dodatečně

DIY sluneční sledovač. Solární sledovací systém

Jak víte, účinnost solárního panelu je maximální, když na něj dopadá přímé sluneční světlo. Ale od slunce se neustále pohybuje podél obzoru, pak účinnost solární panely silně dopadá, když sluneční paprsky dopadají na panel pod úhlem. Pro zvýšení účinnosti solárních panelů se používají systémy pro sledování slunce a automatické otáčení solárního panelu pro přímé sluneční světlo.
Tento článek představuje schéma zařízení pro sledování slunce nebo jiného trackeru (Solar Tracker).

Sledovací obvod je jednoduchý, kompaktní a snadno jej sestavíte sami. K určení polohy slunce slouží dva fotorezistory. Motor se zapíná podle schématu H-můstku, který umožňuje spínací proud až 500 mA při napájecím napětí 6-15V. Ve tmě je zařízení také funkční a přepne motor na nejjasnější zdroj světla.

Schematický diagram zařízení pro sledování slunce

Jak vidíte na obrázku níže, obvod je jednoduše ostudný a obsahuje mikroobvod operačního zesilovače LM1458 (K140UD20), tranzistory BD139 (KT815G, KT961A) a BD140 (KT814G, KT626V), fotorezistory, diody 1N4004 (KD243) , odpory a trimovací odpory.

Diagram ukazuje, že motor M je poháněn různými hodnotami na výstupech operačního zesilovače IC1a a IC1b. Pravdivá tabulka:

* nebo naopak, závisí na připojení motoru

Tranzistory v obvodu pracují ve dvojicích, diagonálně, dojíždějí + Ve nebo -Ve k motoru a způsobují jeho otáčení dopředu nebo dozadu.

Když se motor zastaví, pokračuje v otáčení, protože je točivý moment. Výsledkem je, že motor nějakou dobu generuje energii, což může poškodit tranzistory. K ochraně tranzistorů před zpětným EMF jsou v můstkovém obvodu použity 4 diody.

Vstupní stupeň se skládá ze dvou operačních zesilovačů (IC1) a fotorezistorů LDR a LDR ". Pokud je množství světla dopadajícího na ně stejné, pak jsou odpory fotorezistorů také stejné. Pokud je tedy napájecí napětí 12V, pak na křižovatce fotorezistorů LDR LDR "bude napětí 6V ... Pokud je množství světla dopadajícího na jeden fotorezistor větší než na druhý fotorezistor, napětí se změní.

Omezení (meze) od + V do 0 V jsou nastavena čtyřmi sériově zapojenými odpory a upravena 2 trimovacími odpory. Pokud napětí překročí tyto limity, operační zesilovač spustí motor a bude se neustále otáčet.
20K trimr upravuje citlivost, tj. rozsah mezi limity. 100K trimr nastavuje, nakolik jsou limity symetrické kolem + V / 2 (bod vyvážení).

Nastavení schématu:
1. Zkontrolujte napájecí napětí obvodu
2. Připojte stejnosměrný motor. proud
3. Umístěte fotorezistory vedle sebe tak, aby přijímaly stejné množství světla.
4. Zcela vyšroubujte oba trimry proti směru hodinových ručiček.
5. Připojte obvod k napájení. Roztoč motor
6. Otočte trimrem 100K po směru hodinových ručiček, dokud se nezastaví. Zkontrolujte tuto polohu.
7. Otáčejte trimrem 100K po směru hodinových ručiček, dokud se motor nezačne otáčet v opačném směru. Zkontrolujte tuto polohu.
8. Rozdělte úhel mezi oběma polohami na polovinu a vložte tam zastřihovač (to bude bod vyvážení).
9. Nyní otáčejte trimrem 20K po směru hodinových ručiček, dokud motor necuká.
10. Mírným návratem polohy trimru zpět (proti směru hodinových ručiček) zastavte motor (tento trimr je zodpovědný za citlivost)
11. Zkontrolujte správnou činnost obvodu střídavým blokováním jednoho a druhého fotorezistoru před světlem.

Na začátek asi stojí za to říci, co se v tomto článku rozumí solárním sledovačem. Stručně řečeno, zařízení je pohyblivý stojan pro solární panel, potřebný k tomu, aby v našich mírných zeměpisných šířkách panel shromažďoval dostatek světla a měnil svou polohu se sluncem.

V tomto případě byl prototyp solárního trackeru sestaven na základě Arduina. K otáčení plošiny ve vodorovné a svislé ose se používají servopohony, jejichž úhel natočení závisí na síle světla dopadajícího na fotorezistory. Jako tělo je použit milovaný sovětský návrhář kovů.

