Solární sledovač. Zařízení pro sledování slunce Domácí zařízení pro sledování slunce

Pro začátek je pravděpodobně vhodné říci, co se v tomto článku rozumí solárním sledovačem. Stručně řečeno, zařízení je pohyblivý stojan pro solární panel, takže v našich mírných zeměpisných šířkách panel shromažďuje dostatečné množství světla a mění svou polohu podle slunce.

V tomto případě byl prototyp solárního sledovače sestaven pomocí Arduina. Pro otáčení plošiny v horizontální a vertikální ose se používají serva, jejichž úhel natočení závisí na síle světla dopadajícího na fotoodpory. Jako tělo je použita všemi oblíbená sovětská kovová stavebnice.

Za zmínku by stálo, že to vše bylo provedeno jako kurzový projekt, takže jsem se neobtěžoval nákupem a montáží samotného solárního panelu a baterie, protože jejich přítomnost nesouvisí s provozem trackeru. Na zdůvodnění mohu říci, že schopnosti sovětského kovového konstruktéra jsou obrovské, takže připojení malého solárního panelu k nabíjení telefonu nebude nijak zvlášť obtížné, pokud se taková touha objeví.

Co bylo tedy použito při montáži:

Arduino MEGA 2560 R3
Servopohon Tower SG90 - 2x
Fotorezistor MLG4416 (90mW; 5-10kOhm/1,0MOhm) - 4x
Piezoelektrický zvonek KPR-G1750
Kovový konstruktér
Výstupní odpor 10 kOhm; 0,25 W; 5% - 4x
Potištěné prkénko, pouzdro, propojovací kabely

Mega byl použit pouze proto, že byl v době schválení tématu projektu ve skříni, pokud vezmeme v úvahu nákup všech prvků od začátku, pak by v tomto případě stačilo Uno, ale samozřejmě by bylo levnější.

Ke zvýšení high-tech efektu bylo potřeba řečníka, který se náhle ocitl na seznamu. Faktem je, že serva se mohou otáčet pouze o 180 stupňů a více nepotřebujeme, vzhledem k tomu, že sledujeme slunce. Ale při testování fungování projektu, kdy během dvou minut dema nemůžete pořádně sledovat slunce, se ukázalo, že by bylo fajn signalizovat, v jakém bodě byste měli přestat mávat baterkou, protože servo má dosáhl mrtvé zóny. Proto byla přidána výše uvedená výzva.

Začněme tedy sestavovat tracker. Pro začátek rozdělíme nadcházející rozsah práce do podmíněných čtyř fází: sestavení stojanu pro solární panely a připevnění serv, připevnění fotocitlivých prvků k sestavené konstrukci, pájení a psaní kódu pro Arduino.

Obrázek jedna: design

Intenzivním hledáním bylo nalezeno několik příkladů konstrukce takových zařízení. Největší pozornosti se dostalo dvěma:

www.youtube.com/watch?v=SvKp3V9NHZY– vítěz v kategorii „Material Supply“ ztratil spolehlivost a praktičnost zařízení: design je přímým spojením dvou serv.
www.instructables.com/id/Simple-Dual-Axis-Solar-Tracker - ve skutečnosti zde byla vzata hlavní myšlenka mého návrhu, s výjimkou materiálu a celkového vzhledu otočného pouzdra.

Sestavení z kovové sady bylo spojeno s určitými obtížemi: museli jsme pomocí vrtačky upravit otvory pro připojení serv a také je bezpečně přilepit k plošinám ve dvou rovinách. Co se stalo, ukazuje video níže.

Obrázek dva: obvody

Hlavním úkolem uchycení fotorezistorů nebylo ani jejich spojení, ale zajištění oddělení světla pro každý ze čtyř prvků. Je jasné, že je nebylo možné nechat bez jakýchkoli přepážek, protože pak by hodnoty získané z fotorezistorů byly přibližně stejné a rotace by nefungovala. Zde byly bohužel schopnosti kovové stavebnice zklamány, a to především díky přítomnosti děr ve všech dílech. Nebylo možné najít vhodný kovový díl, takže můj solární tracker získal inovativní přepážku z lepenky. I přes svůj dosti omšelý vzhled plní svůj účel dokonale.

Fotoodpory jsou k tělu uchyceny celkem spolehlivě, jediné, s čím by stálo za to pracovat, je přesnost jejich umístění na platformě: nyní nekoukají dostatečně kolmo nahoru, což může frustrovat perfekcionisty a mírně kazit přesnost otáčení.

Malý návrh obvodu: připojení fotocitlivých prvků se provádí pomocí obvodu děliče napětí, který vyžaduje výstupní odpory uvedené v seznamu prvků. Všechny fotorezistory jsou připájeny ke společnému kolíku připojenému k pětivoltovému napájecímu výstupu Arduina. Pro pohodlí a estetiku jsou nohy fotoodporů připájeny ke kontaktům dvou třížilových izolovaných vodičů (jeden kontakt zůstal nepoužitý a skrytý). Všechny detaily obvodu lze vidět na schématu níže.

Obrázek tři: pájení

Nemá smysl zde cokoli podrobně popisovat, proto přikládám pouze fotografii použitých materiálů a výsledného prkénka.

Obrázek čtyři: s novým kódem!

Obecným operačním algoritmem je zpracování dat z fotorezistorů pomocí ADC. Máme 4 prvky, tedy 4 odečty, najděte průměrnou hodnotu na levé straně ((vlevo nahoře + vlevo dole) / 2), podobně na pravé, horní a spodní straně. Pokud je rozdíl ve velikosti mezi levou a pravou stranou větší než práh, pak rotujeme na stranu s větší průměrnou hodnotou. Totéž pro horní a dolní část. Speciální bonusy v kódu: můžete ručně nastavit citlivost odezvy a maximální a minimální úhel ve dvou rovinách. Seznam pracovních kódů je níže.

Kód

#zahrnout Servo horizontální; int servoh = 90; int servohLimitHigh = 180; int servohLimitLow = 0; Servo vertikální; int servov = 45; int servovLimitHigh = 180; int servovLimitLow = 0; int ldrlt = A2; //LDR vlevo nahoře - VLEVO DOLE int ldrrt = A3; //LDR top rigt - BOTTOM RIGHT int ldrld = A1; //LDR vlevo dole - VLEVO NAHOŘE int lldrrd = A0; //ldr down rigt - NAHOŘE VPRAVO int buzz_pin = 10; int buzz_tone = 20; int tol = 50; void setup() ( Serial.begin(9600); pinMode(buzz_pin, OUTPUT); horizontal.attach(31); vertical.attach(30); horizontal.write(servoh); vertical.write(servov); ) void loop () ( int lt = analogRead(ldrlt); // vlevo nahoře int = analogRead(ldrrt); // vpravo nahoře int ld = analogRead(ldrld); // vlevo dole int = analogRead(ldrrd); // dolů rigt int avt = (lt + rt) / 2; // průměrná hodnota top int avd = (ld + rd) / 2; // průměrná hodnota dolů int avl = (lt + ld) / 2; // průměrná hodnota vlevo int avr = (rt + rd) / 2; // průměrná hodnota right int dvert = abs(avt - avd); // kontrola rozdílu nahoru a dolů int dhoriz = abs(avl - avr); // kontrola rozdílu vlevo a vpravo Serial.print("avt: "); Serial.print(avt); Serial.print(" "); Serial.print("avd: "); Serial.print(avd); Serial.print(" "); Serial.print("avl: "); Serial.print(avl); Serial.print(" "); Serial.print("avr: "); Serial.println(avr); Serial.print(" h: "); Serial.print(servoh); Serial.print(" "); Serial.print("v: "); Serial.print(servov); Serial.print(" "); if (dhoriz > tol) ( if (avl > avr) ( if (servoh - 1 >= servohLimitLow) servoh--; else beep(150); ) else if (avl< avr) { if (servoh + 1 <= servohLimitHigh) servoh++; else beep(150); } horizontal.write(servoh); } if (dvert >tol) ( if (avt > avd) ( if (servov + 1<= servovLimitHigh) servov++; else beep(100); } else if (avt < avd) { if (servov - 1 >= servovLimitLow) servov--; jinak pípnutí(100); ) vertikální.write(servov); ) ) void beep(unsigned char delayms)( analogWrite(buzz_pin, buzz_tone); delay(delayms); analogWrite(buzz_pin, 0); delay(delayms); )

Výsledek práce

Závěr – co bych nyní na projektu změnil?

Vylepšení provozního algoritmu: závislost stupně rotace na rozdílu hodnot získaných z fotorezistorů, tedy rotace o několik stupňů najednou.
Ideálně kolmá montáž fotorezistorů k platformě.
Bluetooth pro absenci drátů je samozřejmě dobrý nápad, ale bude to vyžadovat výrazné úpravy designu a pořízení druhého arduina.
Použití serv s kovovými převody (spolehlivost a jistější zatáčky neuškodí, zvláště pokud ke konstrukci přidáte solární panel a použijete jej k určenému účelu).

