מערכת סולארית לניצול מרבי של קרני השמש

מערכות סולאריות בארץ מותקנות בדרך כלל במפנה דרומי כדי לנצל את קרני השמש ברוב שעות היום. אבל כיום בעולם, יותר ויותר אנשים, מתחילים להרכיב מערכות שעוקבות אחר קרני השמש על מנת לנצל טוב יותר גם את שעות הבוקר ואת שעות אחר הצהריים בצורה מיטבית.

איך המערכת עובדת? ארבעה חיישני אור (עוד נרחיב במושג הזה בהמשך..) נותנים מידע לבקר על כמות האור בהם. הבקר אמור לבדוק את כמות האור בכל חיישן וכך לתקן את הזווית שלו עד שיקבל חשיפה מירבית לכל החיישנים.

החיישן עצמו הוא בעצם "נגד משתנה", כלומר, רכיב שההתנגדות החשמלית שלו משתנה על פי כמות האור.

נתחיל?

רכיבים:

• לוח ארדואינו
• מטריצה
• המון חוטים 
• ארבעה נגדים משתנים LDR
• שני מנועי סרוו פשוטים
• שני פוטנציומטרים 
• ארבעה נגדים 1KΩ
• לוח סולארי (לא חובה לצורך ההתנסות הראשונית)
• כמה חלקי פלסטיק או קרטון ביצוע (הסבר מיד) 

כדי ליצור את מערכת החיישנים, יש צורך להצליל עליהם כך שכל חיישן יקבל אור מזווית מסוימת ולא משאר הזוויות האחרות. לצורך כך הכנתי חלק מודפס לתוכו הכנסתי את החיישנים אבל אחרי שמבינים את העיקרון - אפשר בקלות להכין חלק כזה מקרטון ביצוע: 

החלק הזה יצא מצוין ונתן מענה לכל מה שהייתי צריך: הרגליים של הנגד המשתנה נכנסו בקלות אל תוך החלק המודפס והוא הצליל במידה הנכונה על הנגדים. הכל התחיל להסתבך כאשר ניסיתי לחבר את מנוע הסרוו למקום שלו... 

ראשית - השתמשתי ב"מנוע סרוו" מוכן של ה TinkerCad וכמובן שהמנוע היה במידות הנכונות אולם כאשר הפכתי אותו ל"חלל", ה TinkerCad נעל את המידות של החלק ולא נתן לי לשנות כלום... מה שאומר שהמידות של החלק המודפס היו בדיוק לגודל של מנוע סרוו וכידוע - בדיוק זה בדיוק לא... 

מה עושים? חיממתי עם מצית מעט את הקצה ומיד דחפתי פנימה. בסופו של דבר זה עבד..

עדכון: את החלקים תוכלו להוריד מכאן. אנא הדפיסו את המחזיק של המנוע סרוו בגודל של 105-110%. 

על המנוע הדבקתי עם דבק חם את המנוע השני ואליו את המערכת עם החיישנים והלוח הסולארי: 

עכשיו התפניתי קצת להרכיב את החיבורים: 

כמה הערות קריטיות לחיבורים: 

1. הקפידו לחבר את החיישן הימני העליון ליציאה מספר A3 בלוח הארדואינו ואת החיישן השמאלי העליון ליציאה מספר A5 בלוח הארדואינו ובקיצור - הצמדו לתרשים מבחינת הכיוונים. 
2. לחיישן / "הנגד המשתנה", כמו כל נגד, אין צדדים - כלומר, לא חשוב האם את הרגל הזאת תחברו ל 5V או את השניה. 
3. שימו לב לחבר את מנוע הסרוו התחתון ליציאה מספר 9 בלוח הארדואינו ואת המנוע שיושב עליו ליציאה מספר 10 בלוח הארדואינו, כמו בתרשים. 
4. גם בפוטנציומטרים אין משמעות לימין ושמאל, העיקר שהרגל האמצעית תעביר את הסיגנל אלא אם כן אתם משתמשים בפוטנציומטרים מיוחדים (כמו זה שאני השתמשתי בו לדוגמא) ואז הכל אפשרי - תעקבו אחר הכיתוב שעל הפוטנציומטר. 

  אם הרכבתם הכל נכון זה אמור להראות בערך כך...

מימין אפשר לראות את שני הפוטנציומטרים. אפשר כמובן להשתמש בפוטנציומטרים פשוטים ולנעוץ אותם על המטריצה (כמו בתרשים). משמאל למעלה אפשר לראות את המולטימטר שהשתמשתי בו כדי למדוד את ניצול האנרגיה, כלומר, את הפקת האנרגיה על ידי המערכת. המולטימטר מחובר לפאנל הסולארי וכאשר הוא בזווית טובה, הוא מצליח לייצר כ 2.5V. 

משמאל למטה - הסוללה שמזינה את הארדואינו. בשלב הבא תכננתי לחבר את הסוללה לפאנל, כלומר, שהפאנל הסולארי יטעין את הסוללה והסוללה תספק חשמל לארדואינו שיכוון את הפאנל שיטעין את הסוללה (ובקיצור - הבנתם...). 

אחרי שהכל מחובר, נשאר רק להעלות את הקוד:

#include <Servo.h> Servo horizontal; int servoh = 90; Servo vertical; int servov = 90; int ldrlt = 0; int ldrrt = 1; int ldrld = 2; int ldrrd = 3; void setup() { Serial.begin(9600); horizontal.attach(9); vertical.attach(10); } void loop() { int lt = analogRead(ldrlt); // top left int rt = analogRead(ldrrt); // top right int ld = analogRead(ldrld); // down left int rd = analogRead(ldrrd); // down right int dtime = analogRead(4)/20; int tol = analogRead(5)/4; int avt = (lt + rt) / 2; int avd = (ld + rd) / 2; int avl = (lt + ld) / 2; int avr = (rt + rd) / 2; int dvert = avt - avd; int dhoriz = avl - avr; if (-1*tol > dvert || dvert > tol) { if (avt > avd) { servov = ++servov; if (servov > 180) { servov = 180; } } else if (avt < avd) { servov= --servov; if (servov < 0) { servov = 0; } } vertical.write(servov); } if (-1*tol > dhoriz || dhoriz > tol) { if (avl > avr) { servoh = --servoh; if (servoh < 0) { servoh = 0; } } else if (avl < avr) { servoh = ++servoh; if (servoh > 180) { servoh = 180; } } else if (avl == avr) { // nothing } horizontal.write(servoh); } delay(dtime); }

(קרדיט לקוד ולתרשים)

והנה המערכת בניסוי כלים: