Tracker solar. Dispozitiv de urmărire a soarelui Dispozitiv de urmărire a soarelui de casă

Pentru început, probabil că merită să spuneți ce înseamnă un tracker solar în acest articol. Pe scurt, dispozitivul este un suport mobil pentru un panou solar, astfel încât în latitudinile noastre temperate panoul colectează o cantitate suficientă de lumină, schimbându-și poziția în urma soarelui.

În acest caz, prototipul trackerului solar a fost asamblat folosind Arduino. Pentru a roti platforma în axele orizontale și verticale, se folosesc servo-uri, al căror unghi de rotație depinde de puterea luminii incidente pe fotorezistoare. Setul de construcție metalic sovietic preferat al tuturor este folosit ca corp.

Ar fi de menționat că toate acestea s-au făcut ca un proiect de curs, așa că nu m-am obosit să cumpăr și să montez panoul solar în sine și bateria, deoarece prezența acestora nu este legată de funcționarea trackerului. În justificare, pot spune că capacitățile constructorului de metal sovietic sunt imense, așa că atașarea unui mic panou solar pentru a vă încărca telefonul nu va fi deosebit de dificilă dacă apare o astfel de dorință.

Deci, ce a fost folosit în timpul asamblarii:

Arduino MEGA 2560 R3
Servo drive Tower SG90 - 2x
Fotorezistor MLG4416 (90mW; 5-10kOhm/1.0MOhm) - 4x
Sonerie piezoelectrica KPR-G1750
Constructor de metal
Rezistor de iesire 10 kOhm; 0,25 W; 5% - 4x
Placă imprimată, carcasă, cabluri de conectare

Mega a fost folosit doar pentru că se afla în dulap în momentul în care tema proiectului a fost aprobată; dacă luăm în considerare achiziționarea tuturor elementelor de la zero, atunci în acest caz Uno ar fi suficient, dar, bineînțeles, ar fi mai ieftin.

Era nevoie de un vorbitor care sa trezit brusc pe listă pentru a spori efectul high-tech. Cert este că servomotoarele se pot roti doar 180 de grade și nu avem nevoie de mai multe, având în vedere că urmărim soarele. Dar la testarea funcționării proiectului, când nu prea puteai urmări soarele în cele două minute ale demo-ului, s-a dovedit că ar fi bine să semnalezi în ce moment ar trebui să încetezi să fluturi lanternei, deoarece servo are ajuns în zona moartă. Acesta este motivul pentru care a fost adăugat apelul de mai sus.

Deci, să începem asamblarea trackerului. Pentru început, vom împărți următorul domeniu de activitate în patru etape condiționate: asamblarea unui suport pentru panouri solare și atașarea servo-urilor, atașarea elementelor fotosensibile la structura asamblată, lipirea și scrierea codului pentru Arduino.

Figura unu: design

Printr-o căutare intensă, au fost găsite câteva exemple de proiectare a unor astfel de dispozitive. Două au primit cea mai mare atenție:

www.youtube.com/watch?v=SvKp3V9NHZY– câștigătorul la categoria „Material Supply” a pierdut în fiabilitatea și caracterul practic al dispozitivului: designul este o conexiune directă a două servo-uri.
www.instructables.com/id/Simple-Dual-Axis-Solar-Tracker - de fapt, aici a fost luată ideea principală a designului meu, cu excepția materialului și a aspectului general al carcasei rotative.

Asamblarea acestuia dintr-un set de metal a fost plină de anumite dificultăți: a trebuit să folosim un burghiu pentru a regla găurile pentru conectarea servo-urilor și, de asemenea, să le lipim în siguranță de platforme în două planuri. Ce s-a întâmplat este prezentat în videoclipul de mai jos.

Figura 2: circuite

Sarcina principală de atașare a fotorezistoarelor nu a fost nici măcar conectarea lor, ci asigurarea separarii luminii pentru fiecare dintre cele patru elemente. Este clar că era imposibil să le lăsați fără partiții, deoarece atunci valorile obținute de la fotorezistoare ar fi aproximativ aceleași și rotația nu ar funcționa. Aici, din păcate, capacitățile trusei de construcție metalice au fost lăsate jos, în principal din cauza prezenței găurilor în toate piesele. Nu a fost posibil să găsesc o piesă metalică potrivită, așa că trackerul meu solar a achiziționat un compartiment inovator din carton. În ciuda aspectului său destul de ponosit, își servește perfect scopul.

Fotorezistențele sunt atașate de corp destul de fiabil, singurul lucru cu care ar merita să lucrați este precizia locației lor pe platformă: acum nu se uită suficient de perpendicular, ceea ce îi poate frustra pe perfecționiști și poate strica ușor precizia rotației.

Un mic design de circuit: conectarea elementelor fotosensibile se realizează folosind un circuit divizor de tensiune, care a necesitat rezistențele de ieșire indicate în lista de elemente. Toate fotorezistoarele sunt lipite la un pin comun conectat la puterea de ieșire de cinci volți a Arduino. Pentru comoditate și estetică, picioarele fotorezistoarelor sunt lipite la contactele a două fire izolate cu trei nuclee (un contact a rămas nefolosit și ascuns). Toate detaliile circuitului pot fi văzute în diagrama de mai jos.

Figura trei: lipire

Nu are prea mult sens să descriu nimic în detaliu aici, așa că atașez pur și simplu o fotografie cu materialele folosite și placa rezultată.

Figura patru: cu un cod nou!

Algoritmul general de operare este de a procesa datele de la fotorezistoare folosind un ADC. Avem 4 elemente, adică 4 citiri, găsim citirea medie pe partea stângă ((stânga sus + stânga jos) / 2), în mod similar în partea dreaptă, sus și inferioară. Dacă diferența de mărime dintre părțile din stânga și din dreapta este mai mare decât pragul, atunci ne întoarcem spre partea cu o valoare medie mai mare. La fel pentru sus și jos. Bonusuri speciale în cod: puteți seta manual sensibilitatea răspunsului și unghiul maxim și minim în două planuri. Lista codurilor de lucru este mai jos.

Cod

#include Servo orizontal; int servoh = 90; int servohLimitHigh = 180; int servohLimitLow = 0; Servo vertical; int servov = 45; int servovLimitHigh = 180; int servovLimitLow = 0; int ldrlt = A2; //LDR stânga sus - STÂNGA JOS int ldrrt = A3; //LDR top rigt - BOTTOM RIGHT int ldrld = A1; //LDR jos stânga - SUS STÂNGA int lldrrd = A0; //ldr down rigt - SUS DREAPTA 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); // sus stânga int rt = analogRead(ldrrt); // sus dreapta int ld = analogRead(ldrld); // jos stânga int rd = analogRead(ldrrd); // jos rigt int avt = (lt + rt) / 2; // valoarea medie top int avd = (ld + rd) / 2; // valoarea medie down int avl = (lt + ld) / 2; // valoarea medie stânga int avr = (rt + rd) / 2; // valoarea medie right int dvert = abs(avt - avd); // verificați diferența de sus și jos int dhoriz = abs(avl - avr); // verificați diferența de stânga și dreapta 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) ( dacă (avt > avd) ( dacă (servov + 1<= servovLimitHigh) servov++; else beep(100); } else if (avt < avd) { if (servov - 1 >= servovLimitLow) servov--; else beep(100); ) vertical.write(servov); ) ) void beep (întârzieri de caracter nesemnat) ( analogWrite (buzz_pin, buzz_tone); delay (delayms); analogWrite (buzz_pin, 0); delay (delayms); )

Rezultatul muncii

Concluzie - ce aș schimba acum în proiect?

Îmbunătățirea algoritmului de funcționare: dependența gradului de rotație de diferența de valori obținută de la fotorezistoare, adică de rotație cu mai multe grade simultan.
Montarea ideală perpendiculară a fotorezistoarelor pe platformă.
Bluetooth pentru absența firelor este, desigur, o idee bună, dar va necesita modificări semnificative ale designului și achiziționarea unui al doilea arduino.
Utilizarea servo-urilor cu roți dințate metalice (fiabilitatea și virajele mai sigure nu vor strica, mai ales dacă adăugați un panou solar la structură și îl utilizați în scopul propus).

Până acum, când operam panouri solare, ne mulțumim cu dispersia generală a razelor solare. Adevărat, s-au luat în considerare unele schimbări sezoniere, precum și ora din zi (orientare în direcția est-vest). Panourile solare au ramas insa mai mult sau mai putin fixate in pozitia lor de lucru odata gasite. În unele cazuri, nici nu am acordat prea multă importanță acestui lucru, îndreptând aproximativ bateria în direcția soarelui.

Cu toate acestea, din experiență se știe că celulele solare generează energie maximă doar atunci când sunt poziționate exact perpendicular pe direcția razelor solare, iar acest lucru se poate întâmpla doar o dată pe zi. În restul timpului, eficiența celulelor solare este mai mică de 10%.

Să presupunem că ai reușit să urmărești poziția soarelui pe cer? Cu alte cuvinte, ce s-ar întâmpla dacă ai roti panoul solar în timpul zilei, astfel încât acesta să fie mereu îndreptat direct spre soare? Doar prin modificarea acestui parametru, veți crește producția totală de la celulele solare cu aproximativ 40%, ceea ce reprezintă aproape jumătate din energia produsă. Aceasta înseamnă că 4 ore de intensitate solară utilă se transformă automat în aproape 6 ore Monitorizarea soarelui nu este deloc dificilă.

