Καινοτόμος σχεδιασμός, ανάλυση και έλεγχος ακρίβειας ηλιακών συστημάτων παρακολούθησης με χρήση μαλακών ρομποτικών ενεργοποιητών.
Φόρτωση...
Ημερομηνία
2024-10-14
Συγγραφείς
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
ΕΛΜΕΠΑ, Σχολή Μηχανικών (ΣΜΗΧ), Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών
Περίληψη
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο καινοτόμος σχεδιασμός, ανάλυση και έλεγχος ακρίβειας ηλιακών συστημάτων παρακολούθησης με χρήση μαλακών ρομποτικών ενεργοποιητών. Είναι μια διάταξη που χρησιμοποιείται για την ανίχνευση της θέσης του ήλιου στον ορίζοντα που χρησιμοποιείται σε συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ηλιακών συλλεκτών (γνωστά διεθνώς με τον όρο solar tracker). Όταν αυτή η συσκευή εφαρμόζεται σε ένα σύστημα ηλιακής ενέργειας, η αποτελεσματικότητά της αυξάνεται σημαντικά. Η αυξανόμενη ζήτηση για ανανεώσιμες πηγές ενέργειας καθιστά αναγκαία την ανάπτυξη πιο αποδοτικών συστημάτων ανάπτυξης ηλιακής ενέργειας. Ένα ηλιακό σύστημα παρακολούθησης που ακολουθεί την πορεία του ήλιου για βέλτιστη απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι ένα σημαντικό μέτρο για τη βελτίωση της απόδοσης των φωτοβολταϊκών συστημάτων.
Η καινοτομία αυτής της μελέτης έγκειται στη χρήση μαλακών ενεργοποιητών (“soft robotics”), οι οποίοι παρέχουν μεγαλύτερη ευελιξία και προσαρμοστικότητα από τους παραδοσιακούς άκαμπτους μηχανισμούς. Οι μαλακοί ενεργοποιητές (“soft robotics”), μπορούν να προσαρμοστούν στις μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες και να παρέχουν ακριβέστερο έλεγχο των ηλιακών συλλεκτών.
Η μελέτη περιλαμβάνει, τον στον σχεδιασμό του μαλακού ενεργοποιητή με τον καθορισμό του υλικού που θα χρησιμοποιηθεί, την μορφή και το σχήμα που θα επιτρέπουν την αντοχή του κατά την αποτελεσματική λειτουργία του σε εξωτερικές συνθήκες. Επιπρόσθετα, θα πραγματοποιηθούν προσομοιώσεις και πειραματικές δοκιμές που θα αξιολογηθεί η απόδοση του επενεργητή. Θα αναπτυχθούν αλγόριθμοι και στρατηγικές ελέγχου για την αποτελεσματική και ακριβή ιχνηλάτιση του ήλιου, έχοντας λάβει υπόψιν τις ικανότητες του επενεργητή. Τέλος, θα γίνει ενσωμάτωση του συστήματος σε πραγματικές συνθήκες ώστε να πραγματοποιηθεί σύγκριση και αξιολόγηση του συστήματος με τα παραδοσιακά συστήματα παρακολούθησης. Η κατασκευή και η συναρμολόγηση πραγματοποιείται στα μηχανήματα του Εργαστήριο Συστημάτων Ελέγχου και Ρομποτικής (C.S.R.L.) του ΕΛ.ΜΕ.ΠΑ..
Η ανεμοφόρτιση είναι κρίσιμη στον σχεδιασμό ενός ηλιακού ιχνηλάτη, καθώς οι δυνάμεις και οι ροπές από τον άνεμο μπορεί να προκαλέσουν σημαντικές καταπονήσεις στα φωτοβολταϊκά πάνελ και τη δομή. Ο σχεδιασμός πρέπει να διασφαλίζει αντοχή στην κάμψη και τη στρέψη, καθώς και να βελτιστοποιεί την αεροδυναμική. Η βροχόπτωση και η υγρασία απαιτούν στεγανά υλικά και αντιδιαβρωτικά επιχρίσματα για προστασία. Το χιόνι και ο πάγος αυξάνουν το βάρος και επηρεάζουν την κίνηση, καθιστώντας απαραίτητα τα συστήματα αποστράγγισης και αποφυγής πάγου. Ωστόσο, στην παρούσα διπλωματική εργασία, αυτές οι επιδράσεις δεν θα ληφθούν υπόψη λόγω της εργαστηριακής φύσης του πειραματικού συστήματος.
