Jak si postavit přenosný solární tracker?

Na rozdíl od fosilních paliv a jaderné energie je solární energie bezpečná a čistá. Navíc pomáhá předcházet ničení biotopů a zároveň bojovat proti změně klimatu. Důležitost solární energie nespočívá v její levnosti a spolehlivosti, ale v tom, že pomáhá chránit lidský domov. Vzhledem k tomu, že průmyslová odvětví jsou již citlivá na tuto problematiku, zbývá vidět, zda svět trvale přejde na obnovitelné zdroje energie. V tomto projektu vám ukážeme, jak jsme využili naše... PA-14 Mini Linear Pohon sledovat slunce v jedné ose pohybu. Tím se zvýší energetický výnos solárního panelu až o 25 % oproti pevnému solárnímu panelu. Níže jsme také přiložili video s návodem pro další vysvětlení.

Co je to solární sledovač?

Solární tracker je zařízení, které slouží k naklánění solárních panelů ve směru slunečního záření. Solární trackery tedy sledují slunce po celý den a zajišťují, aby solární panely zachytily nebo shromáždily co nejvíce energie. Jejich jediným účelem je maximalizovat výkon. Dobrou zprávou je, že si můžete doma vyrobit vlastní solární tracker. Se správným druhem nářadí, a především se solárními panely a... lineární aktuátory, můžete si vytvořit vlastní solární tracker a zajistit, aby vaše solární panely zachycovaly maximální množství slunečního záření.

Výhody použití lineárních aktuátorů v systému sledování solárního záření

Při vytváření systému pro sledování solárních panelů je skutečně vhodné a výhodné použít 12V lineární aktuátory. 12V aktuátory se obvykle používají v solárních trackerech, protože pomáhají zajistit nebo zvýšit účinnost solárních panelů. Proto při hledání aktuátoru pro systém pro sledování solárních panelů vždy zvažte 12V aktuátor pro solární tracker.

Jednou z hlavních výhod 12V pohonu je, že dosahuje požadovaných pohybů s vyšší přesností. Proto bez ohledu na polohu slunce tyto pohony zajistí, že vaše solární panely budou šikmo nebo nakloněny v co nejlepší poloze, aby se zvýšila jejich účinnost při zachycování slunečního světla.

Převod energie solárních panelů

Přeměna solární energie na elektrickou energii se skládá ze tří jednoduchých kroků. Každý krok provádí samostatná součástka, jak je uvedeno níže.

1. Solární panel Sungold SGM-90W-18V. To absorbuje fotony ze slunečního záření a přeměňuje je na elektřinu, která je na výstupu jako proměnlivé stejnosměrné napětí.
2. Solární regulátor nabíjení Genasun GV-10 reguluje stejnosměrné napětí ze solárního panelu pro nabíjení baterie.
3. 12 VDC lithium-iontová baterie ukládá elektřinu pro okamžité nebo pozdější použití.

V našem systému jsme k baterii připojili konektor zapalovače cigaret v autě. To nám umožňuje snadno připojit 12V automobilové příslušenství k solárnímu panelu. V našem videu jsme použili oscilační ventilátor, vysoce výkonný LED reflektor a dokonce i nabíječku telefonu.

Jak si postavit přenosný solární tracker

Řídicí systém

Ten/Ta/To lineární aktuátor je řízen Mikrokontrolér Arduino pomocí regulátoru motoru Wasp. Ten na základě údajů z fotorezistorů určuje, která strana panelu přijímá světlo, a upravuje polohu solárního panelu, dokud nejsou hodnoty fotorezistorů dostatečně stejné. Tím je zajištěno, že solární panel je namířen přímo na slunce a poskytuje maximální výkon.