Dispozitivul de urmărire este format din două părți. Unul dintre ele combină un mecanism care acționează receptorul de radiație solară, celălalt - un circuit electronic care controlează acest mecanism.

Au fost dezvoltate o serie de metode de urmărire solară. Una dintre ele se bazează pe montarea celulelor solare pe un suport paralel cu axa polară 11. S-ar putea să fi auzit de dispozitive similare numite sisteme de urmărire ecuatorială. Acesta este un termen popular folosit de astronomi.

Datorită rotației Pământului, ni se pare că Soarele se mișcă pe cer. Dacă am lua în considerare această rotație a Pământului, Soarele, la figurat vorbind, s-ar „opri”. Sistemul de urmărire ecuatorială funcționează într-un mod similar. Are o axă de rotație paralelă cu axa polară a Pământului.

Dacă atașați celule solare la el și le rotiți înainte și înapoi, obțineți o imitație a rotației Pământului (Fig. 1).

Unghiul de înclinare a axei (unghiul polar) este determinat de locația geografică și corespunde latitudinii locului în care este montat dispozitivul. Să presupunem că locuiți într-o zonă corespunzătoare la 40° N. w. Apoi axa dispozitivului de urmărire va fi rotită la un unghi de 40° față de orizont (la Polul Nord este perpendicular pe suprafața Pământului, Fig. 2).

Rotirea celulelor solare spre est sau vest în jurul acestei axe înclinate va simula mișcarea soarelui pe cer. Dacă rotim celulele solare cu viteza unghiulară de rotație a Pământului, putem „opri” complet Soarele.

Această rotație este efectuată de un sistem de urmărire mecanică. Pentru a roti celulele solare în jurul unei axe, este nevoie de un motor. În orice moment al mișcării zilnice a soarelui, planul panourilor solare va fi acum perpendicular pe direcția razelor solare.

Partea electronică a dispozitivului de urmărire oferă mecanismului de conducere informații despre poziția Soarelui. Prin comandă electronică, panoul este instalat în direcția dorită. De îndată ce soarele se deplasează spre vest, controlerul electronic va porni motorul electric până când direcția dorită a panoului spre soare este restabilită.

Noutatea dispozitivului nostru de urmărire constă nu numai în orientarea celulelor solare spre soare, ci și în faptul că acestea alimentează „creierul” electronic de control. Acest lucru se realizează printr-o combinație unică de design și caracteristicile electrice ale dispozitivului.

Să luăm în considerare mai întâi caracteristicile de proiectare ale dispozitivului, referindu-ne la Fig. 3. Bateria solară este formată din două panouri care conțin câte trei elemente, conectate în serie și așezate pe planurile unei carcase din plastic transparent. Panourile sunt conectate în paralel.

Aceste panouri sunt montate în unghi drept unul față de celălalt. Ca urmare, cel puțin unul dintre module va fi iluminat constant de soare (sub rezerva limitărilor discutate mai jos).

În primul rând, luați în considerare cazul în care întregul dispozitiv este amplasat astfel încât bisectoarea unghiului format de panouri să fie îndreptată exact spre soare. În acest caz, fiecare panou este înclinat la un unghi de 45° față de soare (Fig. 4) și generează energie electrică.

Dacă rotiți dispozitivul cu 45° spre dreapta, panoul din dreapta va lua o poziție paralelă, iar cel din stânga va fi perpendicular pe razele soarelui. Acum doar panoul din stânga generează energie, cel din dreapta este inactiv.

Să rotim dispozitivul cu încă 45°. Lumina continuă să lovească panoul din stânga, dar la un unghi de 45°. Ca și înainte, partea dreaptă nu este iluminată și, prin urmare, nu generează nicio energie.

Puteți repeta o rotație similară în partea stângă, în timp ce panoul din dreapta va genera energie, iar cel din stânga va fi inactiv. În orice caz, cel puțin o baterie generează energie electrică. Deoarece panourile sunt conectate în paralel, dispozitivul va genera întotdeauna energie electrică. În timpul experimentului nostru, modulul s-a rotit cu 180°.

Astfel, dacă un anumit dispozitiv este fixat astfel încât îmbinarea panourilor să fie îndreptată către soarele de amiază, ieșirea bateriei solare va genera întotdeauna tensiune electrică, indiferent de poziția soarelui pe cer. Din zori până în amurg, o parte a dispozitivului va fi iluminată de soare. Grozav, dar de ce toate astea? Acum vei afla.

Pentru a urmări mișcarea soarelui pe cer, circuitul de control electronic trebuie să îndeplinească două funcții. În primul rând, ea trebuie să decidă dacă este nevoie de supraveghere. Nu are rost să risipești energie în funcționarea unui motor electric dacă nu există suficientă lumină solară, cum ar fi ceața sau acoperirea cu nori. Acesta este scopul pentru care dispozitivul descris mai sus este necesar în primul rând!

Pentru a înțelege principiul funcționării sale, să ne întoarcem la circuitul electronic prezentat în Fig. 3. Să ne concentrăm mai întâi pe releul RL 1. Pentru a simplifica discuția ulterioară, presupunem că tranzistorul Q1 este în saturație (curent conducător), iar tranzistorul Q2 nu este prezent.

Releul RL 1 este un element de circuit care reacționează la curentul care circulă prin el. Releul conține o bobină de sârmă în care energia curentului electric este convertită în energia câmpului magnetic. Intensitatea câmpului este direct proporțională cu curentul care curge prin bobină.

Pe măsură ce curentul crește, vine un moment în care intensitatea câmpului crește atât de mult încât armătura releului este atrasă de miezul înfășurării și contactele releului se închid. Acest moment corespunde așa-numitului prag de răspuns al releului.

Acum este clar de ce releul este utilizat la măsurarea intensității pragului de radiație solară folosind celule solare. După cum vă amintiți, curentul celulei solare depinde de intensitatea luminii. În circuitul nostru există de fapt două panouri solare conectate la releu, iar până nu generează un curent care depășește pragul de funcționare, releul nu se pornește. Astfel, cantitatea de lumină incidentă este cea care determină pragul de răspuns.

Dacă curentul este puțin mai mic decât valoarea minimă, atunci circuitul nu funcționează. Releul și bateria solară sunt selectate astfel încât releul să fie activat atunci când intensitatea luminii atinge 60% din valoarea maximă.

Așa se rezolvă prima sarcină a sistemului de urmărire - determinarea nivelului de intensitate a radiației solare. Contactele releului închise pornesc motorul electric, iar sistemul începe să caute orientarea către soare.

Acum ajungem la următoarea sarcină, și anume găsirea orientării exacte a bateriei solare față de soare. Pentru a face acest lucru, să revenim la tranzistoarele Q1 și Q2.

Există un releu în circuitul colector al tranzistorului Q1. Pentru a porni releul, trebuie să scurtcircuitați tranzistorul Q1. Rezistorul R1 stabilește curentul de polarizare care pornește tranzistorul Q1.

Tranzistorul Q2 reprezintă un fototranzistor, regiunea sa de bază este iluminată cu lumină (în tranzistoarele convenționale, pe bază este aplicat un semnal electric). Curentul colector al unui fototranzistor este direct proporțional cu intensitatea luminii.

Rezistorul R1, pe lângă setarea curentului de polarizare al tranzistorului Q1, este folosit și ca sarcină pentru tranzistorul Q2. Când baza tranzistorului Q2 nu este iluminată de lumină, nu există curent de colector și tot curentul prin rezistorul R1 trece prin bază, saturând tranzistorul Q1.

Pe măsură ce iluminarea fototranzistorului crește, începe să curgă un curent de colector, care curge numai prin rezistorul R1. Conform legii lui Ohm, o creștere a curentului printr-un rezistor fix /?1 duce la o creștere a căderii de tensiune pe acesta. Astfel, se modifică și tensiunea la colectorul lui Q2.

Când această tensiune scade sub 0,7V, va avea loc fenomenul prezis: Q1 va pierde polarizarea datorită faptului că necesită cel puțin 0,7V pentru a curge curentul de bază. Tranzistorul Q1 va înceta să conducă curentul, releul RL1 se va opri și contactele sale se vor deschide.

Acest mod de funcționare va apărea numai atunci când tranzistorul Q2 este îndreptat direct spre soare. În acest caz, căutarea unei orientări exacte față de soare se oprește din cauza deschiderii circuitului de alimentare a motorului de către contactele releului. Acum panoul solar este direct îndreptat spre soare.

Când soarele părăsește câmpul vizual al tranzistorului Q2, tranzistorul

Q1 pornește releul și mecanismul începe să se miște din nou. Și soarele se regăsește pe sine. Căutarea se repetă de multe ori pe măsură ce soarele se mișcă pe cer în timpul zilei.

Seara intensitatea luminii scade. Panoul solar nu mai poate genera suficientă energie pentru a alimenta sistemul electronic, iar contactele releului se deschid pentru ultima dată. A doua zi dimineață devreme, soarele luminează bateria orientată spre est a sistemului de urmărire, iar funcționarea circuitului începe din nou.

