Создание автоматического солнечного трекера с Arduino UNO: 8 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Солнечная энергия становится все более распространенной во всем мире. В настоящее время исследуются многие методы, позволяющие увеличить выработку энергии солнечными панелями, уменьшив нашу зависимость от ископаемого топлива и угля. Один из способов сделать это - двигать панели так, чтобы они всегда были обращены к солнцу в небе. Это позволяет оптимизировать сбор энергии, делая солнечные панели более эффективными.

В этом руководстве будет рассмотрено, как работают солнечные трекеры, и будет реализован такой метод в прототипе солнечного трекера с использованием Arduino UNO.

Шаг 1. Как работают солнечные трекеры

Есть 3 основных метода, которые используются для управления солнечным трекером. Первая - это пассивная система управления, а две другие - это активные системы управления. Пассивно управляемый солнечный трекер не содержит датчиков или исполнительных механизмов, но меняет свое положение в зависимости от тепла от Солнца. Используя газ с низкой температурой кипения в контейнере, установленном на шарнирах посередине, подобно качелям, солнечная панель может изменять свое положение в зависимости от направления тепла от Солнца.

Активные системы немного разные. Оба требуют системы обработки, а также приводов для перемещения панелей. Один из способов активного управления солнечными панелями - передавать на панели информацию о положении Солнца. Затем панели ориентируются в этом положении в небе. Другой метод - использование датчиков для определения положения солнца. Используя светозависимые резисторы (LDR), можно обнаруживать различные уровни освещенности. Затем эти датчики используются для определения того, где находится солнце на небе, что позволяет панели правильно ориентироваться.

В этом руководстве мы будем использовать систему активного управления на основе датчиков.

Шаг 2: Схема системы / Обзор компонентов

Как работает эта система, показано на картинках выше. На каждой стороне делителя будет по 1 светозависимому резистору. Этот разделитель отбрасывает тень на датчик на одной стороне панели, создавая резкую разницу между показаниями двух датчиков. Это побудит систему перейти к более яркой стороне, чтобы выровнять показания датчиков, оптимизируя положение солнечной панели. В случае 2-осевого солнечного трекера можно использовать тот же принцип с 3 датчиками вместо двух (1 слева, 1 справа, 1 снизу). Левый и правый датчики могут быть усреднены, и это показание можно сравнить с нижним датчиком, чтобы определить, насколько панель должна двигаться вверх или вниз.

Обзор основных компонентов

Arduino UNO: это микроконтроллер для этого проекта. Он считывает данные датчиков и определяет, на сколько и в каком направлении должны повернуться сервоприводы.

Сервопривод: это приводы, используемые в этом проекте. Они просты в управлении и очень точны, что делает его идеальным для этого проекта.

Светозависимые резисторы (LDR): это переменные резисторы, которые определяют уровень освещенности. Они используются для определения положения солнца на небе.

Шаг 3: Материалы / оборудование

Материалы, использованные для создания этого проекта:

1. Arduino UNO
2. 2 сервопривода
3. 3 легких зависимых резистора (LDR)
4. 3 резистора по 10 кОм
5. эскимо
6. Картон

Инструменты, используемые для создания этого проекта:

1. Паяльник
2. Лента
3. Ножницы
4. Универсальный нож
5. Пистолет для горячего клея

Шаг 4: принципиальная схема

Выше показана схема, используемая для подключения солнечного трекера.

Контактные соединения:

Левый фоторезистор

Контакт 1 - 3,3 В

Контакт 2 - A0, GND (резистор 10 кОм между контактом 2 и GND)

Правый фоторезистор

Контакт 1 - 3,3 В

Контакт 2 - A1, GND (резистор 10 кОм между контактом 2 и GND)

Нижний фоторезистор

Контакт 1 - 3,3 В

Контакт 2 - A2, GND (резистор 10 кОм между контактом 2 и GND)

LR сервопривод

Сигнал - 2

Земля - GND

VCC - аккумулятор на 6 В

Сервопривод TB

Сигнал - 3

Земля - GND

VCC - аккумулятор на 6 В

Arduino Power

VIN - аккумулятор на 6 В

GND - Аккумулятор 6 В GND

Шаг 5: Сборка

После пайки схемы на перфорированной плате (не стесняйтесь использовать вместо нее макет) пришло время собрать устройство. Я использовал картон и пенопластовый блок, чтобы создать основу и держатель панели для трекера, а также перегородку для датчиков с помощью палочек от мороженого. Этот шаг зависит от вас. Попробуйте поэкспериментировать с разной длиной, высотой и формой перегородки, а также с размещением датчика, чтобы увидеть, как это влияет на отслеживающую способность устройства.

Шаг 6: программное обеспечение

Теперь, когда сборка завершена, пришло время создать программное обеспечение для устройства. Эскиз Arduino прилагается ниже.

Шаг 7: блок-схема программного обеспечения

Вот блок-схема работы устройства.

Шаг 8: Заключение

Если вы включите устройство и посветите ярким светом на панель, трекер будет ориентирован прямо на свет. Ниже я приложил тестовое видео проекта. Надеюсь, вам понравился этот проект! Не стесняйтесь задавать любые вопросы в комментариях, и я постараюсь на них ответить. Спасибо!