איך לבנות גשש סולארי נייד?

בניגוד לדלקים מאובנים ואנרגיה גרעינית, אנרגיה סולארית היא בטוחה ונקייה. בנוסף, היא מסייעת במניעת הרס בתי גידול תוך כדי מאבק בשינויי האקלים. חשיבותה של אנרגיה סולארית אינה טמונה בזילותה ובאמינותה, אלא בעובדה שהיא מסייעת בשימור בית האדם. כיוון שתעשיות כבר רגישות, נותר לראות האם העולם יעבור לצמיתות לאנרגיה מתחדשת. בפרויקט זה, נראה לכם כיצד השתמשנו ב... PA-14 מיני ליניאהר מַפעִיל לעקוב אחר השמש דרך ציר תנועה יחיד. פעולה זו מגדילה את תפוקת החשמל של פאנל סולארי עד 25% יותר מאשר פאנל סולארי קבוע. צירפנו גם סרטון 'איך לעשות' למטה להסבר נוסף.

מהו גשש סולארי?

גשש סולארי הוא מכשיר המשמש להטיית פאנלים סולאריים לכיוון אור השמש. לכן, גששי סולאריים עוקבים אחר השמש כל היום ומבטיחים שהפאנלים הסולאריים לוכדים או אוגרים כמה שיותר אנרגיה. מטרתם היחידה היא פשוט למקסם את התפוקה. החדשות הטובות כאן הן שתוכלו להכין גשש סולארי משלכם בבית. בעזרת הכלים הנכונים, והכי חשוב, פאנלים סולאריים ו... מפעילים ליניאריים, תוכלו ליצור את המעקב הסולארי שלכם ולוודא שהפאנלים הסולאריים שלכם לוכדים את כמות אור השמש המקסימלית.

יתרונות השימוש במפעילים ליניאריים במערכת מעקב סולארית

בעת בניית מערכת המעקב הסולארית שלכם, מומלץ ומועיל להשתמש במפעילים ליניאריים 12 וולט. מפעילים 12 וולט משמשים בדרך כלל בעוקבים סולאריים מכיוון שהם עוזרים להבטיח או לשפר את יעילותם של פאנלים סולאריים. לכן, בעת חיפוש אחר מפעיל למערכת המעקב הסולארית, שקלו תמיד את מפעיל המעקב הסולארי 12 וולט.

אחד היתרונות העיקריים של מפעיל 12 וולט הוא שהוא משיג את התנועות הרצויות בדיוק רב יותר. לכן, ללא קשר למיקום השמש, מפעילים אלה יבטיחו שהפאנלים הסולאריים שלכם יהיו משופעים או נוטים במיקום הטוב ביותר האפשרי כדי לשפר את יעילותם בלכידת אור השמש.

המרת אנרגיה מפאנלים סולאריים

ישנם שלושה שלבים פשוטים בהמרת אנרגיה סולארית לאנרגיה חשמלית. כל שלב מבוצע על ידי רכיב בודד כפי שמפורט להלן.

1. פאנל סולארי סונגולד SGM-90W-18V. זה סופג פוטונים מאור השמש וממיר אותם לחשמל המופק כמתח DC משתנה.
2. בקר טעינה סולארי Genasun GV-10 מווסת את מתח הישר מהפאנל הסולארי כדי לטעון את הסוללה.
3. סוללת ליתיום-יון 12 וולט DC אוגר את החשמל לשימוש מיידי או מאוחר יותר.

במערכת שלנו, חיברנו מחבר מצת סיגריות לרכב לסוללה. זה מאפשר לנו לחבר בקלות אביזרי רכב 12V לפאנל הסולארי. בסרטון שלנו השתמשנו במאוורר מתנדנד, זרקור LED בעל עוצמה גבוהה ואפילו מטען לטלפון.

כיצד לבנות גשש סולארי נייד

מערכת בקרה

ה מפעיל ליניארי נשלט על ידי מיקרו-בקר ארדואינו באמצעות בקר מנוע Wasp. הוא לוקח את הקריאות מפוטו-נגדים כדי לקבוע איזה צד של הפאנל מקבל אור ומתאים את מיקום הפאנל הסולארי עד שקריאות הפוטו-נגד יהיו שוות למדי. זה מבטיח שהפאנל הסולארי מכוון ישירות אל השמש ויפיק את ההספק המרבי.

