Photo of solar panel on side river

¿Cómo construir un rastreador solar portátil?

Zuriel Gonzalez
Zuriel
PA Engineer

A diferencia de los combustibles fósiles y la energía nuclear, la energía solar es segura y limpia. Además, ayuda a prevenir la destrucción de hábitats y al mismo tiempo combate el cambio climático. La importancia de la energía solar no radica simplemente en su bajo costo y confiabilidad, sino en el hecho de que ayuda a preservar el hogar del hombre. Ahora que las industrias ya están sensibilizadas, queda por ver si el mundo hará un cambio permanente hacia la energía renovable. En este proyecto, le mostraremos cómo utilizamos nuestro Mini Actuador Lineal PA-14 para seguir al sol a través de un solo eje de movimiento. Hacer esto aumenta el rendimiento energético del panel solar hasta un 25% más que un panel solar fijo. También adjuntamos un vídeo de instrucciones a continuación para obtener más explicaciones.

¿Qué es un seguidor solar?

Un seguidor solar es un dispositivo que se utiliza para inclinar los paneles solares en la dirección de la luz solar. Por lo tanto, los seguidores solares siguen al sol durante todo el día y garantizan que los paneles solares capturen o recopilen la mayor cantidad de energía posible. Su único propósito es simplemente maximizar la producción. La buena noticia es que puedes fabricar tu propio seguidor solar en casa. Con el tipo adecuado de herramientas, lo más importante, paneles solares y actuadores lineales , puede crear su seguidor solar y asegurarse de que sus paneles solares capturen la máxima cantidad de luz solar.

Beneficios de utilizar actuadores lineales en un sistema de seguimiento solar

Al fabricar su sistema de seguimiento solar, es aconsejable y beneficioso utilizar actuadores lineales de 12 V. Los actuadores de 12v se suelen utilizar en seguidores solares ya que ayudan a asegurar o mejorar la eficacia de los paneles solares. Por lo tanto, mientras busca un actuador para el sistema de seguimiento solar, considere siempre el actuador de seguimiento solar de 12v.

Uno de los principales beneficios del actuador de 12v es que consigue los movimientos deseados con mayor precisión. Por lo tanto, independientemente de la posición del sol, estos actuadores garantizarán que sus paneles solares estén inclinados o inclinados en la mejor posición posible para mejorar su eficacia en la captura de la luz solar.

Conversión de energía del panel solar

Hay tres pasos simples para convertir la energía solar en energía eléctrica. Cada paso es realizado por un componente individual como se detalla a continuación.

  1. Panel Solar Sungold SGM-90W-18V. Esto absorbe fotones de la luz solar y los convierte en electricidad que se genera como un voltaje de CC variable.
  2. Controlador de Carga Solar Genasun GV-10 regula el voltaje CC del panel solar para cargar la batería.
  3. La batería de iones de litio de 12 VCC almacena la electricidad para su uso inmediato o posterior.

En nuestro sistema, conectamos un conector de encendedor de cigarrillos a la batería. Esto nos permite conectar fácilmente accesorios automotrices de 12V al panel solar. En nuestro vídeo utilizamos un ventilador oscilante, un foco LED de alta potencia e incluso un cargador de teléfono.

 

Cómo construir un rastreador solar portátil

Sistema de control

El actuador lineal está controlado por un microcontrolador Arduino mediante un controlador de motor Wasp. Se toma la lectura de los fotorresistores para determinar qué lado del panel está recibiendo luz y ajusta la posición del panel solar hasta que las lecturas de los fotorresistores sean bastante iguales. Esto asegura que el panel solar apunte directamente al sol y produzca la máxima potencia.

Diagrama de conexión del panel solar a accesorios automotrices.

