Master's Thesis

Solar Concentrator System with Automatic Tracking System

Final Thesis 8.3 MB Appendix 7.7 MB

Author of thesis: Ing. Martin Žák

Acad. year: 2016/2017

Supervisor: doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D.

Reviewer: Ing. Stanislav Sumec, Ph.D.

Abstract:

This master’s thesis is focused on current possibilities of solar energy utilization – especially on concentrating solar power systems – and their optimization using solar tracking systems to maximize energy gain. The thesis also deals with solar position algorithm and offers an Arduino based automatic dual axis solar tracker design which provides various solar devices the ability to pivot using stepper motors, DC motors or servos. The motion might be driven by calculated solar position or by actual illuminance.

Keywords:

solar tracking; solar tracker; sun tracker; solar concentrator; solar position calculation; Arduino; photovoltaic power station

Date of defence

07.06.2017

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student představil komisi svojí diplomovou práci s názvem Solární koncentrátorový systém s automatickým natáčením. Student předvedl praktickou ukázku navrženého a zkonstruovaného prototypu zařízení. Vedoucí práce doc. Petr Baxant přečetl posudky vedoucího a oponenta diplomové práce. Student odpověděl na dotaz oponenta. Ing. Jiří Ptáček položil dotaz, jakým způsobem se tracker vrátí ráno do výchozí polohy. Student problematiku důkladně popsal. Další otázka se týkala plynulostí pohybu servomotorů. Student opět dotaz pohotově zodpověděl. Doc. Baxant požádal o objasnění způsobu nastavení výchozí polohy trackeru. Student podrobně popsal použitý způsob nastavení. Další otázka se týkala návratnosti investice na toto zařízení. Otázka byla studentem zodpovězena.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Electrical, Electronic, Communication and Control Technology (EEKR-M)

Field of study

Power Electrical Engineering (M-EEN)

Composition of Committee

prof. Ing. Petr Toman, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Mastný, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D. (člen)
Ing. Branislav Bátora, Ph.D. (člen)
Ing. David Mezera, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Ptáček, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D.

Práce studenta Martina Žáka je zaměřena na oblast využívání solární energie přímého slunečního záření s cílem vytvořit polohovací systém sledující slunce během dne a roku ve spojení s koncentrátorovými solárními kolektory popř. fotovoltaickými panely. Student se práce zhostil velice aktivně a během celého semestru vytrvale plnil jednotlivé body zadání. V rámci prezentací vždy přinášel nové výsledky a pokrok v řešení byl vždy jednoznačně identifikovatelný. Student byl vždy připraven a reagoval na dotazy věcně a správně. Oceňuji zejména velké množství praktické práce, různých testů a pokusů o mechanické konstrukce. Přestože se některé části nepodařilo vyrobit tak, aby mohly být nasazeny k rutinnímu používání, považuji dosažené výsledky za plnohodnotné a splňující požadavky zadání a diplomové práce jako takové.
Velmi si cením vytvoření funkčního vzorku a modelu trackeru na bázi moderní otevřené platformy Arduino a jeho přímé otestování na reálném polohovacím zařízení. Implementace různých režimů činnosti trackeru nabízí další experimentování. Velice dobře komentovaný algoritmus a celé zapojení trackeru bude dobrým návodem pro další zájemce o tuto problematiku a konstrukce.
K práci nemám vážné formální připomínky, snad kromě formátu citací v popiskách obrázků, které jsou mimo popisek a jinak než se běžně aplikuje v literatuře. Ostatní připomínky student reflektoval během vypracování a návrhy zapracoval kompletně. Doporučuji práci k obhajobě u státní zkoušky. Points proposed by supervisor: 98
Display more

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Stanislav Sumec, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá návrhem a realizací zařízení pro sledování pohybu slunce za účelem zvýšení účinnosti solární elektrárny. V úvodních kapitolách se autor věnuje popisu metod pro přeměnu sluneční energie na energii tepelnou a elektrickou. Dále jsou uvedeny různé metody sledovaní pohybu slunce umožňující lepší využití slunečního svitu. Je představen existující algoritmus pro výpočet polohy slunce pro dané místo a čas. Následující kapitoly se věnují vlastnímu návrhu a realizaci celého zařízení. Autor v rámci práce vytvořil funkční prototyp včetně SW výbavy a další dva zmenšené demonstrační modely.
Z práce je patrné, že autor věnoval řešení zadání velké množství času. Dokázal zkonstruovat zařízení po mechanické stránce, navrhnout a realizovat elektronické ovládání a také implementovat řídící program. Výsledkem je kompletní produkt, který by bylo možné v praxi použít, což bylo také demonstrováno na uskutečněném experimentu. Nechybí ani ekonomická rozvaha navrženého řešení a srovnání s dostupnými komerčními produkty.
Samotný text je přehledný a čtivý. Není však zcela bez problému, například v kapitole 2 věnující se výpočtu polohy slunce by bylo vhodné podrobněji okomentovat jednotlivé vztahy. Po formální stránce lze ještě vytknout nevhodný formát citací u obrázků a tabulek.
Celkově je práce zpracována výborně a výsledný produkt lze považovat za zdařilé inženýrské dílo. Práci doporučuji k obhajobě. Topics for thesis defence:
  1. V kapitole 4.3 je uvedeno, že zařízení bylo testováno na skutečné elektrárně. Test trackeru trval opravdu pouze hodinu? Byly uskutečněny další testy zařízení pro ověření funkce během celého dne?
Points proposed by reviewer: 99
Display more

Grade proposed by reviewer: A