top of page

​Φωτοβολταϊκός ηλιοστάτης (solar tracker)

του Σεβδυνίδη Μιχάλη

 


Υλικά

  1. arduino UNO
  2. adafruit motor shield V1
  3.  1 x DGServo S05NF STD για την αλλαγή της κλίσης
  4. 1 x  MG995 servoγια την αλλαγή του οριζόντιου προσανατολισμού
  5. 3 x φωτοαντιστάσεις  (photocells CdS)
  6. 3 x 10K νατιστάσεις
  7. ένα μπλε bright LED και μια αντίσταση 220Ohms
  8. ένα κουτί από πατατάκια pringles (πάπρικα το συγκεκριμένο :) )
  9. μακετόχαρτο, νομίζω 50X50cm ...περισσεύει!
  10. τρεις καρφίτσες
  11. θερμόκολλα
  12. φωτοβολταϊκά (τα δικά μου είναι μόνο για ...εφέ!)
  13. χοντρό καλαμάκι, για χυμό με διάμετρο 0,5cm
  14. καλώδια, εύκαμπτα απαιτούνται για τη σύνδεση του στρεφόμενου συστήματος με την πλακέτα και το breadboard
  15. breadboard, αν και το χρησιμοποίησα δεν είναι απαραίτητο
  16. βίδες όσες και οι τροχοί (χρησιμοποίησα τρεις, αλλά οι τέσσερεις θα ήταν σταθερότεροι!)
  17. 6 x AAA μπαταρίες και η κατάλληλη θήκη
Αυτός ο φωτοβολταϊκός ηλιοστάτης είναι μια πολύ απλή κατασκευή από καθημερινά και εύκολα να βρεθούν υλικά, που κατασκεύασα κυριολεκτικά στην κουζίνα του σπιτιού μου(!). Είναι διπλού άξονα περιστροφής ( ακούγεται βαρύγδουπο αλλά είναι απλό!), ώστε να εντοπίζει την καλύτερη δυνατή θέση στρεφόμενος αρχικά οριζόντια και στη συνέχεια πάνω σε κατακόρυφο επίπεδο.
Η βασική ιδέα είναι ίδια με των επαγγελματικών συστημάτων, ενώ θα βρείτε και το λογισμικό.
Όπως σε όλα τα project το σημαντικό είναι η εξέλιξή τους. Στο συγκεκριμένο θα μπορούσε να συμπληρωθεί μια εντολή συνεχούς ελέγχου της τάσης των φωτοβολταϊκών, στο τέλος της ημέρας να στρέφεται το σύστημα στην ανατολή για να περιμένει την ανατολή του ηλιου κτλ
Θα με έκανε ιδιαίτερα υπερήφανο κάποιος να βελτίωνε το project που σας παρουσιάζω...

Βήμα 1ο:

Κατασκευή βάσης

  • Το μέγεθος της βάσης και ειδικά το παραλληλόγραμμο στο κέντρο, όπως θα δείτε στο σχέδιο που σας διαθέτω εξαρτάται από το μεγεθος των φωτοβολταϊκών. Για τα δικά μου φωτοβολταϊκά  αρκούσαν 10X10cm μακετόχαρτου.

  • Το ύψος της βάσης πρέπει να είναι τουλάχιστον όσο η διάστηση του servo που σας δείχνω στο σχέδιο.

  • Μετά την κατασκευή της βάσςη, απλά τοποθετήτε το servo στο άνοιγμα του κέντρου, που έχετε ανοίξει με βάση το δικό σας κινητήρα.

 

Βήμα 2ο:

Κατασκευή του τμήματος που στρέφεται οριζόντια.

Ο κύλινδρος που χρησιμοποίησα είναι μέρος ενός κουτιού από πατατάκια pringles. Δεν θα έπρεπε να είναι πολύ ψηλό για λόγους ευστάθειας. Ο κύλινδρος μας δίνει τη δυνατότητα να χρησιμποιήσουμε μόνο τρεις ρόδες (π.χ. από χαρτόνι) σε άξονες ανά 120 μοίρες. Αν κάποιος χρησιμοποιήσει π.χ. κύβο θα χρειαστεί οπωσδήποτε τέσσερεις ρόδες (σταθερότερο αλλά βαρύτερο). Η βάση του κυλίνδρου πρέπει να είναι κλειστή ώστε να υπάρχει δυνατότητα να στερεωθεί εκεί το servo της βάσης. Το πάνω άκρο μπορεί να είναι ανοιχτό!

 

 

Βήμα 3ο:

Βάση στήριξης φωτοβολταϊκών.

   Η βάση στήριξης των φωτοβολταϊκών είναι ανάλογη με το μέγεθός τους, όπως φαίνεται στις εικόνες.