Componentes

  1. 1 miniactuador lineal PA-14 – 6 pulgadas – 150 lbs de fuerza.
  2. 1 panel solar Sungold SGM-90W-18 de 90 vatios.
  3. 1 controlador de carga de panel solar Genasun GV-10 12 VDC.
  4. 1x MicroPLC Arduino .
  5. 1 controlador de motor de avispa .
  6. 2 fotorresistores de 10 k ohmios y 2 resistencias de 7 k ohmios.
  7. 1 batería recargable de litio de 12 V CC.
  8. 1x conector de mechero para accesorios de 12V (opcional).
Foto de un mini actuador lineal y componentes del sistema de control.

Controlador del motor

Para la parte de control de este seguidor solar, usaremos el Arduino Micro y el controlador de motor WASP. El controlador del motor Wasp está controlado por Arduino Micro mediante modulación de ancho de pulso. Luego, Wasp toma energía de la batería de 12 V para extender y retraer el miniactuador lineal PA-14. Elegimos el actuador de fuerza de 150 libras porque consume menos corriente en comparación con una versión de fuerza de 35 libras para la carga que tenemos.

Diagrama de conexión del panel solar al microcontrolador y actuador lineal.

Sensor de luz

Para detectar la intensidad de la luz del sol, utilizamos un fotorresistor de 10k ohmios. Un fotorresistor se comporta como una resistencia variable controlada por luz. La resistencia disminuirá a medida que aumente la intensidad de la luz. Necesitaremos dos sensores, uno en el lado este del panel y otro en el oeste para poder determinar la posición del sol.

Conecte el fotorresistor de 10 k ohmios y una resistencia de 7 k ohmios en serie y suministre una señal de 5 V desde el Arduino Micro. Tome la lectura de voltaje a través de la resistencia de 7k Ohm usando una entrada analógica en el Arduino Micro. Dado que el circuito se comporta exactamente como un divisor de voltaje, la lectura analógica de la resistencia de 7k Ohm aumentará a medida que aumente la intensidad de la luz.

Tenga en cuenta que el fotorresistor es muy sensible y es posible que deba limitar la luz recibida del sol.

Esquema de conexión del sensor de luz.

Para nuestra aplicación, descubrimos que apuntar hacia el costado del panel y cubrirlo con cinta translúcida funcionó mejor.

Programación

El programa completo se puede encontrar en la siguiente sección bajo 'Código fuente'. Esta sección del artículo explicará los componentes individuales del programa.

Servobiblioteca

La biblioteca Servo.h permite que Arduino Micro controle servomotores RC mediante comandos de una sola línea de la siguiente manera:

miservo. escribirMicrosegundos (1000); // Actuador a máxima velocidad hacia atrás (1000)

miservo. escribirMicrosegundos (1520); // Parada del actuador (1520)

miservo. escribirMicrosegundos (2000); // Actuador a toda velocidad hacia adelante (2000)

Asignaciones de pines

Los pines 10 y 11 del Arduino Micro están configurados en alimentación y tierra para controlar el controlador WASP. Los pines 6 y 8 del Arduino Micro están asignados a los analógicos 7 y 8, que están configurados para tomar lecturas del sensor de luz oeste y este.

Declaración de variables

En esta sección, las variables se declaran e inicializan. Se utilizarán en las funciones para almacenar lecturas de los sensores de luz. Aquí también se declaran el tiempo de muestreo y el intervalo de ajuste. Su valor se puede cambiar para establecer los intervalos de tiempo entre cada lectura y el tiempo entre cada ajuste de ángulo realizado en el panel solar. El valor inicial está configurado para tomar una lectura cada 10 segundos y ajustar la posición del panel solar cada 10 minutos.

Establecer entrada y salida

Configure WASP_Power y WASP_Ground en salida para controlar el controlador WASP. Configure sensor_west_pin1 y sensor_east_pin2 como entrada para tomar lecturas de los sensores de luz de los fotorresistores.

