Гелиотрекер дословно можно перевести как «отслеживатель пути солнца». На самом деле его задача не отслеживать путь солнца, быть постоянно направленным на солнце. Это весьма важно для концентрирующего коллектора, что бы обеспечить максимальную эффективность его работы.

Несмотря на несколько пугающее название, гелиотрекер не представляет из себя ничего особо сложного. Он состоит из фотоприемника, контроллера, обрабатывающего сигнал с фотоприемника и исполнительного механизма в виде 2-х двигателей с трансмиссией, поворачивающих собственно гелиоколлектор и укрепленный на нем фотоприемник.

Рассмотрим каждую из составляющих частей гелиотрекера.

Фотоприемник представляет собой небольшую плату с укрепленными на ней 4-мя фотодатчиками (фоторезисторами или фотодиодами). Все фотодатчики приспособлены воспринимать солнечный свет без выхода из строя (защищены светофильтрами). Кроме того, они все разделены между собой крестообразной перегородкой. При ориентации на солнце освещены все четыре фотодатчика. Солнце в процессе своего движения по небосводу изменит освещенность фотоприемника и 2 или 3 фотодатчика окажутся в тени. Что немедленно отследит схема управления.

Схема управления или контроллер может быть реализован в любом варианте. От дискретных элементов до программируемых микроконтроллеров. Главное что бы он обрабатывал алгоритм работы солнечного коллектора на основе данных фотоприемника.

Всего положений фотоприемника может быть 9, соответственно и команд тоже 9. На рисунке каждый фотодатчик обозначен буквой (вид со стороны солнца). Все возможные варианты освещения датчиков можно свести в такую таблицу. «1» означает что датчик освещен, «0» — что датчик в тени перегородки, команда для двигателя расположенного сзади коллектора.

В качестве исполнительного устройства лучше всего подойдут либо шаговые двигатели, не требующие никакой электроэнергии для удержания занятого положения, либо актуаторы. Актуатор это своеобразный электрический домкрат, в котором вращательное движение двигателя превращается в поступательное движение штока с одновременным увеличением усилия в сотни раз. Такие двигатели – актуаторы применяют для позиционирование параболических тарелок спутникового телевидения.

Вообще говоря, гелиотрекер можно очень сильно упростить, если принять во внимание такое допущение. Солнце совершает за сутки оборот по небосводу на 360 градусов. А вот угол наклона меняет очень и очень медленно. Если исключить из гелиотрекера вертикальную «составляющую», переведя ее на «ручное управление», то можно оставить только 2 фотодатчика. В самом деле, не составит большого труда раз в 2 недели подойти к солнечному коллектору и изменить его угол наклона соответственно нынешнему положению солнца и даже с небольшим упреждением.

А вот горизонтальное перемещение в плоскости движения солнца по небосводу придется отслеживать, но таблица получается очень простой. Соответственно простым получится и контроллер. Это будет всего пара простейших фотореле с незамысловатой коммутацией исполнительного механизма, в качестве которого может служить всего один актуатор.

Если оба датчика не освещены, то концентрирующий солнечный коллектор разворачивается на восток в ожидании восхода солнца. Если же затемнение датчиков произошло в результате непогоды, то при появлении солнца он тут же развернется на него, если солнце появилось не слишком поздно по времени.

Сектор поворота солнечного коллектора вряд ли стоит делать больше 150-180 градусов. Солнце на краях этого сектора стоит над горизонтом достаточно низко и его лучи несут уже не много тепловой энергии.

Сделав концентрический параболический солнечный коллектор оснащенный гелиотрекером можно реально получить ощутимый выигрыш в использовании солнечной энергии для обеспечения загородного дома горячей водой.

Константин Тимошенко