Photo of solar panel on side river

Comment construire un tracker solaire portable

Zuriel Gonzalez
Zuriel
PA Engineer

L'énergie solaire est l'une des énergies renouvelables les plus accessibles, et son efficacité et son accessibilité financière augmentent rapidement. Dans ce projet, nous vous montrerons comment nous avons utilisé notre Actionneur linéaire miniature PA-14 suivre le soleil sur un seul axe de mouvement. Cela augmente le rendement énergétique du panneau solaire jusqu'à 25 % par rapport à un panneau solaire fixe.



Dans cet article, nous vous montrerons comment nous avons fabriqué notre propre tracker solaire portable à axe unique ! Vous pouvez également découvrir un aperçu de notre processus de fabrication sur notre chaîne YouTube !

Système de contrôle

L'actionneur linéaire est contrôlé par un microcontrôleur Arduino utilisant un contrôleur de moteur Wasp. Il utilise les valeurs mesurées par les photorésistances pour déterminer quel côté du panneau reçoit le plus de lumière et ajuste la position du panneau solaire jusqu'à ce que les valeurs mesurées par les photorésistances soient quasiment égales. Cela garantit que le panneau solaire est orienté directement vers le soleil et produit une puissance maximale.

Puissance des panneaux solaires

La conversion de l'énergie solaire en énergie électrique se fait en trois étapes simples. Chaque étape est réalisée par un composant spécifique, comme indiqué ci-dessous : 

1. Panneau solaire Sungold SGM-90W-18V : absorbe les photons de la lumière du soleil et les convertit en électricité qui est produite sous forme de tension continue variable 

2. Contrôleur de charge solaire Genasun GV-10 : régule la tension continue du panneau solaire pour charger la batterie 

3. Batterie lithium-ion 12 V CC : stocke l'électricité pour une utilisation immédiate ou ultérieure. 

Dans notre système, nous avons relié un connecteur allume-cigare à la batterie. Cela permet de connecter facilement des accessoires automobiles 12 V au panneau solaire. Dans notre vidéo, nous avons utilisé un ventilateur oscillant, un spot LED haute puissance et même un chargeur de téléphone.

Schéma de connexion du panneau solaire aux accessoires automobiles

Composants du système de contrôle

1. 1x mini-actionneur linéaire PA-14 – 6 pouces – force de 150 lb. 

2. 1x panneau solaire Sungold SGM-90W-18 90 watts. 

3. 1x contrôleur de charge de panneau solaire Genasun GV-10 12VDC. 

4. 1x Micro-automate Arduino .

5. 1x Contrôleur de moteur Wasp .

6. 2x photorésistances de 10k Ohm et 2x résistances de 7k Ohm. 

7. 1 batterie rechargeable au lithium 12 V CC. 

8. 1x Connecteur allume-cigare pour accessoires 12V (en option).

Photo d'un mini actionneur linéaire et des composants du système de contrôle

Contrôleur de moteur

Pour la partie contrôle de ce suiveur solaire, nous utiliserons l'Arduino Micro et le contrôleur de moteur WASP. Le contrôleur de moteur Wasp est contrôlé par l'Arduino Micro grâce à la modulation de largeur d'impulsion. Le Wasp est ensuite alimenté par la batterie 12 V pour déployer et rétracter le mini-actionneur linéaire PA-14. Nous avons choisi l'actionneur de force 150 lb, car il consomme moins de courant que la version de force 35 lb compte tenu de la charge.


Capteur de lumière

Pour détecter l'intensité lumineuse du soleil, nous avons utilisé une photorésistance de 10 kOhms. Une photorésistance se comporte comme une résistance variable contrôlée par la lumière. La résistance diminue à mesure que l'intensité lumineuse augmente. Nous aurons besoin de deux capteurs, l'un à l'est du panneau, l'autre à l'ouest, pour déterminer la position du soleil. 
Connectez une photorésistance de 10 kOhm et une résistance de 7 kOhm en série, puis appliquez un signal de 5 V à l'Arduino Micro. Mesurez la tension aux bornes de la résistance de 7 kOhm via une entrée analogique de l'Arduino Micro. Le circuit se comportant comme un diviseur de tension, la valeur analogique de la résistance de 7 kOhm augmente avec l'intensité lumineuse. Notez que la photorésistance est très sensible et qu'il peut être nécessaire de limiter la lumière solaire. Pour notre application, nous avons constaté que la meilleure solution était de la pointer vers le côté du panneau et de la recouvrir de ruban adhésif translucide.

Schéma de connexion du capteur de lumière

Programmation

Le programme complet est disponible dans la section suivante, sous « Code source ». Cette section de l'article explique les différents composants du programme.