Až dosud jsme se při provozu solárních panelů spokojili s obecným rozptylem slunečního světla. Pravda, některé sezónní změny byly zohledněny, stejně jako denní doba (orientace ve směru východ-západ). Solární panely však zůstaly po nalezení víceméně fixovány ve své pracovní poloze. V některých případech jsme tomu ani nepřikládali velký význam, zhruba nasměrovali baterii směrem ke slunci.

Ze zkušenosti je však známo, že solární články generují maximum energie pouze tehdy, když jsou umístěny přesně kolmo ke směru slunečních paprsků, a to se může stát jen jednou denně. Ve zbytku času je účinnost solárních článků nižší než 10 %.

Předpokládejme, že jste byli schopni sledovat polohu slunce na obloze? Jinými slovy, co by se stalo, kdybyste během dne otočili solární panel tak, aby vždy směřoval přímo ke slunci? Jen změnou tohoto parametru byste zvýšili celkový výkon ze solárních článků přibližně o 40 %, což je téměř polovina vyrobené energie. To znamená, že 4 hodiny užitečné sluneční intenzity se automaticky promění v téměř 6 hodin. Sledování slunce není vůbec složité.

Sledovací zařízení se skládá ze dvou částí. Jeden z nich kombinuje mechanismus, který pohání přijímač slunečního záření, druhý - elektronický obvod, který tento mechanismus řídí.

Byla vyvinuta řada metod sledování Slunce. Jeden z nich je založen na montáži solárních článků na držák rovnoběžný s polární osou 11. Možná jste slyšeli o podobných zařízeních zvaných rovníkové sledovací systémy. Toto je populární termín používaný astronomy.

Díky rotaci Země se nám zdá, že se Slunce po obloze pohybuje. Pokud bychom vzali v úvahu tuto rotaci Země, Slunce by se obrazně řečeno „zastavilo“. Rovníkový sledovací systém funguje podobným způsobem. Má rotační osu rovnoběžnou s polární osou Země.

Pokud na něj připevníte solární články a budete je otáčet tam a zpět, získáte imitaci rotace Země (obr. 1).

Úhel sklonu osy (polární úhel) je určen geografickou polohou a odpovídá zeměpisné šířce místa, ve kterém je zařízení namontováno. Řekněme, že žijete v oblasti odpovídající 40° severní šířky. w. Poté bude osa sledovacího zařízení natočena pod úhlem 40° k horizontu (na severním pólu je kolmá k povrchu Země, obr. 2).

Otáčení solárních článků na východ nebo na západ kolem této nakloněné osy bude simulovat pohyb slunce po obloze. Pokud solární články natočíme úhlovou rychlostí rotace Země, můžeme Slunce zcela „zastavit“.

Tato rotace je prováděna mechanickým sledovacím systémem. K otáčení solárních článků kolem osy je zapotřebí motor. V každém okamžiku denního pohybu slunce bude nyní rovina solárních panelů kolmá na směr slunečních paprsků.

Elektronická část sledovacího zařízení poskytuje hnacímu mechanismu informace o poloze Slunce. Elektronickým příkazem je panel instalován v požadovaném směru. Jakmile se slunce pohne na západ, elektronický ovladač spustí elektromotor, dokud se opět neobnoví požadovaný směr panelu ke slunci.

Novinka našeho sledovacího zařízení spočívá nejen v orientaci solárních článků ke slunci, ale také v tom, že napájejí řídicí elektronický „mozek“. Toho je dosaženo jedinečnou kombinací designu a elektrických charakteristik zařízení.

Podívejme se nejprve na konstrukční vlastnosti zařízení s odkazem na obr. 3. Solární baterie se skládá ze dvou panelů obsahujících každý tři prvky, zapojené do série a umístěné na rovinách průhledného plastového pouzdra. Panely jsou zapojeny paralelně.

Tyto panely jsou namontovány v pravém úhlu k sobě. Výsledkem je, že alespoň jeden z modulů bude neustále osvětlen sluncem (s výhradou omezení diskutovaných níže).

Nejprve zvažte případ, kdy je celé zařízení umístěno tak, že půlka úhlu tvořeného panely směřuje přesně ke slunci. V tomto případě je každý panel nakloněn pod úhlem 45° ke slunci (obr. 4) a generuje elektrickou energii.

Pokud otočíte zařízení o 45° doprava, pravý panel zaujme paralelní polohu a levý bude kolmý na sluneční paprsky. Nyní generuje energii pouze levý panel, pravý je neaktivní.

Otočme zařízení o dalších 45°. Světlo dále dopadá na levý panel, ale pod úhlem 45°. Stejně jako dříve není pravá strana osvětlena a nevytváří tedy žádnou energii.

Podobnou rotaci můžete opakovat na levou stranu, zatímco pravý panel bude generovat energii a levý bude neaktivní. V každém případě alespoň jedna baterie vyrábí elektřinu. Protože jsou panely zapojeny paralelně, bude zařízení vždy vyrábět elektřinu. Během našeho experimentu se modul otočil o 180°.

Pokud je tedy konkrétní zařízení upevněno tak, že spoj panelů směřuje k polednímu slunci, bude výstup solární baterie vždy generovat elektrické napětí, bez ohledu na polohu slunce na obloze. Od úsvitu do soumraku bude některá část zařízení osvětlena sluncem. Skvělé, ale proč to všechno? Teď se to dozvíte.

Aby mohl elektronický řídicí obvod sledovat pohyb slunce po obloze, musí plnit dvě funkce. Nejprve se musí rozhodnout, zda je vůbec potřeba sledování. Nemá smysl plýtvat energií na provoz elektromotoru, pokud není dostatek slunečního světla, jako je mlha nebo oblačnost. To je účel, ke kterému je výše popsané zařízení primárně potřeba!

Abychom porozuměli principu jeho fungování, přejděme k elektronickému obvodu znázorněnému na obr. 3. Nejprve se zaměřme na relé RL 1. Pro zjednodušení další diskuse předpokládejme, že tranzistor Q1 je v saturaci (vede proud) a tranzistor Q2 není přítomen.

Relé RL 1 je obvodový prvek, který reaguje na proud, který jím protéká. Relé obsahuje drátovou cívku, ve které se energie elektrického proudu přeměňuje na energii magnetického pole. Intenzita pole je přímo úměrná proudu protékajícím cívkou.

S rostoucím proudem nastává okamžik, kdy se intenzita pole zvýší natolik, že se kotva relé přitáhne k jádru vinutí a kontakty relé se sepnou. Tento moment odpovídá tzv. prahu odezvy relé.

Nyní je jasné, proč se relé používá při měření prahové intenzity slunečního záření pomocí solárních článků. Jak si pamatujete, proud solárního článku závisí na intenzitě světla. V našem okruhu jsou vlastně k relé připojeny dva solární panely a dokud nevygenerují proud překračující provozní práh, relé se nesepne. Je to tedy množství dopadajícího světla, které určuje práh odezvy.

Pokud je proud o něco menší než minimální hodnota, pak obvod nefunguje. Relé a solární baterie jsou voleny tak, aby se relé aktivovalo, když intenzita světla dosáhne 60 % maximální hodnoty.

Takto je vyřešen první úkol sledovacího systému – určení úrovně intenzity slunečního záření. Sepnuté kontakty relé zapnou elektromotor a systém začne hledat orientaci ke slunci.

Nyní se dostáváme k dalšímu úkolu, a to zjištění přesné orientace solární baterie ke slunci. K tomu se vraťme k tranzistorům Q1 a Q2.

V kolektorovém obvodu tranzistoru Q1 je relé. Chcete-li relé sepnout, musíte zkratovat tranzistor Q1. Rezistor R1 nastavuje předpětí, které zapíná tranzistor Q1.

Tranzistor Q2 představuje fototranzistor, jeho oblast báze je osvětlena světlem (u běžných tranzistorů je na bázi přiveden elektrický signál). Kolektorový proud fototranzistoru je přímo úměrný intenzitě světla.

Rezistor R1 se kromě nastavení předpětí tranzistoru Q1 používá také jako zátěž pro tranzistor Q2. Když báze tranzistoru Q2 není osvětlena světlem, neprotéká zde žádný kolektorový proud a veškerý proud přes rezistor R1 protéká bází a nasycuje tranzistor Q1.

S rostoucím osvětlením fototranzistoru začne protékat kolektorový proud, který protéká pouze rezistorem R1. Podle Ohmova zákona vede zvýšení proudu přes pevný odpor /?1 ke zvýšení úbytku napětí na něm. Tím se také mění napětí na kolektoru Q2.

Když toto napětí klesne pod 0,7V, dojde k předpovídanému jevu: Q1 ztratí předpětí kvůli skutečnosti, že vyžaduje alespoň 0,7V, aby protékal základní proud. Tranzistor Q1 přestane vést proud, relé RL1 se vypne a jeho kontakty se rozepnou.