În mod similar, contactele releului se deschid dacă iluminarea scade din cauza vremii nefavorabile. Să presupunem, de exemplu, că vremea este bună dimineața și sistemul de urmărire începe să funcționeze. Cu toate acestea, la amiază, cerul a început să devină posomorât și scăderea iluminării a făcut ca sistemul de urmărire să înceteze să funcționeze până când cerul s-a limpezit din nou după-amiaza și poate a doua zi. Ori de câte ori se întâmplă acest lucru, sistemul de urmărire este întotdeauna gata să reia funcționarea.

Realizarea unui dispozitiv de urmărire este destul de simplă, deoarece o parte semnificativă a pieselor este realizată din sticlă organică.

Cu toate acestea, un punct foarte important este coordonarea caracteristicilor panourilor solare și releelor. Este necesar să se selecteze elemente care generează un curent de 80 mA la intensitatea maximă a radiației solare. Selectarea se poate face prin testare. Am descoperit că celulele semilunare produc un curent mediu de aproximativ 80 mA. Prin urmare, dintre toate tipurile de elemente care ies la vânzare, am folosit aceste elemente pentru dispozitivul meu.

Ambele panouri solare sunt similare ca design. Fiecare contine trei elemente, care sunt conectate in serie si atasate pe placi de plexiglas de 10x10 cm2. Elementele vor fi expuse constant mediului înconjurător, de aceea este necesar să se asigure măsuri de protecție pentru ele.

Ar fi bine să facem următoarele. Așezați bateria completată pe o placă de plexiglas așezată pe o suprafață metalică plană. Acoperiți partea superioară a bateriei cu un strat relativ gros (0,05-0,1 mm) de folie Mylar. Încălziți bine structura rezultată cu un pistol de suflare, astfel încât părțile din plastic să se topească și să se lipească împreună.

Fii atent când faci asta. Dacă așezați placa de plexiglas pe o suprafață care nu este suficient de plană sau o supraîncălziți, aceasta se poate deforma. Totul ar trebui să fie similar cu pregătirea unui sandviș cu brânză la grătar.

Când ați terminat, verificați dacă etanșarea este sigură, în special în jurul marginilor celulelor solare. S-ar putea să fie nevoie să strângeți ușor marginile Dacronului cât timp este încă fierbinte.

După ce panourile s-au răcit suficient, lipiți-le împreună, așa cum se arată în Fig. 5 și conectați-le în paralel. Nu uitați să lipiți cablurile la baterii înainte de a asambla dispozitivul.

Următorul element important de design este releul. În practică, un releu este o bobină înfășurată în jurul unui contact mic de trestie.

Înfășurarea releului este alcătuită din 420 de spire de sârmă de cupru emailat nr. 36 înfășurate în jurul unui cadru suficient de mic pentru a se potrivi contactului cu trestie cu interferență. Am folosit un pai de cocktail ca cadru. Dacă atingeți capetele paiului cu o lamă fierbinte de cuțit, se vor forma obraji de cadru, protejând înfășurarea de alunecare peste margini. Rezistența totală a înfășurării ar trebui să fie de 20-30 ohmi. Introduceți comutatorul cu lame în cadru și fixați-l cu o picătură de lipici.

Apoi conectați tranzistorul Q1 și rezistența R1 la releu. Fără a conecta tranzistorul Q2, aplicați energie de la celulele solare și verificați funcționarea circuitului.

Dacă totul funcționează corect, releul ar trebui să se activeze atunci când intensitatea luminii solare este de aproximativ 60% din intensitatea maximă. Pentru a face acest lucru, puteți acoperi pur și simplu 40% din suprafața celulelor solare cu un material opac, cum ar fi cartonul.

În funcție de calitatea comutatorului cu lame, pot exista unele abateri de la valoarea ideală. Este acceptabilă pornirea releului la o intensitate luminoasă de 50-75% din valoarea maximă posibilă. Pe de altă parte, dacă nu îndepliniți aceste limite, trebuie să modificați fie numărul de spire ale înfășurării releului, fie curentul panoului solar.

Numărul de spire ale înfășurării releului trebuie schimbat în conformitate cu următoarea regulă. Dacă releul funcționează mai devreme, numărul de spire trebuie redus; dacă mai târziu, acesta trebuie mărit. Dacă doriți să experimentați cu schimbarea curentului panoului solar, conectați la acesta o rezistență de șunt.

Acum conectați fototranzistorul Q2 la circuit. Trebuie plasat într-o carcasă rezistentă la lumină, altfel nu va funcționa corect. Pentru a face acest lucru, luați o țeavă de cupru sau aluminiu de aproximativ 2,5 cm lungime și un diametru corespunzător diametrului carcasei tranzistorului.

Un capăt al țevii trebuie aplatizat, astfel încât să rămână un spațiu de 0,8 mm lățime. Atașați conducta la tranzistor. Circuitul de control finit, care conține elementele Q1, Q2, R1 și RL 1, este umplut cu cauciuc lichid pentru etanșare.

Patru unități sunt scoase de la dispozitiv: două de la contactele releului, două de la panourile solare. Pentru a turna cauciucul lichid, utilizați un formular din hârtie groasă (cum ar fi o carte poștală). Pentru a o face, înfășurați o foaie de hârtie în jurul unui creion și fixați hârtia astfel încât să nu se desfacă.După ce stratul de polimer s-a uscat în jurul diagramei, îndepărtați forma de hârtie.

Dispozitivul de urmărire este destul de simplu de operat. Mai întâi, asamblați un mecanism simplu de urmărire.

Montați bateria pe o axă de rotație. Puteți monta bateria pe un cadru potrivit, apoi atașați cadrul de țeavă folosind rulmenți de frecare sau cu role. Apoi instalați un motor cu o cutie de viteze pentru a roti cadrul în jurul axei sale. Acest lucru se poate face în multe feluri.

Din figură puteți vedea că acesta este un circuit simplu de comutare a polarității. Când este aplicată puterea, motorul electric începe să se rotească. Direcția de rotație depinde de polaritatea sursei de alimentare.

În momentul alimentării cu energie, releul de comutare a polarității RL1 2) nu funcționează deoarece circuitul de alimentare al înfășurării sale este întrerupt de contactele normal deschise. Motorul electric rotește cadrul spre întrerupătorul de limită nr. 1. Acest întrerupător este amplasat astfel încât cadrul să se sprijine de el numai în poziția extremă a rotației sale.

Când acest comutator este închis, este activat releul RL 1, care schimbă polaritatea tensiunii de alimentare a motorului electric, iar acesta din urmă începe să se rotească în sens opus. Deși contactul final #1 se deschide din nou, releul rămâne pornit din cauza contactelor închise.

Când cadrul apasă întrerupătorul de limită nr. 2, circuitul de alimentare al releului RL 1 se deschide și releul se oprește. Direcția de rotație a motorului se schimbă din nou și urmărirea cerului continuă.

Ciclul este întrerupt numai de releul lamelă RL 1 din circuitul de monitorizare a radiației solare, care controlează circuitul de alimentare cu energie electrică a motorului electric. Cu toate acestea, releul RL 1 este un dispozitiv de curent scăzut și nu poate comuta direct curentul motorului. Astfel, releul cu lame comută releul auxiliar, care controlează motorul electric, așa cum se arată în Fig. 6.

Panourile solare ale sistemului de urmărire trebuie să fie amplasate lângă mecanismul de rotație. Unghiul de înclinare a acestora trebuie să coincidă cu unghiul de înclinare al axei polare, iar îmbinarea bateriilor să fie îndreptată spre soarele de amiază. Modulul electronic este conectat direct la dispozitivul de rotație. Orientați fanta capacului fototranzistorului paralel cu axa polară. Aceasta ține cont de schimbările sezoniere ale poziției soarelui deasupra orizontului.

Lista de componente

Q1—2N2222, tranzistor

Q2—FPT-100, fototranzistor

R1—1000 Ohm, rezistor

RL1 - releu (vezi text)

6 celule solare din siliciu, fiecare generând un curent de 80 mA

Literatură: Byers T. 20 de modele cu celule solare: Per. din engleză - M.: Mir, 1988.

Să presupunem că ați reușit să urmăriți poziția Soarelui pe cer? Cu alte cuvinte, ce s-ar întâmpla dacă ai roti panoul solar în timpul zilei, astfel încât acesta să fie mereu îndreptat direct spre soare? Doar prin modificarea acestui parametru, veți crește producția totală de la celulele solare cu aproximativ 40%, ceea ce reprezintă aproape jumătate din energia produsă. Aceasta înseamnă că 4 ore de intensitate solară utilă se transformă automat în aproape 6 ore Monitorizarea soarelui nu este deloc dificilă.

Principiul de funcționare al dispozitivului de urmărire

Au fost dezvoltate o serie de metode de urmărire solară. Una dintre ele se bazează pe montarea celulelor solare pe un suport paralel cu axa polară. Poate că ați auzit de dispozitive similare numite sisteme de urmărire ecuatorială. Acesta este un termen popular folosit de astronomi.

