Сборка установки для солнечной батареи

VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Сборка установки для солнечной батареи

Ефремов А.А. 1
1МАОУ ШИЛИ
Михальцевич Г.В. 1
1МАОУ ШИЛИ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

В наше время многое зависит от электроэнергии, она стала неотъемлемой частью нашей жизни. Так что человек пытается получить электроэнергию любыми способами.

Одним из таких является перевод природной энергии (движения ветра, движения воды, солнечной энергии) в электричество. Так как количество вырабатываемой электроэнергии в солнечных батареях немало зависит от угла падения солнечных лучей, то автор проекта решил, что можно сделать установку для солнечной батареи, которая всегда будет направленна перпендикулярно относительно лучей света солнца (самого светлого места).

Цель данной работы – создать установку для солнечной батареи, который должен находить самое светлое место и следить за ним.

Чтобы достичь этой цели, её надо было разбить на несколько задач:

изучить интернет-источники на тему солнечных батарей, принципа их работы, отчего зависит количество вырабатываемой энергии, платформы Arduino Uno и том, как с ней работать

Собрать корпус солнечной батареи

Придумать и собрать схему на макетной плате

Перенести схему на корпус

Написать программу для солнечной батареи

Глава 1. Теоретическая часть

§1. Солнечные панели

Солнечные панели состоят из фотоэлектрических ячеек, скреплённых между собой полосками специально обработанной меди. В качестве основы каждой ячейки используется полупроводниковый элемент, изготавливаемый чаще всего из кремния. Разберём принцип изготовления ячейки на примере кремния. Толщина кремния в данной ячейке составляет примерно 180 мкм, с одной стороны его покрывают небольшим количеством фосфора, а с другой бором. В слое полупроводника с фосфором имеются свободные электроны, а в слое с бором отсутствующие электроны. Когда на пластину попадает свет, электроны из одного слоя перемещаются в другой, или по-другому возникает электрический ток. Если приложить металлические контакты к верху и к низу ячейки, то можно управлять электрическим током и использовать его в наших нуждах.

Одним из многочисленных факторов, влияющих на эффективность солнечной батареи, является угол падения солнечных лучей. По ниже представленной таблице мы можем понять, что потери не самые маленькие. Возьмём среднее значение угла от 0 до 90, оно равно 45, потери при этом почти равны трети вырабатываемой энергии, когда батарея «смотрит» прямо на солнце. А этого на батареях больших площадей хватит не только на поддержание самой установки, но и останется не малый остаток. А если учесть возможность поставить установку отдельно от батареи, то на поддержку этой установки уйдёт ещё меньше энергии и с ней можно будет связать несколько батарей.

Таблица.Потери выработанной электроэнергии вследствие отражения солнечных лучей

Угол падения лучей света (относительно угла 90)

Потери

0

0%

9

1.4%

18

5%

40

18.9%

45

29.4%

§2. Что такое Arduino Uno

Платформа Arduino Uno включает в себя программируемую плату на основе микроконтроллера ATmega328P, что в свою очередь открывает возможность для создания множества разных схем и идей. И этот проект одна из них.

П рограммирование платы происходит с помощью специального приложения «Arduino» (Рисунок 1), у неё свой собственный язык программирования, напоминающий языки семейства C (С#,C++ и т.д.).

Рисунок 1. Приложение «Arduino»

§3. Компоненты и принцип работы

Чтобы собрать эту установку, мне понадобились такие компоненты:

Arduino Uno

4 фоторезистора

4 резистора по 10 кОм

Макетная плата

2 сервопривода

Блок питания на 5 В

Детали железного конструктора

Прочие расходуемые материалы (провода, олово и т.д.)

Принцип работы данной установки заключается в том, что свет, падая на фоторезисторы, изменяет их сопротивление и соответственно изменяется напряжение. Измеряя падение напряжения на четырёх фоторезисторах, система получает значение освещённости по четырём направлениям. Движение системы осуществляется при помощи двух сервоприводов (один для горизонтальной плоскости, другой для вертикальной). Основной алгоритм периодически считывает показания с четырёх фоторезисторов и подаёт управляющие сигналы на сервоприводы, чтобы уровень освещённости всех фоторезисторов совпадал.

Глава 2. Практическая часть

§1. Схема и корпус

Все компоненты схемы соединяются между собой и подключаются к плате посредством пайки и сборки на макетной плате, по схеме представ ленной на рисунке 2.

Рисунок 2. Электрическая схема

Корпус можно собрать из чего угодно. Главный принцип сборки корпуса состоит в том, что ось вращения одного сервопривода должна была быть перпендикулярна оси вращения другого.

После все компоненты схемы переносятся на корпус, в результате получаем, что-то похожее на рисунок 3.

Р исунок 3. Установка в собранном виде

§2. Программирование схемы

Прошивка схемы выполняется в приложение «Arduino», введя код «#include <Servo.h>

Servo myServo;

Servo myServoi;

int chuvstv = 5;

int chuvstvi = 1;

int vrema = 10;

boolean SearchComplete;

int osv = 0;

int gr = 0;

int gri = 0;

int c = 0;

int i =0;

void setup()

{

myServo.attach(10);

myServoi.attach(9);

}

void loop ()

{

if ( SearchComplete)

{

myServo.write(gr);

myServoi.write(gri);

c = analogRead(A0)-analogRead(A1);

i = analogRead(A3)-analogRead(A2);

if (c>0 and c>chuvstv and gr!=0)

{

gr--;

}

if (c<0 and c<-chuvstv and gr!=180)

{

gr++;

}

if (i<0 and i<-chuvstvi)

{

if (gr>89 and gri!=180)

{

gri++;

}

else if (gri!=0)

{

gri--;

}

}

if (i>0 and i>chuvstvi)

{

if (gr>89 and gri!=0)

{

gri--;

}

else if (gri!=180)

{

gri++;

}

}

delay(vrema);

return;

}

myServo.write(0);

myServoi.write(0);

delay (100);

for(int f = 0; f < 9; f++)

{

myServo.write(f*20);

for(int l = 0; l < 9; l++)

{

myServoi.write(l*20);

int svet=analogRead(A0)+ analogRead(A1)+analogRead(A3)+analogRead(A2) ;

if ( svet> osv )

{

osv = svet;

gr = f*20;

gri=l*20;

}

delay (20);

}

}

SearchComplete=true;

}» ,

в этом коде значения chuvstv, chuvstvi и vrema можно менять, они отвечают за чувствительность вертикальных фоторезисторов, за чувствительность горизонтальных фоторезисторов и частоту поиска солнца ( в милисекундах) , соответственно, или написать свой код схожий с этим.

Заключение

В этой работе рассмотрена и доказана полезность установки для солнечной батареи. И так же рассмотрен способ её сборки на платформе Arduino Uno.

Перечень Интернет-ресурсов

Сайт по электронике - http://wiki.amperka.ru/

Видео про солнечную батарею - https://www.youtube.com/watch?v=6gicYfuIeI4

Статья про солнечную батарею - http://www.solarhome.ru/basics/pv/techtilt.htm

Сайт про Arduino - https://www.arduino.cc/

Просмотров работы: 29