Tento režim provozu nastane pouze tehdy, když je tranzistor Q2 namířen přímo na slunce. V tomto případě se hledání přesné orientace ke slunci zastaví v důsledku otevření napájecího obvodu motoru kontakty relé. Nyní je solární panel namířen přímo na slunce.

Když slunce opustí zorné pole tranzistoru Q2, tranzistor

Q1 sepne relé a mechanismus se dá znovu do pohybu. A slunce se znovu najde. Hledání se mnohokrát opakuje, když se slunce během dne pohybuje po obloze.

Večer intenzita světla klesá. Solární panel již nemůže generovat dostatek energie pro napájení elektronického systému a kontakty relé se rozepnou naposledy. Druhý den časně ráno slunce osvítí východně orientovanou baterii sledovacího systému a provoz okruhu začíná znovu.

Podobným způsobem se kontakty relé otevřou, pokud se osvětlení sníží kvůli špatnému počasí. Předpokládejme například, že ráno je pěkné počasí a sledovací systém začne fungovat. V poledne se však obloha začala zamračit a pokles osvětlení způsobil, že sledovací systém přestal fungovat, dokud se obloha odpoledne znovu nevyjasnila a možná i další den. Kdykoli k tomu dojde, sledovací systém je vždy připraven obnovit provoz.

Výroba sledovacího zařízení je poměrně jednoduchá, protože značná část dílů je vyrobena z organického skla.

Velmi důležitým bodem je však koordinace charakteristik solárních panelů a relé. Je nutné volit prvky, které generují proud 80 mA při maximální intenzitě slunečního záření. Výběr lze provést testováním. Zjistil jsem, že srpkovité články produkují průměrný proud asi 80 mA. Proto jsem ze všech typů prvků, které se prodávají, použil pro své zařízení právě tyto prvky.

Oba solární panely mají podobný design. Každý obsahuje tři prvky, které jsou zapojeny do série a připevněny na plexi desky o rozměrech 10x10 cm2. Živly budou neustále vystaveny okolnímu prostředí, proto je nutné pro ně zajistit ochranná opatření.

Bylo by hezké udělat následující. Hotovou baterii položte na plexiskelnou desku umístěnou na rovném kovovém povrchu. Zakryjte horní část baterie relativně silnou (0,05-0,1 mm) vrstvou mylarové fólie. Vzniklou strukturu důkladně zahřejte foukačem, aby se plastové díly roztavily a spojily.

Buďte při tom opatrní. Pokud položíte plexiskelnou desku na povrch, který není dostatečně rovný nebo ji přehřejete, může se zdeformovat. Vše by mělo být podobné jako při přípravě grilovaného sýrového sendviče.

Po dokončení zkontrolujte, zda je těsnění bezpečné, zejména kolem okrajů solárních článků. Možná budete muset lehce zamáčknout okraje dacronu, dokud je ještě horký.

Po dostatečném vychladnutí panely slepte dohromady, jak je znázorněno na obr. 5 a zapojte je paralelně. Před montáží zařízení nezapomeňte připájet vodiče k bateriím.

Dalším důležitým konstrukčním prvkem je relé. V praxi je relé cívkou navinutou kolem malého jazýčkového kontaktu.

Vinutí relé se skládá ze 420 závitů smaltovaného měděného drátu č. 36 navinutého kolem rámu dostatečně malého, aby se vešel do jazýčkového kontaktu s rušením. Jako rám jsem použil koktejlové brčko. Pokud se dotknete konců brčka horkou čepelí nože, vytvoří se rámové lícnice, které chrání vinutí před sklouznutím přes okraje. Celkový odpor vinutí by měl být 20-30 ohmů. Vložte jazýčkový spínač do rámu a zajistěte jej kapkou lepidla.

Poté připojte tranzistor Q1 a rezistor R1 k relé. Bez připojení tranzistoru Q2 připojte napájení ze solárních článků a zkontrolujte činnost obvodu.

Pokud vše funguje správně, relé by se mělo aktivovat, když je intenzita slunečního záření kolem 60 % plné intenzity. K tomu stačí jednoduše pokrýt 40 % povrchu solárních článků neprůhledným materiálem, jako je karton.

V závislosti na kvalitě jazýčkového spínače se mohou vyskytnout určité odchylky od ideální hodnoty. Je přijatelné spustit relé při intenzitě světla 50-75% maximální možné hodnoty. Na druhou stranu, pokud tyto limity nesplňujete, musíte změnit buď počet závitů vinutí relé nebo proud solárního panelu.

Počet závitů vinutí relé by měl být změněn v souladu s následujícím pravidlem. Pokud relé sepne dříve, musí být počet závitů snížen, pokud později, musí být zvýšen. Pokud chcete experimentovat se změnou proudu solárního panelu, připojte k němu bočníkový rezistor.

Nyní připojte fototranzistor Q2 k obvodu. Musí být umístěn ve světlotěsném krytu, jinak nebude správně fungovat. K tomu vezměte měděnou nebo hliníkovou trubku dlouhou asi 2,5 cm a průměr odpovídající průměru pouzdra tranzistoru.

Jeden konec trubky by měl být zploštělý tak, aby zůstala mezera široká 0,8 mm. Připojte trubku k tranzistoru. Hotový regulační okruh obsahující prvky Q1, Q2, R1 a RL 1 je pro utěsnění naplněn tekutou pryží.

Ze zařízení jsou vyvedeny čtyři pohony: dva z kontaktů relé, dva ze solárních panelů. K nalití tekuté gumy použijte formu ze silného papíru (např. pohlednice). Chcete-li to udělat, obtočte list papíru kolem tužky a zajistěte papír tak, aby se nerozvinul.Po zaschnutí vrstvy polymeru kolem schématu odstraňte papírovou formu.

Sledovací zařízení se ovládá poměrně jednoduše. Nejprve sestavte jednoduchý sledovací mechanismus.

Namontujte baterii na otočnou osu. Baterii můžete namontovat na vhodný rám a poté rám připevnit k potrubí pomocí třecích nebo válečkových ložisek. Poté nainstalujte motor s převodovkou pro otáčení rámu kolem jeho osy. To lze provést mnoha způsoby.

Z obrázku je patrné, že se jedná o jednoduchý obvod se spínačem polarity.Po připojení napájení se elektromotor začne otáčet. Směr jeho otáčení závisí na polaritě napájecího zdroje.

V okamžiku napájení relé přepínání polarity RL1 2) nepracuje, protože napájecí obvod jeho vinutí je přerušen spínacími kontakty. Elektromotor otáčí rámem směrem ke koncovému spínači č. 1. Tento spínač je umístěn tak, že se o něj rám opírá pouze v krajní poloze jeho natočení.

Po sepnutí tohoto spínače se aktivuje relé RL 1, které změní polaritu napájecího napětí k elektromotoru a ten se začne otáčet v opačném směru. I když se koncový kontakt č. 1 znovu rozepne, relé zůstane sepnuté, protože jeho kontakty jsou sepnuté.

Když rám stiskne koncový spínač č. 2, otevře se silový obvod relé RL 1 a relé se vypne. Směr otáčení motoru se opět změní a sledování oblohy pokračuje.

Cyklus je přerušen pouze jazýčkovým relé RL 1 z okruhu sledování slunečního záření, které řídí napájecí obvod elektromotoru. Relé RL 1 je však nízkoproudé zařízení a nemůže přímo spínat proud motoru. Jazýčkové relé tedy spíná pomocné relé, které ovládá elektromotor, jak je znázorněno na Obr. 6.

Solární panely sledovacího systému musí být umístěny v blízkosti rotačního mechanismu. Úhel jejich sklonu by se měl shodovat s úhlem sklonu polární osy a spoj baterií by měl směřovat k polednímu slunci. Elektronický modul je připojen přímo k rotačnímu zařízení. Orientujte štěrbinu krytu fototranzistoru rovnoběžně s polární osou. To zohledňuje sezónní změny polohy slunce nad obzorem.

Seznam dílů

Q1—2N2222, tranzistor

Q2—FPT-100, fototranzistor

R1—1000 Ohm, odpor

RL1 - relé (viz text)

6 křemíkových solárních článků, každý generuje proud 80 mA

Literatura: Byers T. 20 provedení se solárními články: Per. z angličtiny - M.: Mir, 1988.

Předpokládejme, že jste byli schopni sledovat polohu Slunce na obloze? Jinými slovy, co by se stalo, kdybyste během dne otočili solární panel tak, aby vždy směřoval přímo ke slunci? Jen změnou tohoto parametru byste zvýšili celkový výkon solárních článků přibližně o 40 %, což je téměř polovina vyrobené energie. To znamená, že 4 hodiny užitečné sluneční intenzity se automaticky promění v téměř 6 hodin. Sledování slunce není vůbec složité.

Princip činnosti sledovacího zařízení

Byla vyvinuta řada metod sledování Slunce. Jeden z nich je založen na montáži solárních článků na držák rovnoběžný s polární osou. Možná jste slyšeli o podobných zařízeních zvaných rovníkové sledovací systémy. Toto je populární termín používaný astronomy.