Datorită rotației Pământului, ni se pare că Soarele se mișcă pe cer. Dacă am lua în considerare această rotație a Pământului, Soarele, la figurat vorbind, s-ar „opri”.

Sistemul de urmărire ecuatorială funcționează într-un mod similar. Are o axă de rotație paralelă cu axa polară a Pământului.

Dacă atașați celule solare la el și le rotiți înainte și înapoi, obțineți o imitație a rotației Pământului (Fig. 1). O axă aliniată cu axa de rotație a Pământului.

Unghiul de înclinare a axei (unghiul polar) este determinat de locația geografică și corespunde latitudinii locului în care este montat dispozitivul. Să presupunem că locuiți într-o zonă care corespunde la 40°N latitudine. Apoi axa dispozitivului de urmărire va fi rotită cu un unghi de 40° față de orizont (la Polul Nord este perpendicular pe suprafața Pământului (Fig. 2).

Fig.2

Caracteristicile dispozitivului de urmărire

Să luăm în considerare mai întâi caracteristicile de proiectare ale dispozitivului, referindu-ne la Fig. 3.

Fig.3

Bateria solară este formată din două panouri care conțin câte trei elemente, conectate în serie și așezate pe planurile unei carcase de plastic transparent. Panourile sunt conectate în paralel.

Aceste panouri sunt montate în unghi drept unul față de celălalt. Ca urmare, cel puțin unul dintre module va fi iluminat constant de soare (sub rezerva limitărilor discutate mai jos).

Fig.4

Grozav, dar de ce toate astea? Acum vei afla.

Sistem electronic de urmărire a soarelui

Pentru a înțelege principiul funcționării sale, să ne întoarcem la circuitul electronic prezentat în Fig. 3. Mai întâi, să ne concentrăm atenția asupra releului RL1. Pentru a simplifica discuțiile suplimentare, presupunem că tranzistorul Q1 este în saturație (curent conducător) și tranzistorul Q2 nu este prezent.

Releul RL1 este un element de circuit care răspunde la curentul care trece prin el. Releul conține o bobină de sârmă în care energia curentului electric este convertită în energia câmpului magnetic. Intensitatea câmpului este direct proporțională cu curentul care curge prin bobină.

Acum ajungem la următoarea sarcină, și anume găsirea orientării exacte a bateriei solare față de soare. Pentru a face acest lucru, să revenim la tranzistoarele Q1 și Q2.

Există un releu în circuitul colector al tranzistorului Q1. Pentru a porni releul, trebuie să scurtcircuitați tranzistorul Q1. Rezistorul /?1 stabilește curentul de polarizare care deschide tranzistorul Q1.

Pe măsură ce iluminarea fototranzistorului crește, începe să curgă un curent de colector, care curge numai prin rezistorul R1. Conform legii lui Ohm, o creștere a curentului printr-un rezistor fix R1 duce la o creștere a căderii de tensiune pe acesta. Astfel, se modifică și tensiunea la colectorul lui Q2.

Când soarele părăsește câmpul vizual al tranzistorului Q2, tranzistorul

Q1 pornește releul și mecanismul începe să se miște din nou. Și soarele se regăsește pe sine. Căutarea se repetă de multe ori pe măsură ce soarele se mișcă pe cer în timpul zilei.

Proiecta

Realizarea unui dispozitiv de urmărire este destul de simplă, deoarece o parte semnificativă a pieselor este realizată din sticlă organică.

Am descoperit că celulele semilunare produc un curent mediu de aproximativ 80 mA. Prin urmare, dintre toate tipurile de elemente care ies la vânzare, am folosit aceste elemente pentru dispozitivul meu.

Fig.5

Creierul electronic

Următorul element important de design este releul. În practică, un releu este o bobină înfășurată în jurul unui contact mic de trestie.

Înfășurarea releului este alcătuită din 420 de spire de sârmă de cupru emailat nr. 36 înfășurate în jurul unui cadru suficient de mic pentru a se potrivi contactului cu trestie cu interferență. Am folosit un pai de cocktail ca cadru. Dacă atingeți capetele paiului cu o lamă fierbinte de cuțit, se vor forma obraji de cadru, protejând înfășurarea de alunecare peste margini. Impedanța înfășurării ar trebui să fie de 20-30 ohmi. Introduceți comutatorul cu lame în cadru și fixați-l cu o picătură de lipici.

Apoi conectați tranzistorul Q1 și rezistența R1 la releu. Fără a conecta tranzistorul Q2, aplicați energie de la celulele solare și verificați funcționarea circuitului.

Un capăt al țevii trebuie aplatizat, astfel încât să rămână un spațiu de 0,8 mm lățime. Atașați conducta la tranzistor.

Circuitul de control finit, care conține elementele Q1, Q2, R1 și RL1, este umplut cu cauciuc lichid pentru etanșare.

Lucrul cu dispozitivul

Dispozitivul de urmărire este destul de simplu de operat. Mai întâi, asamblați un mecanism simplu de urmărire.

Deoarece releul efectuează doar funcții de pornire și oprire în circuitul electronic, este necesar să existe elemente care comută tensiunea de rotație a motorului electric. Acest lucru necesită întrerupătoare de limită situate în pozițiile extreme ale cadrului. Ele sunt conectate conform diagramei prezentate în fig. 6. Întrerupătorul de limită nr. 1 este inclus în Fig. 6 este incorect. Pentru a asigura funcționarea corectă a circuitului, bornele comutatorului de limită trebuie conectate în paralel cu contactele releului RL1, conectate în serie cu releul.

Fig.6

În momentul alimentării cu energie, releul de comutare a polarității RL1 nu funcționează deoarece circuitul de alimentare al înfășurării sale este întrerupt de contactele normal deschise. Motorul electric rotește cadrul spre întrerupătorul de limită nr. 1. Acest întrerupător este amplasat astfel încât cadrul să se sprijine de el numai în poziția extremă a rotației sale. Autorul desemnează diferite relee în același mod în diagramele din figurile 3 și 6. Pentru a evita confuziile în viitor, releul RL1 din Figura 3 este numit releu cu lame al sistemului de urmărire, iar contactele sale din Figura 6 sunt numite contacte cu lame. Releul RL1 din Fig. 6 este mai puternic decât un comutator lamelă, cu trei grupuri de contacte de comutare.

Când acest comutator este închis, este activat releul RL1, care modifică polaritatea tensiunii de alimentare a motorului electric, iar acesta din urmă începe să se rotească în sens opus. Deși contactul final #1 se deschide din nou, releul rămâne pornit din cauza contactelor închise.

Când cadrul apasă întrerupătorul de limită nr. 2, circuitul de alimentare al releului RL1 se deschide și releul se oprește. Direcția de rotație a motorului se schimbă din nou și urmărirea cerului continuă.

Ciclul este întrerupt doar de releul lamelă RL 1 de la circuitul de monitorizare a radiației solare, care controlează circuitul de alimentare a motorului electric. Cu toate acestea, releul RL 1 este un dispozitiv de curent scăzut și nu poate comuta direct curentul motorului. Astfel, releul cu lame comută releul auxiliar, care controlează motorul electric, așa cum se arată în Fig. 6.

Modulul electronic este conectat direct la dispozitivul de rotație. Orientați fanta capacului fototranzistorului paralel cu axa polară. Aceasta ține cont de schimbările sezoniere ale poziției soarelui deasupra orizontului.

În zilele noastre, celulele solare și panourile solare sunt adesea folosite ca surse de energie. Dar panourile solare produc mult mai multă energie atunci când sunt îndreptate direct spre soare tot timpul decât atunci când sunt într-o poziție fixă. Pentru a face acest lucru, aveți nevoie de un tracker solar - un mecanism rotativ care schimbă poziția panoului solar în conformitate cu poziția soarelui.

Acest material este o traducere gratuită a paginii lui Mike Davis despre realizarea unui tracker solar cu propriile mâini. Mike Davis povestește.

Puteți face un tracker solar cu propriile mâini. O poți face și tu.

Iată panourile mele solare pe un tracker solar, pentru fabricarea cărora am folosit un vechi rotator de antenă pe care l-am cumpărat cu 15 USD.

Iată cutia de sub rotatorul antenei. Cutia era ponosită, dar rotatorul din interior era încă nou și împachetat în plastic original. Acesta este un produs vechi bazat pe tehnologie din anii 1960. Bărbatul a cumpărat unitatea nouă, dar nu a folosit-o niciodată. A stat într-o cutie în garaj timp de zeci de ani, până când proprietarul a decis în sfârșit să scape de ea și a dat-o unui magazin second-hand.

Practic, am aruncat aproape toate componentele electronice din unitate, am păstrat doar ceea ce avea de-a face cu motorul și mi-am atașat sistemul de control. Acest lucru va fi discutat mai detaliat mai jos.

Primul pas a fost să vină cu o modalitate de a monta motorul de antrenare și panoul solar. Am decis să fac un sistem de urmărire care să fie simplu, ieftin și ușor de dezasamblat pentru transport. Acesta a fost realizat în principal din lemn 2x4 și fitinguri standard îmbinate împreună.

