Comment construire un suiveur solaire portable ?

Contrairement aux énergies fossiles et à l’énergie nucléaire, l’énergie solaire est sûre et propre. Elle contribue également à prévenir la destruction des habitats tout en luttant contre le changement climatique. L’importance de l’énergie solaire ne réside pas uniquement dans son faible coût et sa fiabilité, mais dans le fait qu’elle aide à préserver la maison de l’humanité. Les industries étant déjà sensibilisées, il reste à voir si le monde opérera un passage durable vers les énergies renouvelables. Dans ce projet, nous vous montrons comment nous avons utilisé notre PA-14 Mini Vérin linéaire pour suivre le soleil selon un seul axe de mouvement. Cette approche augmente le rendement du panneau solaire jusqu’à 25 % par rapport à un panneau fixe. Nous avons également joint ci-dessous une vidéo « how to » pour plus d’explications.

Qu’est-ce qu’un suiveur solaire ?

Un suiveur solaire est un dispositif qui incline les panneaux solaires dans la direction de la lumière du soleil. Les suiveurs solaires suivent donc le soleil toute la journée et veillent à ce que les panneaux solaires captent un maximum d’énergie. Leur seul objectif est de maximiser la production. La bonne nouvelle, c’est que vous pouvez fabriquer votre propre suiveur solaire à la maison. Avec les bons outils, et surtout des panneaux solaires et des vérins linéaires, vous pouvez créer votre suiveur et vous assurer que vos panneaux captent la quantité maximale de lumière.

Avantages de l’utilisation de vérins linéaires dans un système de suivi solaire

Lors de la conception de votre système de suivi solaire, il est conseillé et avantageux d’utiliser des vérins linéaires 12 V. Les vérins 12 V sont généralement utilisés dans les suiveurs solaires, car ils améliorent l’efficacité des panneaux. Ainsi, lorsque vous cherchez un actionneur pour le système de suivi, pensez toujours au vérin 12 V pour suiveur solaire.

L’un des principaux avantages du vérin 12 V est qu’il réalise les mouvements souhaités avec une plus grande précision. Quelle que soit la position du soleil, ces vérins garantissent que vos panneaux solaires sont inclinés au mieux pour optimiser la capture de la lumière.

Conversion de l’énergie du panneau solaire

La conversion de l’énergie solaire en énergie électrique se fait en trois étapes simples. Chaque étape est assurée par un composant distinct, comme indiqué ci-dessous.

1. Module solaire Sungold SGM-90W-18V. Il absorbe les photons de la lumière du soleil et les convertit en électricité, fournie sous forme d’une tension continue variable.
2. Régulateur de charge solaire Genasun GV-10 régule la tension continue provenant du panneau solaire pour charger la batterie.
3. Batterie lithium‑ion 12 VCC stocke l’électricité pour une utilisation immédiate ou ultérieure.

Dans notre système, nous avons raccordé un connecteur allume‑cigare à la batterie. Cela nous permet de connecter facilement des accessoires automobiles 12 V au panneau solaire. Dans notre vidéo, nous avons utilisé un ventilateur oscillant, un projecteur LED haute puissance et même un chargeur de téléphone.

Comment construire un suiveur solaire portable

Système de contrôle

Le vérin linéaire est commandé par un microcontrôleur Arduino via un contrôleur de moteur Wasp. Il lit les photorésistances pour déterminer de quel côté du panneau la lumière arrive et ajuste la position du panneau jusqu’à ce que les lectures des photorésistances soient sensiblement identiques. Ainsi, le panneau pointe directement vers le soleil et fournit une puissance maximale.

Composants

1. 1x mini‑vérin linéaire PA-14 – 6 pouces – 150 lb de force.
2. 1x panneau solaire Sungold SGM-90W-18 90 W.
3. 1x régulateur de charge pour panneau solaire Genasun GV-10 12 VCC. 
4. 1x Arduino Micro PLC.
5. 1x Wasp Motor Controller.
6. 2x photorésistances 10 kΩ et 2x résistances 7 kΩ. 
7. 1x batterie lithium rechargeable 12 VCC. 
8. 1x connecteur allume‑cigare pour accessoires 12 V (optionnel).