Lecturas de sensores

Como se indicó anteriormente, para determinar en qué dirección debe mirar el panel solar, utilizamos dos fotorresistores como sensor de luz para leer la intensidad de la luz de cada lado del panel solar. El programa que utilizamos tomará una lectura de muestra cada 10 segundos para 10 muestras y luego tomará las lecturas promedio de los dos fotorresistores para comparar.

Movimiento del panel solar

Con el Arduino Micro, utilizamos el control PWM para accionar el actuador. Es un método simple y confiable para controlar el actuador lineal. Dependiendo del valor que establezcamos para PWM, podemos extender, retraer o detener el actuador durante cualquier período de tiempo siempre que no exceda el ciclo de trabajo del actuador.

A partir de las lecturas de nuestros sensores, tenemos dos valores promediados de intensidad de luz de ambos sensores en el lado oeste y este. Luego ejecutará el comando de movimiento para extender, retraer o permanecer estacionario dependiendo de la diferencia entre la lectura de los dos sensores. Este conjunto de comandos se ejecutará cada 10 minutos para garantizar que el panel solar siempre reciba la mayor cantidad de luz solar.

Restablecimiento de posición durante la noche

Una característica más que se puede implementar con el seguidor solar es una función de reinicio. Si el seguidor solar se dejara funcionando durante unos días, sería necesario asegurarse de que se restablecerá a su posición inicial a la mañana siguiente. Para ello utilizaremos una sencilla función de contador que restablecerá la posición si el seguidor solar no se ha movido durante las últimas 10 horas. Eso indicará que es de noche y el seguidor solar se restablecerá a su posición inicial y esperará la luz del día siguiente.

Consulte el código a continuación para esta iteración de nuestro seguidor solar. El valor siempre se puede cambiar para adaptarse a diferentes regiones y estaciones durante todo el año.

Código fuente

Consulte el código que utilizamos a continuación para esta iteración de nuestro seguidor solar. Tenga en cuenta que los valores siempre se pueden cambiar para adaptarse a diferentes regiones y estaciones durante todo el año.

 <p>/*<br> Este programa permitirá que el panel solar siga al sol y accione el actuador usando 
ppm. Se tomarán lecturas de dos fotorresistores de cada lado del panel solar.
 Se tomarán varias muestras y se calculará una lectura promedio para
 para determinar qué lado tiene una mayor intensidad de luz solar. El actuador lineal entonces
 extienda o retraiga para inclinar el panel solar de modo que quede orientado hacia el sol.
 Se implementa una función de reinicio para que mueva el panel solar a su posición predeterminada.
 Esto permite que el panel solar esté listo para cargarse por la mañana después de permanecer estacionario durante
 Noche. </p><p>Hardware utilizado:
 1 microarduino.
 1 controlador de motor WASP.
 1 actuador lineal PA-14-6-150.
 2 x fotorresistores
 2 resistencias de 7k ohmios
 */
 /*
 SERVO BIBLIOTECA

 Incluya la biblioteca Servo y cree el objeto servo.
 */</p><p>#incluir
 Servo myservo; // Crear objeto servo para controlar un servo</p><p>/* 
ASIGNACIONES DE PIN

 Asigne pines del controlador WASP y Arduino Micro a la variable apropiada.
 */</p><p>const int WASP_Power = 10; // Asigne el pin 10 a la alimentación del controlador WASP
 constante int WASP_Ground = 11; // Asigne el pin 11 a Tierra para el controlador WASP
 constante int sensor_west_pin1 = 7; // A7 pin 6 entrada del sensor 1 oeste
 constante int sensor_east_pin2 = 8; // A8 pin 8 entrada del sensor 2 este</p><p>/*
 DECLARACIÓN DE VARIABLES