Τα αποτελέσματα της μελέτης αναμένεται να δείξουν ότι η χρήση μαλακών ενεργοποιητών ρομπότ μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αποδοτικότητα και την αξιοπιστία των ηλιακών συστημάτων παρακολούθησης και να προσφέρει μια πιο βιώσιμη και αποτελεσματική λύση για την αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας.
The aim of this thesis is the innovative design, analysis, and precise control of the solar tracking system using soft robot motion. The solar collector used to detect the position of the sun on the horizon is used in power generation systems (known internationally as solar tracking devices), if there is a solar energy system on this device, its efficiency is very important. With the increasing demand for renewable energy, there is a need to develop more efficient solar energy systems. A solar tracking system that follows the path of the sun for optimal absorption of solar radiation is an important measure to improve the performance of photovoltaic systems. The innovation in this research lies in the use of soft actuators ("soft robotics"), which provide greater flexibility and adaptability than traditional rigid mechanisms. Soft robotics can adapt to changing environmental conditions and achieve more precise control of solar panels. The study includes the design of soft actuators by defining the materials used, shapes, and forms that maintain strength during effective operation in external conditions. In addition, simulation and experimental tests are carried out to evaluate the performance of the actuator. Algorithms and control strategies will be developed for efficient and accurate solar tracking considering the capabilities of the actuator. Finally, the system will be integrated into the actual conditions to compare and evaluate the system with the traditional monitoring system. The construction and assembly are created on the machines of the Laboratory of Control Systems and Robotics (C.S.R.L.) of H.M.U.. Wind loading is crucial in the design of a solar tracker, as forces and moments from the wind can cause significant stresses on the photovoltaic panels and the frame. The design must ensure resistance to bending and torsion caused by wind and optimize the system's aerodynamics. Rainfall and humidity can affect the tracker’s operation, making it necessary to use waterproof materials and apply anti-corrosion coatings for protection. Snow and ice increase weight and affect movement, necessitating drainage systems and ice formation prevention, as well as ensuring the structure's resistance to snow load. However, in this thesis, these effects will not be considered due to the construction of an experimental system in a laboratory setting. The results of this study generally show that the use of soft energy can significantly improve the efficiency and reliability of solar tracking systems and provide a more sustainable and efficient solution for harnessing solar energy.
The aim of this thesis is the innovative design, analysis, and precise control of the solar tracking system using soft robot motion. The solar collector used to detect the position of the sun on the horizon is used in power generation systems (known internationally as solar tracking devices), if there is a solar energy system on this device, its efficiency is very important. With the increasing demand for renewable energy, there is a need to develop more efficient solar energy systems. A solar tracking system that follows the path of the sun for optimal absorption of solar radiation is an important measure to improve the performance of photovoltaic systems. The innovation in this research lies in the use of soft actuators ("soft robotics"), which provide greater flexibility and adaptability than traditional rigid mechanisms. Soft robotics can adapt to changing environmental conditions and achieve more precise control of solar panels. The study includes the design of soft actuators by defining the materials used, shapes, and forms that maintain strength during effective operation in external conditions. In addition, simulation and experimental tests are carried out to evaluate the performance of the actuator. Algorithms and control strategies will be developed for efficient and accurate solar tracking considering the capabilities of the actuator. Finally, the system will be integrated into the actual conditions to compare and evaluate the system with the traditional monitoring system. The construction and assembly are created on the machines of the Laboratory of Control Systems and Robotics (C.S.R.L.) of H.M.U.. Wind loading is crucial in the design of a solar tracker, as forces and moments from the wind can cause significant stresses on the photovoltaic panels and the frame. The design must ensure resistance to bending and torsion caused by wind and optimize the system's aerodynamics. Rainfall and humidity can affect the tracker’s operation, making it necessary to use waterproof materials and apply anti-corrosion coatings for protection. Snow and ice increase weight and affect movement, necessitating drainage systems and ice formation prevention, as well as ensuring the structure's resistance to snow load. However, in this thesis, these effects will not be considered due to the construction of an experimental system in a laboratory setting. The results of this study generally show that the use of soft energy can significantly improve the efficiency and reliability of solar tracking systems and provide a more sustainable and efficient solution for harnessing solar energy.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Συστήματα ηλιακής παρακολούθησης, Ηλιακά πάνελ, Μαλακή ρομποτική, Επενεργητές, Solar tracking systems, Solar panels, Soft robotics, Actuators