La energía solar es uno de los tipos de energía renovable más accesibles y su eficiencia y asequibilidad están aumentando rápidamente. En este proyecto, le mostraremos cómo utilizamos nuestro mini actuador lineal PA-14 para seguir al sol a través de un único eje de movimiento. Hacer esto aumenta el rendimiento energético del panel solar hasta un 25% más que un panel solar fijo.
En este artículo, le mostraremos cómo armamos nuestro propio rastreador solar portátil de un solo eje. ¡También puede consultar una descripción general de nuestro proceso de construcción en nuestro canal de YouTube !
Sistema de control
El actuador lineal está controlado por un microcontrolador Arduino mediante un controlador de motor Wasp. Se toma la lectura de los fotorresistores para determinar qué lado del panel recibe más luz y ajusta la posición del panel solar hasta que las lecturas de los fotorresistores sean bastante iguales. Esto asegura que el panel solar apunte directamente al sol y produzca la máxima potencia.
Energía del panel solar
Hay tres pasos simples para convertir la energía solar en energía eléctrica. Cada paso es realizado por un componente individual como se enumera:- Panel solar Sungold SGM-90W-18V: absorbe fotones de la luz solar y los convierte en electricidad que se genera como un voltaje de CC variable
- Controlador de Carga Solar Genasun GV-10: regula el voltaje DC del panel solar para cargar la batería
- Batería de iones de litio de 12 V CC: almacena la electricidad para su uso inmediato o posterior.
Componentes del sistema de control
- 1 miniactuador lineal PA-14 – 6 pulgadas – 150 lbs de fuerza.
- 1 panel solar Sungold SGM-90W-18 de 90 vatios.
- 1 controlador de carga de panel solar Genasun GV-10 12 VDC.
- 1x MicroPLC Arduino .
- 1 controlador de motor de avispa .
- 2 fotorresistores de 10 k ohmios y 2 resistencias de 7 k ohmios.
- 1 batería recargable de litio de 12 VCC.
- 1x Conector de encendedor para accesorios de 12V (opcional).
Controlador del motor
Para la parte de control de este seguidor solar, usaremos el Arduino Micro y el controlador de motor WASP. El controlador del motor Wasp está controlado por Arduino Micro mediante modulación de ancho de pulso. Luego, Wasp toma energía de la batería de 12 V para extender y retraer el miniactuador lineal PA-14. Elegimos el actuador de fuerza de 150 libras porque consume menos corriente en comparación con una versión de fuerza de 35 libras para la carga que tenemos.
Sensor de luz
Para detectar la intensidad de la luz del sol, utilizamos un fotorresistor de 10k ohmios. Un fotorresistor se comporta como una resistencia variable controlada por luz. La resistencia disminuirá a medida que aumente la intensidad de la luz. Necesitaremos dos sensores, uno en el lado este del panel y otro en el oeste para poder determinar la posición del sol.
Conecte el fotorresistor de 10 k ohmios y una resistencia de 7 k ohmios en serie y suministre una señal de 5 V desde el Arduino Micro. Tome la lectura de voltaje a través de la resistencia de 7k Ohm usando una entrada analógica en el Arduino Micro. Dado que el circuito se comporta exactamente como un divisor de voltaje, la lectura analógica de la resistencia de 7k Ohm aumentará a medida que aumente la intensidad de la luz.
Tenga en cuenta que el fotorresistor es muy sensible y es posible que deba limitar la luz recibida del sol. Para nuestra aplicación, descubrimos que apuntar hacia el costado del panel y cubrirlo con cinta translúcida funcionaba mejor".
Programación
El programa completo se puede encontrar en la siguiente sección bajo 'Código fuente'. Esta sección del artículo explicará los componentes individuales del programa.
Servobiblioteca
La biblioteca Servo.h permite que Arduino Micro controle servomotores RC mediante comandos de una sola línea de la siguiente manera:
miservo. escribirMicrosegundos (1000); // Actuador a máxima velocidad hacia atrás (1000)
miservo. escribirMicrosegundos (1520); // Parada del actuador (1520)
miservo. escribirMicrosegundos (2000); // Actuador a toda velocidad hacia adelante (2000)
Asignaciones de pines
Los pines 10 y 11 del Arduino Micro están configurados en alimentación y tierra para controlar el controlador WASP. Los pines 6 y 8 del Arduino Micro están asignados a los analógicos 7 y 8, que están configurados para tomar lecturas del sensor de luz oeste y este.
