Разработка мобильного источника питания на солнечных батареях.

Объект исследования – мобильный источник питания на солнечных батареях. Цель проект – разработка и улучшение существующего мобильного источника питания на солнечных батареях, тестирование устройства. Результатом проекта является мобильный источник питания на солнечных батареях с новыми функциями и улучшенной системой управления.

Определения, обозначения и сокращения …………………………………………………….. 13
Введение ……………………………………………………………………………………………………… 14
1 Анализ способов ориентации и обоснование использования солнечного
трекера ………………………………………………………………………………………………………… 15
1.1 Рациональное использование энергии солнца …………………………………… 15

1.2 Обоснование использования солнечного трекера ………………………………. 17

1.3 Влияние внешних факторов на эффективность работы солнечных
панелей …………………………………………………………………………………………………….. 19

1.4 Способы ориентации солнечных панелей …………………………………………. 21

1.5 Состав солнечного трекера ……………………………………………………………….. 22

2 Общая характеристика элементной базы сау…………………………………………… 24
2.1 Описание системы автоматического управления ………………………………. 24

2.2 Электроприводы ………………………………………………………………………………. 29

2.3 Микроконтроллер …………………………………………………………………………….. 34

2.4 Фоточувствительные элементы ………………………………………………………… 35

2.5 Солнечные панели ……………………………………………………………………………. 38

3 Проектирование сау положения солнечных панелей ………………………………. 41
3.1 Разработка чертежей и создание 3d моделей……………………………………… 41

3.1.1 Корпус ……………………………………………………………………………………….. 41

3.1.2 Солнцезащитный экран для power-bank ………………………………………. 42

3.1.3 Солнцезащитный экран для макетной платы и микроконтроллера . 42

3.1.4 Платформа для первого сервопривода …………………………………………. 43

3.1.5 Платформа для второго сервопривода …………………………………………. 43

3.1.6 Подставка для солнечных панелей ………………………………………………. 44

3.2 Разработка электрической схемы ……………………………………………………… 44
3.3 Алгоритм работы программы……………………………………………………………. 46

3.5 Сборка устройства ……………………………………………………………………………. 52

4 Тестирование мобильного источника питания на солнечных батареях ……. 54
4.1 Необходимость тестирования мобильного источника ……………………….. 54

4.2 Измерение количества преобразованной энергии ……………………………… 54

5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение … 57
5.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований ресурсоэффективности и ресурсосбережения ………… 57

5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………… 57

5.1.2 Анализ конкурентных технических решений ………………………………. 58

5.2 Технология QuaD ……………………………………………………………………………… 60

5.3 SWOT – анализ…………………………………………………………………………………. 62

5.4 Определение возможных альтернатив научных исследований …………… 65

5.5 Планирование научно – исследовательских работ ……………………………… 67

5.5.1 Структура работ научного исследования …………………………………….. 67

5.5.2 Определение трудоёмкости работ ……………………………………………….. 70

5.5.4 Бюджет научно-технических исследований …………………………………. 75

5.5.5 Расчёт материальных затрат научно-технических исследований ….. 76

5.5.6 Основная заработная плата исполнительной темы ………………………. 78

5.5.7 Дополнительная заработная плата исполнительной темы…………….. 79

5.5.8 Отчисления во внебюджетные фонды …………………………………………. 80

5.5.9 Накладные расходы…………………………………………………………………….. 81

5.5.10 Формирование бюджета затрат НТИ ………………………………………… 81

5.6 Определение ресурсоэффективности проекта……………………………………. 82

6 Социальная ответственность ………………………………………………………………….. 86
Аннотация ………………………………………………………………………………………………… 86

6.1 Производственная безопасность ……………………………………………………….. 86

6.1.1 Микроклимат ……………………………………………………………………………… 87

6.1.2 Шум …………………………………………………………………………………………… 89

6.1.3 Освещенность …………………………………………………………………………….. 89

6.1.4 Электромагнитные излучения …………………………………………………….. 97

6.1.5 Электрический ток ……………………………………………………………………… 98

6.2 Экологическая безопасность …………………………………………………………… 100

6.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………… 103

6.4 Организационные вопросы обеспечения безопасности ……………………. 104

Заключение ……………………………………………………………………………………………….. 106
Список используемых источников ……………………………………………………………… 107
Приложение А …………………………………………………………………………………………… 111
Приложение Б ……………………………………………………………………………………………. 113
Приложение В……………………………………………………………………………………………. 115
Определения, обозначения и сокращения
В данной работе применены следующие термины с соответствующими
определениями.
power-bank: портативный аккумулятор;
bluetooth: производственная спецификация беспроводных персональных
сетей (Wireless personal area network, WPAN);
В данной работе применены следующие сокращения с
соответствующими расшифровками.
КПД – коэффициент полезного действия;
USB – universal Serial Bus или универсальная последовательная шина;
COM – communication port или последовательный порт
GND – ground или заземление;
АБС – акрилонитрилбутадиенстирол, вид 3д пластика;
НТИ – научно-технические исследования;
ЧС – чрезвычайная ситуация.

