На протяжении долгого времени для управления фотоэлектрическими батареями используются MPPT-контроллеры, следящие за точкой максимальной мощности, например [1], [2]. Так, например, и в настоящее время разработчики пишут: «...максимальная мощность снимается только тогда, когда угол падения солнечных лучей к батарее близок к 90 градусам. Главная задача системы – отследить движение солнца и в течение дня обеспечивать именно такое расположение батарей» [3].
Однако, по мнению автора, использование контроллеров не является необходимым, есть более простые и надёжные способы обеспечения максимальной мощности. В процессе применения солнечных батарей на поверхности Земли отсутствует необходимость следить за точкой максимальной мощности. Фотоэлектрическая батарея на поверхности расположена в конкретной местности с заданной географической широтой и долготой. Для каждой точки на поверхности Земли можно заранее рассчитать азимут и высоту Солнца над горизонтом на любой момент времени в будущем, таким образом, отпадает необходимость в использовании контроллеров. За счёт отсутствия лишних движений, которые совершались бы при поиске максимальной мощности, можно экономить значительное количество энергии.
Существует по меньшей мере два метода решения этой задачи:
1) Использование уже существующих программ, вычисляющих координаты Солнца (высоту над горизонтом и азимут), например, «All Stars» и управление фотоэлектрическими батареями с помощью данных, выдаваемых этими программами.
2) Непосредственное вычисление с помощью формул. Будем считать, что задана правоориентированная система координат и ось Ох направлена на юг, а ось Oy на восток. Пусть T – период вращения Земли вокруг своей оси. Наиболее просто координаты нормированного вектора, соответствующего направлению на Солнце, задаются в этой системе координат для точки на северном полюсе при нулевом склонении Солнца, а именно по следующему закону:
Если склонение Солнца составляет угол , то координаты нормированного вектора, направленного на Солнце:
Если точка расположена на широте j, то небесная сфера поворачивается на угол (90°–j) в плоскости Oxz. Применим к исходному вектору линейный оператор поворота в плоскости Oxz, учитывая, что cos(90°–j) = sin (j) и получим координаты нормированного вектора, направленного на Солнце:
.
При этом в нулевой момент времени Солнце находится на юге. Cклонение g может быть задано в виде <<pri6.wmf>>, если за начало отсчёта принять момент весеннего равноденствия. Здесь S – период обращения Земли вокруг Солнца, то есть год, b – угол наклона экватора планеты по отношению к плоскости эклиптики.
Таким образом, известны координаты нормированного вектора, направленного на Солнце. Отсюда легко находятся такие параметры, как высота Солнца над горизонтом и азимут.
Даже в весьма грубом первом приближении, без учёта эксцентриситета орбиты Земли, отклонение от вычисленного положения Солнца не превысит 10 градусов. Учитывая, что cos(10°) = 0,9848, можно утверждать, что потери энергии не превысят 2 %, что сопоставимо с потерями из-за совершаемых лишних движений, служащих в настоящее время для поиска положения максимальной мощности. Если же использовать данные о склонении Солнца на каждую дату из астрономических баз данных, то есть учитывать эксцентриситет орбиты Земли, точность наведения на Солнце без использования контроллера приблизится к 100 %.
Автором разработана компьютерная программа, которая вычисляет направление на Солнце для любого момента времени для точки, расположенной на заданной широте. Программа может быть интегрирована с системой управления положением фотоэлектрическими батареями, повысить эффективность использования фотоэлектрических батарей. При этом не требуется контроллер, совершающий поиск режима максимальной мощности.