نظام التتبع الشمسي الذاتي: تحسين استخدامك للطاقة الشمسية

دين شوفن

سيوفر هذا البرنامج التعليمي دليلاً مفصلاً حول كيفية بناء نظام تتبع شمسي منخفض التكلفة يعتمد على الحامل الأرضي أحادي القطب LINKSOLAR (الرابط الرسمي)، والذي يمكنه تحسين كفاءة توليد الطاقة للوحة ضوئية بقدرة 100 وات بمقدار 30%-45%. يتضمن البرنامج التعليمي كود وقائمة مواد وحلول مقاومة للعوامل الجوية.

1. لماذا نحتاج إلى نظام تتبع الطاقة الشمسية؟

1.1 تحسين كفاءة توليد الطاقة الكهربائية

• الحامل الثابت: يبلغ التقاط الطاقة اليومي حوالي 701 تيرابايت 3 تيرابايت.
• تتبع محور واحد: زيادة الكفاءة إلى 85%-90% (بيانات NREL).
• التتبع ثنائي المحور: يمكن أن تصل إلى 95% (هدف هذا المشروع).

1.2 مزايا حامل لينكسولار

• سعة تحميل من الدرجة الصناعية: يدعم القطب الواحد ما يصل إلى 6 × 100 واط من الألواح.
• التعديل السريع: متوافق مع محرك السائر NEMA17.
• تصميم مقاوم للرياح: عمود فولاذي مجلفن 4 بوصة + أساس مدفون مسبقاً.

2. قائمة المواد وإعداد الأدوات

3. دليل التثبيت خطوة بخطوة

3.1 خطوات تعديل التركيب 3.1

• تقوية الأعمدة
• قم بلحام محمل شفة (موديل FYLC-205) بأعلى حامل LINKSOLAR.
• قم بتأمين محرك NEMA17 بمسامير على شكل حرف U (محور الدوران الأفقي).
• هيكل تعديل الإمالة والتعديل
• استخدم الألومنيوم على شكل حرف L (6061-T6) لتوصيل اللوحة بالمحرك الثاني.
• قم بتركيب مفاتيح التبديل الحدية (KW12-3) لمنع الدوران الزائد.

3.2 مخطط توصيل الدائرة 3.2

[نصيحة لتحسين محركات البحث] استخدم النص البديل لوصف الصورة:
"مخطط أسلاك نظام التتبع الشمسي - يتحكم ESP32 في المحركات ثنائية المحور ومستشعر الضوء."

4. شرح كود أردوينو (مع خوارزمية PID)

4.1 نظرة عامة على بنية الكود 4.1

يعتمد كود Arduino لهذا النظام على خوارزمية تحكم PID، باستخدام مستشعر الضوء TSL2591 ومستشعر الاتجاه MPU6050 لضبط زاوية اللوحة الشمسية في الوقت الفعلي للتتبع ثنائي المحور. ينقسم الكود إلى الأقسام التالية:

• تهيئة المستشعر: يتضمن مستشعر الضوء TSL2591 ومستشعر التوجيه MPU6050 إعداد مستشعر التوجيه MPU6050.
• تحكم PID: يستخدم خوارزمية PID لحساب خطوات المحرك للتحكم الأفقي (السمت) والرأسي (الارتفاع) بدقة.
• محرك المحرك: يتحكم في اتجاه محرك السائر وخطواته بناءً على خرج PID.
• مراقبة البيانات: يُخرج بيانات المستشعر وحسابات PID عبر المسلسل لتصحيح الأخطاء.

4.2 الرمز الكامل

#P5Tinclude 
#include 
#include 
#include 

// كائنات المستشعر
Adafruit_TSL2591 tslEast = Adafruit_TSL2591(0x29);
Adafruit_TSL2591 tslWest = Adafruit_TSL2591(0x30);
MPU6050 mpu;

// معلمات PID
مزدوج Kp = 2.0، Ki = 0.5، Kd = 0.1;
مدخلات مزدوجةEstEast، مدخلات عمودية، مخرجاتH، مخرجاتV;
نقطة الضبط المزدوجة H = 0، نقطة الضبط V = 45؛ // زاوية الميل المبدئية 45 درجة

PID أفقي PID(&inputEast, &utputStepH, &setpointH, Kp, Ki, Kd, DIRECT);
PID عمودي PID(&inputVertical, &outputStepV, &setpointV, Kp, Ki, Ki, Kd, DIRECT);

// تعريفات الدبوس
#efine STEP_H 12
#define DIR_H 13
#define STEP_V 14
#define DIR_V 15

إعداد باطل() {
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();

  // تهيئة المستشعرات
  tslEast.begin();
  tslWest.begin();
  mpu.initize()؛ mpu.initialize();

  // تعيين كسب TSL2591
  tslEast.setGain(TSL2591_GAIN_MED);
  tslWest.setGain(TSL2591_GAIN_MED)؛

  // تهيئة PID
  أفقيPID.SetMode(AUTOMATIC);
  الوضع الرأسيPID.SetMode(AUTOMATIC);
  أفقيPID.SetOutputLimits(-200, 200);
  عموديPID.SetOutputLimits(-100، 100)؛