Declaración de variables
En esta sección, las variables se declaran e inicializan. Se utilizarán en las funciones para almacenar lecturas de los sensores de luz. El tiempo de muestreo y el intervalo de ajuste también se declaran aquí, su valor se puede cambiar para establecer los intervalos de tiempo entre cada lectura y el tiempo entre cada ajuste de ángulo realizado en el panel solar. El valor inicial está configurado para tomar una lectura cada 10 segundos y ajustar la posición del panel solar cada 10 minutos.
Establecer entrada y salida
Configure WASP_Power y WASP_Ground como salida para controlar el controlador WASP, sensor_west_pin1 y sensor_east_pin2 como entrada para tomar lecturas de los sensores de luz de los fotorresistores.
Lecturas de sensores
Para determinar en qué dirección debe mirar el panel solar, utilizamos dos fotorresistores como sensor de luz para leer la intensidad de la luz de cada lado del panel solar. El programa que utilizamos tomará una lectura de muestra cada 10 segundos para 10 muestras y luego tomará las lecturas promedio de los dos fotorresistores para comparar.
Movimiento del panel solar
Con el Arduino Micro, utilizamos el control PWM para accionar el actuador. Es un método simple y confiable para controlar el actuador lineal. Dependiendo del valor que establezcamos para PWM, podemos extender, retraer o detener el actuador durante cualquier período de tiempo siempre que no exceda el ciclo de trabajo del actuador.
A partir de las lecturas de nuestros sensores, tenemos dos valores promediados de intensidad de luz de ambos sensores en el lado oeste y en el lado este. Luego ejecutará el comando de movimiento para extender, retraer o permanecer estacionario dependiendo de la diferencia entre la lectura de los dos sensores. Este conjunto de comandos se ejecutará cada 10 minutos para garantizar que el panel solar siempre reciba la mayor cantidad de luz solar.
Restablecimiento de posición durante la noche
Una característica más que podemos implementar con el seguidor solar es una función de reinicio. Básicamente, si el seguidor solar se dejó funcionando durante algunos días, debemos asegurarnos de que se restablecerá a su posición inicial a la mañana siguiente.
Para ello utilizaremos una sencilla función de contador que restablecerá la posición si el seguidor solar no se ha movido durante las últimas 10 horas. Eso indicará que es de noche y el seguidor solar se restablecerá a su posición inicial y esperará la luz del día siguiente.
Consulte el código que utilizamos adjunto a continuación para esta iteración de nuestro seguidor solar. El valor siempre se puede cambiar para adaptarse a diferentes regiones y estaciones durante todo el año.
Código fuente
/*
Este programa permitirá que el panel solar siga al sol y accione el actuador usando
ppm. Se tomarán lecturas de dos fotorresistores de cada lado del panel solar.
Se tomarán varias muestras y se calculará una lectura promedio para
para determinar qué lado tiene una mayor intensidad de luz solar. El actuador lineal entonces
extienda o retraiga para inclinar el panel solar de modo que quede orientado hacia el sol.
Se implementa una función de reinicio para que mueva el panel solar a su posición predeterminada.
Esto permite que el panel solar esté listo para cargarse por la mañana después de permanecer estacionario durante
Noche.
Hardware utilizado:
1 microarduino.
1 controlador de motor WASP.
1 actuador lineal PA-14-6-150.
2 x fotorresistores
2 resistencias de 7k ohmios
*/
/*
SERVO BIBLIOTECA
Incluya la biblioteca Servo y cree el objeto servo.
*/
#incluir < Servo . h >
Servo myservo ; // Crear objeto servo para controlar un servo
/*
ASIGNACIONES DE PIN
Asigne pines del controlador WASP y Arduino Micro a la variable apropiada.