Není nadbytečné zmínit, že to vše bylo provedeno jako kurzový projekt, proto jsem se nezabýval akvizicí a upevněním samotného solárního panelu a samotné baterie, protože jejich přítomnost nemá nic společného s prací trackeru. Jako omluvu mohu říci, že schopnosti sovětského návrháře kovů jsou obrovské, takže přišroubování malého solárního panelu k nabíjení telefonu nebude obtížné, pokud taková touha vyvstane.

Co bylo tedy použito v sestavě:

Arduino MEGA 2560 R3
Tower Servo SG90 - 2x
Fotorezistor MLG4416 (90mW; 5-10kOhm / 1,0MOhm) - 4x
Piezoelektrický zvon KPR-G1750
Kovový konstruktér
Výstupní odpor 10 kOhm; 0,25 W; 5% - 4x
Tištěné prkénko, kryt, propojovací kabely

Mega byla použita pouze kvůli své přítomnosti ve skříni v době schválení tématu projektu, pokud vezmete v úvahu nákup všech prvků od nuly, pak v tomto případě Uno samo o sobě stačí, ale bude, samozřejmě vyjít levněji.

Náhle se na seznamu objevil mluvčí, který byl zapotřebí ke zvýšení účinku špičkové technologie. Serva se mohou otáčet pouze o 180 stupňů a vzhledem k tomu, že sledujeme slunce, nepotřebujeme více. Ale při testování práce na projektu, kdy ve dvou minutách demonstrace nemůžete opravdu sledovat slunce, se ukázalo, že by bylo hezké signalizovat, v jakém bodě stojí za to přestat s houpáním baterky, protože servo má dosáhl mrtvé zóny. Za tímto účelem byl přidán výše uvedený hovor.

Začněme tedy sestavovat tracker. Nejprve rozdělíme nadcházející frontu práce na podmíněné čtyři fáze: sestavení stojanu pro solární panely a připojení servopohonů, připojení fotocitlivých prvků k sestavené konstrukci, pájení a psaní kódu pro Arduino.

Obrázek první: design

Podle intenzivní hledání bylo nalezeno několik příkladů konstrukce takových zařízení. Největší pozornosti se dostalo dvěma:

www.youtube.com/watch?v=SvKp3V9NHZY- vítěz v nominaci „Dodávka materiálu“ ztracená ve spolehlivosti a praktičnosti zařízení: design je přímým spojením dvou serv.
www.instructables.com/id/Simple-Dual-Axis-Solar-Tracker-ve skutečnosti zde byla převzata hlavní myšlenka mého návrhu, s výjimkou materiálu a obecného vzhled rotační pouzdro.

Sestava od kovového konstruktéra byla spojena s určitými obtížemi: bylo nutné upravit otvory pro připojení serv pomocí vrtáku a také je bezpečně přilepit na plošiny ve dvou rovinách. Co se stalo, ukazuje následující video.

Obrázek dva: schéma

Hlavním úkolem připevnění fotorezistorů nebylo ani jejich propojení, ale zajištění oddělení světla pro každý ze čtyř prvků. Je jasné, že je nebylo možné nechat bez oddílů, protože od té doby budou hodnoty získané z fotorezistorů přibližně stejné a rotace nebude fungovat. Zde bohužel schopnosti kovového konstruktéra selhaly, a to hlavně kvůli přítomnosti děr ve všech detailech. Nemohl jsem najít vhodnou kovovou část, takže můj solární tracker dostal inovativní kartonovou přepážku. Navzdory poměrně špinavému vzhledu plní svůj účel dokonale.

Fotorezistory jsou bezpečně připevněny k pouzdru, jediná věc, se kterou se vyplatí pracovat, je přesnost jejich umístění na platformě: nyní se nedívají dostatečně kolmo vzhůru, což může frustrovat perfekcionisty a mírně kazit přesnost otáčení.

Trochu obvodů: připojení fotosenzitivních prvků se provádí podle obvodu děliče napětí, pro který byly vyžadovány výstupní odpory uvedené v seznamu prvků. Všechny fotorezistory jsou připájeny ke společnému kolíku připojenému k 5V výstupu Arduina. Pro pohodlí a estetiku jsou nohy fotorezistorů připájeny ke kontaktům dvou třížilových izolovaných vodičů (jeden kontakt zůstal nepoužitý a skrytý). Všechny detaily obvodů lze zobrazit v níže uvedeném diagramu.