Bibliothèque de servomoteurs

La bibliothèque Servo.h permet à l'Arduino Micro de contrôler les servomoteurs RC via des commandes sur une seule ligne comme suit :

myservo.writeMicroseconds ( 1000); // Actionneur à pleine vitesse vers l'arrière (1000) 

myservo.writeMicroseconds (1520); // Arrêt de l'actionneur (1520 ) 

myservo.writeMicroseconds ( 2000); // Actionneur à pleine vitesse vers l'avant (2000) 

Affectations des broches

Les broches 10 et 11 de l'Arduino Micro sont configurées pour l'alimentation et la masse afin de piloter le contrôleur WASP. Les broches 6 et 8 de l'Arduino Micro sont affectées aux bornes analogiques 7 et 8, configurées pour mesurer les mesures du capteur de lumière ouest et est.

Déclaration de variable

Dans cette section, les variables sont déclarées et initialisées. Elles seront utilisées dans les fonctions de stockage des relevés des capteurs de lumière. La durée d'échantillonnage et l'intervalle de réglage sont également déclarés ici ; leurs valeurs peuvent être modifiées pour définir l'intervalle entre chaque relevé et le délai entre chaque réglage d'angle du panneau solaire. La valeur initiale est définie pour une mesure toutes les 10 secondes et un réglage de la position du panneau solaire toutes les 10 minutes.

Définir l'entrée et la sortie

Définissez WASP_Power et WASP_Ground sur la sortie afin de piloter le contrôleur WASP, sensor_west_pin1 et sensor_east_pin2 sur l'entrée pour prendre des mesures à partir des capteurs de lumière des photorésistances.

Lectures des capteurs

Pour déterminer l'orientation du panneau solaire, nous utilisons deux photorésistances comme capteurs de lumière pour mesurer l'intensité lumineuse de chaque côté du panneau. Le programme utilisé prend une mesure toutes les 10 secondes pour 10 échantillons, puis calcule la moyenne des mesures des deux photorésistances pour les comparer.

Mouvement des panneaux solaires

Avec l'Arduino Micro, nous utilisons le contrôle PWM pour piloter l'actionneur. C'est une méthode simple et fiable pour contrôler l'actionneur linéaire. Selon la valeur PWM définie, nous pouvons déployer, rétracter ou arrêter l'actionneur pendant une durée quelconque, à condition de ne pas dépasser son cycle de service. 
Grâce aux relevés de nos capteurs, nous disposons de deux valeurs moyennes d'intensité lumineuse provenant des deux côtés ouest et est. Le panneau solaire exécute ensuite la commande de mouvement : extension, rétraction ou stationnarité, selon la différence entre les relevés des deux capteurs. Cet ensemble de commandes s'exécute toutes les 10 minutes pour garantir que le panneau solaire bénéficie toujours d'un ensoleillement optimal.

Réinitialisation de la position pendant la nuit

Une autre fonctionnalité que nous pouvons implémenter avec le tracker solaire est la fonction de réinitialisation. En résumé, si le tracker solaire a fonctionné pendant plusieurs jours, nous devons nous assurer qu'il reviendra à sa position initiale le lendemain matin. Pour cela, nous utiliserons une fonction de compteur simple qui réinitialisera la position si le tracker solaire n'a pas bougé depuis 10 heures. Cela indiquera qu'il fait nuit ; le tracker solaire reviendra alors à sa position initiale et attendra la lumière du jour du lendemain.

Veuillez consulter le code ci-dessous pour cette version de notre tracker solaire. La valeur peut être modifiée à tout moment pour s'adapter aux différentes régions et saisons de l'année.

Code source

Veuillez consulter le code utilisé ci-dessous pour cette itération de notre tracker solaire. N'oubliez pas que les valeurs peuvent être modifiées à tout moment pour s'adapter aux différentes régions et saisons de l'année.

<p>/*<br> Ce programme permettra au panneau solaire de suivre le soleil et de piloter l'actionneur à l'aide
 PWM. Les mesures de deux photorésistances seront prises de chaque côté du panneau solaire.
 Un certain nombre d'échantillons seront prélevés et une lecture moyenne sera calculée afin
 pour déterminer quel côté présente la plus forte intensité solaire. L'actionneur linéaire
 soit étendre, soit rétracter pour incliner le panneau solaire afin qu'il soit face au soleil.
 Une fonction de réinitialisation est implémentée afin de déplacer le panneau solaire vers sa position par défaut.
 Cela permet au panneau solaire prêt à charger le matin après rester stationnaire pendant
 nuit. </p><p>Matériel utilisé :
 1 x Arduino Micro
 1 x contrôleur de moteur WASP
 1 x Actionneur linéaire PA-14-6-150
 2 x photorésistances
 2 résistances de 7 kohms
 */
 /*
 BIBLIOTHÈQUE SERVO

