Budowanie automatycznego śledzenia energii słonecznej za pomocą Arduino UNO: 8 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Energia słoneczna staje się coraz bardziej rozpowszechniona na całym świecie. Obecnie bada się wiele metod, aby panele słoneczne wytwarzały więcej energii, zmniejszając naszą zależność od paliw kopalnych i węgla. Jednym ze sposobów, aby to zrobić, jest przesuwanie paneli, zawsze skierowanych w stronę słońca na niebie. Pozwala to na optymalne gromadzenie energii, dzięki czemu panele słoneczne są bardziej wydajne.

Ten instruktaż przyjrzy się, jak działają trackery słoneczne, i zaimplementuje taką metodę w prototypie trackera słonecznego za pomocą Arduino UNO.

Krok 1: Jak działają lokalizatory słoneczne

Istnieją 3 główne metody sterowania trackerem słonecznym. Pierwszy to pasywny system sterowania, a pozostałe dwa to aktywne systemy sterowania. Pasywnie sterowany tracker słoneczny nie zawiera czujników ani elementów wykonawczych, ale zmienia swoją pozycję w oparciu o ciepło słoneczne. Wykorzystując gaz o niskiej temperaturze wrzenia w pojemniku zamontowanym na zawiasach pośrodku, podobnie jak w huśtawce, panel słoneczny może zmieniać swoje położenie w zależności od kierunku ciepła słonecznego.

Aktywne systemy są nieco inne. Oba wymagają systemu przetwarzania, a także siłowników do przesuwania paneli. Jednym ze sposobów aktywnego kontrolowania paneli słonecznych jest przesyłanie do paneli pozycji Słońca. Następnie panele ustawiają się w tej pozycji na niebie. Inną metodą jest użycie czujników do wykrywania pozycji słońca. Dzięki zastosowaniu rezystorów zależnych od światła (LDR) możliwe jest wykrycie różnych poziomów światła. Czujniki te są następnie wykorzystywane do określenia położenia słońca na niebie, umożliwiając panelowi odpowiednią orientację.

W tej instrukcji użyjemy aktywnego systemu sterowania opartego na czujnikach.

Krok 2: Schemat systemu/Przegląd komponentów

Jak działa ten system, pokazano na powyższych zdjęciach. Po każdej stronie dzielnika znajduje się 1 opornik zależny od światła. Ta przegroda rzuca cień na czujnik po jednej stronie panelu, tworząc drastyczną różnicę między odczytami dwóch czujników. Spowoduje to, że system przesunie się w kierunku jaśniejszej strony, aby wyrównać odczyty czujnika, optymalizując położenie panelu słonecznego. W przypadku 2-osiowego trackera słonecznego można zastosować tę samą zasadę, z 3 czujnikami zamiast dwóch (1 po lewej, 1 po prawej, 1 na dole). Czujniki lewy i prawy można uśredniać, a odczyt ten można porównać z czujnikiem dolnym, aby określić, o ile panel musi się przesunąć w górę lub w dół.

Przegląd głównych komponentów

Arduino UNO: To jest mikrokontroler do tego projektu. Odczytuje dane z czujników i określa, o ile i w jakim kierunku mają się obracać serwa.

Servo: To są siłowniki użyte w tym projekcie. Są łatwe do kontrolowania i bardzo precyzyjne, dzięki czemu idealnie nadają się do tego projektu.

Rezystory zależne od światła (LDR): Są to rezystory zmienne, które wykrywają poziomy światła. Służą one do określenia pozycji słońca na niebie.

Krok 3: Materiały/Wyposażenie

Materiały użyte do budowy tego projektu to:

1. Arduino UNO
2. 2 serwa
3. 3 rezystory zależne od światła (LDR)
4. 3 rezystory 10k Ohm
5. patyczki od lodów
6. Karton

Narzędzia użyte do budowy tego projektu to:

1. Lutownica
2. Taśma
3. Nożyce
4. Nóż uniwersalny
5. Pistolet na gorący klej

Krok 4: Schemat obwodu

Powyżej znajduje się schemat służący do połączenia trackera słonecznego.

Połączenia pinowe:

Lewy fotorezystor

Pin 1 – 3,3 V

Pin 2 - A0, GND (rezystor 10 kΩ między pinem 2 a GND)

Prawy fotorezystor

Pin 1 – 3,3 V

Pin 2 - A1, GND (rezystor 10 kΩ między pinem 2 a GND)

Fotorezystor dolny

Pin 1 – 3,3 V

Pin 2 - A2, GND (rezystor 10 kΩ między pinem 2 a GND)

Serwo LR

Sygnał - 2

Uziemienie - GND

VCC - zestaw akumulatorów 6 V

Serwo TB

Sygnał - 3

Uziemienie - GND

VCC - zestaw akumulatorów 6 V

Zasilanie Arduino

VIN - akumulator 6 V

GND - zestaw akumulatorów 6 V GND

Krok 5: Montaż

Po zlutowaniu obwodu na płytce perforowanej (zamiast tego możesz użyć płytki stykowej), nadszedł czas na złożenie urządzenia. Użyłem tektury i bloku styropianowego do stworzenia podstawy i uchwytu panelu dla trackera, a także przegrody dla czujników za pomocą patyczków do lodów. Ten krok należy do Ciebie. Spróbuj poeksperymentować z różnymi długościami, wysokościami i kształtami ścianek działowych, a także z rozmieszczeniem czujników, aby zobaczyć, jak wpływa to na zdolność śledzenia urządzenia.

Krok 6: Oprogramowanie

Po zakończeniu montażu nadszedł czas na stworzenie oprogramowania dla urządzenia. Szkic Arduino znajduje się poniżej.

Krok 7: Schemat blokowy oprogramowania

Oto schemat blokowy działania urządzenia.

Krok 8: Wniosek

Jeśli włączysz urządzenie i oświetlisz panel jasnym światłem, tracker ustawi się bezpośrednio w kierunku światła. Poniżej załączam film testowy projektu. Mam nadzieję, że podobał Ci się ten projekt! Zapraszam do zadawania pytań w sekcji komentarzy, a postaram się na nie odpowiedzieć. Dziękuję!