Design tracker solar

Acest dispozitiv a fost conceput pentru a fi portabil: ușor de dezasamblat și ușor de montat la loc cu doar câteva instrumente. Miezul blocului este format din doar cinci părți principale: o latură de nord, o latură de sud, un ansamblu rotativ și două suporturi pentru a ține totul împreună.

Înainte de utilizare în sălbăticie, unitatea de bază a trackerului va fi aliniată cu axa est-vest și axa nord-sud (folosind o busolă).

Iată o fotografie cu partea de nord a trackerului solar. Are 48 inci lățime la bază și 43 1/2 inci înălțime. Rețineți că aceste dimensiuni sunt corecte pentru utilizare la 34,6 grade latitudine nordică. Dacă sunteți semnificativ mai la nord sau la sud, atunci va trebui să redimensionați această parte. Mai multe despre asta mai jos. Peretele lateral este realizat din 2x4, tăiat și lipit împreună. Observați că în partea de jos sunt două picioare mici. Acestea ajută la nivelarea dispozitivului la instalarea acestuia. Spațiul dintre 2x4 verticale este egal cu grosimea cherestea (aproximativ 1 1/2 inci).

Iată o fotografie a părții de sud a trackerului solar. Această parte are 24" lățime și 13 1/2" înălțime. Este, de asemenea, realizat din 2x4s lipite si insurubate. Această parte are, de asemenea, picioare mici pentru a ajuta la nivelarea întregii unități atunci când este instalată. Această parte este probabil mai mult sau mai puțin universală și va funcționa la diferite latitudini. Din nou, distanța dintre 2x4 verticale este egală cu grosimea 2x4 (aproximativ 1 1/2 inci).

Suportul orizontal 2x4 care conectează partea de jos a părții de nord a trackerului solar de partea de jos a părții de sud are o lungime de 48 de inci. Se potrivește între stâlpi și este prins prin șuruburi. Acest lucru va trebui, de asemenea, calculat la latitudinea dvs. specifică, deoarece distanța dintre stâlpii nord și sud se va schimba pe măsură ce unghiul axei nord-sud se va schimba.

A fost adăugată o bretele (piesa de 1x4) pentru a prelua cea mai mare parte a sarcinii de la ansamblul rotativ (montat pe șuruburile care țin ansamblul rotativ în loc).

Aceasta este inima trackerului solar. Acesta este motorul de antrenare și unitatea rotativă. Antena motorului și structurile de montare asociate sunt în stânga. Țeava de oțel de un inch și 4 picioare lungime este condusă de un rotator și va transporta panourile solare. Rulmenții și elementele de fixare ale structurii sunt amplasate pe partea dreaptă. Detalii mai jos.

Este prezentat un prim plan al motorului. Acest rotator de antenă este proiectat pentru a fi montat pe un catarg fix și pentru a roti un catarg mai scurt cu antena atașată la acesta. Așa că am creat un catarg pseudo fix pentru a-l atașa. O bucată scurtă de țeavă de 1 inch în partea de sus (sub fir) servește ca punct de montare pentru rotator. Lungimea scurtă a țevii este atașată cu o flanșă, care, la rândul ei, este înșurubat pe o bucată pătrată de lemn de 3 1/2 x 3 1/2 inci, înșurubat pe o bucată de cherestea de 2x4 de 12 inci lungime. Acest 2x4 se desfășoară între stâlpii laterali de nord și este ținut pe loc cu șuruburi.

Iată un prim plan al rulmentului de la capătul de jos al conductei lungi de 4 picioare care transportă panourile solare. Tranziția se face folosind flanșe.

Prima dată când am asamblat dispozitivul, am prins toate piesele cu cleme mari. Odată ce am corectat unghiul axei, clemele au fost strânse. Apoi am făcut găuri pentru șuruburi lungi pentru a conecta toate piesele împreună.

Ar trebui să vorbesc puțin despre modul în care am determinat unghiul axei nord-sud (rotația trackerului). Dispozitivul trebuie să fie aliniat cu latitudinea zonei în care va fi utilizat. Nu l-am făcut reglabil. Acesta va fi unghiul corect primăvara și toamna, când sunt de obicei pe proprietatea mea. Va fi puțin prea mare vara și puțin scăzut iarna. Cu toate acestea, panourile solare vor furniza mult mai multă energie decât atunci când sunt fixe.

Unghiul axei de rotație față de sol este stabilit în funcție de latitudinea locului unde va fi utilizat trackerul solar. Gândește-te la asta în acest fel. Dacă a fost folosit la ecuator, unde latitudinea este 0, unghiul relativ la sol va fi 0, deci axa va fi orizontală. Când este folosit la unul dintre poli, la 90 sau -90 de grade latitudine, unghiul față de sol va fi vertical. Rezultă că unghiul corect corespunde întotdeauna latitudinii locului unde va fi folosit trackerul. Porțiunea mea de pământ are aproximativ 34,6 grade latitudine nordică, așa că acesta este unghiul pe care l-am folosit.

Deci, unghiul tău poate fi diferit, dar și dimensiunile structurii tale de bază vor fi la fel. Dimensiunile bazei depind de unghiul utilizat. Trebuie calculate atât înălțimea laturilor dvs. de nord și de sud, cât și distanța dintre laturile de sud și de nord.

Versiunile reglabile ale designului pot fi create cu ușurință, permițând un unghi mai mic vara și un unghi mai mare iarna. Cu toate acestea, deocamdată voi lăsa asta ca un exercițiu pentru cititor, sunt mulțumit de ceea ce este deocamdată.

Iată o altă fotografie a capului rotator instalat.

Această fotografie arată cum capătul inferior al lagărului tubului de antrenare se potrivește în cadrul din partea de sud și este ținut pe loc cu șuruburi. Celălalt capăt este atașat de partea de nord. Capătul de jos al suportului diagonal este de asemenea vizibil.

Iată un prim plan despre cum este atașat rulmentul folosind fitinguri.

Această fotografie arată unul dintre ramele de aluminiu care țin panourile solare pe tracker. Este fabricat din aluminiu unghiular, conține un panou de 100 W și are dimensiuni interne de 47 1/8 pe 21 1/2 inci. Practic, este puțin mai mare decât dimensiunile exterioare ale panoului solar. Panoul este ținut pe loc cu șuruburi care trec prin rame și în părțile laterale ale panoului.

Puteti vedea taieturile in cadru pentru montare pe teava tracker.

Această fotografie arată cum se îmbină cadrul la colțuri (este posibilă și sudarea colțurilor).

Iată un prim plan cu tăieturile din cadru pentru montarea trackerului pe țeavă. Degajările au aceeași adâncime ca și clemele folosite pentru instalare.

Iată un prim plan al modului în care sunt folosite clemele pentru a atașa cadrul la tubul de urmărire. Clema fixează într-adevăr cadrul de țeavă destul de strâns. Am fost surprins de cât de bine a funcționat.

În timpul primei teste în interior, am instalat un singur panou solar longitudinal de-a lungul întregii conducte de antrenare (în versiunea finală ar fi trebuit să instalez două panouri). Dacă aveți sau aveți nevoie de o singură baterie, acesta este modul de instalare.

Această fotografie arată două rame de aluminiu prinse pe un tub de antrenare.

Această fotografie arată două panouri solare pe tracker. Șuruburile țin bateriile în loc, astfel încât vântul să nu le poată arunca afară din rame.

Panoul de sus este comercial, am cumpărat această unitate de 100W pentru că am primit o reducere foarte mare la ea. Panoul de jos este unul dintre panourile solare mele de casă de 60 de wați. Urmați linkul pentru a vedea cum le fac.

160 de wați poate să nu sune prea mult, dar nevoile mele de putere sunt minime. Tracker-ul și generatorul meu eolian de casă se completează reciproc, bateriile îmi rămân încărcate și am suficientă electricitate.

Această fotografie arată conducta de contragreutate. Aceasta este o bucată de țeavă de oțel de un inch, lungă de 30 de inci. Se înșurubează în unghiul de la capătul superior al blocului motor. O țeavă este mai multă contragreutate decât este necesară pentru un panou. Pentru cele două panouri am adăugat un racord în T din oțel la capătul țevii. Rotatorul antenei a fost proiectat să se miște într-o manieră echilibrată în raport cu catargul vertical. Contragreutatea reduce cantitatea de cuplu pe care trebuie să o furnizeze motorul pentru a deplasa panourile suspendate aproape orizontal față de catarg. Panourile dvs. probabil cântăresc diferit și necesită plasări diferite de contragreutate. Experimentați cu diferite lungimi de țevi și/sau fitinguri suplimentare pentru a obține echilibrul cât mai aproape de ideal și pentru a preveni supraîncărcarea motorului sau a vitezelor.

Pentru a continua, faceți clic pe butonul cu numărul 2

Unitate de control solar tracker

Iată schema de circuit originală a rotatorului antenei. Totul este absolut electromecanic. Şcoală foarte veche, aproape primitivă. Pe partea bună, încă funcționează după decenii de depozitare. Una dintre caracteristicile acestei vechi unități este că motorul care întoarce capetele funcționează la 24 VAC. Acest lucru a făcut dificilă pentru el proiectarea unui nou sistem de control. Căutam modalități de a modifica sau automatiza unitatea de control originală, dar nu mi-am putut da seama cum să o fac să funcționeze. Prin urmare, am abandonat intenția de a folosi vechiul control, l-am demontat în părți și am început să proiectez unul nou.

