3+w1_1+w1_4+w1_5+w1_6+w1_7+w1_8+w1_9+w1_10
)/10
figure(1)
set(0,'DefaultAxesFontSize',16)
subplot(221),plot(t_1,i2_p,'b'),grid on, xlabel('Čas
[s]','fontsize',14), ylabel('Tok [A]','fontsize',14),
title('Tok motorja J-S','fontsize',14)
subplot(222),plot(t_1,u1_p,'b'),grid on, xlabel('Čas
[s]','fontsize',14), ylabel('Napetost [V]','fontsize',14),
title('Napetost motorja J-S','fontsize',14)
subplot(223),plot(t_1,p1_p,'b'),grid on, xlabel('Čas
[s]','fontsize',14), ylabel('Moč motorja [W]','fontsize',14),
title('Moč motorja J-S','fontsize',14)
subplot(224),plot(t_1(1:40000),w1_p,'b'),grid on, xlabel('Čas
[s]','fontsize',14), ylabel('Energija motorja
[Ws]','fontsize',14), title('Energija motorja J-
S','fontsize',14)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
58
PRILOGA E: MATLAB KODA ZA NAVPIČNI MOTOR SMER VZHOD-ZAHOD
clear all
clc
%% SMER (V-Z) 0-270 stopinj
%1 meritev
load meri974;
eval(['t_1=meri974.X.Data;']);
eval(['u2_1=meri974.Y(2).Data;']);
eval(['i1_1_a=meri974.Y(4).Data;']);
i1_1=(i1_1_a)
p1_1=u2_1.*i1_1;
n_1=length(i1_1);
dw1_1=0;
for k=1:1:(n_1-1)
dw1_1=dw1_1+(u2_1(k)*i1_1(k)*(t_1(k+1)-t_1(k)));
w1_1(k)=dw1_1;
end
%2 meritev
load meri976;
eval(['t_2=meri976.X.Data;']);
eval(['u2_2=meri976.Y(2).Data;']);
eval(['i1_2_a=meri976.Y(4).Data;']);
i1_2=(i1_2_a)
p1_2=u2_2.*i1_2;
n_2=length(i1_2);
dw1_2=0;
for k=1:1:(n_2-1)
dw1_2=dw1_2+(u2_2(k)*i1_2(k)*(t_2(k+1)-t_2(k)));
w1_2(k)=dw1_2;
end
%3 meritev
load meri978;
eval(['t_3=meri978.X.Data;']);
eval(['u2_3=meri978.Y(2).Data;']);
eval(['i1_3_a=meri978.Y(4).Data;']);
i1_3=(i1_3_a)
p1_3=u2_3.*i1_3;
n_3=length(i1_3);
dw1_3=0;
for k=1:1:(n_3-1)
dw1_3=dw1_3+(u2_3(k)*i1_3(k)*(t_3(k+1)-t_3(k)));
w1_3(k)=dw1_3;
end
%4 meritev
load meri980;
eval(['t_4=meri980.X.Data;']);
eval(['u2_4=meri980.Y(2).Data;']);
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
59
eval(['i1_4_a=meri980.Y(4).Data;']);
i1_4=(i1_4_a)
p1_4=u2_4.*i1_4;
n_4=length(i1_4);
dw1_4=0;
for k=1:1:(n_4-1)
dw1_4=dw1_4+(u2_4(k)*i1_4(k)*(t_4(k+1)-t_4(k)));
w1_4(k)=dw1_4;
end
%5 meritev
load meri982;
eval(['t_5=meri982.X.Data;']);
eval(['u2_5=meri982.Y(2).Data;']);
eval(['i1_5_a=meri982.Y(4).Data;']);
i1_5=(i1_5_a)
p1_5=u2_5.*i1_5;
n_5=length(i1_5);
dw1_5=0;
for k=1:1:(n_5-1)