Díky rotaci Země se nám zdá, že se Slunce po obloze pohybuje. Pokud bychom vzali v úvahu tuto rotaci Země, Slunce by se obrazně řečeno „zastavilo“.

Rovníkový sledovací systém funguje podobným způsobem. Má rotační osu rovnoběžnou s polární osou Země.

Pokud na něj připevníte solární články a budete je otáčet tam a zpět, získáte imitaci rotace Země (obr. 1). Osa zarovnaná s rotační osou Země.

Úhel sklonu osy (polární úhel) je určen geografickou polohou a odpovídá zeměpisné šířce místa, ve kterém je zařízení namontováno. Řekněme, že žijete v oblasti odpovídající 40° severní šířky. Poté bude osa sledovacího zařízení natočena pod úhlem 40° k horizontu (na severním pólu je kolmá k povrchu Země (obr. 2).

Obr.2

Charakteristika sledovacího zařízení

Podívejme se nejprve na konstrukční vlastnosti zařízení s odkazem na obr. 3.

Obr.3

Solární baterie se skládá ze dvou panelů obsahujících každý tři prvky, zapojené do série a umístěné na rovinách průhledného plastového pouzdra. Panely jsou zapojeny paralelně.

Tyto panely jsou namontovány v pravém úhlu k sobě. Výsledkem je, že alespoň jeden z modulů bude neustále osvětlen sluncem (s výhradou omezení diskutovaných níže).

Obr.4

Pokud otočíte zařízení o 45° doprava, pravý panel zaujme paralelní polohu a levý bude kolmý na sluneční paprsky. Nyní generuje energii pouze levý panel, pravý je neaktivní.

Otočme zařízení o dalších 45°. Světlo dále dopadá na levý panel, ale pod úhlem 45°. Stejně jako dříve není pravá strana osvětlena a nevytváří tedy žádnou energii.

Skvělé, ale proč to všechno? Teď se to dozvíte.

Elektronický systém sledování slunce

Abychom porozuměli principu jeho fungování, přejděme k elektronickému obvodu znázorněnému na obr. 3. Nejprve zaměřme svou pozornost na relé RL1. Pro zjednodušení další diskuse předpokládejme, že tranzistor Q1 je v saturaci (vede proud) a tranzistor Q2 není přítomen.

Relé RL1 je obvodový prvek, který reaguje na proud, který jím protéká. Relé obsahuje drátovou cívku, ve které se energie elektrického proudu přeměňuje na energii magnetického pole. Intenzita pole je přímo úměrná proudu protékajícím cívkou.

Takto je vyřešen první úkol sledovacího systému – určení úrovně intenzity slunečního záření. Sepnuté kontakty relé zapnou elektromotor a systém začne hledat orientaci ke slunci.

Nyní se dostáváme k dalšímu úkolu, a to zjištění přesné orientace solární baterie ke slunci. K tomu se vraťme k tranzistorům Q1 a Q2.

V kolektorovém obvodu tranzistoru Q1 je relé. Chcete-li relé sepnout, musíte zkratovat tranzistor Q1. Rezistor /?1 nastavuje předpětí, které otevírá tranzistor Q1.

S rostoucím osvětlením fototranzistoru začne protékat kolektorový proud, který protéká pouze rezistorem R1. Podle Ohmova zákona vede zvýšení proudu přes pevný odpor R1 ke zvýšení úbytku napětí na něm. Tím se také mění napětí na kolektoru Q2.

Když slunce opustí zorné pole tranzistoru Q2, tranzistor

Q1 sepne relé a mechanismus se dá znovu do pohybu. A slunce se znovu najde. Hledání se mnohokrát opakuje, když se slunce během dne pohybuje po obloze.

Design

Výroba sledovacího zařízení je poměrně jednoduchá, protože značná část dílů je vyrobena z organického skla.

Zjistil jsem, že srpkovité články produkují průměrný proud asi 80 mA. Proto jsem ze všech typů prvků, které se prodávají, použil pro své zařízení právě tyto prvky.

Obr.5

Po dokončení zkontrolujte, zda je těsnění bezpečné, zejména kolem okrajů solárních článků. Možná budete muset lehce zamáčknout okraje dacronu, dokud je ještě horký.

Po dostatečném vychladnutí panely slepte dohromady, jak je znázorněno na obr. 5 a zapojte je paralelně. Před montáží zařízení nezapomeňte připájet vodiče k bateriím.

Elektronický mozek

Dalším důležitým konstrukčním prvkem je relé. V praxi je relé cívkou navinutou kolem malého jazýčkového kontaktu.

Vinutí relé se skládá ze 420 závitů smaltovaného měděného drátu č. 36 navinutého kolem rámu dostatečně malého, aby se vešel do jazýčkového kontaktu s rušením. Jako rám jsem použil koktejlové brčko. Pokud se dotknete konců brčka horkou čepelí nože, vytvoří se rámové lícnice, které chrání vinutí před sklouznutím přes okraje. Impedance vinutí by měla být 20-30 ohmů. Vložte jazýčkový spínač do rámu a zajistěte jej kapkou lepidla.

Poté připojte tranzistor Q1 a rezistor R1 k relé. Bez připojení tranzistoru Q2 připojte napájení ze solárních článků a zkontrolujte činnost obvodu.

Jeden konec trubky by měl být zploštělý tak, aby zůstala mezera široká 0,8 mm. Připojte trubku k tranzistoru.

Hotový regulační okruh obsahující prvky Q1, Q2, R1 a RL1 je pro utěsnění naplněn tekutou pryží.

Práce se zařízením

Sledovací zařízení se ovládá poměrně jednoduše. Nejprve sestavte jednoduchý sledovací mechanismus.

Vzhledem k tomu, že relé plní pouze funkce zapnutí a vypnutí v elektronickém obvodu, je nutné mít prvky, které spínají rotační napětí elektromotoru. To vyžaduje koncové spínače umístěné v krajních polohách rámu. Jsou zapojeny podle schématu na obr. 6. Koncový spínač č. 1 je zařazen na Obr. 6 je nesprávné. Pro zajištění správné funkce obvodu musí být svorky koncového spínače zapojeny paralelně s kontakty relé RL1, zapojeným do série s relé.

Obr.6

V okamžiku napájení relé přepínání polarity RL1 nepracuje, protože napájecí obvod jeho vinutí je přerušen normálně otevřenými kontakty. Elektromotor otáčí rámem směrem ke koncovému spínači č. 1. Tento spínač je umístěn tak, že se o něj rám opírá pouze v krajní poloze jeho natočení. Autor ve schématech na obrázcích 3 a 6 označuje různá relé stejným způsobem. Aby se předešlo zmatkům v budoucnu, relé RL1 na obrázku 3 se nazývá jazýčkové relé sledovacího systému a jeho kontakty na obrázku 6 se nazývají jazýčkové kontakty. Relé RL1 na obr. 6 je výkonnější než jazýčkový spínač se třemi skupinami spínacích kontaktů.

Po sepnutí tohoto spínače se aktivuje relé RL1, které změní polaritu napájecího napětí k elektromotoru a ten se začne otáčet v opačném směru. I když se koncový kontakt č. 1 znovu rozepne, relé zůstane sepnuté, protože jeho kontakty jsou sepnuté.

Když rám stiskne koncový spínač č. 2, otevře se silový obvod relé RL1 a relé se vypne. Směr otáčení motoru se opět změní a sledování oblohy pokračuje.

Elektronický modul je připojen přímo k rotačnímu zařízení. Orientujte štěrbinu krytu fototranzistoru rovnoběžně s polární osou. To zohledňuje sezónní změny polohy slunce nad obzorem.

V dnešní době se jako zdroje energie často používají solární články a solární panely. Ale solární panely produkují mnohem více energie, když jsou neustále namířeny přímo do slunce, než když jsou v pevné poloze. K tomu potřebujete solární tracker - otočný mechanismus, který mění polohu solárního panelu v souladu s polohou slunce.

Tento materiál je volným překladem stránky Mika Davise o výrobě solárního sledovače vlastníma rukama. Mike Davis vypráví.

Solární sledovač si můžete vyrobit vlastníma rukama. Můžete to udělat taky.

Zde jsou moje solární panely na solárním trackeru, na jehož výrobu jsem použil starý anténní rotátor, který jsem koupil za 15 dolarů.

Tady je krabice zpod rotátoru antény. Krabice byla ošuntělá, ale rotátor uvnitř byl stále nový a zabalený v originálním plastu. Jedná se o starý produkt založený na technologii z 60. let minulého století. Muž koupil jednotku novou, ale nikdy ji nepoužil. Desítky let ležel v krabici v garáži, dokud se ho majitel nakonec nerozhodl zbavit a dal ho do sekáče.

V podstatě jsem vyhodil téměř veškerou elektroniku v jednotce, nechal jsem si jen to, co mělo co do činění s motorovým pohonem, a připojil svůj řídicí systém. To bude podrobněji probráno níže.

