DIY Solar-Nachführsystem: Optimieren Sie Ihre Solarenergienutzung

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Dieses Tutorial bietet eine detaillierte Anleitung zum Bau eines kostengünstigen Solar-Nachführsystems auf der Grundlage der LINKSOLAR-Monopol-Bodenbefestigung (offizieller Link), mit der die Stromerzeugungseffizienz eines 100-W-Photovoltaik-Panels um 30%-45% verbessert werden kann. Die Anleitung enthält einen Code, eine Materialliste und Lösungen für den Wetterschutz.

1. Warum brauchen wir ein Solarnachführsystem?

1.1 Verbesserung der Effizienz der Stromerzeugung

• Feste Montage: Die tägliche Energiegewinnung beträgt etwa 70%.
• Einachsige Verfolgung: Der Wirkungsgrad steigt auf 85%-90% (NREL-Daten).
• Zweiachsiges Tracking: Kann bis zu 95% erreichen (Ziel dieses Projekts).

1.2 Vorteile von LINKSOLAR Montage

• Belastbarkeit in Industriequalität: Ein einziger Mast unterstützt bis zu 6 x 100W-Paneele.
• Schnelle Modifikation: Kompatibel mit NEMA17-Schrittmotor.
• Windbeständiges Design: 4-Zoll-Mast aus verzinktem Stahl + eingegrabenes Fundament.

2. Materialliste und Werkzeugvorbereitung

3. Schritt-für-Schritt-Installationsanleitung

3.1 Schritte zur Änderung der Montage

• Mastenverstärkung
• Schweißen Sie ein Flanschlager (Modell FYLC-205) an die Oberseite der LINKSOLAR-Halterung.
• Sichern Sie den NEMA17-Motor mit U-Bügeln (horizontale Drehachse).
• Struktur der Neigungsverstellung
• Verwenden Sie L-förmiges Aluminium (6061-T6), um die Platte mit dem zweiten Motor zu verbinden.
• Installieren Sie Endschalter (KW12-3), um eine Überdrehung zu verhindern.

3.2 Anschlussplan der Schaltung

[SEO-Tipp] Verwenden Sie Alt-Text, um das Bild zu beschreiben:
"Schaltplan für Solarnachführsystem - ESP32 steuert zweiachsige Motoren und Lichtsensor".

4. Erläuterung des Arduino-Codes (mit PID-Algorithmus)

4.1 Überblick über die Codestruktur

Der Arduino-Code für dieses System basiert auf einem PID-Regelalgorithmus, der den Lichtsensor TSL2591 und den Orientierungssensor MPU6050 verwendet, um den Winkel des Solarpanels in Echtzeit für die zweiachsige Nachführung anzupassen. Der Code ist in die folgenden Abschnitte unterteilt:

• Sensor-Initialisierung: Umfasst den Lichtsensor TSL2591 und den Orientierungssensor MPU6050.
• PID-Regelung: Verwendet einen PID-Algorithmus zur Berechnung der Motorschritte für eine präzise horizontale (Azimut) und vertikale (Elevation) Steuerung.
• Motorantrieb: Steuert die Richtung und die Schritte des Schrittmotors basierend auf dem PID-Ausgang.
• Überwachung der Daten: Gibt Sensordaten und PID-Berechnungen über die serielle Schnittstelle zur Fehlersuche aus.

4.2 Vollständiger Code

#include 
#include 
#include 
#include 

// Sensor-Objekte
Adafruit_TSL2591 tslEast = Adafruit_TSL2591(0x29);
Adafruit_TSL2591 tslWest = Adafruit_TSL2591(0x30);
MPU6050 mpu;

// PID-Parameter
double Kp = 2.0, Ki = 0.5, Kd = 0.1;
double inputEast, inputVertical, outputStepH, outputStepV;
double setpointH = 0, setpointV = 45; // Anfangsneigungswinkel 45°

PID horizontalPID(&inputEast, &outputStepH, &setpointH, Kp, Ki, Kd, DIRECT);
PID verticalPID(&inputVertical, &outputStepV, &setpointV, Kp, Ki, Kd, DIRECT);

// Pin-Definitionen
#define STEP_H 12
#define DIR_H 13
#define STEP_V 14
#define DIR_V 15

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();

  // Initialisierung der Sensoren
  tslOst.begin();
  tslWest.begin();
  mpu.initialize();

  // TSL2591-Verstärkung einstellen
  tslEast.setGain(TSL2591_GAIN_MED);
  tslWest.setGain(TSL2591_GAIN_MED);

