Как да си изградим преносим соларен тракер?

За разлика от изкопаемите горива и ядрената енергия, слънчевата енергия е безопасна и чиста. Освен това, тя помага за предотвратяване на унищожаването на местообитанията, като същевременно се бори с изменението на климата. Значението на слънчевата енергия не е просто в нейната евтиност и надеждност, а във факта, че тя помага за опазването на човешкия дом. С вече сензибилизираните индустрии, остава да видим дали светът ще направи трайна промяна към възобновяема енергия. В този проект ще ви покажем как използвахме нашите PA-14 Мини Линеар Задвижващ механизъм да следва слънцето по една ос на движение. Това увеличава добива на енергия от слънчевия панел с до 25% повече в сравнение с фиксиран слънчев панел. Приложихме и видеоклип с инструкции по-долу за допълнително обяснение.

Какво е соларен тракер?

Соларният тракер е устройство, използвано за накланяне на слънчевите панели по посока на слънчевата светлина. Следователно, слънчевите тракери следват слънцето през целия ден и гарантират, че слънчевите панели улавят или събират колкото е възможно повече енергия. Единствената им цел е просто да увеличат максимално производителността. Добрата новина е, че можете да си направите собствен слънчев тракер у дома. С правилните инструменти, най-важното, слънчевите панели и... линейни задвижващи механизми, можете да създадете свой собствен соларен тракер и да се уверите, че вашите слънчеви панели улавят максималното количество слънчева светлина.

Предимства от използването на линейни актуатори в система за проследяване на слънчевата енергия

Когато изграждате вашата система за проследяване на слънчева енергия, наистина е препоръчително и полезно да използвате 12V линейни задвижващи механизми. 12V задвижващите механизми обикновено се използват в соларни тракери, тъй като те помагат да се гарантира или подобри ефективността на соларните панели. Ето защо, когато търсите задвижващ механизъм за системата за проследяване на слънчева енергия, винаги обмисляйте 12V задвижващ механизъм за соларни тракери.

Едно от основните предимства на 12V задвижващия механизъм е, че той постига желаните движения с по-висока прецизност. Следователно, независимо от позицията на слънцето, тези задвижващи механизми ще гарантират, че вашите слънчеви панели са наклонени или разположени в най-добрата възможна позиция, за да се подобри ефективността им при улавяне на слънчева светлина.

Преобразуване на енергия от слънчеви панели

Има три прости стъпки за преобразуване на слънчевата енергия в електрическа енергия. Всяка стъпка се изпълнява от отделен компонент, както е посочено по-долу.

1. Соларен панел Sungold SGM-90W-18V. Това абсорбира фотони от слънчевата светлина и ги преобразува в електричество, което се извежда като променливо постоянно напрежение.
2. Контролер за соларен заряд Genasun GV-10 регулира постояннотоковото напрежение от слънчевия панел за зареждане на батерията.
3. 12 VDC литиево-йонна батерия съхранява електричеството за незабавна или по-късна употреба.

В нашата система, ние свързахме конектор за запалка на кола към батерията. Това ни позволява лесно да свързваме 12V автомобилни аксесоари към слънчевия панел. Във видеото ни използвахме осцилиращ вентилатор, мощен LED прожектор и дори зарядно за телефон.

Как да си изградим преносим соларен тракер

Система за управление

The линеен задвижващ механизъм се контролира от Микроконтролер Arduino използвайки контролер за мотор Wasp. Той взема показанията от фоторезисторите, за да определи коя страна на панела получава светлина и регулира позицията на слънчевия панел, докато показанията на фоторезистора станат сравнително равни. Това гарантира, че слънчевият панел е насочен директно към слънцето и произвежда максимална мощност.

Компоненти

1. 1x мини-линеен задвижващ механизъм PA-14 – 6 инча – сила 150 фунта.
2. 1x слънчев панел Sungold SGM-90W-18 90 вата.
3. 1x Genasun GV-10 12 VDC контролер за зареждане на соларен панел. 
4. 1x Arduino Micro PLC.
5. 1x Контролер за мотор Wasp.
6. 2x 10k Ohm фоторезистор и 2x 7k Ohm резистор. 
7. 1x 12 VDC литиева акумулаторна батерия. 
8. 1x конектор за запалка за 12V аксесоари (по избор).

Контролер на двигателя

За контролната част на този соларен тракер ще използваме Arduino Micro и контролер за мотор WASP. Контролерът за мотор Wasp се управлява от Arduino Micro, използвайки импулсно-широчинна модулация. След това Wasp се захранва от 12V батерия, за да разгъва и прибира мини-линейния задвижващ механизъм PA-14. Избрахме задвижващия механизъм със сила 150 lb, тъй като той консумира по-малко ток в сравнение с версията със сила 35 lb за товара, който имаме.