 Delcare la variable que se utilizará en las funciones más adelante e inicializarlas.
 */</p><p>int sensor_west[10]; // 10 lecturas de muestra del sensor en el lado oeste
 int sensor_east[10]; // 10 lecturas de muestra del sensor en el lado este
 int reset_counter = 0; // Contador de tiempo para restablecer la posición del panel solar 
const int intervalo_tiempo_muestra = 10000; // Cambie este valor para establecer el intervalo entre cada toma de muestra (ms)
 const long solar_panel_adjustment_interval = 600000; // Cambia este valor para establecer el intervalo entre cada ajuste del panel solar (ms)</p><p>void setup()
 {</p><p>/*
 CONFIGURAR ENTRADA Y SALIDA

 Configure la entrada y salida para las variables y pines.
 */</p><p> myservo.attach(9); // Conecta el servo en el pin 9 al objeto servo
 pinMode(WASP_Power, SALIDA); // Establecer potencia a la salida
 pinMode(WASP_Ground, SALIDA); // Establecer tierra como salida
 escritura digital (WASP_Power, ALTA); // Establece 5V en el pin 10
 escritura digital (WASP_Ground, BAJO); // Establece GND en el pin 11
 pinMode(sensor_west_pin1, ENTRADA); // Establece el pin oeste del sensor en la entrada
 pinMode(sensor_east_pin2, ENTRADA); // Establece el pin este del sensor en la entrada 
}</p><p>bucle vacío()
 {

 /*
 LECTURAS DEL SENSOR

 Tome 10 lecturas de muestra de ambos sensores y tome el promedio de las entradas.
 */</p><p> int solar_input_west = 0; // Lecturas de intensidad de la luz solar del sensor oeste
 int solar_input_east = 0; // Lecturas de intensidad de la luz solar del sensor este</p><p> for( int i=0; i<10; i++)
 {
 sensor_west[i] = analogRead(sensor_west_pin1); // Tomando las lecturas analógicas del sensor oeste
 sensor_east[i] = analogRead(sensor_east_pin2); // Tomando las lecturas analógicas del sensor este
 solar_input_west = sensor_west[i] + solar_input_west; // Suma todas las entradas del sensor oeste
 solar_input_east = sensor_east[i] + solar_input_east; // Suma todas las entradas del sensor este
 retraso (intervalo_tiempo_muestra); 
}</p><p> solar_input_west = (solar_input_west) / 10; // El promedio de señales de entrada del sensor oeste.
 entrada_solar_este = (entrada_solar_este) / 10; // El promedio de señales de entrada del sensor este</p><p> /*
 MOVIMIENTO DE LOS PANELES SOLARES

 El panel solar se inclinará hacia el oeste si la intensidad de la luz solar detectada en el lado oeste del panel es mayor que la
 uno detectado en el lado este. El panel solar se inclinará hacia el este si la intensidad de la luz solar se detecta en el lado este.
 es mayor que el detectado en el lado oeste. Sin embargo, si las lecturas de ambos lados son similares, el panel solar
 permanecerá estacionario.
 */</p><p> if( solar_input_west - solar_input_east > 20) // Si la intensidad de la luz solar es mayor en el lado oeste del panel
 {
 myservo.writeMicrosegundos(2000); // Señal de avance a máxima velocidad (2000) empujando el panel solar hacia la izquierda (oeste) 
retraso(500); //0,5 segundos
 reset_counter = 0;
 }

 else if( solar_input_east - solar_input_east > 20) // Si la intensidad de la luz solar es mayor en el lado este del panel
 {
 myservo.writeMicrosegundos(1000); // Señal de marcha atrás a máxima velocidad (1000) tirando del panel solar hacia la derecha (este)
 retraso(500); //0,5 segundos
 reset_counter = 0;
 } </p><p> else // Si la intensidad de la luz solar es similar en ambos lados del panel
 {
 myservo.writeMicrosegundos(1520); // La señal estacionaria (1520) impide que el panel solar se mueva
 reset_counter++;
 }

 retraso(intervalo_de_ajuste_del_panel_solar); // Retraso antes de que se realice otro ajuste</p><p>/*
 RESTABLECIMIENTO DE POSICIÓN NOCTURNA</p><p> Si el panel solar se utilizará durante la noche, el controlador detectará que el panel permaneció estacionario durante más de 10 horas, 
Luego restablecerá el panel solar a su posición predeterminada mirando al este.
 */