dw1_5=dw1_5+(u2_5(k)*i1_5(k)*(t_5(k+1)-t_5(k)));
w1_5(k)=dw1_5;
end
%6 meritev
load meri984;
eval(['t_6=meri984.X.Data;']);
eval(['u2_6=meri984.Y(2).Data;']);
eval(['i1_6_a=meri984.Y(4).Data;']);
i1_6=(i1_6_a)
p1_6=u2_6.*i1_6;
n_6=length(i1_6);
dw1_6=0;
for k=1:1:(n_6-1)
dw1_6=dw1_6+(u2_6(k)*i1_6(k)*(t_6(k+1)-t_6(k)));
w1_6(k)=dw1_6;
end
%7 meritev
load meri986;
eval(['t_7=meri986.X.Data;']);
eval(['u2_7=meri986.Y(2).Data;']);
eval(['i1_7_a=meri986.Y(4).Data;']);
i1_7=(i1_7_a)
p1_7=u2_7.*i1_7;
n_7=length(i1_7);
dw1_7=0;
for k=1:1:(n_7-1)
dw1_7=dw1_7+(u2_7(k)*i1_7(k)*(t_7(k+1)-t_7(k)));
w1_7(k)=dw1_7;
end
%8 meritev
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
60
load meri988;
eval(['t_8=meri988.X.Data;']);
eval(['u2_8=meri988.Y(2).Data;']);
eval(['i1_8_a=meri988.Y(4).Data;']);
i1_8=(i1_8_a)
p1_8=u2_8.*i1_8;
n_8=length(i1_8);
dw1_8=0;
for k=1:1:(n_8-1)
dw1_8=dw1_8+(u2_8(k)*i1_8(k)*(t_8(k+1)-t_8(k)));
w1_8(k)=dw1_8;
end
%9 meritev
load meri990;
eval(['t_9=meri990.X.Data;']);
eval(['u2_9=meri990.Y(2).Data;']);
eval(['i1_9_a=meri990.Y(4).Data;']);
i1_9=(i1_9_a)
p1_9=u2_9.*i1_9;
n_9=length(i1_9);
dw1_9=0;
for k=1:1:(n_9-1)
dw1_9=dw1_9+(u2_9(k)*i1_9(k)*(t_9(k+1)-t_9(k)));
w1_9(k)=dw1_9;
end
%10 meritev
load meri992;
eval(['t_10=meri992.X.Data;']);
eval(['u2_10=meri992.Y(2).Data;']);
eval(['i1_10_a=meri992.Y(4).Data;']);
i1_10=(i1_10_a)
p1_10=u2_10.*i1_10;
n_10=length(i1_10);
dw1_10=0;
for k=1:1:(n_10-1)
dw1_10=dw1_10+(u2_10(k)*i1_10(k)*(t_10(k+1)-t_10(k)));
w1_10(k)=dw1_10;
end
%Povprecje vseh meritev
i1_p=(i1_1+i1_2+i1_3+i1_4+i1_5+i1_6+i1_7+i1_8+i1_9+i1_10)/10
u2_p=(u2_1+u2_2+u2_3+u2_4+u2_5+u2_6+u2_7+u2_8+u2_9+u2_10)/10
p1_p=(p1_1+p1_2+p1_3+p1_4+p1_5+p1_6+p1_7+p1_8+p1_9+p1_10)/10
w1_p=(w1_1+w1_2+w1_3+w1_4+w1_5+w1_6+w1_7+w1_8+w1_9+w1_10)/10
figure(1)
set(0,'DefaultAxesFontSize',16)
subplot(221),plot(t_1,i1_p,'b'),grid on, xlabel('Čas
[s]','fontsize',14), ylabel('Tok [A]','fontsize',14),
title('Tok motorja V-Z','fontsize',14)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
61
subplot(222),plot(t_1,u2_p,'b'),grid on, xlabel('Čas
[s]','fontsize',14), ylabel('Napetost [V]','fontsize',14),
title('Napetost motorja V-Z','fontsize',14)
subplot(223),plot(t_1,p1_p,'b'),grid on, xlabel('Čas
[s]','fontsize',14), ylabel('Moč motorja [W]','fontsize',14),