Contrôleur de moteur

Pour la partie commande de ce suiveur solaire, nous utiliserons l’Arduino Micro et le WASP Motor Controller. Le contrôleur de moteur Wasp est piloté par l’Arduino Micro via une modulation de largeur d’impulsion (PWM). Le Wasp puise ensuite l’énergie de la batterie 12 V pour déployer et rétracter le mini‑vérin linéaire PA‑14. Nous avons choisi le vérin de 150 lb de force, car il consomme moins de courant qu’une version 35 lb de force pour la charge que nous avons.

Capteur de lumière

Pour détecter l’intensité lumineuse du soleil, nous avons utilisé une photorésistance de 10 kΩ. Une photorésistance se comporte comme une résistance variable commandée par la lumière : sa résistance diminue quand l’intensité lumineuse augmente. Nous aurons besoin de deux capteurs, l’un à l’est du panneau et l’autre à l’ouest, afin de déterminer la position du soleil.

Connectez une photorésistance de 10 kΩ et une résistance de 7 kΩ en série et alimentez-les avec un signal 5 V depuis l’Arduino Micro. Relevez la tension aux bornes de la résistance de 7 kΩ via une entrée analogique de l’Arduino Micro. Le circuit se comportant comme un pont diviseur de tension, la lecture analogique sur la résistance de 7 kΩ augmentera à mesure que l’intensité lumineuse augmente.

Notez que la photorésistance est très sensible et vous devrez peut‑être limiter la lumière reçue du soleil.

Pour notre application, nous avons constaté que l’orienter sur le côté du panneau et la couvrir d’un ruban adhésif translucide donnait les meilleurs résultats.

Programmation

Le programme complet se trouve dans la section suivante, sous « Code source ». Cette partie de l’article explique les composants individuels du programme.

Bibliothèque Servo

La bibliothèque Servo.h permet à l’Arduino Micro de contrôler des servomoteurs RC via des commandes en une ligne comme suit :

myservo.writeMicroseconds (1000); // Vérin pleine vitesse en arrière (1000)

myservo.writeMicroseconds (1520); // Vérin à l’arrêt (1520)

myservo.writeMicroseconds (2000); // Vérin pleine vitesse en avant (2000)

Affectation des broches

Les broches 10 et 11 de l’Arduino Micro sont définies respectivement pour l’alimentation et la masse afin de piloter le contrôleur WASP. Les broches 6 et 8 de l’Arduino Micro sont associées aux analogiques 7 et 8, configurées pour lire les capteurs de lumière ouest et est.

Déclaration des variables

Dans cette section, les variables sont déclarées et initialisées. Elles seront utilisées dans les fonctions pour stocker les lectures des capteurs de lumière. Le temps d’échantillonnage et l’intervalle d’ajustement sont également définis ici. Vous pouvez modifier leurs valeurs pour régler l’intervalle entre chaque lecture et le temps entre chaque ajustement d’angle du panneau solaire. La valeur initiale est définie pour prendre une lecture toutes les 10 secondes et ajuster la position du panneau toutes les 10 minutes.

Configuration des entrées et sorties

Réglez WASP_Power et WASP_Ground en sortie afin de piloter le contrôleur WASP. Réglez sensor_west_pin1 et sensor_east_pin2 en entrée pour lire les photorésistances.

Lectures des capteurs

Comme indiqué précédemment, pour déterminer la direction vers laquelle le panneau doit faire face, nous utilisons deux photorésistances comme capteurs de lumière afin de lire l’intensité lumineuse de chaque côté du panneau. Le programme que nous avons utilisé effectuera un échantillon toutes les 10 secondes pendant 10 échantillons, puis calculera la moyenne des lectures des deux photorésistances pour les comparer.

Mouvement du panneau solaire

Avec l’Arduino Micro, nous utilisons un contrôle PWM pour piloter le vérin. C’est une méthode simple et fiable pour contrôler le vérin linéaire. Selon la valeur définie pour le PWM, nous pouvons étendre, rétracter ou arrêter le vérin pendant n’importe quelle durée, tant que cela ne dépasse pas le cycle de service du vérin.