 Incluez la bibliothèque Servo et créez l'objet servo.
 */</p><p>#include  
Servo myservo; // Créer un objet servo pour contrôler un servo</p><p>/*
 ATTRIBUTION DES BROCHES

 Affectez les broches du contrôleur WASP et de l'Arduino Micro à la variable appropriée.
 */</p><p>const int WASP_Power = 10; // Affecter la broche 10 à l'alimentation du contrôleur WASP
 const int WASP_Ground = 11; // Affecter la broche 11 à la terre pour le contrôleur WASP
 const int sensor_west_pin1 = 7; // A7 broche 6 entrée du capteur 1 ouest
 const int sensor_east_pin2 = 8; // A8 broche 8 entrée du capteur 2 est</p><p>/*
 DÉCLARATION VARIABLE

 Supprimez la variable qui sera utilisée dans les fonctions ultérieurement et initialisez-les.
 */</p><p>int sensor_west[10]; // 10 échantillons de lectures du capteur du côté ouest
 int sensor_east[10]; // 10 échantillons de lectures du capteur du côté est 
int reset_counter = 0; // Compteur de temps pour réinitialiser la position du panneau solaire
 const int sample_time_interval = 10000; // Modifiez cette valeur pour définir l'intervalle entre chaque prélèvement d'échantillon (ms)
 const long solar_panel_adjustment_interval = 600000; // Modifiez cette valeur pour définir l'intervalle entre chaque réglage du panneau solaire (ms)</p><p>void setup()
 {</p><p>/*
 RÉGLER L'ENTRÉE ET LA SORTIE

 Définissez l'entrée et la sortie sur les variables et les broches.
 */</p><p> myservo.attach(9); // Attache le servo sur la broche 9 à l'objet servo
 pinMode(WASP_Power, OUTPUT); // Définir la puissance sur la sortie
 pinMode(WASP_Ground, OUTPUT); // Définir la masse sur la sortie
 digitalWrite(WASP_Power, HIGH); // Régler 5 V sur la broche 10
 digitalWrite(WASP_Ground, LOW); // Réglez GND sur la broche 11 
pinMode(sensor_west_pin1, INPUT); // Définir la broche ouest du capteur sur l'entrée
 pinMode(sensor_east_pin2, INPUT); // Définir la broche est du capteur sur l'entrée
 }</p><p>boucle void()
 {

 /*
 LECTURES DES CAPTEURS

 Prenez 10 échantillons de lecture des deux capteurs et prenez la moyenne des entrées.
 */</p><p> int solar_input_west = 0; // Mesures de l'intensité de la lumière solaire provenant du capteur ouest
 int solar_input_east = 0; // Mesures de l'intensité lumineuse du soleil à partir du capteur est</p><p> for( int i=0; i<10; i++)
 {
 sensor_west[i] = analogRead(sensor_west_pin1); // Prise des mesures analogiques du capteur ouest
 sensor_east[i] = analogRead(sensor_east_pin2); // Prise des mesures analogiques du capteur est
 solar_input_west = sensor_west[i] + solar_input_west; // Additionner toutes les entrées du capteur ouest 
solar_input_east = sensor_east[i] + solar_input_east; // Additionner toutes les entrées du capteur est
 délai(intervalle_de_temps_d'échantillonnage);
 }</p><p> solar_input_west = (solar_input_west) / 10; // La moyenne des signaux d'entrée du capteur ouest
 solar_input_east = (solar_input_east) / 10; // La moyenne des signaux d'entrée du capteur est</p><p> /*
 MOUVEMENT DU PANNEAU SOLAIRE

 Le panneau solaire s'inclinera vers l'ouest si l'intensité du soleil détectée sur le côté ouest du panneau est supérieure à la
 Un rayon solaire a été détecté à l'est. Le panneau solaire s'inclinera vers l'est si l'intensité du soleil est détectée à l'est.
 est supérieure à celle détectée du côté ouest. Cependant, si les relevés des deux côtés sont similaires, le panneau solaire
 restera stationnaire.
 */</p><p> if( solar_input_west - solar_input_east > 20) // Si l'intensité du soleil est plus élevée sur le côté ouest du panneau
 { 
myservo.writeMicroseconds(2000); // Signal de vitesse maximale vers l'avant (2000) poussant le panneau solaire vers la gauche (ouest)
 delay(500); //0,5 seconde
 reset_counter = 0;
 }