Основные результаты работы и выводы:
1. Описано влияние различных факторов на эффективность потребления
солнечной энергии.
2. Проведен анализ существующих способов, методов и датчиков определения
положения Солнца, с помощью которого было обосновано использование
солнечного трекера для наиболее эффективного преобразования солнечной
энергии.
3. Приведены способы ориентации солнечного трекера, состав устройства
ориентирования, а также принципы его работы. Обосновано использование
двухосной системы ориентирования.
4. Разработаны чертежи составляющих деталей прототипа.
5. Произведена печать корпусных деталей прототипа на 3Д принтере, а также
произведена сборка устройства.
6. Разработан алгоритм работы устройства слежения, по которому была
написана программа для работы микроконтроллера AtMega 328.
7. Разработана система дистанционного управления устройством с помощью
Android устройства.
8. Обоснована необходимость тестирования прототипа устройства. Проведено
тестирование мобильного источника питания на солнечных батареях.
9. Произведен расчёт стоимости конструирования мобильного источника
питания на солнечных батареях. Также, была произведена оценка
коммерческого потенциала, перспективности и затрат на научное исследование
с позиции ресурсосбережения и ресурсоэффективности.
10. Сделан анализ выявленных вредных и опасных факторов при разработке и
эксплуатации проектируемого решения. Рассмотрены правовые и
организационные вопросы обеспечения безопасности.

