Taşınabilir Güneş Takip Cihazı Nasıl Yapılır?

Fosil yakıt ve nükleer enerjinin aksine, güneş enerjisi güvenli ve temizdir. Ayrıca, iklim değişikliğiyle mücadele ederken yaşam alanlarının tahribatını önlemeye de yardımcı olur. Güneş enerjisinin önemi sadece ucuzluğu ve güvenilirliğinde değil, insanın evini korumaya yardımcı olmasında yatmaktadır. Sanayiler zaten bu konuda bilinçlenmişken, dünyanın yenilenebilir enerjiye kalıcı bir geçiş yapıp yapmayacağı henüz belli değil. Bu projede, güneş enerjisini nasıl kullandığımızı size göstereceğiz. PA-14 Mini LineaR Aktüatör Güneşi tek bir hareket ekseni boyunca takip etmek. Bu sayede güneş panelinin güç verimi, sabit bir güneş paneline göre %25'e kadar artar. Daha ayrıntılı açıklama için aşağıya bir "nasıl yapılır" videosu da ekledik.

Güneş takip sistemi nedir?

Güneş takip sistemi, güneş panellerini güneş ışığı yönüne doğru eğmek için kullanılan bir cihazdır. Bu nedenle, güneş takip sistemleri tüm gün boyunca güneşi takip eder ve güneş panellerinin mümkün olduğunca fazla enerji yakalamasını veya toplamasını sağlar. Tek amaçları, çıktıyı en üst düzeye çıkarmaktır. İyi haber şu ki, kendi güneş takip sisteminizi evde yapabilirsiniz. Doğru aletlerle, en önemlisi güneş panelleriyle ve doğrusal aktüatörlerBöylece kendi güneş takip sisteminizi oluşturabilir ve güneş panellerinizin maksimum miktarda güneş ışığı yakalamasını sağlayabilirsiniz.

Güneş Takip Sistemlerinde Doğrusal Aktüatörlerin Kullanımının Faydaları

Güneş takip sisteminizi kurarken, 12V lineer aktüatörler kullanmanız gerçekten tavsiye edilir ve faydalıdır. 12V aktüatörler genellikle güneş panellerinin etkinliğini sağlamaya veya artırmaya yardımcı oldukları için güneş takip sistemlerinde kullanılır. Bu nedenle, güneş takip sistemi için bir aktüatör ararken, her zaman 12V güneş takip aktüatörünü göz önünde bulundurun.

12V aktüatörün en önemli avantajlarından biri, istenen hareketleri daha yüksek hassasiyetle gerçekleştirmesidir. Bu nedenle, güneşin konumundan bağımsız olarak, bu aktüatörler güneş panellerinizin güneş ışığını yakalama verimliliğini artırmak için mümkün olan en iyi konumda eğimli veya meyilli olmasını sağlayacaktır.

Güneş Paneli Enerjisinin Dönüştürülmesi

Güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmenin üç basit adımı vardır. Her adım, aşağıda listelenen ayrı bir bileşen tarafından gerçekleştirilir.

1. Sungold Güneş Paneli SGM-90W-18V. Bu cihaz, güneş ışığından gelen fotonları emer ve bunları değişen bir doğru akım voltajı olarak elektriğe dönüştürür.
2. Genasun GV-10 Güneş Şarj Kontrol Cihazı Güneş panelinden gelen doğru akım voltajını düzenleyerek pili şarj eder.
3. 12 VDC Lityum İyon Pil Elektriği hemen veya daha sonra kullanılmak üzere depolar.

Sistemimizde, aküye bir araç çakmaklık konektörü bağladık. Bu sayede 12V'luk otomotiv aksesuarlarını güneş paneline kolayca bağlayabiliyoruz. Videomuzda salınım yapan bir vantilatör, yüksek güçlü bir LED spot ışığı ve hatta bir telefon şarj cihazı kullandık.

Taşınabilir Güneş Takip Cihazı Nasıl Yapılır?

Kontrol Sistemi

O doğrusal aktüatör bir tarafından kontrol ediliyor Arduino mikrodenetleyici Wasp motor kontrol ünitesi kullanılarak, panelin hangi tarafının ışık aldığını belirlemek için fotorezistörlerden gelen okumalar alınır ve fotorezistör okumaları yaklaşık olarak eşit olana kadar güneş panelinin konumu ayarlanır. Bu, güneş panelinin doğrudan güneşe yönlendirilmesini ve maksimum güç üretmesini sağlar.