רכיבים

1. מפעיל ליניארי מיני PA-14 אחד – 6 אינץ' – כוח 150 ליברות.
2. פאנל סולארי Sungold SGM-90W-18 90 וואט אחד.
3. בקר טעינה סולארי Genasun GV-10 12 VDC אחד. 
4. 1x ארדואינו מיקרו PLC.
5. 1x בקר מנוע של צרעה.
6. 2 נגדים פוטו-סיסטריים של 10k אוהם ו-2 נגדים של 7k אוהם. 
7. סוללת ליתיום נטענת 12 וולט DC אחת. 
8. מחבר מצית סיגריות אחד עבור אביזרי 12V (אופציונלי).

בקר מנוע

עבור חלק הבקרה של גשש הסולארי הזה, נשתמש ב-Arduino Micro ובבקר המנוע WASP. בקר המנוע Wasp נשלט על ידי Arduino Micro באמצעות Pulse Width Modulation. לאחר מכן, ה-Wasp מקבל חשמל מסוללת 12V כדי לפתח ולסגור את המפעיל המיני-לינארי PA-14. בחרנו במפעיל של 150 ליברות (150 lb force) מכיוון שהוא צורך פחות זרם בהשוואה לגרסת כוח של 35 ליברות (35 lb force) עבור העומס שיש לנו.

חיישן אור

כדי לזהות את עוצמת האור מהשמש, השתמשנו בפוטו-נגד של 10k אוהם. פוטו-נגד מתנהג כמו נגד משתנה הנשלט על ידי אור. ההתנגדות תפחת ככל שעוצמת האור עולה. נצטרך שני חיישנים, אחד בצד המזרחי של הפאנל והשני בצד המערבי כדי שנוכל לקבוע את מיקום השמש.

חברו את הפוטו-נגד של 10k אוהם ואת הנגד של 7k אוהם בטור וספקו אות 5V מהארדואינו מיקרו. מדדו את קריאת המתח על פני הנגד של 7k אוהם באמצעות קלט אנלוגי בארדואינו מיקרו. מכיוון שהמעגל מתנהג בדיוק כמו מחלק מתח, הקריאה האנלוגית מהנגד של 7k אוהם תגדל ככל שעוצמת האור תגדל.

שימו לב שהפוטורזיסטור רגיש מאוד וייתכן שתצטרכו להגביל את האור המתקבל מהשמש.

עבור היישום שלנו, גילינו שכיוון שלו לצד הפאנל וכיסויו בסרט שקוף עבד בצורה הטובה ביותר.

תִכנוּת

ניתן למצוא את התוכנית המלאה בסעיף הבא תחת 'קוד המקור'. סעיף זה של המאמר יסביר את הרכיבים השונים של התוכנית.

ספריית סרבו

ספריית Servo.h מאפשרת ל-Arduino Micro לשלוט במנועי סרוו RC באמצעות פקודות שורה אחת באופן הבא:

סרוו שלי.כתוב מיקרו-שניות (1000); // מפעיל במהירות מלאה אחורה (1000)

סרוו שלי.כתוב מיקרו-שניות (1520); // עצירת מפעיל (1520)

סרוו שלי.כתוב מיקרו-שניות (2000); // מפעיל מהירות מלאה קדימה (2000)

הקצאות פינים

פינים 10 ו-11 בארדואינו מיקרו מוגדרים להפעלת חשמל והארקה כדי להפעיל את בקר ה-WASP. פינים 6 ו-8 בארדואינו מיקרו מוקצים לאנלוגים 7 ו-8, המוגדרים לקבל קריאות מחיישן האור מערב ומזרח.

הצהרת משתנים

בסעיף זה, משתנים מוצהרים ומאותחלים. הם ישמשו בפונקציות לאחסון קריאות מחיישני האור. זמן הדגימה ומרווח ההתאמה מוצהרים גם כאן. ניתן לשנות את ערכם כדי לקבוע את מרווחי הזמן בין כל קריאה ואת הזמן בין כל כוונון זווית שבוצע בפאנל הסולארי. הערך ההתחלתי מוגדר לקריאה כל 10 שניות ולכוונון מיקום פאנל הסולארי כל 10 דקות.

הגדר קלט ופלט

הגדר את WASP_Power ואת WASP_Ground לפלט על מנת להפעיל את בקר ה-WASP. הגדר את sensor_west_pin1 ואת sensor_east_pin2 כקלט כדי לקבל קריאות מחיישני אור של פוטורזיסטורים.

קריאות חיישן

כפי שצוין קודם לכן, כדי לקבוע לאיזה כיוון צריך לפנות הפאנל הסולארי, אנו משתמשים בשני פוטורזיסטורים כחיישן אור כדי לקרוא את עוצמת האור של כל צד של הפאנל הסולארי. התוכנה בה השתמשנו תיקח קריאת דגימה כל 10 שניות עבור 10 דגימות, ולאחר מכן תיקח את הקריאות הממוצעות משני הפוטורזיסטורים להשוואה.