À partir de nos lectures, nous obtenons deux valeurs moyennes d’intensité lumineuse, côté ouest et côté est. Le programme exécute ensuite la commande de mouvement pour étendre, rétracter ou rester à l’arrêt selon la différence entre les deux lectures. Cet ensemble de commandes s’exécute toutes les 10 minutes afin de garantir que le panneau reçoit toujours un maximum de lumière.

Réinitialisation de la position pendant la nuit

Une autre fonction que l’on peut intégrer au suiveur solaire est une réinitialisation. Si le suiveur fonctionne plusieurs jours d’affilée, il faut s’assurer qu’il revient à sa position initiale le lendemain matin. Pour cela, nous utiliserons un simple compteur qui réinitialisera la position si le suiveur n’a pas bougé durant les 10 dernières heures. Cela indiquera qu’il fait nuit, et le suiveur reviendra à sa position initiale et attendra la lumière du jour suivante.

Veuillez consulter le code ci-dessous pour cette itération de notre suiveur solaire. Les valeurs peuvent toujours être modifiées pour s’adapter aux différentes régions et saisons.

Code source

Veuillez consulter le code que nous avons utilisé ci-dessous pour cette itération de notre suiveur solaire. Gardez à l’esprit que les valeurs peuvent toujours être modifiées pour s’adapter aux différentes régions et saisons.

<p>/*<br>  This program will allow the solar panel to track the sun, and drive the actuator using
  pwm. Readings from two photoresistors will be taking from each side of the solar panel.
  A number of samples will be taken, and a average reading will be calculated in order
  to determine which side has a higher sunlight intensity. The linear acutor will then
  either extend or retract to angle the solar panel so it is facing the sun. 
  A reset function is implemented so it will move the solar panel to its defult position.
  This allow the solar panel ready to charge in the morning after remain stationary during
  night time.  </p><p>  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.
*/</p><p>#include 
Servo myservo;                                        // Create servo object to control a servo</p><p>/*
            PIN ASSIGNMENTS 
            
   Assign pins from WASP Controller and Arduino Micro to appropriate variable.
*/</p><p>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</p><p>/*
            VARIABLE DECLARATION
             
   Delcare variable that will be used in the functions later and initilize them.
*/</p><p>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)</p><p>void setup()
{</p><p>/*
            SET INPUT & OUTPUT 
            
   Set the input and output to the variables and pins.
*/</p><p>  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
}</p><p>void loop()
{
  
/*
            SENSOR READINGS
            
   Take 10 sample readings from both sensors, and take the average of the inputs.
*/</p><p>  int solar_input_west = 0;                                     // Sun light intensity readings from sensor west
  int solar_input_east = 0;                                     // Sun light intensity readings from sensor east</p><p>  for( int i=0; i<10; i++)
  {   
    sensor_west[i] = analogRead(sensor_west_pin1);              // Taking the analog readings from sensor west
    sensor_east[i] = analogRead(sensor_east_pin2);              // Taking the analog readings from sensor east
    solar_input_west = sensor_west[i] + solar_input_west;       // Sum all the inputs from sensor west
    solar_input_east = sensor_east[i] + solar_input_east;       // Sum all the inputs from sensor east
    delay(sample_time_interval);
  }</p><p>  solar_input_west = (solar_input_west) / 10;                   // The the average of input signals from sensor west
  solar_input_east = (solar_input_east) / 10;                   // The the average of input signals from sensor east</p><p> /*
            SOLAR PANEL MOVEMENT
            