Сензор за светлина

За да измерим интензитета на светлината от слънцето, използвахме фоторезистор с съпротивление 10 kΩ. Фоторезисторът се държи като променлив резистор, контролиран от светлина. Съпротивлението му ще намалява с увеличаване на интензитета на светлината. Ще ни трябват два сензора, единият от източната страна на панела, а другият от западната, за да можем да определим позицията на слънцето.

Свържете последователно един фоторезистор 10kΩ и един резистор 7kΩ и подайте сигнал от 5V от Arduino Micro. Измерете напрежението върху резистора 7kΩ, използвайки аналогов вход на Arduino Micro. Тъй като веригата се държи точно като делител на напрежение, аналоговото отчитане от резистора 7kΩ ще се увеличава с увеличаване на интензитета на светлината.

Обърнете внимание, че фоторезисторът е много чувствителен и може да се наложи да ограничите светлината, получавана от слънцето.

За нашето приложение открихме, че насочването му към страната на панела и покриването му с полупрозрачна лента работи най-добре.

Програмиране

Пълният текст на програмата може да бъде намерен в следващия раздел под „Изходен код“. В този раздел на статията ще бъдат обяснени отделните компоненти на програмата.

Серво библиотека

Библиотеката Servo.h позволява на Arduino Micro да управлява RC серво мотори чрез едноредови команди, както следва:

моето серво.writeMicroseconds (1000); // Задвижващ механизъм с пълна скорост назад (1000)

моето серво.writeMicroseconds (1520); // Спиране на задвижващия механизъм (1520)

моето серво.writeMicroseconds (2000 г.); // Задвижващият механизъм се движи напред с пълна скорост (2000)

Присвояване на пинове

Пин 10 и 11 на Arduino Micro са настроени за захранване и заземяване, за да управляват WASP контролера. Пин 6 и 8 на Arduino Micro са назначени за аналогови 7 и 8, които са настроени да вземат показания от светлинния сензор запад и изток.

Декларация на променлива

В този раздел се декларират и инициализират променливи. Те ще бъдат използвани във функциите за съхраняване на показания от светлинните сензори. Тук се декларират и времето за семплиране и интервалът на корекция. Стойността им може да се променя, за да се зададат интервалите между всяко отчитане и времето между всяка корекция на ъгъла, извършена върху слънчевия панел. Първоначалната стойност е зададена да се отчита на всеки 10 секунди и да се коригира позицията на слънчевия панел на всеки 10 минути.

Задаване на вход и изход

Задайте WASP_Power и WASP_Ground на изход, за да управлявате WASP контролера. Задайте sensor_west_pin1 и sensor_east_pin2 на вход, за да вземате показания от фоторезисторите и сензорите за светлина.

Показания на сензори

Както бе посочено по-горе, за да определим в коя посока трябва да е обърнат слънчевият панел, използваме два фоторезистора като сензор за светлина, за да отчитаме интензитета на светлината от всяка страна на слънчевия панел. Програмата, която използвахме, ще взема проби на всеки 10 секунди за 10 проби и след това ще вземе средните показания от двата фоторезистора, за да ги сравни.

Движение на слънчеви панели

С Arduino Micro използваме PWM управление за управление на задвижващия механизъм. Това е прост и надежден метод за управление на линейния задвижващ механизъм. В зависимост от зададената стойност за PWM, можем да удължаваме, прибираме или спираме задвижващия механизъм за произволен период от време, стига това да не надвишава работния цикъл на задвижващия механизъм.

От показанията на нашите сензори, имаме две осреднени стойности на интензитета на светлината от двата сензора, от западната и източната страна. След това ще се изпълни командата за движение, за да се разгъне, прибере или да остане неподвижно, в зависимост от разликата между показанията на двата сензора. Този набор от команди ще се изпълнява на всеки 10 минути, за да се гарантира, че слънчевият панел винаги получава максимално количество слънчева светлина.

Нулиране на позицията за една нощ

Друга функция, която може да бъде реализирана със слънчевия тракер, е функцията за нулиране. Ако слънчевият тракер е оставен да работи няколко дни, ще е необходимо да се гарантира, че той ще се върне в началната си позиция на следващата сутрин. За целта ще използваме проста функция за брояч, която ще нулира позицията, ако слънчевият тракер не се е движил през последните 10 часа. Това ще покаже, че е нощ, и слънчевият тракер ще се върне в началната си позиция и ще изчака дневната светлина на следващия ден.