Součásti

1. 1x mini lineární aktuátor PA-14 – 6 míst – síla 150 lb.
2. 1x solární panel Sungold SGM-90W-18 90 Wattů.
3. 1x regulátor nabíjení solárních panelů Genasun GV-10 12 VDC. 
4. 1x PLC Arduino Micro.
5. 1x Ovladač motoru Wasp.
6. 2x fotorezistor 10kΩ a 2x rezistor 7kΩ. 
7. 1x 12 VDC lithiová dobíjecí baterie. 
8. 1x konektor zapalovače cigaret pro 12V příslušenství (volitelné).

Řídicí jednotka motoru

Pro ovládání tohoto solárního trackeru použijeme Arduino Micro a regulátor motoru WASP. Regulátor motoru Wasp je ovládán Arduinem Micro pomocí pulzně šířkové modulace. Wasp je poté napájen z 12V baterie pro vysouvání a zasouvání mini lineárního aktuátoru PA-14. Zvolili jsme aktuátor se silou 150 lb, protože pro danou zátěž odebírá menší proud ve srovnání s verzí se silou 35 lb.

Světelný senzor

Pro detekci intenzity světla ze slunce jsme použili fotorezistor s odporem 10 kOhmů. Fotorezistor se chová jako proměnný rezistor řízený světlem. Odpor se bude s rostoucí intenzitou světla snižovat. Budeme potřebovat dva senzory, jeden na východní straně panelu a druhý na západní, abychom mohli určit polohu slunce.

Zapojte jeden fotorezistor 10kΩ a jeden rezistor 7kΩ sériově a přiveďte signál 5V z Arduina Micro. Změřte napětí na rezistoru 7kΩ pomocí analogového vstupu na Arduinu Micro. Protože se obvod chová přesně jako dělič napětí, analogový údaj z rezistoru 7kΩ se bude zvyšovat se zvyšující se intenzitou světla.

Mějte na paměti, že fotorezistor je velmi citlivý a může být nutné omezit světlo přijímané ze slunce.

Pro naši aplikaci jsme zjistili, že nejlépe fungovalo nasměrování na stranu panelu a překrytí průsvitnou páskou.

Programování

Kompletní program naleznete v další části v sekci „Zdrojový kód“. Tato část článku vysvětlí jednotlivé komponenty programu.

Knihovna serv

Knihovna Servo.h umožňuje Arduinu Micro ovládat RC servomotory pomocí jednořádkových příkazů takto:

mojeservo.writeMicroseconds (1000); // Pohon se otáčí plnou rychlostí vzad (1000)

mojeservo.writeMicroseconds (1520); // Zastavení aktuátoru (1520)

mojeservo.writeMicroseconds (2000); // Pohon plnou rychlostí vpřed (2000)

Přiřazení pinů

Piny 10 a 11 na desce Arduino Micro jsou nastaveny na napájení a zem pro řízení WASP kontroléru. Piny 6 a 8 na desce Arduino Micro jsou přiřazeny analogovým vstupům 7 a 8, které jsou nastaveny pro snímání hodnot ze světelného senzoru západ a východ.

Deklarace proměnné

V této sekci jsou deklarovány a inicializovány proměnné. Budou použity ve funkcích k ukládání hodnot ze světelných senzorů. Zde je také deklarován čas vzorkování a interval nastavení. Jejich hodnotu lze změnit a nastavit tak intervaly mezi jednotlivými odečty a dobu mezi jednotlivými úpravami úhlu provedenými na solárním panelu. Počáteční hodnota je nastavena na odečet každých 10 sekund a úpravu polohy solárního panelu každých 10 minut.

Nastavení vstupu a výstupu

Nastavte WASP_Power a WASP_Ground na výstup pro řízení WASP regulátoru. Nastavte sensor_west_pin1 a sensor_east_pin2 na vstup pro snímání hodnot z fotorezistorů a světelných senzorů.

Hodnoty senzorů

Jak již bylo uvedeno, pro určení směru, kterým by měl být solární panel natočen, používáme dva fotorezistory jako světelný senzor pro snímání intenzity světla na každé straně solárního panelu. Program, který jsme použili, provádí měření každých 10 sekund po dobu 10 vzorků a poté pro porovnání průměrné hodnoty z obou fotorezistorů.

