Сделай сам Солнечная система слежения: Оптимизация использования солнечной энергии

Дин Шовен

В этом руководстве подробно рассказывается о том, как построить недорогую систему слежения за солнечными батареями на основе монопольного наземного крепления LINKSOLAR (официальная ссылка), которая может повысить эффективность производства энергии фотоэлектрической панелью мощностью 100 Вт на 30%-45%. Учебник включает в себя код, список материалов и решения по защите от погодных условий.

1. Зачем нужна система слежения за солнечными батареями?

1.1 Повышение эффективности производства электроэнергии

• Фиксированное крепление: Суточное потребление энергии составляет около 70%.
• Слежение за одной осью: Эффективность увеличивается до 85%-90% (данные NREL).
• Двухосевое слежение: Может достигать 95% (цель данного проекта).

1.2 Преимущества Крепление LINKSOLAR

• Грузоподъемность промышленного класса: Один столб поддерживает до 6 панелей мощностью 100 Вт.
• Быстрая модификация: Совместим с шаговым двигателем NEMA17.
• Ветроустойчивый дизайн: 4-дюймовый столб из оцинкованной стали + предварительно заглубленный фундамент.

2. Список материалов и подготовка инструментов

3. Пошаговое руководство по установке

3.1 Этапы модификации крепления

• Усиление столбов
• Приварите фланцевый подшипник (модель FYLC-205) к верхней части крепления LINKSOLAR.
• Закрепите двигатель NEMA17 с помощью U-образных болтов (горизонтальная ось вращения).
• Конструкция для регулировки наклона
• Для соединения панели со вторым двигателем используйте L-образный алюминиевый профиль (6061-T6).
• Установите концевые выключатели (KW12-3), чтобы предотвратить чрезмерное вращение.

3.2 Схема подключения цепей

[SEO-совет] Используйте alt-текст для описания изображения:
"Схема подключения солнечной следящей системы - ESP32 управляет двухосевыми двигателями и датчиком освещенности".

4. Объяснение кода Arduino (с алгоритмом PID)

4.1 Обзор структуры кода

Код Arduino для этой системы основан на алгоритме ПИД-регулирования, использующем датчик освещенности TSL2591 и датчик ориентации MPU6050 для регулировки угла наклона солнечной панели в режиме реального времени для двухосевого слежения. Код разделен на следующие разделы:

• Инициализация датчика: Включает в себя датчик освещенности TSL2591 и датчик ориентации MPU6050.
• ПИД-регулирование: Использует ПИД-алгоритм для расчета шагов двигателя для точного управления по горизонтали (азимут) и вертикали (высота).
• Моторный привод: Управляет направлением и шагом шагового двигателя на основе выходного сигнала ПИД.
• Мониторинг данных: Выводит данные датчиков и расчеты ПИД через последовательный порт для отладки.

4.2 Полный код

#include 
#include 
#include 
#include 

// Объекты датчиков
Adafruit_TSL2591 tslEast = Adafruit_TSL2591(0x29);
Adafruit_TSL2591 tslWest = Adafruit_TSL2591(0x30);
MPU6050 mpu;

// параметры ПИД
double Kp = 2.0, Ki = 0.5, Kd = 0.1;
double inputEast, inputVertical, outputStepH, outputStepV;
double setpointH = 0, setpointV = 45; // Начальный угол наклона 45°

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

// Определения выводов
#define STEP_H 12
#define DIR_H 13
#define STEP_V 14
#define DIR_V 15

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

  // Инициализация датчиков
  tslEast.begin();
  tslWest.begin();
  mpu.initialize();

  // Установите коэффициент усиления TSL2591
  tslEast.setGain(TSL2591_GAIN_MED);
  tslWest.setGain(TSL2591_GAIN_MED);

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

  // Установите режимы работы пинов двигателя
  pinMode(STEP_H, OUTPUT);
  pinMode(DIR_H, OUTPUT);
  pinMode(STEP_V, OUTPUT);
  pinMode(DIR_V, OUTPUT);
}

void loop() {
  // Считываем интенсивность света на востоке и западе
  uint32_t eastLux = tslEast.getFullLuminosity();
  uint32_t westLux = tslWest.getFullLuminosity();
  inputEast = (eastLux - westLux) / 1000.0;

  // Считывание текущего угла наклона
  int16_t ax, ay, az;
  mpu.getAcceleration(&ax, &ay, &az);
  inputVertical = atan2(ay, az) * 180 / M_PI;

  // Рассчитываем выход ПИД-регулятора
  horizontalPID.Compute();
  verticalPID.Compute();

  // Привод горизонтального двигателя
  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);
  }

  // Печать данных
  Serial.print("Восток:");
  Serial.print(eastLux);
  Serial.print(" Запад:");
  Serial.print(westLux);
  Serial.print(" Угол:");
  Serial.println(inputVertical);

  delay(1000);
}

4.3 Анализ ключевых кодов

• ПИД-регулирование
• horizontalPID и verticalPID управляют горизонтальными и вертикальными двигателями, соответственно.
• входВосток и inputVertical ПИД-регуляторы, представляющие разность интенсивности света с востока на запад и угол наклона тока.
• outputStepH и outputStepV это выходы ПИД-регулятора, обозначающие шаги двигателя.
• Моторный привод
• Используйте digitalWrite для управления направлением вращения двигателя (DIR_H и DIR_V).
• Используйте для петля и delayMicroseconds для управления скоростью вращения двигателя.
• Мониторинг данных
• Вывод интенсивности света с востока на запад и текущего угла наклона через последовательный порт для отладки и мониторинга.

4.4 Установка библиотеки ключей

• Менеджер библиотек Arduino IDE
• Поиск и установка Библиотека Adafruit TSL2591.
• Поиск и установка MPU6050 от Electronic Cats.
• Поиск и установка PID от Brett Beauregard.

4.5 Процесс калибровки

• Калибровка датчика освещенности

  void calibrateTSL() {
    tslEast.setGain(TSL2591_GAIN_LOW);
    tslWest.setGain(TSL2591_GAIN_LOW);
    // Запуск после выравнивания обоих датчиков по одному и тому же источнику света
    while(abs(tslEast.getLuminosity() - tslWest.getLuminosity()) > 100) {
      delay(1000);
    }
  }

• Калибровка MPU6050

  void calibrateMPU() {
    mpu.CalibrateAccel(6); // калибровка по 6 образцам
    mpu.CalibrateGyro(6);
    mpu.PrintActiveOffsets();
  }

4.6 Корпуса для 3D-печати

• Крепления двигателя
• Корпуса для датчиков

5. Советы по отладке и обслуживанию

5.1 Процесс калибровки

• Калибровка датчика освещенности
• Сравните показания TSL2591 с показаниями люксметра (погрешность в пределах ±3%).
• Механический сброс нуля
• Используйте концевые выключатели для установки начальных горизонтальных/вертикальных положений.

5.2 Текущее обслуживание

• Ежеквартальная проверка: Очистите рельс от мусора и смажьте подшипники.
• Ежегодное обновление: Обновление параметров ПИД (оптимизация на основе местных погодных данных).

7. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Примите меры: Свяжитесь с официальными сотрудниками LINKSOLAR и начните свой проект по производству зеленой энергии!

Мы надеемся, что это руководство поможет вам успешно построить эффективную систему слежения за солнечными батареями.

Для заполнения данной формы включите JavaScript в браузере.

Имя *

Имя

Фамилия

Электронная почта *

Комментарий или сообщение

Отправить