Моля, вижте кода по-долу за тази версия на нашия соларен тракер. Стойността винаги може да се променя, за да се съобрази с различните региони и сезони през годината.

Изходен код

Моля, вижте кода, който използвахме по-долу за тази версия на нашия соларен тракер. Имайте предвид, че стойностите винаги могат да бъдат променяни, за да се съобразят с различните региони и сезони през годината.

/*
 Тази програма ще позволи на слънчевия панел да следи слънцето и да управлява задвижващия механизъм, използвайки ШИМ (широко-импулсна модулация). Отчитания от два фоторезистора ще се вземат от всяка страна на слънчевия панел. Ще бъдат взети редица проби и ще бъде изчислена средна стойност, за да се определи коя страна има по-висок интензитет на слънчевата светлина. След това линейният задвижващ механизъм ще се разгъне или прибере, за да наклони слънчевия панел към слънцето. Внедрена е функция за нулиране, така че да премести слънчевия панел в позиция по подразбиране. Това ще позволи на слънчевия панел да е готов за зареждане сутрин, след като е останал неподвижен през нощта. 
 Hardware used: 1 x Arduino Micro 1 x WASP Motor Controller 1 x PA-14-6-150 Linear Actuator 2 x Photoresistors 2 x 7k ohm Resistors
*/
/* SERVO LIBRARY Include the Servo library and create the servo object.
*/
#include Servo myservo; // Създаване на серво обект за управление на серво
/* PIN ASSIGNMENTS Assign pins from WASP Controller and Arduino Micro to appropriate variable.
*/
const int WASP_Power = 10; // Assign pin 10 to Power for the WASP controller
const int WASP_Ground = 11; // Assign pin 11 to Ground for the WASP controller
const int sensor_west_pin1 = 7; // A7 pin 6 sensor input 1 west
const int sensor_east_pin2 = 8; // A8 pin 8 sensor input 2 east
/* VARIABLE DECLARATION Delcare variable that will be used in the functions later and initilize them.
*/
int sensor_west[10]; // 10 sample readings from sensor on the west side
int sensor_east[10]; // 10 sample readings from sensor on the east side
int reset_counter = 0; // Time counter for resetting the solar panel position
const int sample_time_interval = 10000; // Change this value to set the interval between each sample is taken (ms)
const long solar_panel_adjustment_interval = 600000; // Change this value to set the interval between each adjustment from the solar panel (ms)
void setup()
{
/* SET INPUT & OUTPUT Set the input and output to the variables and pins.
*/
 myservo.attach(9); // Attaches the servo on pin 9 to the servo object pinMode(WASP_Power, OUTPUT); // Set Power to output pinMode(WASP_Ground, OUTPUT); // Set Ground to output digitalWrite(WASP_Power, HIGH); // Set 5V to pin 10 digitalWrite(WASP_Ground, LOW); // Set GND to pin 11 pinMode(sensor_west_pin1, INPUT); // Set sensor west pin to input pinMode(sensor_east_pin2, INPUT); // Set sensor east pin to input
}
void loop()
{ /* SENSOR READINGS Take 10 sample readings from both sensors, and take the average of the inputs.
*/
 int solar_input_west = 0; // Показания за интензитета на слънчевата светлина от сензор запад int solar_input_east = 0; // Показания за интензитета на слънчевата светлина от сензор изток
 for( int i=0; i<10; i++) { sensor_west[i] = analogRead(sensor_west_pin1); // Вземане на аналогови показания от сензор запад sensor_east[i] = analogRead(sensor_east_pin2); // Вземане на аналогови показания от сензор изток solar_input_west = sensor_west[i] + solar_input_west; // Сумиране на всички входове от сензор запад solar_input_east = sensor_east[i] + solar_input_east; // Сумиране на всички входове от сензор изток delay(sample_time_interval); }
 solar_input_west = (solar_input_west) / 10; // Средната стойност на входните сигнали от сензор запад solar_input_east = (solar_input_east) / 10; // Средната стойност на входните сигнали от сензор изток
 /* ДВИЖЕНИЕ НА СЛЪНЧЕВИЯ ПАНЕЛ Слънчевият панел ще се наклони на запад, ако интензитетът на слънчевата светлина, засечен от западната страна на панела, е по-голям от този, засечен от източната страна. Слънчевият панел ще се наклони на изток, ако интензитетът на слънчевата светлина, засечен от източната страна, е по-голям от този, засечен от западната страна. Ако обаче показанията от двете страни са сходни, слънчевият панел ще остане неподвижен. */
 if(solar_input_west - solar_input_east> 20) // Ако интензитетът на слънчевата светлина е по-висок от западната страна на панела { myservo.writeMicroseconds(2000); // Сигнал за пълна скорост напред (2000), избутващ слънчевия панел наляво (запад) delay(500); //0.5 секунди reset_counter = 0; } else if(solar_input_east - solar_input_east> 20) // Ако интензитетът на слънчевата светлина е по-висок от източната страна на панела { myservo.writeMicroseconds(1000); // Сигнал за пълна скорост назад (1000), издърпващ слънчевия панел надясно (изток) delay(500); //0.5 секунди reset_counter = 0; } 
 else // Ако интензитетът на слънчевата светлина е сходен от двете страни на панела { myservo.writeMicroseconds(1520); // Стационарен (1520) сигнал спира движението на слънчевия панел reset_counter++; } delay(solar_panel_adjustment_interval); // Забавяне преди да се извърши друга корекция
/* НУЛИРАНЕ НА ПОЗИЦИЯТА ЗА НОЩ
 If the solar panel will be used overnight, the controller will detect the panel remained stationary for more than 10 hours, It will then reset the solar panel to its default position facing east.
*/ if( reset_counter> 60) // After the solar panel remained stationary for more than 10 hours, it will move to its default position { myservo.writeMicroseconds(1000); // Full speed backwards (1000) signal pulling the solar panel to the right(east) delay(12000); //12 seconds myservo.writeMicroseconds(1520); // Stationary (1520) signal stop the solar panel from moving delay(500); //0.5 seconds myservo.writeMicroseconds(2000); // Full speed forwards (2000) signal pushing the solar panel to the left(west) delay(1000); //1 seconds reset_counter = 0; }
}