Prvním krokem bylo vymyslet způsob, jak namontovat hnací motor a solární panel. Rozhodl jsem se vytvořit sledovací systém, který by byl jednoduchý, levný a snadno rozebíratelný pro přepravu. Toto bylo vyrobeno primárně ze dřeva 2x4s a standardních armatur sešroubovaných dohromady.

Design solárního sledovače

Toto zařízení bylo navrženo tak, aby bylo přenosné: snadno se rozebralo a snadno se složilo pomocí několika nástrojů. Jádro bloku se skládá z pouhých pěti hlavních částí: severní strana, jižní strana, otočná sestava a dva držáky, které drží vše pohromadě.

Před použitím ve volné přírodě bude základní jednotka trackeru zarovnána s osou východ-západ a osou sever-jih (pomocí kompasu).

Zde je fotografie severní strany solárního sledovače. Je 48 palců široký u základny a 43 1/2 palce vysoký. Mějte na paměti, že tyto rozměry jsou správné pro použití na 34,6 stupni severní šířky. Pokud jste výrazně severněji nebo jižněji, pak budete muset změnit velikost této části. Více o tom níže. Bočnice je vyrobena z 2x4s, řezaná a slepená dohromady. Všimněte si, že ve spodní části jsou dvě malé nohy. Pomáhají vyrovnat zařízení při jeho instalaci. Prostor mezi vertikálními 2x4s se rovná tloušťce řeziva (asi 1 1/2 palce).

Zde je fotografie jižní strany solárního sledovače. Tato strana je 24" široká a 13 1/2" vysoká. Vyrábí se také z 2x4 lepených a šroubovaných. Tato část má také malé nožičky, které pomáhají při vyrovnání celé jednotky při instalaci. Tato část je pravděpodobně víceméně univerzální a bude fungovat v různých zeměpisných šířkách. Mezera mezi svislými 2x4 se opět rovná tloušťce 2x4 (asi 1 1/2 palce).

Horizontální držák 2x4, který spojuje spodní část severní strany solárního sledovače se spodní částí jižní strany, je dlouhý 48 palců. Zapadá mezi sloupky a je skrz ně přišroubován. To bude také nutné vypočítat ve vaší konkrétní zeměpisné šířce, protože vzdálenost mezi severním a jižním pilířem se bude měnit se změnou úhlu severojižní osy.

Byla přidána vzpěra (kus 1x4), která přebírá většinu zátěže z rotující sestavy (namontované na šroubech držících rotující sestavu na místě).

Toto je srdce solárního sledovače. Toto je hnací motor a rotační jednotka. Anténa motoru a související montážní konstrukce jsou vlevo. Jeden palec, 4 stopy dlouhá ocelová trubka je poháněna rotátorem a ponese solární panely. Ložiska a upevnění konstrukce jsou umístěny na pravé straně. Podrobnosti níže.

Zobrazí se detailní záběr motoru. Tento anténní rotátor je určen k montáži na pevný stožár a otáčení kratšího stožáru s připojenou anténou. Tak jsem vytvořil pseudo pevný stožár, ke kterému ho připevním. Krátký kousek 1" trubky nahoře (pod drátem) slouží jako montážní bod pro rotátor. Krátká délka trubky je připevněna přírubou, která je zase přišroubována ke čtvercovému kusu dřeva o rozměrech 3 1/2 x 3 1/2 palce a přišroubována ke kusu řeziva 2 x 4 o délce 12 palců. Tento 2x4 vede mezi severními bočními sloupky a je držen na místě šrouby.

Zde je detailní záběr na ložisko na spodním konci 4 stopy dlouhé trubky, která nese solární panely. Přechod se provádí pomocí přírub.

Při první montáži zařízení jsem všechny díly sevřel velkými svorkami. Jakmile jsem dostal správný úhel nápravy, svorky byly utaženy. Poté jsem vyvrtal otvory pro dlouhé šrouby, aby se všechny díly spojily dohromady.

Měl bych trochu mluvit o tom, jak jsem určil úhel severojižní osy (rotace trackeru). Zařízení musí být zarovnáno se zeměpisnou šířkou oblasti, kde bude používáno. Nenastavoval jsem to. To bude správný úhel na jaře a na podzim, když jsem obvykle na svém pozemku. V létě bude trochu příliš vysoká a v zimě trochu nízká. Solární panely však poskytnou podstatně více energie, než když jsou pevné.

Úhel osy rotace vůči zemi se nastavuje podle zeměpisné šířky místa, kde bude solární sledovač použit. Přemýšlejte o tom takto. Pokud byl použit na rovníku, kde je zeměpisná šířka 0, úhel vzhledem k zemi bude 0, takže osa bude vodorovná. Při použití na jednom z pólů, 90 nebo -90 stupňů zeměpisné šířky, bude úhel vzhledem k zemi vertikální. Z toho vyplývá, že správný úhel vždy odpovídá zeměpisné šířce místa, kde bude sledovač použit. Můj pozemek je asi 34,6 stupně severní šířky, takže to je úhel, který jsem použil.

Takže váš úhel se může lišit, ale stejně tak se budou lišit rozměry vaší základní konstrukce. Rozměry základny závisí na použitém úhlu. Musí se vypočítat jak výška vaší severní a jižní strany, tak vzdálenost mezi jižní a severní stranou.

Nastavitelné verze designu lze snadno vytvořit, což umožňuje nižší úhel v létě a vyšší úhel v zimě. To však zatím nechám jako cvičení pro čtenáře, zatím jsem spokojený s tím, co to je.

Zde je další fotografie nainstalované hlavy rotátoru.

Tato fotografie ukazuje, jak spodní konec ložiska hnací trubky zapadá do jižního bočního rámu a je držen na místě šrouby. Druhý konec je připojen k severní straně. Viditelný je také spodní konec diagonálního držáku.

Zde je detailní pohled na to, jak je ložisko připevněno pomocí kování.

Tato fotografie ukazuje jeden z hliníkových rámů, které drží solární panely na trackeru. Je vyroben z úhlového hliníku, obsahuje 100W panel a má vnitřní rozměry 47 1/8 x 21 1/2 palce. V podstatě je o něco větší než vnější rozměry solárního panelu. Panel je držen na místě pomocí šroubů, které procházejí rámy a do stran panelu.

Můžete vidět řezy v rámu pro montáž na trubku trackeru.

Tato fotografie ukazuje, jak je rám spojen v rozích (možné je i svaření rohů).

Zde je detailní záběr na řezy v rámu pro montáž trackeru na potrubí. Prohlubně mají stejnou hloubku jako svorky použité pro instalaci.

Zde je detail toho, jak se svorky používají k připevnění rámu k trubce trackeru. Svorka opravdu připevňuje rám k trubce poměrně pevně. Překvapilo mě, jak dobře to fungovalo.

Při prvním vnitřním testování jsem instaloval pouze jeden solární panel podélně podél celého potrubí pohonu (ve finální verzi jsem měl mít osazeny panely dva). Pokud máte nebo potřebujete pouze jednu baterii, toto je způsob, jak ji nainstalovat.

Tato fotografie ukazuje dva hliníkové rámy upnuté na hnací trubku.

Tato fotografie ukazuje dva solární panely na trackeru. Šrouby drží baterie na místě, takže je vítr nemůže vyhodit z rámů.

Horní panel je komerční, koupil jsem tuto 100W jednotku, protože jsem na ni dostal opravdu velkou slevu. Spodní panel je jeden z mých domácích 60 wattových solárních panelů. Následujte odkaz a uvidíte, jak je vyrábím.

160 wattů možná nezní moc, ale moje potřeba energie je minimální. Tracker a můj podomácku vyrobený větrný generátor se doplňují, baterie mi zůstávají nabité a elektřiny mám dost.

Tato fotografie ukazuje trubku protizávaží. Toto je kus jednopalcové ocelové trubky o délce 30 palců. Zašroubuje se do úhlu na horním konci bloku motoru. Jedna trubka je větší protizávaží, než je potřeba pro jeden panel. Pro dva panely jsem přidal ocelovou T-tvarovku na konci trubky. Anténní rotátor byl navržen tak, aby se pohyboval vyváženým způsobem vzhledem ke svislému stožáru. Protizávaží snižuje velikost točivého momentu, který musí motor poskytnout k pohybu panelů zavěšených téměř vodorovně vzhledem ke stožáru. Vaše panely pravděpodobně váží jinak a vyžadují jiné umístění protizávaží. Experimentujte s různými délkami potrubí a/nebo přídavných armatur, abyste se vyvážení co nejvíce přiblížili ideálnímu stavu a zabránili přetížení motoru nebo převodů.