title('Moč motorja V-Z','fontsize',14)
subplot(224),plot(t_1(1:120000),w1_p,'b'),grid on,
xlabel('Čas [s]','fontsize',14), ylabel('Energija motorja
[Ws]','fontsize',14), title('Energija motorja V-
Z','fontsize',14)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
62
PRILOGA F: MATLAB KODA ZA NAVPIČNI MOTOR SMER ZAHOD-VZHOD
clear all
clc
%% SMER (Z-V) 270-0 stopinj
%1 meritev
load meri975;
eval(['t_1=meri975.X.Data;']);
eval(['u2_1=meri975.Y(2).Data;']);
eval(['i1_1_a=meri975.Y(4).Data;']);
i1_1=(i1_1_a)
p1_1=u2_1.*i1_1;
n_1=length(i1_1);
dw1_1=0;
for k=1:1:(n_1-1)
dw1_1=dw1_1+(u2_1(k)*i1_1(k)*(t_1(k+1)-t_1(k)));
w1_1(k)=dw1_1;
end
%2 meritev
load meri977;
eval(['t_2=meri977.X.Data;']);
eval(['u2_2=meri977.Y(2).Data;']);
eval(['i1_2_a=meri977.Y(4).Data;']);
i1_2=(i1_2_a)
p1_2=u2_2.*i1_2;
n_2=length(i1_2);
dw1_2=0;
for k=1:1:(n_2-1)
dw1_2=dw1_2+(u2_2(k)*i1_2(k)*(t_2(k+1)-t_2(k)));
w1_2(k)=dw1_2;
end
%3 meritev
load meri979;
eval(['t_3=meri979.X.Data;']);
eval(['u2_3=meri979.Y(2).Data;']);
eval(['i1_3_a=meri979.Y(4).Data;']);
i1_3=(i1_3_a)
p1_3=u2_3.*i1_3;
n_3=length(i1_3);
dw1_3=0;
for k=1:1:(n_3-1)
dw1_3=dw1_3+(u2_3(k)*i1_3(k)*(t_3(k+1)-t_3(k)));
w1_3(k)=dw1_3;
end
%4 meritev
load meri981;
eval(['t_4=meri981.X.Data;']);
eval(['u2_4=meri981.Y(2).Data;']);
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
63
eval(['i1_4_a=meri981.Y(4).Data;']);
i1_4=(i1_4_a)
p1_4=u2_4.*i1_4;
n_4=length(i1_4);
dw1_4=0;
for k=1:1:(n_4-1)
dw1_4=dw1_4+(u2_4(k)*i1_4(k)*(t_4(k+1)-t_4(k)));
w1_4(k)=dw1_4;
end
%5 meritev
load meri983;
eval(['t_5=meri983.X.Data;']);
eval(['u2_5=meri983.Y(2).Data;']);
eval(['i1_5_a=meri983.Y(4).Data;']);
i1_5=(i1_5_a)
p1_5=u2_5.*i1_5;
n_5=length(i1_5);
dw1_5=0;
for k=1:1:(n_5-1)
dw1_5=dw1_5+(u2_5(k)*i1_5(k)*(t_5(k+1)-t_5(k)));
w1_5(k)=dw1_5;
end
%6 meritev
load meri985;
eval(['t_6=meri985.X.Data;']);
eval(['u2_6=meri985.Y(2).Data;']);
eval(['i1_6_a=meri985.Y(4).Data;']);
i1_6=(i1_6_a)
p1_6=u2_6.*i1_6;
n_6=length(i1_6);
dw1_6=0;
for k=1:1:(n_6-1)
dw1_6=dw1_6+(u2_6(k)*i1_6(k)*(t_6(k+1)-t_6(k)));
w1_6(k)=dw1_6;
end
%7 meritev
load meri987;
eval(['t_7=meri987.X.Data;']);
eval(['u2_7=meri987.Y(2).Data;']);
eval(['i1_7_a=meri987.Y(4).Data;']);
i1_7=(i1_7_a)
p1_7=u2_7.*i1_7;