Хардуер за едноосно проследяване

Има безброй начини за създаване на едноосен соларен тракер. Най-лесният метод би бил да се изгради рамката с помощта на PVC тръби и PVC ъглови съединения. Най-важната част е възможността за проследяване, която може да се постигне с помощта на обикновен мини-линеен актуатор PA-14 и... Скоба BRK-14.

За нашата конструкция избрахме рамка за статив и използвахме 3D отпечатани части, за да създадем съединенията и стойките. Това ни позволи да създадем много преносима рамка за соларен тракер с оптимално накланяне и възможност за проследяване. За визуален преглед на процеса на изграждане, разгледайте нашия YouTube канал.

Компоненти

1. 3/4-инчова медна тръба.
2. 1x 3/4-инчова медна капачка за тръба. 
3. 3x 3/4-инчова скоба за зъбни колела. 
4. 3/4-инчова PVC тръба.
5. 1x 1 Скоба за зъбно колело.
6. 5x болт M6, гайка и шайба.
7. Различни 3D отпечатани скоби.
8. 2x Щифт за монтаж на задвижващия механизъм (може да се намери в комплекта BRK-14).
9. 1x мини-линеен задвижващ механизъм PA-14.

Оптимален наклон

Освен добавянето на възможност за проследяване на слънцето, друг начин за повишаване на ефективността на слънчевия панел е регулирането на фиксирания наклон въз основа на вашето местоположение. Оптималният наклон се определя от географската ширина на вашето местоположение. Повече информация за това можете да намерите на този линк: Наклон на слънчевия панел.

Тук имаме чертеж с размери от странична перспектива, който показва как изчислихме наклона на нашия тракер. Можете да изчислите дължината B, като използвате следното уравнение:

Изработка и монтаж

За визуален преглед на процеса ни на изграждане, качихме Видеоклип в YouTube.

Стъпки

1. Изчислете дължините, необходими за постигане на оптимален наклон.
2. Съберете всички необходими компоненти.
3. Прикрепете скобите към слънчевия панел, като пробиете отвори и ги закрепите с подходящите болтове. 
4. Нарежете медните и PVC тръби по дължина.
5. Боядисайте и шлайфайте медните и PVC тръбите.
6. Прикрепете скобите към тръбите и ги закрепете със зъбни скоби. 
7. Монтирайте мини-линейния задвижващ механизъм PA-14 и го закрепете с помощта на монтажните щифтове на задвижващия механизъм BRK-14.

Новото и подобреното Мини задвижващ механизъм PA-01 (PA-14 ъпгрейд) е текущият модел, който предлагаме с разнообразни допълнителни предимства. За сравнение, разгледайте таблиците по-долу и надстройте с увереност!

Заключение

Истината е, че слънчевата енергия наистина ще замени енергията от изкопаеми горива в близко бъдеще. Тъй като хората вече измислят нови начини за повишаване на ефективността на слънчевите панели, остава да видим какво крие бъдещето за енергийната индустрия. Надяваме се, че ви е харесала нашата статия и видео за създаването на преносим соларен тракер.