Xây dựng một công cụ theo dõi năng lượng mặt trời tự động với Arduino UNO: 8 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Năng lượng mặt trời ngày càng trở nên phổ biến trên toàn thế giới. Hiện nay, nhiều phương pháp đang được nghiên cứu để làm cho các tấm pin mặt trời tạo ra nhiều năng lượng hơn, giảm sự phụ thuộc của chúng ta vào nhiên liệu hóa thạch và than đá. Một cách để làm điều này là để các tấm di chuyển, luôn hướng về mặt trời trên bầu trời. Điều này cho phép thu thập năng lượng tối ưu, làm cho các tấm pin mặt trời hoạt động hiệu quả hơn.

Có thể hướng dẫn này sẽ xem xét cách thức hoạt động của các bộ theo dõi năng lượng mặt trời và triển khai một phương pháp như vậy vào một nguyên mẫu bộ theo dõi năng lượng mặt trời bằng cách sử dụng Arduino UNO.

Bước 1: Cách thức hoạt động của công cụ theo dõi năng lượng mặt trời

Có 3 phương pháp chính được sử dụng để điều khiển thiết bị theo dõi năng lượng mặt trời. Đầu tiên là hệ thống điều khiển thụ động, và hai hệ thống còn lại là hệ thống điều khiển chủ động. Bộ theo dõi năng lượng mặt trời được điều khiển thụ động không chứa cảm biến hoặc thiết bị truyền động nhưng thay đổi vị trí của nó dựa trên nhiệt từ Mặt trời. Bằng cách sử dụng khí có nhiệt độ sôi thấp trong một bình chứa được gắn trên bản lề ở giữa, tương tự như một cái cưa, tấm pin mặt trời có thể thay đổi vị trí của nó dựa trên hướng nhiệt từ Mặt trời.

Các hệ thống đang hoạt động có một chút khác biệt. Cả hai đều yêu cầu một hệ thống xử lý, cũng như các bộ truyền động để di chuyển các tấm. Một cách để chủ động điều khiển các tấm pin mặt trời là truyền vị trí của Mặt trời đến các tấm pin. Các tấm sau đó tự định hướng đến vị trí này trên bầu trời. Một phương pháp khác là sử dụng các cảm biến để phát hiện vị trí của mặt trời. Bằng cách sử dụng Điện trở phụ thuộc vào ánh sáng (LDR), có thể phát hiện các mức ánh sáng khác nhau. Sau đó, các cảm biến này được sử dụng để xác định vị trí của mặt trời trên bầu trời, cho phép bảng điều khiển tự định hướng một cách thích hợp.

Trong Có thể hướng dẫn này, chúng tôi sẽ sử dụng hệ thống điều khiển tích cực dựa trên cảm biến.

Bước 2: Sơ đồ hệ thống / Tổng quan về thành phần

Cách thức hoạt động của hệ thống này được thể hiện trong các hình trên. Sẽ có 1 điện trở phụ thuộc ánh sáng ở mỗi bên của một bộ chia. Dải phân cách này sẽ phủ bóng lên cảm biến ở một bên của bảng điều khiển, tạo ra sự khác biệt lớn giữa hai chỉ số cảm biến. Điều này sẽ nhắc hệ thống di chuyển về phía sáng hơn để cân bằng các chỉ số cảm biến, tối ưu hóa vị trí bảng điều khiển năng lượng mặt trời. Trong trường hợp máy theo dõi năng lượng mặt trời 2 trục, có thể sử dụng nguyên tắc tương tự, với 3 cảm biến thay vì hai (1 ở bên trái, 1 ở bên phải, 1 ở phía dưới). Các cảm biến bên trái và bên phải có thể được tính trung bình và số đọc này có thể được so sánh với cảm biến phía dưới để xác định mức độ di chuyển của bảng điều khiển lên hoặc xuống.

Tổng quan về các thành phần chính

Arduino UNO: Đây là vi điều khiển cho dự án này. Nó đọc dữ liệu cảm biến và xác định số lượng và hướng mà các servo phải quay.

Servo: Đây là những bộ truyền động được sử dụng cho dự án này. Chúng rất dễ kiểm soát và rất chính xác, làm cho nó trở nên hoàn hảo cho dự án này.

Điện trở phụ thuộc ánh sáng (LDR): Đây là những điện trở có thể thay đổi để phát hiện mức độ ánh sáng. Chúng được sử dụng để xác định vị trí của mặt trời trên bầu trời.

Bước 3: Vật liệu / Thiết bị

Các vật liệu được sử dụng để xây dựng dự án này là:

1. Arduino UNO
2. 2 Servos
3. 3 Điện trở Phụ thuộc Ánh sáng (LDR)
4. 3 điện trở 10k Ohm
5. Que kem
6. Các tông

Các công cụ được sử dụng để xây dựng dự án này là:

1. Sắt hàn
2. Băng
3. Cây kéo
4. Dao tiện ích
5. Súng bắn keo nóng

Bước 4: Sơ đồ mạch

Trên đây là sơ đồ được sử dụng để nối dây theo dõi năng lượng mặt trời với nhau.

Kết nối Pin:

Điện trở quang bên trái

Pin 1 - 3,3V

Chân 2 - A0, GND (điện trở 10k ohm giữa Chân 2 và GND)

Điện trở quang bên phải

Pin 1 - 3,3V

Pin 2 - A1, GND (điện trở 10k ohm giữa Pin 2 và GND)

Điện trở quang phía dưới

Pin 1 - 3,3V

Chân 2 - A2, GND (điện trở 10k ohm giữa Chân 2 và GND)

LR Servo

Tín hiệu - 2

Mặt đất - GND

VCC - Bộ pin 6 V

TB Servo

Tín hiệu - 3

Mặt đất - GND

VCC - Bộ pin 6 V

Arduino Power

VIN - Bộ pin 6 V

GND - Bộ pin 6 V GND

Bước 5: Lắp ráp

Sau khi hàn mạch điện với nhau vào một bảng mạch hoàn thiện (bạn có thể sử dụng bảng mạch chính để thay thế), đã đến lúc lắp ráp thiết bị. Tôi đã sử dụng bìa cứng và một khối xốp để tạo đế và giá đỡ bảng điều khiển cho thiết bị theo dõi, cũng như một bức tường ngăn cho các cảm biến bằng cách sử dụng que kem. Bước này là tùy thuộc vào bạn. Hãy thử thử nghiệm với các chiều dài, chiều cao và hình dạng tường ngăn khác nhau cũng như vị trí đặt cảm biến để xem nó ảnh hưởng như thế nào đến khả năng theo dõi của thiết bị.

Bước 6: Phần mềm

Bây giờ việc lắp ráp đã hoàn tất, đã đến lúc tạo phần mềm cho thiết bị. Bản phác thảo Arduino được đính kèm bên dưới.

Bước 7: Lưu đồ phần mềm

Dưới đây là sơ đồ cách thức hoạt động của thiết bị.

Bước 8: Kết luận

Nếu bạn bật nguồn thiết bị và chiếu đèn sáng vào bảng điều khiển, trình theo dõi sẽ tự định hướng đối diện trực tiếp với ánh sáng. Tôi có đính kèm video thử nghiệm của dự án bên dưới. Tôi hy vọng bạn thích dự án này! Vui lòng đặt bất kỳ câu hỏi nào trong phần nhận xét và tôi sẽ cố gắng trả lời chúng. Cảm ơn!