Bileşenler

1. 1 adet PA-14 mini-lineer aktüatör – 6 inçç – 150 lb kuvvet.
2. 1 adet Sungold SGM-90W-18 90 Watt Güneş Paneli.
3. 1 adet Genasun GV-10 12 VDC Güneş Paneli Şarj Kontrol Cihazı. 
4. 1x Arduino Mikro PLC.
5. 1x Yaban Arısı Motor Kontrol Cihazı.
6. 2 adet 10k Ohm foto direnç ve 2 adet 7k Ohm direnç. 
7. 1 adet 12 VDC şarj edilebilir lityum pil. 
8. 1 adet 12V aksesuar için çakmaklık konektörü (isteğe bağlı).

Motor Kontrol Cihazı

Bu güneş takip sisteminin kontrol kısmı için Arduino Micro ve WASP Motor Kontrolcüsü kullanacağız. WASP Motor Kontrolcüsü, Arduino Micro tarafından Darbe Genişliği Modülasyonu (PWM) kullanılarak kontrol edilir. WASP daha sonra 12V bataryadan güç alarak PA-14 mini-lineer aktüatörü uzatıp geri çeker. Yükümüz için 35 lb'lik bir versiyona kıyasla daha az akım çektiği için 150 lb'lik aktüatörü seçtik.

Işık Sensörü

Güneşten gelen ışık yoğunluğunu tespit etmek için 10k Ohm'luk bir foto direnç kullandık. Foto direnç, ışıkla kontrol edilen değişken bir direnç gibi davranır. Işık yoğunluğu arttıkça direnç azalır. Güneşin konumunu belirleyebilmek için panelin doğu tarafında ve batı tarafında olmak üzere iki sensöre ihtiyacımız olacak.

Bir adet 10k ohm foto direnci ve bir adet 7k ohm direnci seri olarak bağlayın ve Arduino Micro'dan 5V sinyal verin. Arduino Micro'daki analog girişlerden birini kullanarak 7k ohm direnç üzerindeki voltaj değerini ölçün. Devre tam olarak bir voltaj bölücü gibi davrandığı için, ışık yoğunluğu arttıkça 7k ohm dirençten alınan analog değer de artacaktır.

Foto direncin çok hassas olduğunu ve güneşten gelen ışığı sınırlamanız gerekebileceğini unutmayın.

Bizim uygulamamızda, paneli yan tarafına doğru çevirip yarı saydam bantla kaplamanın en iyi sonucu verdiğini gördük.

Programlama

Programın tamamına bir sonraki bölümde, 'Kaynak Kod' başlığı altında ulaşabilirsiniz. Bu bölümde programın bileşenleri ayrıntılı olarak açıklanacaktır.

Servo Kütüphanesi

Servo.h kütüphanesi, Arduino Micro'nun RC servo motorlarını aşağıdaki gibi tek satırlık komutlarla kontrol etmesini sağlar:

myservo.yazMikrosaniyeler (1000); // Aktüatör tam hızda geriye doğru (1000)

myservo.yazMikrosaniyeler (1520); // Aktüatör durdurma (1520)

myservo.yazMikrosaniyeler (2000); // Aktüatör tam hızda ileri (2000)

Pin Atamaları

Arduino Micro üzerindeki 10 ve 11 numaralı pinler, WASP kontrolcüsünü çalıştırmak için güç ve topraklama olarak ayarlanmıştır. Arduino Micro üzerindeki 6 ve 8 numaralı pinler ise batı ve doğu yönündeki ışık sensöründen okuma almak üzere ayarlanmış analog 7 ve 8'e atanmıştır.

Değişken Bildirimi

Bu bölümde değişkenler tanımlanır ve başlatılır. Bu değişkenler, ışık sensörlerinden gelen okumaları saklamak için fonksiyonlarda kullanılacaktır. Örnekleme zamanı ve ayarlama aralığı da burada tanımlanır. Değerleri değiştirilerek her okuma arasındaki zaman aralığı ve güneş paneline yapılan her açı ayarlaması arasındaki zaman aralığı ayarlanabilir. Başlangıç değeri, her 10 saniyede bir okuma yapılması ve güneş panelinin konumunun her 10 dakikada bir ayarlanması olarak ayarlanmıştır.

Giriş ve Çıkışı Ayarla

WASP kontrol cihazını çalıştırmak için WASP_Power ve WASP_Ground pinlerini çıkış olarak ayarlayın. Foto direnç ışık sensörlerinden okuma almak için sensor_west_pin1 ve sensor_east_pin2 pinlerini giriş olarak ayarlayın.

Sensör Okumaları

Daha önce de belirtildiği gibi, güneş panelinin hangi yöne bakması gerektiğini belirlemek için, güneş panelinin her iki tarafındaki ışık yoğunluğunu okumak üzere iki fotorezistör ışık sensörü kullanıyoruz. Kullandığımız program, 10 örnek için her 10 saniyede bir örnek okuma alacak ve ardından karşılaştırmak için iki fotorezistörden alınan okumaların ortalamasını alacaktır.