Nu am putut reutiliza multe dintre aceste părți. De fapt, capul rotator este folosit. Dar de la unitatea de control am păstrat doar transformatorul de la 120V la 24V (#110), și condensatorul motorului (#107).

Iată circuitul controlerului electronic cu care am venit după mai multe teste. Diagrama de dimensiune completă aici. Designul se bazează pe MBED, o platformă de prototipare rapidă. Modulul MBED poate fi programat în C folosind un IDE online. MBED este destul de puternic și are multe capacități IO. Este într-adevăr exagerat pentru acest proiect, dar eram familiarizat cu MBED-urile, deoarece le-am folosit în proiecte la locul de muncă. Îl puteți înlocui cu ușurință cu un Arduino, Raspberry Pi sau altul pentru a face același lucru.

Inima schemei este MBED. Citește valoarea tensiunii (folosind cele două intrări analogice) de la două panouri solare mici montate în unghi drept unul față de celălalt. Motorul rotator al antenei se mișcă astfel încât să mențină aproape egală tensiunea de la cele două panouri solare, ținându-le îndreptate spre soare.

Motorul este alimentat prin închiderea releului și pornirea invertorului AC. Sensul de rotație al motorului este controlat de un alt releu. Am folosit relee auto de 40A pentru că sunt ieftine, disponibile peste tot și aveam deja câteva la îndemână. Releul este comandat de tranzistoarele de putere TIP120 Darlington controlate de liniile de ieșire de la MBED. Au fost adăugate două butoane pentru a muta manual motorul în timpul testării și pentru depanare. Apăsarea PB1 mută motorul spre vest. Apăsând împreună PB1 și PB2, motorul se deplasează spre est.

Două întrerupătoare de limită sunt conectate la liniile de intrare MBED. Mișcarea începe numai în direcția specificată dacă întrerupătorul de limită este închis. Mișcarea este oprită prin întreruperi dacă întrerupătoarele de limită sunt deschise.

Regulatorul LM7809 cu +9V oferă putere stabilă pentru MBED de la o sursă de 12V. MBED se bazează pe logica 3.3 și are un regulator la bord și 3.3 linii de ieșire, rezistențele sunt folosite pentru potrivire.

Lista de piese pentru unitatea de control al trackerului solar

C3 – NPO (luat din cutia de control originală)

D1-D2 – 1N4001 sau diode similare

ECell-WCell – celule solare cu peliculă subțire de seleniră de indiu (CIS).

F1 – Siguranță lentă 2A

IC1 – LM7809 + regulator de tensiune 9V

IC2 – NXP LPC1768 MBED

K1-K2 – 40A SPDT Bosch Releu tip Auto

LS1-LS2 – comutator NC cu contact rapid (vezi mai jos)

PB1-PB2 – buton NU de contact rapid

Q1-Q2 – TIP120 NPN Darlington tranzistor de putere

R1-R6 – rezistențe 1k 1/8 W

R7-R8 – Trimpoturi 10K

T1 – 120VAC la 24VAC 2A transformator coborâtor

Invertor AC – 200-250W 12V DC la 120V AC Invertor

Codul (software-ul) pentru acest proiect poate fi găsit la http://mbed.org/users/omegageek64/code/suntracker/. Acesta este un program destul de simplu. După cum am spus mai sus, MBED este exagerat pentru acest proiect. Cu toate acestea, potențialul său neexploatat ar putea permite adăugarea de noi funcții în viitor (ar putea fi adăugată o a doua axă motorizată, ar putea fi adăugate controlul încărcării și compensarea temperaturii).

Elementele electronice ale casetei de control sunt găzduite într-o veche cutie de muniție pe care am luat-o de la un magazin de second hand pentru 5 USD. Este carcasa perfectă, robustă, rezistentă la intemperii și spațioasă. Conține două relee pentru automobile de 40 de amperi, un invertor, un transformator descendente de 120 V/24 V, o placă de breadboard care conține logica de comandă, un suport pentru siguranțe și blocuri de borne pentru cablare.

Această fotografie a fost făcută într-un stadiu foarte incipient al proiectului solar tracker, cu o versiune timpurie a electronicii pe ea. Micul invertor de 100 W prezentat în fotografie a fost înlocuit ulterior cu unul mai fiabil. Micul invertor a funcționat, dar am crezut că acesta este punctul slab. Așa că mi-am cumpărat unul mare la 250W. Motorul se mișcă apoi mai repede și mai lin, iar sunete ciudate, ca de la un animal pe moarte, nu se aud.

Aici am început să instalez electronicele în interiorul cutiei de muniție. Au fost instalate releul, transformatorul, blocul de borne și una dintre benzile de borne.

Deși electronica solar tracker pare să fie ultimul lucru despre care să vorbesc pe această pagină web, acestea au fost de fapt unul dintre primele lucruri la care am început să lucrez după achiziționarea rotatorului de antenă. Electronica a trecut prin mai multe versiuni diferite înainte de a mă hotărî cu designul final.

Iată o vedere a interiorului cutiei de muniție cu toate componentele electronice instalate. Aspect alb cu toată logica în colțul din dreapta sus. Dreptunghiul negru lung este invertorul. Placa și invertorul sunt ținute în poziție cu Velcro rezistent la nivel industrial.

Dacă te uiți cu atenție, vei vedea că cablul USB este conectat la modulul MBED de pe placă și merge la netbook-ul meu, abia vizibil în partea de sus a fotografiei. Această fotografie a fost făcută în timpul programării/testării/reglarii electronicii unității.

Iată un prim plan al plăcii cu „creierele” sistemului pe ea. Modulul computerului MBED este în dreapta. În stânga MBED există două tripot-uri pentru reglarea semnalelor de la capul senzorului. Sub ele sunt tranzistoare de putere pentru controlul releului. Mai în stânga sunt butoanele de corecție manuală (apăsați pentru a muta manual tracker-ul). Există un regulator de tensiune de 9 V în extrema stângă.

Aspectul este temporar. Ulterior voi face PCB-ul corect și îl voi instala.

Capul senzorului este format din două celule solare cu peliculă subțire de cupru indiu di seleniu (CIS) de același tip pe care l-am folosit în celula solară pliabilă de casă de 15 W. Am mai multe dintre aceste articole rămase nefolosite.

Două celule solare mici sunt montate la 90 de grade una față de cealaltă. Ideea a fost că, pe măsură ce un element sau altul primește mai mult soare, trackerul solar se va mișca până când lumina se va nivela.

Aici este prezentată o vedere a capului senzorului de urmărire solară finalizat. Acesta este montat pe o bucată scurtă de tub de aluminiu, care la rândul său va fi montată pe actuatorul tubului de urmărire. Am aratat cateva marimi pentru cei care imi cer mereu sa le includ. Capul senzorului este fixat cu o clemă.

Iată o vedere a capului senzorului atașat la trackerul solar. Este instalat pe o conductă care iese din partea superioară a rotatorului.

Cele două întrerupătoare de limită sunt montate pe un colțar din aluminiu atașat la conducta de antrenare cu o clemă în același mod ca și panourile solare.

Lamele comutatorului intră în contact cu șuruburi lungi de control care ies din structura de susținere din lemn a motorului de antrenare. Întrerupătoarele de limită opresc mișcarea motorului electric la ambele capete (est și vest) ale cursei. Comutatoarele sunt în mod normal închise și se deschid când este atinsă limita de cursă.

Testarea, configurarea și finalizarea trackerului solar

Această fotografie a fost făcută în timpul unei sesiuni de depanare în atelierul meu în ultimul weekend înainte de a pleca în Arizona. Netbook-ul meu este conectat la MBED-ul unității de control. Bateria este mare, cu ciclu profund și oferă energie electronică și unității de urmărire (nu în cadru).

O altă fotografie cu testarea și depanarea unității de control. Senzorul a funcționat bine în mediul meu de atelier.

După aceasta, deja în Arizona, a fost descoperită o problemă. Lumina naturală a soarelui mult mai puternică a alimentat celulele solare ale senzorului, chiar dacă acestea se aflau într-un unghi destul de ascuțit față de soare. Acest lucru a dus la că trackerul nu urmărește soarele cu precizia necesară.

O soluție la problemă a fost găsită prin instalarea unui panou de umbră în fața celulelor solare și folosind bandă electrică neagră pentru a acoperi o parte a celulelor solare.

Aceasta este prima versiune a panoului blackout, o bucată de metal tăiată dintr-o cutie de băutură răcoritoare din aluminiu, singura tablă subțire pe care o aveam la îndemână la momentul respectiv.

Prototipul panoului de luminozitate a funcționat atât de bine încât un panou de luminozitate permanent a fost realizat dintr-o foaie de aluminiu de 1/32 achiziționată de la un magazin de hardware a doua zi. A fost făcut mai lat, astfel încât să ofere o nuanță mai largă, astfel încât să pot elimina banda adezivă de pe celulele solare.