Pohyb solárních panelů

S Arduinem Micro používáme k řízení aktuátoru PWM řízení. Je to jednoduchá a spolehlivá metoda pro ovládání lineárního aktuátoru. V závislosti na nastavené hodnotě PWM můžeme aktuátor vysouvat, zasouvat nebo zastavovat na libovolnou dobu, pokud to nepřekročí pracovní cyklus aktuátoru.

Z našich senzorů máme dvě průměrné hodnoty intenzity světla z obou senzorů na západní a východní straně. Poté se provede povel k pohybu pro vysunutí, zasunutí nebo setrvání v klidu v závislosti na rozdílu mezi údaji obou senzorů. Tato sada povelů se spustí každých 10 minut, aby se zajistilo, že solární panel bude vždy dostávat co nejvíce slunečního světla.

Obnovení pozice přes noc

Další funkcí, kterou lze pomocí solárního trackeru implementovat, je resetovací funkce. Pokud by solární tracker běžel několik dní, bylo by nutné zajistit, aby se následující ráno resetoval do své původní polohy. K tomu použijeme jednoduchou funkci čítače, která resetuje pozici, pokud se solární tracker posledních 10 hodin nepohnul. To bude signalizovat, že je noc, solární tracker se resetuje do své původní polohy a bude čekat na denní světlo následujícího dne.

Pro tuto iteraci našeho solárního trackeru se prosím podívejte na níže uvedený kód. Hodnotu lze kdykoli změnit tak, aby vyhovovala různým regionům a ročním obdobím v průběhu roku.

Zdrojový kód

Podívejte se prosím níže uvedený kód, který jsme použili pro tuto iteraci našeho solárního trackeru. Mějte na paměti, že hodnoty lze vždy změnit tak, aby vyhovovaly různým regionům a ročním obdobím v průběhu roku.

/*
 Tento program umožní solárnímu panelu sledovat slunce a řídit aktuátor pomocí PWM. Z každé strany solárního panelu budou snímány hodnoty ze dvou fotorezistorů. Bude odebráno několik vzorků a vypočítán průměrný údaj, aby se určilo, která strana má vyšší intenzitu slunečního záření. Lineární aktuátor se poté buď vysune, nebo zasune, aby natočil solární panel tak, aby směřoval ke slunci. Je implementována funkce resetování, která přesune solární panel do výchozí polohy. To umožní solárnímu panelu, aby byl ráno připraven k nabíjení poté, co v noci zůstane v klidu. 
 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; // Vytvoření objektu serva pro ovládání serva
/* 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; // Hodnoty intenzity slunečního záření ze senzoru západ int solar_input_east = 0; // Hodnoty intenzity slunečního záření ze senzoru východ
 for( int i=0; i<10; i++) { sensor_west[i] = analogRead(sensor_west_pin1); // Odebírání analogových hodnot ze senzoru západ sensor_east[i] = analogRead(sensor_east_pin2); // Odebírání analogových hodnot ze senzoru východ solar_input_west = sensor_west[i] + solar_input_west; // Sečtěte všechny vstupy ze senzoru západ solar_input_east = sensor_east[i] + solar_input_east; // Sečtěte všechny vstupy ze senzoru východ delay(sample_time_interval); }
 solar_input_west = (solar_input_west) / 10; // Průměr vstupních signálů ze senzoru západ solar_input_east = (solar_input_east) / 10; // Průměr vstupních signálů ze senzoru východ
 /* POHYB SOLÁRNÍHO PANELU Solární panel se nakloní směrem na západ, pokud je intenzita slunečního záření detekovaná na západní straně panelu větší než intenzita detekovaná na východní straně. Solární panel se nakloní směrem na východ, pokud je intenzita slunečního záření detekovaná na východní straně větší než intenzita detekovaná na západní straně. Pokud jsou však naměřené hodnoty z obou stran podobné, solární panel zůstane v klidu. */
 if( solar_input_west - solar_input_east> 20) // Pokud je intenzita slunečního záření vyšší na západní straně panelu { myservo.writeMicroseconds(2000); // Signál plná rychlost vpřed (2000) tlačí solární panel doleva (západ) delay(500); //0,5 sekundy reset_counter = 0; } else if( solar_input_east - solar_input_east> 20) // Pokud je intenzita slunečního záření vyšší na východní straně panelu { myservo.writeMicroseconds(1000); // Signál plná rychlost vzad (1000) táhne solární panel doprava (východ) delay(500); //0,5 sekundy reset_counter = 0; } 
 else // Pokud je intenzita slunečního záření z obou stran panelu podobná { myservo.writeMicroseconds(1520); // Stacionární signál (1520) zastaví pohyb solárního panelu reset_counter++; } delay(solar_panel_adjustment_interval); // Zpoždění před provedením další úpravy
/* RESET POZICE PŘES NOC
 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; }
}