Güneş Paneli Hareketi

Arduino Micro ile aktüatörü çalıştırmak için PWM kontrolü kullanıyoruz. Bu, doğrusal aktüatörü kontrol etmek için basit ve güvenilir bir yöntemdir. PWM için ayarladığımız değere bağlı olarak, aktüatörün görev döngüsünü aşmadığı sürece, aktüatörü herhangi bir süre boyunca uzatabilir, geri çekebilir veya durdurabiliriz.

Sensör okumalarımızdan, batı ve doğu tarafındaki her iki sensörden de ortalama iki ışık yoğunluğu değeri elde ettik. Daha sonra, iki sensörün okumaları arasındaki farka bağlı olarak uzatma, geri çekme veya sabit kalma hareket komutunu uygulayacaktır. Bu komutlar, güneş panelinin her zaman en fazla güneş ışığını almasını sağlamak için her 10 dakikada bir çalıştırılacaktır.

Gece Boyunca Pozisyon Sıfırlama

Güneş takip cihazıyla uygulanabilecek bir diğer özellik de sıfırlama fonksiyonudur. Güneş takip cihazı birkaç gün boyunca çalışmaya devam ederse, ertesi sabah başlangıç konumuna sıfırlanmasını sağlamak gerekir. Bunun için, güneş takip cihazının son 10 saat içinde hareket etmediğini gösteren basit bir sayaç fonksiyonu kullanacağız. Bu, gece olduğunu gösterir ve güneş takip cihazı başlangıç konumuna sıfırlanarak ertesi günün gün ışığını bekler.

Güneş takip sistemimizin bu sürümüne ait kod aşağıda yer almaktadır. Değer, yıl boyunca farklı bölgelere ve mevsimlere uyacak şekilde her zaman değiştirilebilir.

Kaynak Kodu

Güneş takip sistemimizin bu sürümü için kullandığımız kodu aşağıda bulabilirsiniz. Değerlerin, yıl boyunca farklı bölgelere ve mevsimlere uyacak şekilde her zaman değiştirilebileceğini unutmayın.

/*
 Bu program, güneş panelinin güneşi takip etmesini ve PWM kullanarak aktüatörü çalıştırmasını sağlayacaktır. Güneş panelinin her iki tarafından iki foto dirençten okumalar alınacaktır. Birçok örnek alınacak ve hangi tarafın daha yüksek güneş ışığı yoğunluğuna sahip olduğunu belirlemek için ortalama bir okuma hesaplanacaktır. Doğrusal aktüatör daha sonra güneş panelini güneşe bakacak şekilde açılı hale getirmek için uzayacak veya geri çekilecektir. Güneş panelini varsayılan konumuna geri döndürecek bir sıfırlama fonksiyonu uygulanmıştır. Bu, güneş panelinin gece boyunca sabit kaldıktan sonra sabah şarj olmaya hazır olmasını sağlar. 
 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; // Bir servoyu kontrol etmek için servo nesnesi oluşturun
/* 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; // Batı sensöründen alınan güneş ışığı yoğunluğu değerleri int solar_input_east = 0; // Doğu sensöründen alınan güneş ışığı yoğunluğu değerleri
 for( int i=0; i<10; i++) { sensor_west[i] = analogRead(sensor_west_pin1); // Batı sensöründen analog okumaları al sensor_east[i] = analogRead(sensor_east_pin2); // Doğu sensöründen analog okumaları al solar_input_west = sensor_west[i] + solar_input_west; // Batı sensöründen gelen tüm girişleri topla solar_input_east = sensor_east[i] + solar_input_east; // Doğu sensöründen gelen tüm girişleri topla delay(sample_time_interval); }
 solar_input_west = (solar_input_west) / 10; // Batı sensöründen gelen giriş sinyallerinin ortalaması solar_input_east = (solar_input_east) / 10; // Doğu sensöründen gelen giriş sinyallerinin ortalaması
 /* GÜNEŞ PANELİNİN HAREKETİ Güneş panelinin batı tarafında algılanan güneş ışığı yoğunluğu doğu tarafında algılanandan daha yüksekse, panel batıya doğru eğilecektir. Güneş panelinin doğu tarafında algılanan güneş ışığı yoğunluğu batı tarafında algılanandan daha yüksekse, panel doğuya doğru eğilecektir. Ancak, her iki taraftan alınan okumalar benzer ise, güneş paneli sabit kalacaktır. */
 Eğer ( solar_input_west - solar_input_east > 20) // Güneş ışığı yoğunluğu panelin batı tarafında daha yüksekse { myservo.writeMicroseconds(2000); // Tam hızda ileri (2000) sinyal, güneş panelini sola (batıya) doğru itiyor delay(500); //0,5 saniye reset_counter = 0; } aksi takdirde eğer ( solar_input_east - solar_input_east > 20) // Güneş ışığı yoğunluğu panelin doğu tarafında daha yüksekse { myservo.writeMicroseconds(1000); // Tam hızda geri (1000) sinyal, güneş panelini sağa (doğuya) doğru çekiyor delay(500); //0,5 saniye reset_counter = 0; } 
 aksi takdirde // Güneş ışığı yoğunluğu panelin her iki tarafından da benzerse { myservo.writeMicroseconds(1520); // Sabit (1520) sinyali güneş panelinin hareketini durdurur reset_counter++; } delay(solar_panel_adjustment_interval); // Başka bir ayarlama yapılmadan önce gecikme
/* GECE BOYU KONUM SIFIRLAMA
 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; }
}