 if( reset_counter > 60) // Después de que el panel solar permanezca estacionario durante más de 10 horas, se moverá a su posición predeterminada
 {
 myservo.writeMicrosegundos(1000); // Señal de marcha atrás a máxima velocidad (1000) tirando del panel solar hacia la derecha (este)
 retraso(12000); //12 segundos
 myservo.writeMicrosegundos(1520); // La señal estacionaria (1520) impide que el panel solar se mueva
 retraso(500); //0,5 segundos
 myservo.writeMicrosegundos(2000); // Señal de avance a máxima velocidad (2000) empujando el panel solar hacia la izquierda (oeste)
 retraso(1000); //1 segundos
 reset_counter = 0;
 }
 }</p>

Hardware del rastreador de un solo eje

Existen innumerables formas de crear un seguidor solar de un solo eje. El método más sencillo sería construir el marco utilizando tubos de PVC y juntas en ángulo de PVC. La parte más importante es la capacidad de seguimiento, que se puede lograr mediante el uso de un miniactuador lineal PA-14 simple y un soporte BRK-14.

Para nuestra construcción, elegimos un marco de trípode y utilizamos piezas impresas en 3D para crear las uniones y los soportes. Esto nos permitió crear un marco de seguimiento solar muy portátil con la cantidad óptima de inclinación y capacidad de seguimiento. Para obtener una descripción visual de nuestro proceso de construcción, consulte nuestro canal de YouTube.

Componentes

  1. Tubería de cobre de 3/4".
  2. 1x tapa de extremo de tubo de cobre de 3/4".
  3. Abrazadera de engranaje de 3x 3/4".
  4. Tubería de PVC de 3/4".
  5. 1x 1 abrazadera de engranaje.
  6. 5x perno, tuerca y arandela M6.
  7. Varios soportes impresos en 3D.
  8. 2 pasadores de montaje del actuador (se pueden encontrar en el juego BRK-14).
  9. 1x miniactuador lineal PA-14.

    Foto de un miniactuador lineal y componentes para construir un seguidor solar portátil.

    Inclinación óptima

    Además de agregar la capacidad de seguir el sol, otra forma de aumentar la eficiencia del panel solar es ajustar la inclinación fija según su ubicación. La inclinación óptima está determinada por la latitud de su ubicación. Puede encontrar más información al respecto en este enlace: Inclinación del panel solar .

    Aquí tenemos un dibujo dimensional desde la perspectiva lateral para mostrar cómo calculamos la inclinación de nuestro rastreador. Puedes calcular la Longitud B usando la siguiente ecuación:

    Dibujo desde la perspectiva lateral del panel solar.

    Fabricación y montaje

    Para obtener una descripción visual de nuestro proceso de construcción, hemos subido un vídeo de YouTube .

    Pasos

    1. Calcule las longitudes necesarias para lograr la inclinación óptima.
    2. Reúna todos los componentes necesarios.
    3. Fije los soportes al panel solar perforando agujeros y fijándolos con los pernos adecuados.
    4. Cortar los tubos de cobre y PVC a medida.
    5. Pintar y lijar las tuberías de cobre y PVC.
    6. Fije los soportes a las tuberías y asegúrelos con abrazaderas de engranaje.
    7. Monte el miniactuador lineal PA-14 y asegúrelo utilizando los pasadores de montaje del actuador BRK-14.

    Conclusión

    La verdad es que la energía solar efectivamente reemplazará a la energía de combustibles fósiles en un futuro cercano. Ahora que la gente ya está ideando nuevas formas de aumentar la eficacia de los paneles solares, queda por ver qué le depara el futuro a la industria energética. Esperamos que haya disfrutado de nuestro artículo y video sobre la creación de un seguidor solar portátil.