Pro pokračování klikněte na tlačítko s číslem 2

Řídicí jednotka solárního trackeru

Zde je původní schéma zapojení rotátoru antény. Vše je absolutně elektromechanické. Velmi stará škola, téměř primitivní. Na druhou stranu, i po desetiletích skladování stále funguje. Jednou z vlastností této staré jednotky je, že motor, který otáčí hlavy, běží na 24 V AC. To pro něj znesnadnilo navrhování nového řídicího systému. Hledal jsem způsoby, jak upravit nebo automatizovat původní řídicí jednotku, ale nemohl jsem přijít na to, jak to zprovoznit. Proto jsem upustil od záměru použít staré ovládání, rozebral ho na díly a začal navrhovat nový.

Mnoho z těchto částí jsem nemohl znovu použít. Ve skutečnosti se používá rotační hlava. Ale z řídící jednotky jsem ponechal pouze transformátor ze 120V na 24V (#110), a kondenzátor motoru (#107).

Zde je obvod řídicí jednotky elektroniky, se kterým jsem přišel po několika testech. Schéma plné velikosti zde. Design je založen na MBED, platformě pro rychlé prototypování. Modul MBED lze naprogramovat v jazyce C pomocí online IDE. MBED je poměrně výkonný a má spoustu IO schopností. Pro tento projekt je to opravdu přehnané, ale byl jsem obeznámen s MBED, protože jsem je používal na projektech v práci. Můžete jej snadno vyměnit za Arduino, Raspberry Pi nebo jiné, abyste udělali totéž.

Srdcem schématu je MBED. Čte hodnotu napětí (pomocí svých dvou analogových vstupů) ze dvou malých solárních panelů namontovaných v pravém úhlu k sobě. Motor rotátoru antény se pohybuje tak, že udržuje napětí ze dvou solárních panelů téměř stejné a udržuje je nasměrované ke slunci.

Motor je napájen sepnutím relé a zapnutím AC měniče. Směr otáčení motoru je řízen dalším relé. Použil jsem 40A automobilová relé, protože jsou levná, všude dostupná a pár jsem jich už měl po ruce. Relé je poháněno výkonovými tranzistory TIP120 Darlington řízenými výstupními linkami z MBED. Byla přidána dvě tlačítka pro ruční pohyb motoru během testování a pro odstraňování problémů. Stisknutím PB1 se motor přesune na západ. Současným stisknutím PB1 a PB2 se motor posune na východ.

Ke vstupním linkám MBED jsou připojeny dva koncové spínače. Pohyb začíná v určeném směru pouze tehdy, je-li koncový spínač sepnutý. Pohyb se zastaví přerušeními, pokud jsou koncové spínače rozpojené.

Regulátor LM7809 s +9V poskytuje stabilní napájení pro MBED z 12V zdroje. MBED je založen na 3.3 logice a má vestavěný regulátor a 3.3 výstupní linky, pro přizpůsobení se používají odpory.

Seznam dílů řídicí jednotky solárního sledovače

C3 – NPO (převzato z originální ovládací skříňky)

D1-D2 – 1N4001 nebo podobné diody

ECell-WCell – tenkovrstvé solární články selenidu mědi a india (CIS).

F1 – 2A pomalá pojistka

IC1 – LM7809 + regulátor napětí 9V

IC2 – NXP LPC1768 MBED

Relé typu K1-K2 – 40A SPDT Bosch Automotive

LS1-LS2 – rychlý kontakt NC spínač (viz níže)

PB1-PB2 – tlačítko rychlého kontaktu NO

Q1-Q2 – TIP120 NPN Darlington výkonový tranzistor

R1-R6 – rezistory 1k 1/8 W

R7-R8 – 10K Trimpoty

Snižovací transformátor T1 – 120VAC až 24VAC 2A

Střídavý střídač – 200-250W střídač 12V DC na 120V AC

Kód (software) pro tento projekt lze nalézt na http://mbed.org/users/omegageek64/code/suntracker/. Jedná se o poměrně jednoduchý program. Jak jsem řekl výše, MBED je pro tento projekt přehnaný. Jeho nevyužitý potenciál by však mohl v budoucnu umožnit přidání nových funkcí (mohla by být přidána druhá motorizovaná osa, mohla by být přidána regulace nabíjení a teplotní kompenzace).

Elektronika ovládací skříňky je umístěna ve staré bedně na munici, kterou jsem sebral v bazaru za 5 dolarů. Je to perfektní kryt, robustní, odolný vůči povětrnostním vlivům a prostorný. Obsahuje dvě 40ampérová automobilová relé, střídač, snižovací transformátor 120V/24V, prkénko s logikou pohonu, držák pojistky a svorkovnice pro zapojení.

Tato fotografie byla pořízena ve velmi rané fázi projektu solárního sledovače s ranou verzí elektroniky. Malý 100W měnič zobrazený na fotografii byl později nahrazen spolehlivějším. Malý měnič fungoval, ale to jsem si myslel, že je slabá stránka. Tak jsem koupil velký na 250W. Motor se pak pohybuje rychleji a plynuleji a nejsou slyšet podivné zvuky jako od umírajícího zvířete.

Zde jsem začal instalovat elektroniku do schránky na munici. Bylo instalováno relé, transformátor, svorkovnice a jedna ze svorkovnic.

Ačkoli se zdá, že elektronika solárního sledovače je to poslední, o čem se na této webové stránce mluví, byla to ve skutečnosti jedna z prvních věcí, na kterých jsem po zakoupení rotátoru antény začal pracovat. Než jsem se rozhodl pro konečný design, elektronika prošla několika různými verzemi.

Zde je pohled na vnitřek bedny s municí s veškerou nainstalovanou elektronikou. Bílé rozložení s veškerou logikou v pravém horním rohu. Dlouhý černý obdélník je invertor. Prkénko na krájení a invertor jsou drženy na místě průmyslově pevným suchým zipem.

Když se podíváte pozorně, uvidíte, že USB kabel je připojen k modulu MBED na desce a jde do mého netbooku, v horní části fotografie sotva viditelný. Tato fotografie byla pořízena při programování/testování/nastavování elektroniky pohonu.

Zde je detailní záběr desky s „mozky“ systému. Počítačový modul MBED je vpravo. Nalevo od MBED jsou dva trimpoty pro regulaci signálů z hlavy snímače. Pod nimi jsou výkonové tranzistory pro ovládání relé. Dále vlevo jsou tlačítka ruční korekce (stiskněte pro ruční přesunutí trackeru). Zcela vlevo je regulátor napětí 9V.

Rozložení je dočasné. Následně vyrobím správnou DPS a nainstaluji ji.

Hlava senzoru se skládá ze dvou malých tenkovrstvých solárních článků Copper Indium di Selenide (CIS) stejného typu, jaký jsem použil ve svém domácím skládacím 15W solárním článku. Několik těchto věcí mi zůstalo nepoužitých.

Dva malé solární články jsou namontovány pod úhlem 90 stupňů vůči sobě. Myšlenka byla taková, že jakmile jeden nebo druhý prvek dostane více slunce, solární sledovač se bude pohybovat, dokud se světlo nevyrovná.

Zde je zobrazen pohled na dokončenou hlavu senzoru solárního sledovače. To je namontováno na krátkém kusu hliníkové trubky, která bude zase namontována na aktuátoru sledovací trubky. Ukázal jsem některé velikosti pro ty, kteří mě vždy žádají, abych je zahrnul. Hlava snímače je zajištěna svorkou.

Zde je pohled na hlavu senzoru připojenou k solárnímu sledovači. Instaluje se na trubku vycházející z horní části rotátoru.

Dva koncové spínače jsou namontovány na hliníkovém úhlovém držáku připevněném k trubce pohonu pomocí svorky stejným způsobem jako solární panely.

Listy spínače se dotýkají dlouhých ovládacích šroubů vyčnívajících z dřevěné nosné konstrukce hnacího motoru. Koncové spínače zastavují pohyb elektromotoru na obou (východním i západním) konci zdvihu. Spínače jsou normálně sepnuté a rozepnou se při dosažení limitu dráhy.

Testování, nastavení a finalizace solárního sledovače

Tato fotografie byla pořízena během ladění v mé dílně minulý víkend před odjezdem do Arizony. Můj netbook je připojen k MBED řídící jednotky. Baterie je velká, s hlubokým cyklem a napájí elektroniku a sledovací jednotku (není v rámu).

Další foto testování a ladění řídící jednotky. Senzor fungoval dobře v prostředí mé dílny.

Poté byl již v Arizoně objeven problém. Mnohem silnější přirozené sluneční světlo pohánělo solární články senzoru, i když byly vůči slunci v poměrně ostrém úhlu. To vedlo k tomu, že tracker nesledoval slunce s požadovanou přesností.

Řešení problému bylo nalezeno instalací stínícího panelu před solární články a použitím černé elektrické pásky k překrytí části solárních článků.

Toto je první verze zatemňovacího panelu, kusu kovu vyříznutého z hliníkové plechovky od nealkoholických nápojů, jediného tenkého plechu, který jsem v té době měl po ruce.

Prototyp stmívacího panelu fungoval tak dobře, že byl druhý den vyroben z 1/32 hliníkového plechu zakoupeného v železářství trvalý stmívací panel. Byl širší, aby poskytoval širší odstín, abych mohl odstranit lepicí pásku na solárních článcích.