Panoul de reglare a luminii solar tracker este montat pe două șuruburi care îi permit să se rotească spre est și vest. Acest lucru este necesar pentru a regla precizia de punctare a trackerului. Cu acest panou tracker-ul a început să funcționeze cu adevărat bine.

În fotografie puteți vedea cât de mult din elementul estic este în umbră. Când diferența de curent de ieșire între elemente depășește o anumită limită, trackerul va începe să se miște.

Iată o fotografie a versiunii finale a monturii blackout cu dimensiuni.

Panoul de estompare funcționează excelent. Această fotografie a fost făcută târziu în timpul zilei, iar trackerul solar și-a parcurs aproape întregul drum înainte de apus. Aparatul functioneaza foarte bine. Nu aș putea fi mai mulțumit.

Calibrarea trackerului este destul de simplă. Într-o zi senină, conectați laptopul la modulul MBED din tracker, deschideți aplicația pentru a vedea informațiile MBED. Reglați bara de estompare astfel încât să fie centrată. Poziționați manual trackerul pentru a îndrepta către Soare, apoi opriți invertorul pentru a împiedica trackerul să se miște singur. Reglați tripot-urile până când citirile de est și vest sunt aproximativ egale. Apropiați-le cât mai aproape posibil. Fă-o destul de repede pentru că soarele se mișcă. Puteți oricând să recentrați manual trackerul pe soare și să încercați din nou. După ce v-ați reglat, porniți invertorul și vedeți cât de bine urmărește trackerul soarelui.

Deoarece Soarele se mișcă încet, calibrarea poate dura ceva timp. Poate fi necesar să așteptați o oră sau două, sau chiar cea mai mare parte a unei zile, pentru ca ajustarea să fie făcută.

Aici trackerul este îndreptat ușor spre est de centru într-o zi înnorată. Chiar și prin nori subțiri, tracker-ul funcționează bine. Trackerul nu mai urmărește soarele atunci când norii sunt groși și luminozitatea cerului este de obicei destul de uniformă.

Această fotografie a fost făcută în timpul testării în Arizona. Controlerul meu de încărcare de casă și invertorul pentru alimentare de 120 VAC sunt conectate folosind un prelungitor portocaliu. Ulterior, bateria și electronica vor fi într-o carcasă protejată, vor fi instalate fire în subteran pentru 120V AC și 12V DC, un întrerupător de alimentare la distanță pentru invertor și un voltmetru pentru baterie va fi instalat în cabină. Este în plan.

Bate vânt pe bucata mea de pământ din Arizona. În orice zi, am putut vedea rafale de până la 35 mph. Este și mai rău dacă începe o furtună. Această fotografie prezintă țăruși de lemn pe cele patru colțuri ale bazei trackerului solar pentru a-l ține pe loc. Odată ce mă hotărăsc unde să plasez permanent trackerul, probabil că voi folosi cuie de oțel pentru a-l ține pe loc (nu vor putrezi în pământ).

UPDATE - Cred că am găsit o modalitate ieftină și ușoară de a impermeabiliza capul senzorului. Am tăiat o sticlă de 2 litri în jumătate și am așezat-o pe capul senzorului. A trebuit să tai câteva fante în fundul sticlei pentru a o face să alunece în jurul tubului pătrat din partea de jos a capului. Pot regla poziția panoului de reglare a luminii (dacă este necesar) prin capacul orificiului.

UPDATE - Am făcut câteva modificări la trackerul solar. În primul rând, după cum puteți vedea în această fotografie, a fost vopsit pentru a proteja lemnul de intemperii. De asemenea, este montat în prezent pe cărămidă pentru a preveni contactul acesteia cu pământul umed.

Tălpii de lemn au fost înlocuiți cu țăruși lungi de oțel înfipți adânc în pământ. Șuruburile lungi trec prin găuri și fixează în siguranță trackerul.

A fost adăugată o montură pentru a stabiliza bateriile și pentru a le împiedica să bată în timpul vântului puternic.

Banda de sprijin orizontală a fost întărită prin sudarea unui cuplaj de țeavă de oțel de 1/2 inch la conducta principală de sprijin de un inch. Două bucăți lungi de 24" de țeavă de 1/2" au format apoi un fascicul orizontal.

UPDATE – Întrerupătoarele de limită vechi au fost înlocuite cu altele noi sigilate pentru a proteja împotriva prafului și umidității.

UPDATE - Am realizat un nou cap senzor rezistent la intemperii pentru sistemul de urmărire solară. Capul este acum instalat într-un borcan de plastic transparent.

Panoul de reglare a luminii este situat în prezent în exteriorul containerului pentru ușurința urmăririi reglajului și este fixat cu o clemă simplă. Odată ce noul cap senzor este instalat pe sistemul de urmărire, etanșantul siliconic în jurul întregii margini a capacului borcanului îl va proteja de umiditate.

Iată o vedere a capului senzorului cu cutia scoasă. Capul original avea două celule solare montate la 90 de grade una față de cealaltă. Acest design nu se va potrivi în acest borcan, așa că am instalat elementele la un unghi mai ascuțit de 60 de grade.

Această fotografie arată partea inferioară a capului senzorului. De asemenea, arată cum se înșurubează suportul de montare pe capacul borcanului. Suportul de montare va fi prins de arborele principal de urmărire cu ajutorul unei cleme.

Tracker solar Radiofishka

După cum știți, eficiența unui panou solar este maximă atunci când este expus la lumina directă a soarelui. Dar pentru că Deoarece soarele se mișcă în mod constant peste orizont, eficiența panourilor solare scade semnificativ atunci când razele soarelui lovesc panoul într-un unghi. Pentru a crește eficiența panourilor solare, sunt utilizate sisteme care urmăresc soarele și rotesc automat panoul solar pentru a primi razele directe.

Acest articol prezintă o diagramă dispozitive de urmărire a soarelui sau într-un alt mod un tracker (Solar Tracker).

Circuitul de urmărire este simplu, compact și îl puteți asambla cu ușurință cu propriile mâini. Pentru a determina poziția soarelui, se folosesc două fotorezistoare. Motorul este conectat folosind un circuit H-bridge, care permite comutarea curentului de până la 500 mA la o tensiune de alimentare de 6-15V. În întuneric, dispozitivul este și el funcțional și va întoarce motorul spre cea mai strălucitoare sursă de lumină.

Schema schematică a unui dispozitiv de urmărire a soarelui

După cum puteți vedea în figura de mai jos, circuitul este simplu până la disgrație și conține un cip amplificator operațional LM1458 (K140UD20), tranzistori BD139 (KT815G, KT961A) și BD140 (KT814G, KT626V), fotorezistoare, diode (KND403G) ), rezistențe și rezistențe de reglare.

Din diagramă se poate observa că motorul M este condus la valori diferite la ieșirile amplificatorului operațional IC1a și IC1b. Tabelul de adevăr:

Scăzut Înalt Înainte sus Înalt Stop High Scăzut Înapoi

sau invers, depinde de conexiunea motorului

Tranzistoarele din circuit funcționează în perechi, în diagonală, comutând +Ve sau -Ve la motor și făcându-l să se rotească înainte sau înapoi.

Când motorul este oprit, acesta continuă să se rotească deoarece... există un moment de rotație. Ca rezultat, motorul este cumva Tracker solar DIY timpul generează putere care poate deteriora tranzistoarele. Pentru a proteja tranzistoarele de EMF din spate, în circuitul podului sunt utilizate 4 diode.

Etapa de intrare constă din două amplificatoare operaționale (IC1) și fotorezistoare LDR și LDR'. Dacă cantitatea de lumină care cade asupra lor este aceeași, atunci și rezistențele fotorezistoarelor sunt egale. Prin urmare, dacă tensiunea de alimentare este de 12V, atunci la joncțiunea fotorezistoarelor LDR LDR va exista o tensiune de 6V. Dacă cantitatea de lumină care cade pe un fotorezistor este mai mare decât pe celălalt fotorezistor, tensiunea se va modifica.

Rezistorul de tăiere de 20K reglează sensibilitatea, adică interval între limite. Trimmerul de 100K ajustează cât de simetrice sunt limitele în raport cu +V/2 (punct de echilibru).

1. Verificați tensiunea de alimentare a circuitului

2. Conectați motorul de curent continuu. actual

3. Așezați fotorezistențele una lângă alta astfel încât să primească aceeași cantitate de lumină.

4. Rotiți ambele trimmere complet în sens invers acelor de ceasornic

5. Aplicați alimentarea circuitului. Motorul se va învârti

6. Rotiți mașina de tuns 100K în sensul acelor de ceasornic până când se oprește. Marcați acest articol.

7. Continuați să rotiți trimmerul de 100K în sensul acelor de ceasornic până când motorul începe să se rotească în direcția opusă. Marcați acest articol.

8. Împărțiți unghiul dintre cele două poziții în jumătate și plasați mașina de tuns acolo (acesta va fi punctul de echilibru).