  // PID initialisieren
  horizontalPID.SetMode(AUTOMATIC);
  verticalPID.SetMode(AUTOMATIC);
  horizontalPID.SetOutputLimits(-200, 200);
  verticalPID.SetOutputLimits(-100, 100);

  // Einstellen der Motor-Pin-Modi
  pinMode(STEP_H, OUTPUT);
  pinMode(DIR_H, OUTPUT);
  pinMode(STEP_V, OUTPUT);
  pinMode(DIR_V, OUTPUT);
}

void loop() {
  // Lichtintensität im Osten und Westen ablesen
  uint32_t eastLux = tslEast.getFullLuminosity();
  uint32_t westLux = tslWest.getFullLuminosity();
  inputEast = (eastLux - westLux) / 1000.0;

  // Lesen des aktuellen Neigungswinkels
  int16_t ax, ay, az;
  mpu.getAcceleration(&ax, &ay, &az);
  inputVertical = atan2(ay, az) * 180 / M_PI;

  // Berechnung des PID-Ausgangs
  horizontalPID.Berechnen();
  vertikalPID.Berechnen();

  // Horizontalen Motor ansteuern
  digitalWrite(DIR_H, outputStepH > 0 ? HIGH : LOW);
  for(int i=0; i 0 ? HIGH : LOW);
  for(int i=0; i<abs(outputStepV); i++){
    digitalWrite(STEP_V, HIGH);
    delayMicroseconds(500);
    digitalWrite(STEP_V, LOW);
    delayMicroseconds(500);
  }

  // Daten drucken
  Serial.print("Ost:");
  Serial.print(eastLux);
  Serial.print(" West:");
  Serial.print(westLux);
  Serial.print(" Winkel:");
  Serial.println(inputVertical);

  delay(1000);
}

4.3 Analyse der Schlüsselcodes

• PID-Regelung
• horizontalPID und verticalPID steuern den horizontalen bzw. vertikalen Motor.
• inputOst und inputVertical sind PID-Eingänge, die den Ost-West-Lichtintensitätsunterschied und den aktuellen Neigungswinkel darstellen.
• outputStepH und outputStepV sind PID-Ausgänge, die die Motorschritte angeben.
• Motorantrieb
• Verwenden Sie digitalWrite zur Steuerung der Motorrichtung (DIR_H und DIR_V).
• Verwenden Sie für Schleife und delayMicroseconds zur Steuerung der Schrittgeschwindigkeit des Motors.
• Überwachung der Daten
• Ausgabe der Ost-West-Lichtintensität und des aktuellen Neigungswinkels über die serielle Schnittstelle zur Fehlersuche und Überwachung.

4.4 Installation der Schlüsselbibliothek

• Arduino IDE Bibliotheksverwalter
• Suchen und installieren Adafruit TSL2591 Bibliothek.
• Suchen und installieren MPU6050 von Electronic Cats.
• Suchen und installieren PID von Brett Beauregard.

4.5 Kalibrierungsprozess

• Lichtsensor-Kalibrierung

  void calibrateTSL() {
    tslEast.setGain(TSL2591_GAIN_LOW);
    tslWest.setGain(TSL2591_GAIN_LOW);
    // Ausführen, nachdem beide Sensoren auf dieselbe Lichtquelle ausgerichtet wurden
    while(abs(tslEast.getLuminosity() - tslWest.getLuminosity()) > 100) {
      delay(1000);
    }
  }

• MPU6050 Kalibrierung

  void calibrateMPU() {
    mpu.CalibrateAccel(6); // 6-Stichproben-Kalibrierung
    mpu.CalibrateGyro(6);
    mpu.PrintActiveOffsets();
  }

4.6 3D-Druck-Gehäuse

• Motorhalterungen
• Sensor-Gehäuse

5. Tipps zur Fehlersuche und Wartung

5.1 Kalibrierungsprozess

• Lichtsensor-Kalibrierung
• Vergleichen Sie die Messwerte des TSL2591 mit einem Luxmeter (Fehler innerhalb ±3%).
• Mechanische Nullstellung
• Verwenden Sie Endschalter, um die horizontale/vertikale Ausgangsposition einzustellen.

5.2 Routinemäßige Wartung

• Vierteljährlicher Check: Schienentrümmer reinigen und Lager schmieren.
• Jährliches Upgrade: Aktualisierung der PID-Parameter (Optimierung auf der Grundlage der lokalen Wetterdaten).

7. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Maßnahmen ergreifen: Kontaktieren Sie die Mitarbeiter von LINKSOLAR und starten Sie Ihr Projekt für grüne Energie!

Wir hoffen, dass diese Anleitung Ihnen hilft, ein effizientes Solar-Nachführsystem zu bauen！

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