Stmívací panel solárního sledovače je namontován na dvou šroubech, které umožňují jeho otáčení na východ a západ. To je nezbytné pro doladění přesnosti zaměření trackeru. S tímto panelem začal tracker opravdu dobře fungovat.

Na fotografii můžete vidět, jak velká část východního prvku je ve stínu. Když rozdíl v proudovém výstupu mezi prvky překročí určitou mez, tracker se začne pohybovat.

Zde je fotografie finální verze zatemňovacího držáku s rozměry.

Stmívací panel funguje skvěle. Tato fotografie byla pořízena pozdě během dne a solární sledovač projel téměř celou svou dráhu před západem slunce. Zařízení funguje velmi dobře. Nemohl jsem být spokojenější.

Kalibrace trackeru je poměrně jednoduchá. Za jasného dne připojte svůj notebook k modulu MBED v trackeru, otevřete aplikaci a zobrazte informace MBED. Nastavte stmívací lištu tak, aby byla vystředěná. Ručně umístěte sledovač tak, aby směřoval ke Slunci, a poté střídač vypněte, aby se sledovač sám nepohyboval. Upravte trimpoty, dokud nebudou hodnoty východu a západu přibližně stejné. Přibližte je co nejblíže. Udělejte to docela rychle, protože slunce se pohybuje. Vždy můžete ručně znovu vycentrovat tracker na slunce a zkusit to znovu. Po nastavení zapněte střídač a uvidíte, jak dobře sledovač sleduje slunce.

Protože se Slunce pohybuje pomalu, může kalibrace nějakou dobu trvat. Možná budete muset počkat hodinu nebo dvě, nebo dokonce většinu dne, než se provede úprava.

Zde je sledovač namířen mírně na východ od středu za oblačného dne. I přes tenká oblaka tracker funguje dobře. Sledovač přestane sledovat slunce, když jsou mraky husté a jas oblohy je obvykle poměrně rovnoměrný.

Tato fotografie byla pořízena během testování v Arizoně. Můj domácí regulátor nabíjení a střídač pro napájení 120VAC jsou propojeny pomocí oranžové prodlužovací šňůry. Následně bude baterie a elektronika v chráněném krytu, v zemi budou vodiče pro 120V AC a 12V DC, v kabině bude instalován dálkový vypínač napájení střídače a bateriový voltmetr. Je to v plánu.

Na mém pozemku v Arizoně je větrno. Každý den jsme mohli vidět poryvy až 35 mph. Ještě horší je, když začne bouřka. Tato fotografie ukazuje dřevěné kolíky na čtyřech rozích základny solárního sledovače, které ji drží na místě. Až se rozhodnu, kam stopovač natrvalo umístit, nejspíš použiji ocelové kolíčky, které ho udrží na místě (nebudou hnít v zemi).

AKTUALIZACE - Myslím, že jsem našel levný a snadný způsob, jak odolat povětrnostním vlivům hlavu senzoru. Rozřízl jsem 2 litrovou láhev na polovinu a umístil ji na hlavu senzoru. Musel jsem vyříznout nějaké štěrbiny ve spodní části láhve, aby klouzala kolem čtvercové trubice na spodní straně hlavy. Polohu stmívacího panelu (v případě potřeby) upravím přes kryt otvoru.

AKTUALIZACE - Provedl jsem nějaké změny v solárním trackeru. Nejprve, jak můžete vidět na této fotografii, byl natřen, aby chránil dřevo před povětrnostními vlivy. V současné době se také montuje na cihlu, aby se zabránilo jejímu kontaktu s mokrou zemí.

Dřevěné kůly byly nahrazeny dlouhými ocelovými kůly zaraženými hluboko do země. Dlouhé šrouby procházejí otvory a bezpečně zajišťují tracker.

Byl přidán držák pro stabilizaci baterií a zabránění jejich mávání při silném větru.

Vodorovný nosný pás byl vyztužen přivařením 1/2palcové ocelové trubkové spojky k hlavní jednopalcové nosné trubce. Dva 24" dlouhé kusy 1/2" trubky pak vytvořily vodorovný nosník.

AKTUALIZACE – Staré koncové spínače byly vyměněny za nové utěsněné, aby byly chráněny před prachem a vlhkostí.

AKTUALIZACE - Udělal jsem novou senzorovou hlavu odolnou proti povětrnostním vlivům pro solární sledovací systém. Hlava je nyní instalována v průhledné plastové nádobě.

Stmívací panel je v současné době umístěn na vnější straně kontejneru pro snadné doladění sledování a je zajištěn na místě jednoduchou svorkou. Jakmile je nová hlava senzoru nainstalována na sledovací systém, silikonový tmel kolem celého okraje víka nádoby ji ochrání před vlhkostí.

Zde je pohled na hlavu senzoru s odstraněnou plechovkou. Původní hlava měla dva solární články namontované v úhlu 90 stupňů vůči sobě. Tento design se do této nádoby nevejde, proto jsem prvky nainstaloval v ostřejším úhlu 60 stupňů.

Tato fotografie ukazuje spodní stranu hlavy snímače. Také ukazuje, jak se montážní podpěra přišroubuje k víku nádoby. Montážní podpěra bude upnuta k hlavní vodicí hřídeli pomocí svorky.

Solární sledovač Radiofishka

Jak víte, účinnost solárního panelu je maximální, když je vystaven přímému slunečnímu záření. Ale protože Vzhledem k tomu, že se slunce neustále pohybuje po obzoru, účinnost solárních panelů výrazně klesá, když sluneční paprsky dopadají na panel pod úhlem. Pro zvýšení účinnosti solárních panelů se používají systémy, které sledují slunce a automaticky otáčejí solární panel tak, aby přijímal přímé paprsky.

Tento článek představuje diagram zařízení pro sledování slunce nebo jiným způsobem sledovač (Solar Tracker).

Sledovací obvod je jednoduchý, kompaktní a snadno si jej sestavíte vlastníma rukama. Pro určení polohy slunce se používají dva fotorezistory. Motor je připojen pomocí obvodu H-můstek, který umožňuje spínat proud až 500 mA při napájecím napětí 6-15V. Ve tmě je zařízení také funkční a natočí motor směrem k nejjasnějšímu světelnému zdroji.

Schematický diagram zařízení pro sledování slunce

Jak můžete vidět na obrázku níže, obvod je jednoduchý až k ostudě a obsahuje čip operačního zesilovače LM1458 (K140UD20), tranzistory BD139 (KT815G, KT961A) a BD140 (KT814G, KT626V), fotoodpory, diody (1KD243G ), odpory a ladicí odpory.

Z diagramu je vidět, že motor M je poháněn na různých hodnotách na výstupech operačního zesilovače IC1a a IC1b. Tabulka pravdy:

Nízký Vysoký Vpřed vysoká Vysoký Zastaveno vysoko Nízký Zadní

nebo naopak, záleží na zapojení motoru

Tranzistory v obvodu pracují ve dvojicích, diagonálně, spínají +Ve nebo -Ve k motoru a způsobují jeho otáčení dopředu nebo dozadu.

Když je motor zastaven, pokračuje v otáčení, protože... existuje rotační moment. Ve výsledku je motor nějak DIY solární sledovaččas generuje energii, která může poškodit tranzistory. Pro ochranu tranzistorů před zpětným EMF jsou v můstkovém obvodu použity 4 diody.

Vstupní stupeň se skládá ze dvou operačních zesilovačů (IC1) a fotorezistorů LDR a LDR'. Pokud je množství světla dopadajícího na ně stejné, pak jsou odpory fotorezistorů také stejné. Pokud je tedy napájecí napětí 12V, pak na spoji fotorezistorů LDR LDR bude napětí 6V. Pokud je množství světla dopadajícího na jeden fotorezistor větší než na druhý fotorezistor, změní se napětí.

Trimovací rezistor 20K upravuje citlivost, tzn. rozmezí mezi limity. Trimr 100K nastavuje, jak symetricky jsou limity vzhledem k +V/2 (bod rovnováhy).

1. Zkontrolujte napájecí napětí obvodu

2. Připojte stejnosměrný motor. aktuální

3. Umístěte fotorezistory vedle sebe tak, aby na ně dopadalo stejné množství světla.

4. Otočte oba trimry zcela proti směru hodinových ručiček

5. Zapněte napájení obvodu. Motor se bude točit

6. Otáčejte trimrem 100K ve směru hodinových ručiček, dokud se nezastaví. Označte tuto položku.

7. Pokračujte v otáčení trimru 100K ve směru hodinových ručiček, dokud se motor nezačne otáčet v opačném směru. Označte tuto položku.