תנועת פאנלים סולאריים

עם ארדואינו מיקרו, אנו משתמשים בבקרת PWM כדי להניע את המפעיל. זוהי שיטה פשוטה ואמינה לשליטה במפעיל הליניארי. בהתאם לערך שאנו מגדירים עבור PWM, נוכל להאריך, לסגת או לעצור את המפעיל לכל פרק זמן כל עוד זה לא חורג ממחזור העבודה של המפעיל.

מקריאות החיישנים שלנו, יש לנו שני ערכי עוצמת אור ממוצעים משני החיישנים בצד המערבי והמזרחי. לאחר מכן, המכשיר יבצע את פקודת התנועה כדי להאריך, לסגור או להישאר נייח בהתאם להפרש בין קריאות שני החיישנים. קבוצת פקודות זו תפעל כל 10 דקות כדי להבטיח שהפאנל הסולארי תמיד מקבל את כמות אור השמש המרבית.

איפוס מיקום לילה

תכונה נוספת שניתן ליישם עם המעקב הסולארי היא פונקציית איפוס. אם המעקב הסולארי הושאר לפעול במשך מספר ימים, יהיה צורך לוודא שהוא יתאפס למיקומו ההתחלתי למחרת בבוקר. לשם כך, נשתמש בפונקציית מונה פשוטה שתאפס את המיקום אם המעקב הסולארי לא זז ב-10 השעות האחרונות. זה יצביע על כך שכבר לילה, והמעקב הסולארי יתאפס למיקומו ההתחלתי וימתין לאור היום של היום הבא.

אנא עיינו בקוד שלהלן עבור גרסה זו של מעקב הסולארי שלנו. ניתן לשנות את הערך תמיד כדי להתאים אותו לאזורים ועונות שנה שונים לאורך כל השנה.

קוד המקור

אנא עיינו בקוד בו השתמשנו להלן עבור איטרציה זו של מעקב הסולארי שלנו. זכרו שניתן לשנות את הערכים תמיד כדי להתאים אותם לאזורים ועונות שנה שונים לאורך כל השנה.

/*
 תוכנית זו תאפשר לפאנל הסולארי לעקוב אחר השמש ולהפעיל את המפעיל באמצעות PWM. קריאות משני פוטורזיסטורים יילקחו מכל צד של הפאנל הסולארי. יילקחו מספר דגימות, וקריאה ממוצעת תחושב על מנת לקבוע לאיזה צד יש עוצמת אור שמש גבוהה יותר. לאחר מכן, המפעיל הליניארי ייפתח או ייסוג כדי לכוון את הפאנל הסולארי כך שיפנה אל השמש. פונקציית איפוס מיושמת כך שתעביר את הפאנל הסולארי למצבו המוגדר כברירת מחדל. זה יאפשר לפאנל הסולארי להיות מוכן לטעינה בבוקר לאחר שיישאר נייח בלילה. 
 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; // יצירת אובייקט סרוו לשליטה בסרוו
/* 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; // קריאות עוצמת אור השמש מהחיישן מערב int solar_input_east = 0; // קריאות עוצמת אור השמש מהחיישן מזרח
 for( int i=0; i<10; i++) { sensor_west[i] = analogRead(sensor_west_pin1); // לקיחת הקריאות האנלוגיות מחיישן מערב sensor_east[i] = analogRead(sensor_east_pin2); // לקיחת הקריאות האנלוגיות מחיישן מזרח solar_input_west = sensor_west[i] + solar_input_west; // סיכום כל הקלטים מחיישן מערב solar_input_east = sensor_east[i] + solar_input_east; // סיכום כל הקלטים מחיישן מזרח delay(sample_time_interval); }
 solar_input_west = (solar_input_west) / 10; // ממוצע אותות הקלט מהחיישן מערב solar_input_east = (solar_input_east) / 10; // ממוצע אותות הקלט מהחיישן מזרח
 /* תנועת פאנל סולארי פאנל סולארי יטה לכיוון מערב אם עוצמת אור השמש הנמדדת בצד המערבי של הפאנל גדולה מזו הנמדדת בצד המזרחי. פאנל סולארי יטה לכיוון מזרח אם עוצמת אור השמש הנמדדת בצד המזרחי גדולה מזו הנמדדת בצד המערבי. עם זאת, אם הקריאות משני הצדדים דומות, פאנל סולארי יישאר נייח. */
 אם (solar_input_west - solar_input_east> 20) // אם עוצמת אור השמש גבוהה יותר בצד המערבי של הפאנל { myservo.writeMicroseconds(2000); // אות מהירות מלאה קדימה (2000) דוחף את הפאנל הסולארי שמאלה (מערבה) delay(500); //0.5 שניות reset_counter = 0; } אחרת אם (solar_input_east - solar_input_east> 20) // אם עוצמת אור השמש גבוהה יותר בצד המזרחי של הפאנל { myservo.writeMicroseconds(1000); // אות מהירות מלאה אחורה (1000) מושך את הפאנל הסולארי ימינה (מזרח) delay(500); //0.5 שניות reset_counter = 0; } 
 אחרת // אם עוצמת אור השמש דומה משני צידי הפאנל { myservo.writeMicroseconds(1520); // אות נייח (1520) עוצר את תנועת הפאנל הסולארי reset_counter++; } delay(solar_panel_adjustment_interval); // השהייה לפני ביצוע כוונון נוסף
/* איפוס מיקום לילה
 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; }
}