9. Acum, rotiți trimmerul de 20K în sensul acelor de ceasornic până când motorul începe să treacă

10. Mutați puțin poziția trimmerului înapoi (în sens invers acelor de ceasornic), astfel încât motorul să se oprească (acest trimmer este responsabil pentru sensibilitate)

11. Verificați funcționarea corectă a circuitului protejând alternativ de lumină primul și al doilea fotorezistor.

Lista radioelementelor

Descărcați lista de elemente (PDF)

Dispozitiv rotativ pentru o baterie solară

Tracker solar DIY! Peling Info solar

Dispozitiv de urmărire a soarelui – Site web pentru fierul de lipit

Tracker solar cu două axe pe Arduino / Geektimes

Tracker solar Radiofishka

10 moduri neobișnuite de a împacheta un cadou cu propriile mâini Revista pentru femei

Biserica MC Biserica Orașul Meu

Tracker solar DIY

Dispersia generală a luminii soarelui, care a fost folosită anterior, nu a dat rezultate excelente. Mai exact, rezultatul pe care l-a primit umanitatea nu putea fi numit ideal, în ciuda tuturor indicatorilor săi. Panourile solare au fost instalate permanent și au rămas într-o singură poziție fixă. Sistemul de urmărire a soarelui a eliminat această problemă.

Energia maxima ce poate fi obtinuta va fi generata daca razele soarelui sunt indreptate perpendicular pe planul bateriilor. În rest, eficiența panourilor solare este extrem de scăzută - aproximativ 10-15%. Dacă utilizați un sistem de direcționare automată a bateriilor către soare, puteți crește rezultatul cu 40%.

Cum functioneaza

Dispozitivul de urmărire este format din două părți importante: un mecanism care rotește și înclină bateriile în direcția dorită și un circuit electronic care acționează mecanismul.

Locația bateriilor este determinată de latitudinea zonei în care urmează să fie instalate. De exemplu, trebuie să instalați bateriile într-o zonă care corespunde la 330 de latitudine nordică. Aceasta înseamnă că axa dispozitivului trebuie rotită cu 330 în raport cu orizontul pământului.

Rotația în sine este posibilă datorită motorului, a cărui funcționare este reglată automat. Automatizarea „monitorizează” locația Soarelui pe zgârie-nori și, pe măsură ce se deplasează spre vest, dă un semnal motorului să pornească toate bateriile.

Un fapt interesant și curios este că puterea pentru motor vine de la panourile solare în sine. Urmărirea soarelui este făcută de soarele însuși, iar acest lucru economisește și bani.

Caracteristici de design

Pentru o înțelegere detaliată, vom oferi un exemplu despre modul în care razele solare au fost folosite de baterii mai devreme. De exemplu, o baterie solară este formată din două panouri, fiecare conținând trei celule. Elementele sunt conectate în paralel. Panourile sunt montate astfel încât să existe un unghi drept între ele. În acest caz, cel puțin un panou va „absorbi” razele soarelui în orice caz.

Tracker solar cu o singură axă ED-5000

Panourile formează un unghi de 900, a cărui bisectoare este îndreptată strict spre soare. Dacă întreaga structură este rotită cu 450 la dreapta sau la stânga, un panou va funcționa, al doilea va fi inactiv. Această poziție a fost folosită pentru a capta razele soarelui cu o baterie în prima jumătate a zilei, iar în a doua jumătate preia a doua baterie.

Cu toate acestea, cu utilizarea unui dispozitiv de urmărire automat rotativ, puteți uita pentru totdeauna de problemele de plasare a bateriei. Acum toate, fără excepție, vor avea suprafețe orientate la un unghi de 900 față de soare.

Diagrama dispozitivului

Circuitul de rotație automată ar trebui să țină cont și de prezența factorilor care limitează energia razelor solare pentru o mai mare eficiență operațională. Nu are rost să folosiți puterea în caz de ceață, ploaie sau nori când soarele este complet sau parțial ascuns.

Caracteristicile dispozitivului

Sistemele automate de urmărire a producției industriale sunt mai progresive atât din punct de vedere tehnic, cât și din punct de vedere estetic. Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă că dispozitivele care au fost făcute acasă sunt inferioare. Ei pot avea unele defecte, dar în orice caz au un scor mare.

Tracker solar bidimensional

Pentru ce cumpără și ce atrage întregul design:

Dispozitivele nu necesită configurare sau software pentru computer;
Receptorul GPS citește ora locală, precum și datele despre locație;
Greutate ușoară, care se obține prin utilizarea metalelor ușoare (aluminiu și aliajele sale);
Prezența unui port de comunicație face posibilă diagnosticarea problemelor operaționale în timp util;
Transmisia cu curea, conducerea mecanismului este mai fiabilă decât angrenajul;
Receptorul GPS actualizează întotdeauna datele de timp, astfel încât nu există nicio șansă de eșec - de exemplu, operarea pe timp de noapte nu este posibilă;
Orice design necesită intervenție minimă cu Tracker solar DIY laturile unei persoane;
Vă permite să lucrați sub orice posibile influențe atmosferice, inclusiv temperaturi scăzute și ridicate;

Posibilitatea de a o face singur

Dacă aveți ocazia și dorința, puteți încerca oricând să faceți singur dispozitivul. Desigur, acest lucru este oarecum dificil, deoarece va necesita nu numai cunoștințe și abilități profunde în modelarea electrică, ci și eforturi suplimentare pentru fabricarea catargului în sine, la instalarea panourilor solare etc.

Tracker de casă

După ce am studiat cu atenție forumurile, putem spune cu siguranță că există profesioniști de nivel non-industrial. În diferite regiuni (unde este fezabil și rentabil), utilizarea panourilor solare cu sistem rotativ de urmărire nu a mai fost de multă vreme o noutate.

Diferiți maeștri își oferă schemele, dezvoltările și își împărtășesc experiența. Deci, dacă este nevoie de îmbunătățirea designului panourilor solare și de creșterea productivității, există întotdeauna posibilitatea de a o face singur, fără a utiliza resursele financiare maxime.

Schema schematică a unui dispozitiv de urmărire a soarelui

Din diagramă se poate observa că motorul M este condus la valori diferite la ieșirile amplificatorului operațional IC1a și IC1b. Tabelul de adevăr:

*sau invers, depinde de conexiunea motorului

Tranzistoarele din circuit funcționează în perechi, în diagonală, comutând +Ve sau -Ve la motor și făcându-l să se rotească înainte sau înapoi.

Când motorul este oprit, acesta continuă să se rotească deoarece... există un moment de rotație. Ca urmare, motorul generează energie pentru o perioadă de timp, ceea ce poate deteriora tranzistoarele. Pentru a proteja tranzistoarele de EMF din spate, în circuitul podului sunt utilizate 4 diode.

Etapa de intrare constă din două amplificatoare operaționale (IC1) și fotorezistoare LDR și LDR". Dacă cantitatea de lumină care cade asupra lor este aceeași, atunci și rezistențele fotorezistoarelor sunt egale. Prin urmare, dacă tensiunea de alimentare este de 12V, apoi la joncțiunea fotorezistoarelor LDR LDR" va fi o tensiune de 6V. Dacă cantitatea de lumină care cade pe un fotorezistor este mai mare decât pe celălalt fotorezistor, tensiunea se va modifica.

Restricțiile (limitele) de la +V la 0V sunt stabilite de patru rezistențe conectate în serie și ajustate de 2 rezistențe de reglare. Dacă tensiunea depășește aceste limite, amplificatorul operațional va porni motorul și acesta se va roti constant.
Rezistorul de tăiere de 20K reglează sensibilitatea, adică interval între limite. Trimmerul de 100K ajustează cât de simetrice sunt limitele în raport cu +V/2 (punct de echilibru).

Configurarea schemei:
1. Verificați tensiunea de alimentare a circuitului
2. Conectați motorul de curent continuu. actual
3. Așezați fotorezistențele una lângă alta astfel încât să primească aceeași cantitate de lumină.
4. Rotiți ambele trimmere complet în sens invers acelor de ceasornic
5. Aplicați alimentarea circuitului. Motorul se va învârti
6. Rotiți mașina de tuns 100K în sensul acelor de ceasornic până când se oprește. Marcați acest articol.
7. Continuați să rotiți trimmerul de 100K în sensul acelor de ceasornic până când motorul începe să se rotească în direcția opusă. Marcați acest articol.
8. Împărțiți unghiul dintre cele două poziții în jumătate și plasați mașina de tuns acolo (acesta va fi punctul de echilibru).
9. Acum, rotiți trimmerul de 20K în sensul acelor de ceasornic până când motorul începe să treacă
10. Mutați puțin poziția trimmerului înapoi (în sens invers acelor de ceasornic), astfel încât motorul să se oprească (acest trimmer este responsabil pentru sensibilitate)
11. Verificați funcționarea corectă a circuitului protejând alternativ de lumină primul și al doilea fotorezistor.

Lista radioelementelor

Tip	Denumirea	Cantitate	Notă	Blocnotesul meu
Amplificator operațional	LM1458	1	Analog: K140UD20	La blocnotes
Tranzistor bipolar	BD139	2	Analogii: KT815G, KT961A	La blocnotes
Tranzistor bipolar	BD140	2	Analogii: KT814G, KT626V	La blocnotes
Dioda redresoare	1N4004	4	Analog: KD243G	La blocnotes
Rezistor	15 kOhm	1		La blocnotes
Rezistor	47 kOhm	1		La blocnotes
Rezistor trimmer	100 kOhm	1