8. Rozdělte úhel mezi dvěma polohami na polovinu a umístěte tam zastřihovač (to bude bod rovnováhy).

9. Nyní otáčejte trimrem 20K ve směru hodinových ručiček, dokud motor nezačne škubat

10. Posuňte polohu trimru trochu zpět (proti směru hodinových ručiček), aby se motor zastavil (tento trimr je zodpovědný za citlivost)

11. Zkontrolujte správnou funkci obvodu střídavým stíněním prvního a druhého fotorezistoru před světlem.

Seznam radioprvků

Stáhnout seznam prvků (PDF)

Udělej si sám rotační zařízení pro solární baterii

DIY solární sledovač! Peling Info solární

Zařízení pro sledování slunce – Webová stránka Soldering Iron

Dvouosý solární sledovač na Arduino / Geektimes

Solární sledovač Radiofishka

10 neobvyklých způsobů, jak zabalit dárek vlastníma rukama Časopis pro ženy

MC Church Kostel mého města

DIY solární sledovač

Obecný rozptyl slunečního světla, který se používal dříve, nedával vynikající výsledky. Přesněji řečeno, výsledek, který lidstvo dostalo, nelze nazvat ideálním, navzdory všem jeho ukazatelům. Solární panely byly instalovány trvale a zůstaly v jedné pevné poloze. Systém sledování slunce tento problém odstranil.

Maximální energie, kterou lze získat, se vygeneruje, pokud sluneční paprsky směřují kolmo k rovině baterií. Jinak je účinnost solárních panelů extrémně nízká - přibližně 10-15%. Pokud použijete systém automatického zaměřování baterií na slunce, můžete výsledek zvýšit o 40 %.

Jak to funguje

Sledovací zařízení se skládá ze dvou důležitých částí: mechanismu, který otáčí a naklání baterie požadovaným směrem, a elektronického obvodu, který mechanismus ovládá.

Umístění baterií je určeno zeměpisnou šířkou oblasti, kde mají být instalovány. Například je třeba nainstalovat baterie v oblasti, která odpovídá 330 severní šířky. To znamená, že osa zařízení musí být otočena o 330 vzhledem k horizontu země.

Samotné otáčení je možné díky motoru, jehož chod je regulován automaticky. Automatizace „monitoruje“ polohu Slunce na mrakodrapu, a když se pohybuje na západ, dává motoru signál, aby otočil všechny baterie.

Zajímavým a kuriózním faktem je, že výkon pro motor pochází ze samotných solárních panelů. Sledování slunce provádí samotné slunce, což také šetří peníze.

Designové vlastnosti

Pro podrobné pochopení uvedeme příklad toho, jak dříve byly solární paprsky využívány bateriemi. Například solární baterie se skládá ze dvou panelů, z nichž každý obsahuje tři články. Prvky jsou zapojeny paralelně. Panely jsou namontovány tak, aby mezi nimi byl pravý úhel. V tomto případě bude v každém případě alespoň jeden panel „absorbovat“ sluneční paprsky.

Jednoosý solární sledovač ED-5000

Panely svírají úhel 900, jehož půlka směřuje přesně ke slunci. Pokud se celá konstrukce otočí o 450 doprava nebo doleva, jeden panel bude fungovat, druhý bude neaktivní. Tato poloha sloužila k zachycení slunečních paprsků jednou baterií v první polovině dne a v druhé polovině zabírá druhá baterie.

S použitím otočného automatického sledovacího zařízení však můžete na problémy s umístěním baterie navždy zapomenout. Nyní budou mít všechny bez výjimky povrchy obrácené ke slunci pod úhlem 900.

Schéma zařízení

Automatický rotační okruh by měl také brát v úvahu přítomnost faktorů, které omezují energii slunečních paprsků pro vyšší provozní efektivitu. Nemá smysl používat výkon v případě mlhy, deště nebo mraků, kdy je slunce zcela nebo částečně skryté.

Vlastnosti zařízení

Automatické systémy sledování průmyslové výroby jsou technicky i esteticky progresivnější. To však neznamená, že zařízení, která byla vyrobena doma, jsou méněcenná. Mohou mít nějaké nedostatky, ale v každém případě mají vysoké skóre.

Dvourozměrný sluneční sledovač

Za co nakupují a co na celém designu zaujme:

Zařízení nevyžadují nastavení počítače ani software;
Přijímač GPS čte místní čas i údaje o poloze;
Nízká hmotnost, které je dosaženo použitím lehkých kovů (hliník a jeho slitiny);
Přítomnost komunikačního portu umožňuje včasnou diagnostiku provozních problémů;
Řemenový pohon, pohon mechanismu je spolehlivější než ozubené kolo;
Přijímač GPS vždy aktualizuje časové údaje, takže nehrozí selhání - např. není možný noční provoz;
Jakýkoli design vyžaduje minimální zásah DIY solární sledovač strany osoby;
Umožňuje pracovat za jakýchkoliv možných atmosférických vlivů, včetně nízkých a vysokých teplot;

Možnost výroby svépomocí

Pokud máte příležitost a touhu, můžete se vždy pokusit vyrobit zařízení sami. To je samozřejmě poněkud obtížné, protože to bude vyžadovat nejen hluboké znalosti a dovednosti v oblasti elektrického modelování, ale také další úsilí při výrobě samotného stožáru, při instalaci solárních panelů atd.

Domácí tracker

Po pečlivém prostudování fór můžeme bezpečně říci, že existují profesionálové na neprůmyslové úrovni. V různých regionech (kde je to proveditelné a nákladově efektivní) již dávno není použití solárních panelů s rotačním sledovacím systémem novinkou.

Různí mistři nabízejí svá schémata, vývoj a sdílejí své zkušenosti. Pokud tedy existuje potřeba zlepšit konstrukci solárních panelů a zvýšit produktivitu, vždy existuje možnost, jak to udělat sami bez použití maximálních finančních prostředků.

Schematický diagram zařízení pro sledování slunce

Z diagramu je vidět, že motor M je poháněn na různých hodnotách na výstupech operačního zesilovače IC1a a IC1b. Tabulka pravdy:

*nebo naopak, záleží na připojení motoru

Tranzistory v obvodu pracují ve dvojicích, diagonálně, spínají +Ve nebo -Ve k motoru a způsobují jeho otáčení dopředu nebo dozadu.

Když je motor zastaven, pokračuje v otáčení, protože... existuje rotační moment. Výsledkem je, že motor nějakou dobu generuje energii, což může poškodit tranzistory. Pro ochranu tranzistorů před zpětným EMF jsou v můstkovém obvodu použity 4 diody.

Vstupní stupeň se skládá ze dvou operačních zesilovačů (IC1) a fotoodporů LDR a LDR". Pokud je množství světla dopadajícího na ně stejné, pak jsou odpory fotoodporů také stejné. Pokud je tedy napájecí napětí 12V, pak na přechodu LDR fotorezistorů LDR“ bude napětí 6V . Pokud je množství světla dopadajícího na jeden fotorezistor větší než na druhý fotorezistor, změní se napětí.

Omezení (limity) od +V do 0V se nastavují čtyřmi sériově zapojenými odpory a upravují se 2 trimovacími odpory. Pokud napětí překročí tyto limity, operační zesilovač spustí motor a bude se neustále otáčet.
Trimovací rezistor 20K upravuje citlivost, tzn. rozmezí mezi limity. Trimr 100K nastavuje, jak symetricky jsou limity vzhledem k +V/2 (bod rovnováhy).

Nastavení schématu:
1. Zkontrolujte napájecí napětí obvodu
2. Připojte stejnosměrný motor. aktuální
3. Umístěte fotorezistory vedle sebe tak, aby na ně dopadalo stejné množství světla.
4. Otočte oba trimry zcela proti směru hodinových ručiček
5. Zapněte napájení obvodu. Motor se bude točit
6. Otáčejte trimrem 100K ve směru hodinových ručiček, dokud se nezastaví. Označte tuto položku.
7. Pokračujte v otáčení trimru 100K ve směru hodinových ručiček, dokud se motor nezačne otáčet v opačném směru. Označte tuto položku.
8. Rozdělte úhel mezi dvěma polohami na polovinu a umístěte tam zastřihovač (to bude bod rovnováhy).
9. Nyní otáčejte trimrem 20K ve směru hodinových ručiček, dokud motor nezačne škubat
10. Posuňte polohu trimru trochu zpět (proti směru hodinových ručiček), aby se motor zastavil (tento trimr je zodpovědný za citlivost)
11. Zkontrolujte správnou funkci obvodu střídavým stíněním prvního a druhého fotorezistoru před světlem.

Seznam radioprvků

Typ	Označení	Množství	Poznámka	Můj poznámkový blok
Operační zesilovač	LM1458	1	Analog: K140UD20	Do poznámkového bloku
Bipolární tranzistor	BD139	2	Analogy: KT815G, KT961A	Do poznámkového bloku
Bipolární tranzistor	BD140	2	Analogy: KT814G, KT626V	Do poznámkového bloku
Usměrňovací dioda	1N4004	4	Analog: KD243G	Do poznámkového bloku
Rezistor	15 kOhm	1		Do poznámkového bloku
Rezistor	47 kOhm	1		Do poznámkového bloku
Trimrový odpor	100 kOhm	1