n_7=length(i1_7);
dw1_7=0;
for k=1:1:(n_7-1)
dw1_7=dw1_7+(u2_7(k)*i1_7(k)*(t_7(k+1)-t_7(k)));
w1_7(k)=dw1_7;
end
%8 meritev
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
64
load meri989;
eval(['t_8=meri989.X.Data;']);
eval(['u2_8=meri989.Y(2).Data;']);
eval(['i1_8_a=meri989.Y(4).Data;']);
i1_8=(i1_8_a)
p1_8=u2_8.*i1_8;
n_8=length(i1_8);
dw1_8=0;
for k=1:1:(n_8-1)
dw1_8=dw1_8+(u2_8(k)*i1_8(k)*(t_8(k+1)-t_8(k)));
w1_8(k)=dw1_8;
end
%9 meritev
load meri991;
eval(['t_9=meri991.X.Data;']);
eval(['u2_9=meri991.Y(2).Data;']);
eval(['i1_9_a=meri991.Y(4).Data;']);
i1_9=(i1_9_a)
p1_9=u2_9.*i1_9;
n_9=length(i1_9);
dw1_9=0;
for k=1:1:(n_9-1)
dw1_9=dw1_9+(u2_9(k)*i1_9(k)*(t_9(k+1)-t_9(k)));
w1_9(k)=dw1_9;
end
%10 meritev
load meri993;
eval(['t_10=meri993.X.Data;']);
eval(['u2_10=meri993.Y(2).Data;']);
eval(['i1_10_a=meri993.Y(4).Data;']);
i1_10=(i1_10_a)
p1_10=u2_10.*i1_10;
n_10=length(i1_10);
dw1_10=0;
for k=1:1:(n_10-1)
dw1_10=dw1_10+(u2_10(k)*i1_10(k)*(t_10(k+1)-t_10(k)));
w1_10(k)=dw1_10;
end
%Povprecje vseh meritev
i1_p=(i1_1+i1_2+i1_3+i1_4+i1_5+i1_6+i1_7+i1_8+i1_9+i1_10)/10
u2_p=(u2_1+u2_2+u2_3+u2_4+u2_5+u2_6+u2_7+u2_8+u2_9+u2_10)/10
p1_p=(p1_1+p1_2+p1_3+p1_4+p1_5+p1_6+p1_7+p1_8+p1_9+p1_10)/10
w1_p=(w1_1+w1_2+w1_3+w1_4+w1_5+w1_6+w1_7+w1_8+w1_9+w1_10)/10
figure(1)
set(0,'DefaultAxesFontSize',16)
subplot(221),plot(t_1,i1_p,'b'),grid on, xlabel('Čas
[s]','fontsize',14), ylabel('Tok [A]','fontsize',14),
title('Tok motorja Z-V','fontsize',14)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
65
subplot(222),plot(t_1,u2_p,'b'),grid on, xlabel('Čas
[s]','fontsize',14), ylabel('Napetost [V]','fontsize',14),
title('Napetost motorja Z-V','fontsize',14)
subplot(223),plot(t_1,p1_p,'b'),grid on, xlabel('Čas
[s]','fontsize',14), ylabel('Moč motorja [W]','fontsize',14),
title('Moč motorja Z-V','fontsize',14)
subplot(224),plot(t_1(1:120000),w1_p,'b'),grid on,
xlabel('Čas [s]','fontsize',14), ylabel('Energija motorja
[Ws]','fontsize',14), title('Energija motorja Z-
V','fontsize',14)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
66
PRILOGA G: IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE
ZAKLJUČNEGA DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
67
PRILOGA H: IZJAVA O AVTORSTVU ZAKLJUČNEGA DELA