Hardware pro sledování jedné osy

Existuje nespočet způsobů, jak vytvořit jednoosý solární sledovač. Nejjednodušší metodou by bylo postavit rám z PVC trubek a PVC úhlových spojů. Nejdůležitější je možnost sledování, které lze dosáhnout použitím jednoduchého mini lineárního aktuátoru PA-14 a Držák BRK-14.

Pro naši stavbu jsme zvolili stativový rám a k vytvoření spojů a úchytů jsme použili 3D tištěné díly. To nám umožnilo vytvořit velmi přenosný rám solárního sledovače s optimálním naklápěním a možností sledování. Vizuální přehled našeho procesu stavby najdete na našem YouTube kanálu.

Součásti

1. 3/4 palce měděné trubky.
2. 1x 3/4 ks Koncovka měděné trubky. 
3. 3x 3/4dílná svorka na ozubené kolo. 
4. 3/4palcová PVC trubka.
5. 1x 1 Upínací svorka na převodovku.
6. 5x šroub M6, matice a podložka.
7. Různé 3D tištěné držáky.
8. 2x Montážní čep aktuátoru (lze nalézt v sadě BRK-14).
9. 1x mini lineární aktuátor PA-14.

Optimální náklon

Kromě přidání možnosti sledování slunce je dalším způsobem, jak zvýšit účinnost solárního panelu, nastavení pevného náklonu podle vaší polohy. Optimální náklon je určen zeměpisnou šířkou vaší lokality. Více informací o tomto tématu naleznete na tomto odkazu: Sklon solárního panelu.

Zde máme rozměrový výkres z bočního pohledu, který ukazuje, jak jsme vypočítali náklon našeho trackeru. Délku B můžete vypočítat pomocí následující rovnice:

Výroba a montáž

Pro vizuální přehled našeho procesu výstavby jsme nahráli soubor Video na YouTube.

Kroky

1. Vypočítejte délky potřebné k dosažení optimálního sklonu.
2. Shromážděte všechny potřebné komponenty.
3. Připevněte konzoly k solárnímu panelu vyvrtáním otvorů a jejich upevněním příslušnými šrouby. 
4. Měděné a PVC trubky zkraťte na požadovanou délku.
5. Natřete a obruste měděné a PVC trubky.
6. Připevněte konzoly k trubkám a zajistěte je ozubenými svorkami. 
7. Namontujte mini lineární aktuátor PA-14 a zajistěte jej pomocí montážních kolíků aktuátoru BRK-14.

Nové a vylepšené Miniaplikátor PA-01 (Vylepšení PA-14) je aktuální model, který nabízíme s řadou dalších výhod. Pro srovnání se podívejte na níže uvedené tabulky a upgradujte s důvěrou!

Závěr

Pravdou je, že solární energie v blízké budoucnosti skutečně nahradí energii z fosilních paliv. Lidé již přicházejí s novými způsoby, jak zvýšit účinnost solárních panelů, takže zbývá vidět, co budoucnost přinese energetickému průmyslu. Doufáme, že se vám náš článek a video o vytvoření přenosného solárního trackeru líbily.