Obrázek tři: pájení

Nemá moc smysl zde něco podrobně popisovat, a tak jen přikládám fotografii použitých materiálů a výsledné prkénko.

Obrázek čtyři: s novým kódem!

Obecným algoritmem práce je zpracování dat z fotorezistorů pomocí ADC. Máme 4 prvky, to znamená 4 odečty, průměrné hodnoty najdeme na levé straně ((vlevo nahoře + vlevo dole) / 2), podobně na pravé, horní a spodní straně. Pokud je rozdíl ve velikosti mezi levou a pravá strana více než práh, pak se otočíme na stranu s velkou průměrnou hodnotou. Stejně tak pro horní a dolní část. Speciální vychytávky v kódu: Citlivost odezvy a maximální a minimální úhel můžete ručně nastavit ve dvou rovinách. Seznam pracovního kódu je uveden níže.

Kód

#zahrnout Servo horizontální; int servoh = 90; int servohLimitHigh = 180; int servohLimitLow = 0; Servo vertikální; int servov = 45; int servovLimitHigh = 180; int servovLimitLow = 0; int ldrlt = A2; // LDR vlevo nahoře - BOTTOM LEFT int ldrrt = A3; // LDR top rigt - BOTTOM RIGHT int ldrld = A1; // LDR doleva dole - NAHORU VLEVO int ldrrd = A0; // ldr down rigt - TOP RIGHT int buzz_pin = 10; int buzz_tone = 20; int tol = 50; void setup () (Serial.begin (9600); pinMode (buzz_pin, OUTPUT); horizontal.attach (31); vertical.attach (30); horizontal.write (servoh); vertical.write (servov);) void loop () (int lt = analogRead (ldrlt); // vlevo nahoře int rt = analogRead (ldrrt); // vpravo nahoře int ld = analogRead (ldrld); // dolů vlevo int rd = analogRead (ldrrd); // dolů rigt int avt = (lt + rt) / 2; // průměrná hodnota top int avd = (ld + rd) / 2; // průměrná hodnota dolů int avl = (lt + ld) / 2; // průměrná hodnota vlevo int avr = (rt + rd) / 2; // průměrná hodnota vpravo int dvert = abs (avt - avd); // kontrola rozdílu nahoru a dolů int dhoriz = abs (avl - avr); // kontrola rozdílu vlevo a vpravo Serial.print ("avt:"); Serial.print (avt); Serial.print (""); Serial.print ("avd:"); Serial.print (avd); Serial.print (" "); Serial.print (" avl: "); Serial.print (avl); Serial.print (" "); Serial.print (" avr: "); Serial.println (avr); Serial.print (" h: "); Serial.print (servoh); Serial.print (" "); Serial.print (" v: "); Serial.print (servov); Serial.print (""); if (dhoriz> tol) (if (avl> avr) (if (servoh-1> = servohLimitLow) servoh--; else pípnutí (150);) else if (avl< avr) { if (servoh + 1 <= servohLimitHigh) servoh++; else beep(150); } horizontal.write(servoh); } if (dvert >tol) (if (avt> avd) (if (servov + 1<= servovLimitHigh) servov++; else beep(100); } else if (avt < avd) { if (servov - 1 >= servovLimitLow) servov--; jinak pípnutí (100); ) vertical.write (servov); )) neplatné pípnutí (nepodepsaná zpoždění znaků) (analogWrite (buzz_pin, buzz_tone); delay (delayms); analogWrite (buzz_pin, 0); delay (delayms);)

Výsledek práce

Závěr - co bych teď na projektu změnil

Vylepšení operačního algoritmu: závislost stupně otáčení na rozdílu hodnot získaných z fotorezistorů, tj. Otáčení o několik stupňů najednou.
Ideální kolmé uchycení fotorezistorů na plošinu.
Bluetooth bez kabelů - to je samozřejmě dobrý nápad, ale bude to vyžadovat významná konstrukční vylepšení a nákup druhé arduiny.
Použití serva s kovovými převody (spolehlivost a jistější zatáčky neuškodí, zvláště pokud ke konstrukci přidáte solární panel a použijete ho k určenému účelu).

Jak víte, účinnost solárního panelu je maximální, když na něj dopadá přímé sluneční světlo. Ale od Protože se slunce neustále pohybuje podél obzoru, účinnost solárních panelů dramaticky klesá, když sluneční paprsky dopadají na panel pod úhlem. Pro zvýšení účinnosti solárních panelů se používají systémy pro sledování slunce a automatické otáčení solárního panelu pro přímé sluneční světlo.
Tento článek představuje diagram zařízení pro sledování slunce nebo jiný tracker (Solar Tracker).