*/
constante int WASP_Power = 10 ; // Asigne el pin 10 a la alimentación del controlador WASP
constante int WASP_Ground = 11 ; // Asigne el pin 11 a Tierra para el controlador WASP
constante int sensor_west_pin1 = 7 ; // A7 pin 6 entrada del sensor 1 oeste
constante int sensor_east_pin2 = 8 ; // A8 pin 8 entrada del sensor 2 este
/*
DECLARACIÓN DE VARIABLES
Delcare la variable que se utilizará en las funciones más adelante e inicializarlas.
*/
int sensor_oeste [ 10 ] ; // 10 lecturas de muestra del sensor en el lado oeste
int sensor_east [ 10 ] ; // 10 lecturas de muestra del sensor en el lado este
int reset_counter = 0 ; // Contador de tiempo para restablecer la posición del panel solar
const int intervalo_tiempo_muestra = 10000 ; // Cambie este valor para establecer el intervalo entre cada toma de muestra (ms)
const int solar_panel_adjustment_interval = 600000 ; // Cambia este valor para establecer el intervalo entre cada ajuste del panel solar (ms)
configuración nula ( )
{
/*
CONFIGURAR ENTRADA Y SALIDA
Configure la entrada y salida para las variables y pines.
*/
miservo . adjuntar ( 9 ) ; // Conecta el servo en el pin 9 al objeto servo
pinMode ( WASP_Power , SALIDA ) ; // Establecer potencia a la salida
pinMode ( WASP_Ground , SALIDA ) ; // Establecer tierra como salida
escritura digital ( WASP_Power , ALTA ) ; // Establece 5V en el pin 10
escritura digital ( WASP_Ground , BAJO ) ; // Establece GND en el pin 11
pinMode ( sensor_west_pin1 , ENTRADA ) ; // Establece el pin oeste del sensor en la entrada
pinMode ( sensor_east_pin2 , ENTRADA ) ; // Establece el pin este del sensor en la entrada
}
bucle vacío ( )
{
/*
LECTURAS DEL SENSOR
Tome 10 lecturas de muestra de ambos sensores y tome el promedio de las entradas.
*/
int solar_input_west = 0 ; // Lecturas de intensidad de la luz solar del sensor oeste
int solar_input_east = 0 ; // Lecturas de intensidad de la luz solar del sensor este
para ( int i = 0 ; i < 10 ; i ++ )
{
sensor_west [ i ] = analogRead ( sensor_west_pin1 ) ; // Tomando las lecturas analógicas del sensor oeste
sensor_east [ i ] = analogRead ( sensor_east_pin2 ) ; // Tomando las lecturas analógicas del sensor este
solar_input_west = sensor_west [ i ] + solar_input_west ; // Suma todas las entradas del sensor oeste
solar_input_east = sensor_east [ i ] + solar_input_east ; // Suma todas las entradas del sensor este
retraso ( intervalo_tiempo_muestra ) ;
}
entrada_solar_oeste = ( entrada_solar_oeste ) / 10 ; // El promedio de señales de entrada del sensor oeste.
solar_input_east = ( solar_input_east ) / 10 ; // El promedio de señales de entrada del sensor este
/*
MOVIMIENTO DE LOS PANELES SOLARES
El panel solar se inclinará hacia el oeste si la intensidad de la luz solar detectada en el lado oeste del panel es mayor que la
uno detectado en el lado este. El panel solar se inclinará hacia el este si la intensidad de la luz solar se detecta en el lado este.
es mayor que el detectado en el lado oeste. Sin embargo, si las lecturas de ambos lados son similares, el panel solar
permanecerá estacionario.
*/
if ( solar_input_west - solar_input_east > 20 ) // Si la intensidad de la luz solar es mayor en el lado oeste del panel
{
miservo . escribirMicrosegundos ( 2000 ) ; // Señal de avance a máxima velocidad (2000) empujando el panel solar hacia la izquierda (oeste)
retraso ( 500 ) ; //0,5 segundos
reset_counter = 0 ;
}
else if ( solar_input_east - solar_input_east > 20 ) // Si la intensidad de la luz solar es mayor en el lado este del panel
{
miservo . escribirMicrosegundos ( 1000 ) ; // Señal de marcha atrás a máxima velocidad (1000) tirando del panel solar hacia la derecha (este)
retraso ( 500 ) ; //0,5 segundos
reset_counter = 0 ;
}
else // Si la intensidad de la luz solar es similar desde ambos lados del panel
{
miservo . escribirMicrosegundos ( 1520 ) ; // La señal estacionaria (1520) impide que el panel solar se mueva
reset_counter ++ ;
}
retraso ( solar_panel_adjustment_interval ) ; // Retraso antes de que se realice otro ajuste
/*
RESTABLECIMIENTO DE POSICIÓN NOCTURNA
Si el panel solar se utilizará durante la noche, el controlador detectará que el panel permaneció estacionario durante más de 10 horas,
Luego restablecerá el panel solar a su posición predeterminada mirando al este.
