Solar Tracking System Using Arduino/ar

الملخص

تشرح هذه الصفحة كيفية تصميم وبناء نظام تتبع شمسي باستخدام أردوينو. يتزايد استخدام أنظمة الطاقة الشمسية بسرعة، وتتطور التكنولوجيا يومًا بعد يوم. لا تدوم أشعة الشمس إلا خلال النهار، لذا نحتاج إلى الاستفادة القصوى منها خلال هذه الفترة.

أهداف المشروع

تبلغ كفاءة الألواح الشمسية عادةً حوالي 20%. ورغم وجود ألواح ذات كفاءة أعلى من ذلك، إلا أنها غير مناسبة للاستخدام التجاري نظرًا لتكلفتها المرتفعة نسبيًا. لذا، علينا البحث عن طريقة أخرى لزيادة كفاءة النظام الشمسي.

للحصول على أقصى كفاءة من الألواح الشمسية، يجب توجيهها نحو الشمس باستمرار. لكن الألواح الشمسية الثابتة لا تستطيع تحقيق ذلك. لذا ظهر مفهوم تتبع الشمس. ببساطة، بدلاً من الألواح الشمسية الثابتة، تُصمم الألواح بحيث يمكن تحريكها حول أحد محاورها لمواجهة الشمس طوال اليوم.

• الهدف الرئيسي من هذا التصميم هو جهاز إمالة أكثر دقة لزيادة كفاءة اللوحة الشمسية.
• الهدف الثاني هو ابتكار جهاز لتتبع الشمس يكون سعره أقل من أجهزة التتبع الحالية.

العمل

تحتوي اللوحة الشمسية على خلايا كهروضوئية. تستشعر هذه الخلايا شدة الضوء، وبناءً على ذلك يتم توليد الطاقة. يقوم جهاز التتبع بضبط اتجاه اللوحة الشمسية للحصول على أقصى شدة إضاءة.

يتم تثبيت مقاومتين ضوئيتين (LDRs) على حواف اللوحة الشمسية. تُنتج هذه المقاومات مقاومة منخفضة عند سقوط الضوء عليها. يقوم محرك مؤازر متصل باللوحة بتدويرها حول محورها باتجاه الشمس. تدور اللوحة بحيث تتم مقارنة شدة الضوء على المقاومتين، ثم تُدار باتجاه المقاومة ذات الشدة الأعلى (المقاومة الأقل). عندما يتجاوز الفرق بين مقاومة المقاومتين القيمة المحددة مسبقًا، يدور المحرك المؤازر باتجاه الشمس لتقليل هذا الفرق إلى ما دون القيمة المحددة، وبالتالي تصبح اللوحة مواجهة للشمس مباشرةً مع تغير موقعها خلال اليوم. بهذه الطريقة، يقوم جهاز التتبع بضبط اللوحة لتكون عمودية على ضوء الشمس، مما يقلل من انعكاس الضوء. وبالتالي، تمتص اللوحة طاقة أكبر من ضوء الشمس يمكن تحويلها إلى طاقة كهربائية.

تصميم

المكونات المطلوبة

• محرك سيرفو (sg90)
• لوحة شمسية
• أردوينو أونو
• مقاومتان ضوئيتان (LDR)
• مقاومتان 10 كيلو أوم
• بطارية 9 فولت
• الأسلاك

يُظهر الشكل أدناه مخطط الدائرة لمشروع تتبع الطاقة الشمسية باستخدام أردوينو. إنها دائرة بسيطة للغاية وسهلة التركيب.

• 
  مخطط الأسلاك

يتم تشغيل أردوينو بواسطة بطارية 9 فولت. توصيل الأسلاك كما هو موضح في الرسم التخطيطي أعلاه.

اختبار

يُعدّ قياس دقة الجهاز المعيار الرئيسي للأداء، وذلك من حيث تحديد موضع محور اللوحة الشمسية بالنسبة للزاوية المستهدفة التي يُدخلها المستخدم. ولقياس ذلك، قمنا باختبار زوايا إدخال المستخدم، ثم قمنا بقياس الزاوية الفعلية التي دار بها المحرك.

بحسب القياسات، تبلغ الدقة العملية حوالي ± 0.5 درجة. يمنع الإطار المعدني المحركات فعلياً من تجاوز زاوية 90 درجة. لذا، فإن الجهاز قادر تقنياً على تحديد الموضع من -90 إلى 90 درجة.

الخطوات التالية:

يمكن تحسين دقة النموذج الأولي المُنفذ باستخدام محرك خطوي مُزوَّد بتروس. يُمكن تقليل زاوية الخطوة عن طريق خفض سرعة المحرك الخطوي، مما يسمح بإجراء تعديلات طفيفة. كما يُمكن للتروس تقليل اهتزاز اللوحة. خيار آخر هو استخدام مُتتبِّع ثنائي المحور باستخدام نفس المبدأ المُطبق هنا، وإضافة محور س آخر إلى جانب محور ص الموجود، بحيث يُمكن للوحة الدوران حول محور س أيضًا.

الاستنتاجات

حقق الجهاز المُنفذ معظم الأهداف الرئيسية للمشروع. لم يكن من الممكن تنفيذ النموذج الأولي بالحجم الأصلي، لذا تم إنشاء نموذج أولي أصغر حجمًا. وقد تم تحقيق المواصفات الرئيسية من حيث الدقة، ونطاق الحركة، واستقبال مدخلات المستخدم من جهاز خارجي. يوفر النموذج دقة تصل إلى ± 0.5 درجة، وهي دقة كافية، وفقًا للمعايير، لأجهزة تتبع الألواح الشمسية. وبالرغم من إمكانية إضافة تحسينات، إلا أن الجهاز يمتلك إمكانات كبيرة كطريقة للتحكم في أجهزة تتبع الألواح الشمسية بسرعات منخفضة وبدقة عالية.

المراجع

[1] ر. فورد و سي. كولستون، التصميم لمهندسي الكهرباء والحاسوب، ماكجرو هيل، 2007، ص 37

[2] شين، هـ. (2019). جهاز تتبع شمسي من نوع القيادة المتزامنة للارتفاع وزاوية السمت. 10404207.

[3] جودكينز، ز. (2019). تجميع الخلايا الكهروضوئية للاستخدام في ظروف الطقس المتقلبة والأساليب ذات الصلة. 10,415,974.

[4] سوماتي، فيجايان، وآخرون. "طرق تتبع الشمس لزيادة إنتاج نظام الطاقة الكهروضوئية إلى أقصى حد - مراجعة للطرق المعتمدة في العقد الأخير." مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة، المجلد 74، الصفحات 130-138، يوليو 2017.

[5] ياو، يينغشوي، وآخرون. "جهاز تتبع شمسي ثنائي المحور متعدد الأغراض مع استراتيجيتين للتتبع." الطاقة المتجددة، المجلد 72، الصفحات 88-98، ديسمبر 2014.

بيانات الاتصال

المهندسة ريدما كافيندرا

ridmakaveendra7@gmail.com