1.Международная научно-техническая конференция “Измерение,
контроль, информатизация”. АлтГТУ, 2016. Тема доклада: «Управление
автономной гибридной солнечной энергетической установкой» [Электронный
ресурс] URL: http://mca.altstu.ru.
2.Сервоприводы [Электронный ресурс] URL: http://wiki.amperka.ru.
3.в Arduino UNO SMD | Overview | Summary [Электронный ресурс]
URL: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUnoSMD.
4.Тауц Я. Фото- и термоэлектрические явления в полупроводниках. —
М.: ИЛ, 1962. — С. 141.
5.Сравнениемонокристаллическихиполикристаллических
солнечных батарей [Электронный ресурс] URL: http://www.solnechnye.ru.
6.ГОСТ 12.0.003-74 «Опасные и вредные производственные факторы.
Классификация».
7.СанПиН 2.2.4.548–96. «Гигиенические требования к микроклимату
производственных помещений».
8.СН 2.2.4/2.1.8.562–96. «Шум на рабочих местах, в помещениях
жилых, общественных зданий и на территории застройки».
9.СанПиН2.2.2/2.4.1340-03«Гигиеническиетребованияк
персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы».
10.СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение».
11.СанПиН2.2.1/2.1.1.1278–03.«Гигиеническиетребованияк
естественному, искусственному и совмещённому освещению жилых и
общественных зданий».
12.СанПиН2.2.4/2.1.8.055-96.«Электромагнитныеизлучения
радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ)».
13.ГОСТ Р 12.1.019-2009 ССБТ. «Электробезопасность. Общие
требования и номенклатура видов защиты».
14.ГОСТ 30772-2001 «Ресурсосбережение. Обращение с отходами.
Термины и определения».
15.ГОСТ 12.1.004–91ССБТ. «Пожарная безопасность. Общие
требования».
16.ГОСТ Р 51350-99. «Безопасность электрических контрольно-
измерительных приборов и лабораторного оборудования».
17.ГОСТ 12.1.030-81 «Система стандартов безопасности труда (ССБТ).
Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление».
18.ГОСТ Р 51328-99 «Устройства защитного отключения».
19.ГОСТ 12.2.032-78 «Система стандартов безопасности труда (ССБТ).
Рабочее место при выполнении работ сидя».
20.Solarsoul[Электронныйресурс] – Режимдоступа:
http://solarsoul.net/treker-dlya-fotoelektricheskix-ustanovok
21.Deger[Электронныйресурс] – Режимдоступа:
http://www.degerenergie.de
22.Солар [Электронныйресурс] – Режимдоступа:
http://solarb.ru/solnechnye-batarei-na-povorotnykh-modulyakh
23.Пантелеев В.Л. Физика Земли и планет // Курс лекций–М.: МГУ–
2001.
24.Petrov L. A. Solar Tracking Strategies / BSc (Hons) Dissertation –
University of DUNDEE 2010/2011
25.Шидловский, С.В. Автоматизация технологических процессов и
производств: учебное пособие / С.В. Шидловский. – Томск : Изд-во НТЛ, 2005.
26.Tracking system 1KW-20KW[Электронный ресурс] –Режимдоступа:
http://sograndind.en.alibaba.com/product//tracking_system.html
27.SolarLeading[Электронныйресурс]–
Режимдоступа:http://www.solarleading.com/
28.Solarpaneltracker[Электронный ресурс] –
Режимдоступа:http://www.eco-worthy.com/catalog/solar-panel-tracker-linear-
actuator.html
29.Arduino SolarTracker[Электронныйресурс] – Режимдоступа:
http://www.instructables.com/id/Arduino-Solar-Tracker
30.ЭффектСаньяка[Электронныйресурс] – Режимдоступа:
http://ru.wikipedia.org/Эффект_Саньяка
31.Внутренний фотоэффект [Электронный ресурс] – Режим доступа:
http://www.vevivi.ru/best/Vnutrennii-fotoyeffekt-ref131087.html
32.Капля Е. В. Автоматическая система ориентации солнечной батареи
в условиях переменной освещенности// Известия ВолгГТУ. – Волгоград – 2009.
33.Кузнецов Ф.А.,РезниченкоМ.Ф. Кремнийдлясолнечной
энергетики// Материалы электронной техники. – 2008.
34.Попель О.С., Фрид С.Е. и др. Распределение ресурсов энергии
солнечного излучения по территории России //Энергия: экономика, техника,
экология.-2007
35.Попель О.С., Фрид С.Е., Альварес Г.М. К расчету поступления
солнечной радиации на земную поверхность // Гелиотехника–1986.–No1–С.56.
36.Е.В. Бурнаевская, В.Н. Гришанов, И.Р. Нигматулин. Исследование
световых и вольт-амперных характеристик фоторезисторов// Издательство
СГАУ. – Самара – 2015.
37.Плеханов С.И., НаумовА.В.Оценкавозможностейроста
производства солнечных элементов на основе CdTe, CIGS и GaAs/Ge в период
2010-2025 г. г. [Электронный ресурс] – Режим доступа: AEnergy.ru,
38.Бринкворт Б. Дж. Солнечная энергия для человека, 1976.
39.Стребков Д.С. Российские технологии для солнечной энергетики
// Энергия: экономика, техника, экология, 2012
40.ОршанскийИ.С.Фотоэнергетика:достоинства,недостатки,
направления развития // Энергия: экономика, техника, экология.-2013
41.Санеев Б.Г., И.Ю. Иванова, Т.Ф.ТугузоваЧто нам стоит
возобновляемая энергия // Энергия: экономика, техника, экология.-2012.
42.Доводы в пользу использования энергии Солнца и других
возобновляемых источников энергии // Возобновляемая энергия.-1998
43.Павел Безруких. Нетрадиционная энергетика // Деловой мир. –
1993.
44.ГОСТ Р 51594-2000 Нетрадиционная энергетика. Солнечная
энергетика. Термины и определения: Издательство стандартов, 2000.
45.ГОСТ Р МЭК 60086-4-2009 «Батареи первичные. Часть 4.
Безопасность литиевых батарей».
46.ГН 2.2.5.3532–18. Предельно допустимые концентрации (ПДК)
вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
47.ГОСТ17.1.3.06-82.Охранаприроды.Гидросфера.Общие
требования к охране подземных вод.
48.ГН2.2.5.2308–07.Ориентировочнобезопасныйуровень
воздействия (ОБУВ) вредных веществ в воздухе рабочей зоны
49.ГОСТ Р 22.0.01-2016. Безопасность в ЧС. Основные положения.
50.ГОСТ Р 22.3.03-94. Безопасность в ЧС. Защита населения. Основные
положения.
51.ГОСТ Р 22.0.02-2016 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях».
52.ГОСТ Р 53692-2009 Ресурсосбережение. Обращение с отходами.
Этапы технологического цикла отходов
53.ГОСТ Р 55102-2012 Обращение с отходами.
54.ГОСТ Р 55101-2012 Ресурсосбережение. Обращение с отходами.
Руководствопобезопасномусбору,хранению,транспортированию
гальванических элементов.