Schematický diagram zařízení pro sledování slunce

Diagram ukazuje, že motor M je poháněn různými hodnotami na výstupech operačního zesilovače IC1a a IC1b. Pravdivá tabulka:

* nebo naopak, závisí na připojení motoru

Tranzistory v obvodu pracují ve dvojicích, diagonálně, dojíždějí + Ve nebo -Ve k motoru a způsobují jeho otáčení dopředu nebo dozadu.

Omezení (meze) od + V do 0 V jsou nastavena čtyřmi sériově zapojenými odpory a upravena 2 trimovacími odpory. Pokud napětí překročí tyto limity, operační zesilovač spustí motor a bude se neustále otáčet.
20K trimr upravuje citlivost, tj. rozsah mezi limity. 100K trimr upravuje, nakolik jsou limity symetrické kolem + V / 2 (bod vyvážení).

Nastavení schématu:
1. Zkontrolujte napájecí napětí obvodu
2. Připojte stejnosměrný motor. proud
3. Umístěte fotorezistory vedle sebe tak, aby přijímaly stejné množství světla.
4. Zcela vyšroubujte oba trimry proti směru hodinových ručiček.
5. Připojte obvod k napájení. Roztoč motor
6. Otočte trimrem 100K po směru hodinových ručiček, dokud se nezastaví. Zkontrolujte tuto polohu.
7. Otáčejte trimrem 100K po směru hodinových ručiček, dokud se motor nezačne otáčet v opačném směru. Zkontrolujte tuto polohu.
8. Rozdělte úhel mezi oběma polohami na polovinu a vložte tam zastřihovač (to bude bod vyvážení).
9. Nyní otáčejte trimrem 20K ve směru hodinových ručiček, dokud motor necuká.
10. Mírným návratem polohy trimru zpět (proti směru hodinových ručiček) zastavte motor (tento trimr je zodpovědný za citlivost)
11. Zkontrolujte správnou činnost obvodu střídavým blokováním jednoho a druhého fotorezistoru před světlem.

Seznam radioelementů

Typ	Označení	Množství	Poznámka	Můj zápisník
Operační zesilovač	LM1458	1	Analog: K140UD20	Do poznámkového bloku
Bipolární tranzistor	BD139	2	Analogy: KT815G, KT961A	Do poznámkového bloku
Bipolární tranzistor	BD140	2	Analogy: KT814G, KT626V	Do poznámkového bloku
Usměrňovací dioda	1N4004	4	Analog: KD243G	Do poznámkového bloku
Odpor	15 kΩ	1		Do poznámkového bloku
Odpor	47 k Ohm	1		Do poznámkového bloku
Rezistor trimru	100 kΩ	1

Od počátku používání solárních panelů k výrobě elektřiny v průmyslovém měřítku začali inženýři a designéři hledat způsoby, jak zlepšit účinnost takových elektráren. Celková disperze slunečního světla, která je dána změnou směru dopadu slunečních paprsků na fotobuňky, neumožňovala efektivní využití solárních panelů po celý den. Cesta z této situace byla nalezena dostatečně rychle - solární panely začaly být instalovány na pohyblivém podstavci připojeném k solárnímu sledovacímu systému.

Jak víte, k získání maximálního výkonu ze solárních panelů je nutné, aby sluneční paprsky dopadaly kolmo na rovinu baterií. Při tomto směru paprsků může účinnost solárních článků dosáhnout 50-55%. U trvale nainstalovaných baterií lze tento údaj snížit na 10–15% v důsledku změny úhlu dopadu slunečního světla.

Zařízení pro sledování slunce se skládá ze dvou hlavních částí:
1. Schéma řízení, které určuje polohu Slunce. Nejjednodušší schéma níže je uvedeno sledovací zařízení pro slunce nebo jiný sledovač (Solar Tracker). K určení polohy Slunce slouží dva fotorezistory. Schéma zahrnuje:
- mikroobvod operačního zesilovače LM1458 (K140UD20);
- tranzistory BD139 (KT815G, KT961A) a BD140 (KT814G, KT626V);
- fotorezistory;
- diody 1N4004 (KD243G);
- odpory a trimovací odpory.