 else if( solar_input_east - solar_input_east > 20) // Si l'intensité du soleil est plus élevée du côté est du panneau
 {
 myservo.writeMicroseconds(1000); // Signal de vitesse maximale vers l'arrière (1000) tirant le panneau solaire vers la droite (est)
 delay(500); //0,5 seconde
 reset_counter = 0;
 } </p><p> else // Si l'intensité de la lumière solaire est similaire des deux côtés du panneau
 {
 myservo.writeMicroseconds(1520); // Le signal stationnaire (1520) empêche le panneau solaire de bouger
 réinitialiser_compteur++;
 }

 delay(solar_panel_adjustment_interval); // Délai avant qu'un autre réglage soit effectué</p><p>/* 
RÉINITIALISATION DE LA POSITION DE NUIT</p><p>Si le panneau solaire est utilisé pendant la nuit, le contrôleur détectera que le panneau est resté stationnaire pendant plus de 10 heures,
 Il réinitialisera ensuite le panneau solaire à sa position par défaut orientée vers l'est.
 */

 if( reset_counter > 60) // Une fois que le panneau solaire est resté immobile pendant plus de 10 heures, il reviendra à sa position par défaut
 {
 myservo.writeMicroseconds(1000); // Signal de vitesse maximale vers l'arrière (1000) tirant le panneau solaire vers la droite (est)
 delay(12000); //12 secondes
 myservo.writeMicroseconds(1520); // Le signal stationnaire (1520) empêche le panneau solaire de bouger
 delay(500); //0,5 seconde
 myservo.writeMicroseconds(2000); // Signal de vitesse maximale vers l'avant (2000) poussant le panneau solaire vers la gauche (ouest)
 delay(1000); //1 seconde
 reset_counter = 0;
 }
 }</p>

Matériel de suivi à axe unique

Il existe d'innombrables façons de créer un suiveur solaire mono-axe. La méthode la plus simple consiste à construire le cadre à l'aide de tubes et de joints coudés en PVC. L'élément le plus important est la capacité de suivi, ce qui peut être réalisé à l'aide d'un simple mini-actionneur linéaire PA-14 et d'un support BRK-14. 
Pour notre construction, nous avons opté pour un trépied et utilisé des pièces imprimées en 3D pour créer les articulations et les supports. Cela nous a permis de créer un cadre de suivi solaire très portable, offrant une inclinaison et une capacité de suivi optimales. Pour un aperçu visuel de notre processus de construction, consultez notre chaîne YouTube.

Composants

1. Tuyau en cuivre 3/4". 

2. 1x embout de tuyau en cuivre 3/4". 

3. 3x colliers de serrage 3/4". 

4. Tuyau en PVC de 3/4". 

5. 1x 1??? Collier de serrage. 

6. 5x boulons M6, écrou et rondelle. 

7. Différents supports imprimés en 3D. 

8. 2x goupilles de montage d'actionneur (peuvent être trouvées dans le kit BRK-14). 

9. 1x mini-actionneur linéaire PA-14.

Photo d'un mini-actionneur linéaire et de ses composants pour la construction d'un tracker solaire portable

Inclinaison optimale

Outre la possibilité de suivre la direction du soleil, une autre façon d'améliorer l'efficacité du panneau solaire est d'ajuster l'inclinaison fixe en fonction de votre emplacement. L'inclinaison optimale est déterminée par la latitude de votre emplacement. Pour plus d'informations, consultez ce lien : Inclinaison du panneau solaire .
Voici un schéma coté, vu de côté, illustrant le calcul de l'inclinaison de notre tracker. La longueur B peut être calculée à l'aide de l'équation suivante :

Dessin du panneau solaire en perspective latérale

Fabrication et assemblage

Pour un aperçu visuel de notre processus de construction, regardez notre vidéo YouTube !

Dans cet article, nous avons passé en revue les étapes que nous avons suivies pour construire notre tracker portable à axe unique.

1. Calculez les longueurs nécessaires pour obtenir l’inclinaison optimale.

2. Rassemblez tous les composants nécessaires.

3. Fixez les supports au panneau solaire en perçant des trous et en les fixant avec les boulons appropriés.

4. Coupez les tuyaux en cuivre et en PVC à la longueur souhaitée.

5. Peignez et poncez les tuyaux en cuivre et en PVC.

6. Fixez les supports aux tuyaux et fixez-les avec des colliers de serrage.

7. Montez le mini-actionneur linéaire PA-14 et fixez-le à l'aide des broches de montage de l'actionneur BRK-14.

Nous espérons que vous avez apprécié notre article et notre vidéo sur la création d'un tracker solaire portable. Abonnez-vous à notre chaîne et suivez-nous sur les réseaux sociaux pour être parmi les premiers à découvrir nos dernières vidéos et articles sur l'automatisation.