*/
if ( reset_counter > 60 ) // Después de que el panel solar permanezca estacionario durante más de 10 horas, se moverá a su posición predeterminada
{
miservo . escribirMicrosegundos ( 1000 ) ; // Señal de marcha atrás a máxima velocidad (1000) tirando del panel solar hacia la derecha (este)
retraso ( 12000 ) ; //12 segundos
miservo . escribirMicrosegundos ( 1520 ) ; // La señal estacionaria (1520) impide que el panel solar se mueva
retraso ( 500 ) ; //0,5 segundos
miservo . escribirMicrosegundos ( 2000 ) ; // Señal de avance a máxima velocidad (2000) empujando el panel solar hacia la izquierda (oeste)
retraso ( 1000 ) ; //1 segundos
reset_counter = 0 ;
}
}
Hardware del rastreador de un solo eje
Existen innumerables formas de crear un seguidor solar de un solo eje. El método más sencillo sería construir el marco utilizando tubos de PVC y juntas en ángulo de PVC. La parte más importante es la capacidad de seguimiento y esto se puede hacer utilizando un miniactuador lineal PA-14 simple y un soporte BRK-14.
Para nuestra construcción, elegimos un marco de trípode y utilizamos piezas impresas en 3D para crear las uniones y los soportes. Esto nos permitió crear un marco de seguimiento solar muy portátil con la cantidad óptima de inclinación y capacidad de seguimiento. Para obtener una descripción visual de nuestro proceso de construcción, consulte nuestro canal de YouTube.
Componentes
- Tubería de cobre de 3/4".
- 1x tapa de extremo de tubo de cobre de 3/4".
- Abrazadera de engranaje de 3x 3/4".
- Tubería de PVC de 3/4".
- 1x 1 abrazadera de engranaje.
- 5x perno, tuerca y arandela M6.
- Varios soportes impresos en 3D.
- 2 pasadores de montaje del actuador (se pueden encontrar en el juego BRK-14).
- 1x miniactuador lineal PA-14.
Inclinación óptima
Además de agregar la capacidad de seguir el sol, otra forma de aumentar la eficiencia del panel solar es ajustar la inclinación fija según su ubicación. La inclinación óptima está determinada por la latitud de su ubicación. Para obtener más información sobre esto, consulte este enlace: Inclinación del panel solar .Aquí tenemos un dibujo dimensional desde la perspectiva lateral para mostrar cómo calculamos la inclinación de nuestro rastreador. Puedes calcular la Longitud B usando la siguiente ecuación:
Fabricación y montaje
Para obtener una descripción visual de nuestro proceso de construcción, ¡mira nuestro video de YouTube !En este artículo, repasamos los pasos que seguimos para construir nuestro rastreador portátil de un solo eje.
- Calcule las longitudes necesarias para lograr la inclinación óptima.
- Reúna todos los componentes necesarios.
- Fije los soportes al panel solar perforando agujeros y fijándolos con los pernos adecuados.
- Cortar los tubos de cobre y PVC a medida.
- Pintar y lijar las tuberías de cobre y PVC.
- Fije los soportes a las tuberías y asegúrelos con abrazaderas de engranaje.
- Monte el miniactuador lineal PA-14 y asegúrelo utilizando los pasadores de montaje del actuador BRK-14.
Esperamos que haya disfrutado de nuestro artículo y video sobre la creación de un seguidor solar portátil. Suscríbase a nuestro canal y síganos en las redes sociales para que pueda ser el primero en ver todos nuestros últimos videos y artículos sobre automatización.
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