2. Mechanismy otáčení a naklápění baterií v závislosti na směru slunečních paprsků. Mechanismus naklápění umožňuje použití takových sledovacích systémů v jakékoli zeměpisné šířce: při instalaci solárních panelů v oblasti, která odpovídá 320 severní šířce, by osa zařízení měla být otočena o 320 vzhledem k horizontu. Pohony všech mechanismů sledovacího systému jsou založeny na elektromotorech, které jsou ovlivněny řídicím systémem. Elektromotory a řídicí systémy jsou napájeny samotnými solárními panely, proto jsou takové instalace autonomní.

Jak vidíte, schéma a struktura solárního trackeru jsou celkem jednoduché. V průmyslovém měřítku se přirozeně používají složitější systémy, ale podobné schéma lze sestavit nezávisle pro domácí instalaci na výrobu elektřiny na bázi solárních panelů.

Síť neobsahuje malý počet hotových schémat a řešení pro solární sledovací systémy. Pokud je tedy potřeba vylepšit konstrukci solárních panelů a zvýšit jejich výkon, vždy existuje možnost udělat to sami.

Na světě je mnoho věcí, které usnadňují život. Systém sledování slunce (nebo tracker, Solar Tracker)- jeden z nich. Hlavní nevýhoda baterie poháněné sluneční energií - jejich účinnost se znatelně snižuje, pokud sluneční paprsky nepadají na panel v pravém úhlu. Použití trackeru pomůže tento problém vyřešit. Díky tomuto jednoduchému zařízení bude vždy natočeno ke slunečním paprskům v optimálním úhlu.

Zvažte diagram zařízení pro sledování slunce. Je to jednoduché, obsahuje minimum prvků, které mohou, ale potěší začínající radioamatéry. Každý si ji může sestavit vlastníma rukama.

Polohu slunce monitorují dva fotorezistory. Tracker může pracovat i ve tmě-motor připojený podle schématu H-můstku a navržený pro napětí 6-15 V, proud až 0,5 A, přemění zařízení na světelný zdroj.

Celkový pohled na systém sledování slunce:

Popis schematického diagramu systému sledování slunce:

Schematický diagram zařízení pro sledování slunce obsahuje následující prvky: fotorezistory, 4 diody 1N4004 (KD243G), odpory, trimry, tranzistory BD140 (KT814G, KT626V) a BD139 (KT815G, KT961A), operační zesilovač LUD1420 (K140).

Z diagramu vidíme, že motor M se zapne, když rozdíl hodnot na výstupech operačního zesilovače IC1a a IC1b.

Pravdivá tabulka:

* nebo naopak, závisí na zařazení motoru.

Motor je poháněn tranzistory spárovanými diagonálně a vysílajícími do motoru signál + Ve nebo –Ve. Když se motor zastaví, nezastaví se okamžitě. Brání tomu točivý moment, který také přispívá k generování výkonu. Aby se zabránilo zpětnému rušení způsobujícímu poruchu tranzistorů, je v obvodu zapojen diodový můstek.

Vstupní stupeň je postaven na fotorezistorech LDR a LDR 'a dvojici operačních zesilovačů (IC1). Pokud oba fotorezistory přijmou stejný tok slunečního světla, odpor fotorezistorů má také stejnou hodnotu. V tomto případě je napětí na vstupu 12 V, na křižovatce fotorezistorů - 6V. Pokud světelný tok přijímaný fotorezistory není stejný, bude jejich odpor jiný, proto se změní také napětí.

Obvod obsahuje omezení (limity) od + V do 0 V, implementované pomocí 4 odporů (zapojených do série), upravených dvojicí trimovacích rezistorů:

100K upravuje symetrii limitů vzhledem k bodu rovnováhy + V / 2;
20K upravuje rozsah mezi limity (citlivost).

Nastavení schématu zařízení, které sleduje slunce:

Změřte napětí napájecího zdroje
Připojte DPT.
Umístěte fotorezistory vedle sebe (světelný tok na obou by měl být stejný).
Odšroubujte odpory trimru proti směru hodinových ručiček (úplně).
Připojte obvod k napětí. Pokud je obvod sestaven správně, motor začne pracovat.
Otáčejte upraveným 100K odporem ve směru hodinových ručiček, dokud se nezastaví. Zkontrolujte tuto polohu.
Pokračujte v otáčení na 100 K, dokud není motor zpátečky. Zkontrolujte tuto polohu.
Nastavte trimr (100K) do střední polohy (mezi dvěma dříve označenými pozicemi). Toto bude bod rovnováhy.
Otáčejte trimrem 20K (citlivost) ve směru hodinových ručiček, dokud motor necuká.
Posuňte pozici 20K trochu zpět. Motor by se měl zastavit.
Chraňte fotorezistory jednou rukou, abyste zkontrolovali správnou činnost obvodu.