חומרת מעקב חד-צירית

ישנן אינספור דרכים ליצור גשש סולארי בעל ציר יחיד. השיטה הקלה ביותר תהיה לבנות את המסגרת באמצעות צינורות PVC ומפרקים בזווית של PVC. החלק החשוב ביותר הוא היכולת לעקוב, שניתן להשיג באמצעות מפעיל מיני ליניארי פשוט מדגם PA-14 ו... סוגר BRK-14.

עבור הבנייה שלנו, בחרנו מסגרת חצובה והשתמשנו בחלקים מודפסים בתלת מימד כדי ליצור את המפרקים והתושבות. זה אפשר לנו ליצור מסגרת מעקב סולארי ניידת מאוד עם רמת הטיה ויכולת מעקב אופטימלית. לסקירה ויזואלית של תהליך הבנייה שלנו, בקרו בערוץ היוטיוב שלנו.

רכיבים

1. צינור נחושת 3/4 אינץ'.
2. מכסה קצה צינור נחושת אחד בגודל 3/4 אינץ'. 
3. 3x 3/4 אינץ' מהדק הילוכים. 
4. צינור PVC בקוטר 3/4 אינץ'.
5. 1x1 מהדק הילוכים.
6. 5x בורג M6, אום ודיסקית.
7. סוגריים מודפסים בתלת מימד שונים.
8. 2x פיני הרכבה למפעיל (ניתן למצוא בערכה BRK-14).
9. מפעיל ליניארי מיני PA-14 אחד.

הטיה אופטימלית

מלבד הוספת היכולת לעקוב אחר השמש, דרך נוספת להגביר את יעילות הפאנל הסולארי היא להתאים את ההטיה הקבועה בהתאם למיקומך. ההטיה האופטימלית נקבעת על פי קו הרוחב של מיקומך. מידע נוסף בנושא ניתן למצוא בקישור זה: הטיה של פאנל סולארי.

כאן יש לנו שרטוט ממדים מנקודת מבט צדדית כדי להראות כיצד חישבנו את נטיית המעקב שלנו. ניתן לחשב את אורך B באמצעות המשוואה הבאה:

ייצור והרכבה

לקבלת סקירה ויזואלית של תהליך הבנייה שלנו, העלינו סרטון יוטיוב.

צעדים

1. חשב את האורכים הדרושים כדי להשיג את ההטיה האופטימלית.
2. אסוף את כל הרכיבים הדרושים.
3. חברו את הסוגריים לפאנל הסולארי על ידי קידוח חורים וחיזוקם בעזרת הברגים המתאימים. 
4. חותכים את צינורות הנחושת וה-PVC לאורך.
5. צבעו ושייפו את צינורות הנחושת וה-PVC.
6. חברו את הסוגריים לצינורות ואבטחו אותם בעזרת מלחציים. 
7. הרכיבו את המפעיל המיני-לינארי PA-14 ואבטחו אותו באמצעות פיני ההרכבה של המפעיל BRK-14.

החדש והמשופר מפעיל מיני PA-01 (שדרוג PA-14) הוא הדגם הנוכחי שאנו מציעים עם מגוון יתרונות נוספים. להשוואה, עיינו בטבלאות למטה ושדרגו בביטחון!

מַסְקָנָה

האמת היא שאנרגיה סולארית אכן תחליף את אנרגיית דלקים מאובנים בעתיד הקרוב. כיוון שאנשים כבר מפתחים דרכים חדשות להגברת יעילותם של פאנלים סולאריים, נותר לראות מה צופן העתיד לתעשיית האנרגיה. אנו מקווים שנהניתם מהמאמר והסרטון שלנו על יצירת גשש סולארי נייד.