   The solar panel will tilt toward west if the sunlight intensity detected on the west side of the panel is greater than the
   one detected on the east side. The solar panel will tilt toward east if the sunlight intensity detected on the east side
   is greater than the one detected on the west side. However, if the readings from both side are similar, the solar panel
   will remain stationary.   
*/</p><p>  if( solar_input_west - solar_input_east > 20)                // If the sunlight intensity is higher on the west side of the panel
  {
    myservo.writeMicroseconds(2000);                           // Full speed forwards (2000) signal pushing the solar panel to the left(west)
    delay(500); //0.5 seconds  
    reset_counter = 0;
  }
  
 else if( solar_input_east - solar_input_east > 20)           // If the sunlight intensity is higher on the east side of the panel
  {  
    myservo.writeMicroseconds(1000);                          // Full speed backwards (1000) signal pulling the solar panel to the right(east)
    delay(500); //0.5 seconds  
    reset_counter = 0;
  }  </p><p>  else                                                        // If ther sunlight intensity is similar from both side of the panel
  {
    myservo.writeMicroseconds(1520);                          // Stationary (1520) signal stop the solar panel from moving
    reset_counter++;
  } 
  
 delay(solar_panel_adjustment_interval);                      // Delay before another adjustment will be made</p><p>/*
            OVERNIGHT POSITION RESET</p><p>   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;
  }
}</p>

Matériel pour suiveur à un axe

Il existe d’innombrables façons de créer un suiveur solaire à un axe. La méthode la plus simple consiste à construire le châssis avec des tubes en PVC et des raccords coudés en PVC. L’élément le plus important est la capacité de suivi, qui peut être obtenue avec un simple mini‑vérin linéaire PA‑14 et un support BRK-14.

Pour notre montage, nous avons choisi un châssis trépied et utilisé des pièces imprimées en 3D pour créer les articulations et les supports. Cela nous a permis de fabriquer une structure de suiveur solaire très portable, avec l’inclinaison et la capacité de suivi optimales. Pour un aperçu visuel de notre processus, consultez notre chaîne YouTube.

Composants

1. Tuyau en cuivre 3/4".
2. 1x embout de tuyau en cuivre 3/4". 
3. 3x collier de serrage 3/4". 
4. Tuyau en PVC 3/4".
5. 1x collier de serrage 1. 
6. 5x vis, écrous et rondelles M6.
7. Divers supports imprimés en 3D.
8. 2x goupilles de montage d’actionneur (disponibles dans l’ensemble BRK-14).
9. 1x mini‑vérin linéaire PA-14.

Inclinaison optimale

Outre l’ajout de la capacité de suivre le soleil, une autre façon d’augmenter l’efficacité du panneau solaire consiste à régler l’inclinaison fixe en fonction de votre emplacement. L’inclinaison optimale est déterminée par la latitude de votre position. Plus d’informations sont disponibles à ce lien : Inclinaison du panneau solaire.

Voici un dessin côté profil montrant comment nous avons calculé l’inclinaison de notre suiveur. Vous pouvez calculer la Longueur B avec l’équation suivante :

Fabrication et assemblage

Pour un aperçu visuel de notre processus de fabrication, nous avons mis en ligne une vidéo YouTube.

Étapes

1. Calculer les longueurs nécessaires pour obtenir l’inclinaison optimale.
2. Rassembler tous les composants nécessaires.
3. Fixer des supports au panneau solaire en perçant des trous et en les vissant avec les boulons appropriés. 
4. Couper les tuyaux en cuivre et en PVC à longueur.
5. Peindre et poncer les tuyaux en cuivre et en PVC.
6. Fixer les supports aux tuyaux et les sécuriser avec des colliers de serrage. 
7. Monter le mini‑vérin linéaire PA-14 et le sécuriser à l’aide des goupilles de montage d’actionneur BRK-14.

Le nouveau et amélioré mini actionneur PA-01 (mise à niveau du PA-14) est le modèle actuel que nous proposons, avec de nombreux avantages supplémentaires. Pour une comparaison, consultez les tableaux ci-dessous et mettez à niveau en toute confiance !

Conclusion

La vérité, c’est que l’énergie solaire remplacera bel et bien l’énergie fossile dans un avenir proche. Alors que des solutions pour améliorer l’efficacité des panneaux solaires apparaissent déjà, il reste à voir ce que l’avenir réserve au secteur de l’énergie. Nous espérons que vous avez apprécié notre article et notre vidéo sur la création d’un suiveur solaire portable.