   Η σημαντική λεπτομέρεια είναι ότι οι καρφίτσες είναι έτσι τοποθετημένες ώστε το servo να στρέφεται γύρω από άξονα που περνάει από το κέντρο μάζας του συστήματος φωτοβολταϊκά+επιφάνεια στήριξής τους (βλέπε pdf).

   Κατά αυτόν τον τρόπο η ροπή δύναμης που απαιτείται για την αλλαγή της κλίσςη είναι ελάχιστη. Έτσι δε χρειάζεται ιδιαίτερα ισχυρό servo.

 

 

Βήμα 4ο:

Φωτοαντιστάσεις:θέσεις και προσανατολισμός

Ως αισθητήρες φωτός χρησιμοποίησα φωτοαντιστάσεις. Δύο από αυτές τοποθέτησα στο κάτω μέρος δαξιά και αριστερά όπως φαίνεται στις φωτογραφίες, ώστε να συγκρίνεται το φως από αυτές τις διευθύνσεις. Με βάση αυτή τη σύγκριση το σύστημα θα στρεφεί προς τα αριστερά ή προς τα δεξιά. Η τρίτη φωτοαντίσταση τοποθετείται στο πάνω μέρος του πάνελ ώστε το φως που δέχεται να συγκριθεί με το μέσο όρο των δύο κάτω αισθητήρων.

Οι γενικές πληροφορίες σχετικά με τις φωτοαντιστάσεις περιέχονται φυλλάδιο από την ADAFRUIT. Παρά το ότι σε αυτό προτείνεται αντίσταση 1Κ αντί για 10Κ (που χρησιμοποίησα) για το ηλιακό φως, το σύστημα λειτούργησε αλάνθαστα!

 

Ιδιαίτερα σημαντικό θέμα είναι η τοποθέτηση και ο προσανατολισμός των φωτοαντιστάσεων. Τοποθετούνται μέσα σε καλαμάκια, που εγώ επένδυσα εσωτερικά με αλουμινόχαρτο, ώστε να μην επηρεάζονται από το διάχυτο φως, παρά μόνο από αυτό που δέχονται από συγκεκριμένη διεύθυνση.

Με απλή γεωμετρική οπτική (βλέπε το σχέδιο) προκύπτει ότι ενώ τα παράλληλα καλαμάκια-φωτοντιστάσεις δέχονται το ίδιο φως από κάθε γωνία, αν έχουν κλίση 30 μοίρες προς αντίθετες κατευθύνσεις μπορεί να δέχεται μέχρι και το διπλάσιο φως η μια φωτοαντίσταση από την άλλη.

 

Βήμα 5ο:

Ρύθμιση των μετρήσεων των αισθητήρων φωτός

Η σύγκριση απλώς των μετρήσεων των αισθητήρων φωτός θα ήταν ένας απλός τρόπος «λήψης απόφασης» για έναν ηλιοστάτη, αν όλοι οι αισθητήρες ήταν το ίδιο ακριβείς. Οι δικοί μου δεν ήταν... Έδιναν άλλη τιμή για το ίδιο φως. Έτσι πρόσθεσα μια διαδικασία και ένα αντίστοιχο κομμάτι εντολών για μια«αρχικοποίηση» των μετρήσεών τους. Το σχετικό video δείχνει τη διαδικασία. 

Μετά από γρήγορο αναβόσβημα του μπλε LED το σύστημα είναι έτοιμο να δεχτεί τις ρυθμιστικές μετρήσεις. Έτσι το LED ανάβει συνεχώς για 5sec και μόλις σβήσει δέχεται τιμή την πρώτη φορά για την πάνω φωτοαντίσταση (LDR), μετά την κάτω αριστερά και τέλος για την κάτω δεξιά. Σε κάθε περίπτωση πρέπει αυτές να δεχτούν το ίδιο φως, οπότε τις φωτίζω από κοντά με ένα φακό και έτσι υπερκαλύπτεται οποιαδήποτε άλλη πηγή. Αυτές οι τρεις τιμές αποθηκεύονται στο πρόγραμμα και χρησιμοποιούνται για ποσοστιαία διόρθωση των μετρήσεων κατά την κανονική λειτουργία.

Βήμα 6ο:

Ο κώδικας

Το DNA κάθε τέτοιου project είναι βέβαια το λογισμικό που καθοδηγεί το σύστημα. Θα το βρείτε σε pdf αρχείο (με αντιγραφή -επικόλληση το μεταφέρετε στο arduino IDE) με αρκετά σχόλια -εξηγήσεις για καλύτερη κατανόηση. Σας ευχαριστώ.

bottom of page