Tek Eksenli İzleyici Donanımı

Tek eksenli güneş takip sistemi oluşturmanın sayısız yolu vardır. En kolay yöntem, çerçeveyi PVC borular ve PVC açılı bağlantı parçaları kullanarak inşa etmektir. En önemli kısım ise takip yeteneğidir; bu da basit bir PA-14 mini-lineer aktüatör ve bir BRK-14 braketi.

Yapımımızda üç ayaklı bir çerçeve seçtik ve bağlantı noktalarını ve montaj parçalarını oluşturmak için 3D yazıcıda basılmış parçalar kullandık. Bu sayede optimum eğim ve takip kabiliyetine sahip, oldukça taşınabilir bir güneş takip çerçevesi oluşturabildik. Yapım sürecimizin görsel bir özetini görmek için YouTube kanalımıza göz atabilirsiniz.

Bileşenler

1. 3/4 inçç bakır boru.
2. 1 adet 3/4 inçç bakır boru uç kapağı. 
3. 3 adet 3/4 inçç dişli kelepçe. 
4. 3/4 inçç PVC boru.
5. 1x 1 Dişli kelepçe.
6. 5 adet M6 cıvata, somun ve pul.
7. Çeşitli 3D yazıcıda üretilmiş braketler.
8. 2 adet aktüatör montaj pimi (BRK-14 setinde bulunabilir).
9. 1 adet PA-14 mini-lineer aktüatör.

Optimum Eğim

Güneşi takip etme özelliğini eklemenin yanı sıra, güneş panelinin verimliliğini artırmanın bir diğer yolu da, bulunduğunuz yere göre sabit eğimi ayarlamaktır. Optimum eğim, bulunduğunuz yerin enlemine göre belirlenir. Bu konu hakkında daha fazla bilgiye şu bağlantıdan ulaşabilirsiniz: Güneş Paneli Eğimi.

Burada, takip cihazımızın eğimini nasıl hesapladığımızı göstermek için yandan perspektiften bir boyutlandırma çizimi bulunmaktadır. B uzunluğunu aşağıdaki denklemi kullanarak hesaplayabilirsiniz:

İmalat ve Montaj

Yapım sürecimizin görsel bir özetini görmek için bir dosya yükledik. YouTube videosu.

Adımlar

1. En uygun eğimi elde etmek için gereken uzunlukları hesaplayın.
2. Gerekli tüm malzemeleri toplayın.
3. Güneş paneline delikler açarak ve uygun cıvatalarla sabitleyerek braketleri takın. 
4. Bakır ve PVC boruları istenilen uzunlukta kesin.
5. Bakır ve PVC boruları boyayın ve zımparalayın.
6. Braketleri borulara takın ve dişli kelepçelerle sabitleyin. 
7. PA-14 mini-lineer aktüatörü monte edin ve BRK-14 aktüatör montaj pimlerini kullanarak sabitleyin.

Yeni ve geliştirilmiş PA-01 mini aktüatör (PA-14 yükseltmesi), çeşitli ek avantajlar sunan mevcut modelimizdir. Karşılaştırma için aşağıdaki tablolara göz atın ve güvenle yükseltme yapın!

Çözüm

Gerçek şu ki, güneş enerjisi yakın gelecekte fosil yakıt enerjisinin yerini alacak. İnsanlar güneş panellerinin verimliliğini artırmanın yeni yollarını bulmaya başlamışken, enerji sektörünün geleceğinin ne olacağı henüz belli değil. Taşınabilir güneş takip cihazı yapımı hakkındaki makalemizi ve videomuzu beğendiğinizi umuyoruz.