  // ضبط أوضاع دبوس المحرك
  وضع الدبوس(STEP_H, OUTPUT);
  وضع الدبوس(DIR_H، OUTPUT);
  وضع الدبوس(STEP_V، OUTPUT);
  وضع الدبوس(DIR_V، OUTPUT);
}

حلقة باطلة () { {
  // قراءة شدة الضوء الشرقي والغربي
  uint32_t EastLux = tslEast.getFullLuminosity();
  uint32_t westLux = tslWest.getFullLuminosity();
  inputEast = (EastLux - westLux) / 1000.0;

  // قراءة زاوية الميل الحالية
  int16_t ax, ay, az;
  mpu.getAcceleration(&ax, &ay, &az);
  مدخلات عمودي = atan2(ay, az) * 180 / M_PI;

  // حساب خرج PID
  أفقيPID.Compute();
  عموديPID.Compute();

  // قيادة المحرك الأفقي
  digitalWrite(DIR_H, outputStepH > 0 ? HIGH : LOW);
  ل(int i=0؛ i 0 ? HIGH : LOW);
  ل(int i = 0؛ i<abs(outputStepV)؛ i++){ {
    digitalWrite(STEP_V, HIGH);
    تأخير ميكروثانية (500);
    الكتابة الرقمية (STEP_V، منخفض);
    تأخير ميكروثانية صغيرة (500);
  }

  // طباعة البيانات
  Serial.print("East:");
  Serial.print(EastLux);
  Serial.print(" الغرب:")؛ المسلسل.print(west:");
  Serial.print(westLux);
  Serial.print(" الزاوية:")؛ Serial.println(");
  Serial.println(inputVertical);

  تأخير(1000);
}

4.3 تحليل الرمز الرئيسي

• تحكم PID
• أفقيPID و معرّف هوية عمودي التحكم في المحركات الأفقية والرأسية، على التوالي.
• المدخلات شرقاً و مدخلات عمودي هي مدخلات PID، تمثل فرق شدة الضوء بين الشرق والغرب وزاوية الميل الحالية.
• الإخراجStepH و الإخراجV هي مخرجات PID، تشير إلى خطوات المحرك.
• محرك المحرك
• الاستخدام الكتابة الرقمية للتحكم في اتجاه المحرك (DIR_H و DIR_V).
• الاستخدام لـ حلقة و تأخير ميكروثانية صغيرة للتحكم في سرعة خطوة المحرك.
• مراقبة البيانات
• إخراج شدة الضوء بين الشرق والغرب وزاوية الميل الحالية عبر المسلسل لتصحيح الأخطاء والمراقبة.

4.4 تركيب المكتبة الرئيسية 4.4

• مدير مكتبة Arduino IDE
• البحث والتثبيت مكتبة أدافروت TSL2591.
• البحث والتثبيت MPU6050 من شركة القطط الإلكترونية.
• البحث والتثبيت PID من بريت بوريجارد.

4.5 عملية المعايرة

• معايرة مستشعر الضوء

  باطل معايرة TSL() { {
    tslEast.setGain(TSL2591_GAIN_LOW);
    tslWest.setGain(TSL2591_GAIN_LOW);
    // التشغيل بعد محاذاة كلا المستشعرين إلى نفس مصدر الضوء
    بينما (abs(abs(tslEast.getLuminosity() - tslWest.getLuminosity())> 100) { {
      تأخير(1000);
    }
  }

• معايرة MPU6050 MPU6050

  باطل معايرةMPU() { {
    mpu.CalibrateAccel(6)؛ // معايرة 6 عينات معايرة
    mpu.CalibrateGyro(6);
    mpu.PrintActiveOffsets();
  }

4.6 حاويات الطباعة ثلاثية الأبعاد

• حوامل المحرك
• حاويات الاستشعار

5. نصائح لتصحيح الأخطاء والصيانة

5.1 عملية المعايرة

• معايرة مستشعر الضوء
• قارن قراءات TSL2591 بمقياس لوكس (الخطأ في حدود ± 3%).
• إعادة تعيين الصفر الميكانيكي
• استخدم مفاتيح الحد لتعيين المواضع الأفقية/الرأسية الأولية.

5.2 الصيانة الروتينية

• شيك ربع سنوي: تنظيف حطام السكة وتشحيم المحامل.
• الترقية السنوية: تحديث معلمات PID (تحسينها بناءً على بيانات الطقس المحلية).

7. الأسئلة الشائعة (FAQ)

اتخذ إجراءً: اتصل بموظفي LINKSOLAR الرسميين وابدأ مشروعك للطاقة الخضراء!

نأمل أن يساعدك هذا البرنامج التعليمي في بناء نظام تتبع شمسي فعال بنجاح！

يرجى تفعيل JavaScript في متصفحك لإكمال هذا النموذج.

الاسم *

أولاً

الأخير

البريد الإلكتروني *

تعليق أو رسالة

إرسال