Programul de studii de licență : Electrotehnică [612141]

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Departamentul de Inginerie Electrică și Fizică Aplicată
Programul de studii de licență : Electrotehnică

Sistem de ghidare automat a
panourilor fot ovoltaice

– PROIECT DE DIPLOMĂ –

Absolvent: [anonimizat]: Șef lucr.dr.ing. DIACONU Laurențiu

2017

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

2

DECLARAȚIE PRIVIND ORIGINALITATE
A LUCRĂRII DE DIPLOMĂ

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV
FACULTATEA INGI NERIE ELECTRICĂ ȘI ȘTIINȚA CALCULATOARELOR
PROGRAMUL DE STUDII DE LICENTA: Electrotehnică

NUMELE ȘI PRENUMELE : Daniel ORLANDA
PROMOȚIA: 2012
SESIUNEA DE DIPLOMĂ: Februarie 2017
DENUMIREA LUCRĂRII: Sistem de ghidare automat a panourilor fotovoltaice

CADRUL DIDACTIC ÎNDRUMĂTOR: Șef lucr.dr.ing. Laurențiu DIACONU

Declarăm pe proprie răspundere că lucrarea de față este rezultatul muncii
absolvent: [anonimizat], pe baza cercetăriilor proprii și pe baza informațiilor obținute din s urse care
au fost citate și indicate conform normelor etice, în textul lucrării, în note și bibliografie.
Declarăm că nu s -au folosit în mod tacit sau ilegal munca altora și că nicio parte
din teză /proiect nu încalcă drepturile de proprietate intelectuală ale altcuiva, persoană
fizică sau juridică.
Declarăm că lucrarea nu a mai fost prezentată sub această formă vreunei instituții
de învățământ superior în vederea obținerii unui grad sau titlu științific ori didactic.
În cazul constatării ulterioare a unor declarații false, vom suporta rigorile legii.

Data:
Februarie 2017
Nume, prenume, semnătura

Absolvent: [anonimizat]:
Șef lucr.dr.ing. Laurențiu DIACONU

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

3

Cuprins

1. Introducere ………………………………………………………………………………………. ……….. ………..7
2. Situa ția actuală în producerea energiei electrice cu panouri solare …………………. …………..9
2.1. Efectul fotovoltaic ………………………………………………………………………….. ………… …9
2.2. Celule fotovoltaice ………………………………………………………….. …………… ……………. .9
2.2.1. Tipuri de celule fotovoltaice utilizate mai des ………… …………………….. ……..10
2.2.1.1. Celulele fotovoltaice monocristaline. ……………. ……………………. …..10
2.2.1.2. Celulele fotovoltaice policristaline. ……… …………….. ………………. ….10
2.2.1.3. Celulele fotovoltaice amorfe. ………………… …………………… …………10
2.2.2. Tipuri de celule mai puțin folosite……………………………………………………. ….11
2.2.3. Carateristicile unei celule fotovoltaice. ………….. ………………………………….. …11
2.3. Parcuri fotovoltaice cu module fixe. …………………………………………………….. ………12
2.4. Parcuri fotovoltaice cu sisteme de ghidare pe o singură axă. ………………… ………….12
2.4.1. Sistem de ghidare orizontal cu o singură axă ……………………………….. ………..13
2.4.2. Sistem de ghid are orizontal cu o singură axă ș i module inclinate
HTSAT( horizontal single axis tracker with tilted modules). ………………….. 13
2.4.3 . Sistem de ghidare vetical cu o singură axă VSAT (vertical single axis
trackers) ……………………………………………………………………………….. …………14
2.4.4. Sistem de ghidare î nclinat cu o singură axă TSAT (tilted single axis
trackers ……………………………………………………. …………………………. ………….. 14
2.4.5. Sistem de ghidare cu o singură axă polar aliniată PSAT (polare al iniate
trackere singură axă) ……………………………………………………………… ………… 15
2.5. Parcuri fotovoltaice cu sisteme de ghidare pe două axe. ………………………… ………..15
2.5.1. Sisteme de ghidare Tip -tilt (TTDAT) ……………………………………….. …………. 16
2.5.2. Sisteme de ghidare azimuth -altitude (AADAT). ………………………….. ……….17
2.5.3. Aspecte de orientare existente, în cazul sistemului de orientare cu două
axe…………………………………………………………… ………………………… …………17
3. Analiza eficacității sistemelor fotovoltaice de producere a energiei
electrice ………………………………………………………………………… ………………………… ……… 19
3.1. Efectuarea masurătorilor experimentale …………….. ………….. ……………………. ..19
3.2. Analiza diferențelor de pr oducție dintre un sistem fix si un sistem cu ghidare
pe două axe ……………………………………………………………………………. …………. …..20

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

4

3.3. Concluzii și propuneri. ………………. ……….. ………………… ……………….. ……………23
4. Construcția machetei sistemului de ghidare automată a panourilor
fotovoltaice ………………………………………………………………… ……………………. ………………25
4.1. Principi ul de funcționare …………………………………………………………….. ……… ………..25
4.2. Părți constructive ale machetei ………………………………………… ………….. ……………… .26
4.2.1. Componeta mecanică ……………………………………………………………… ……….. ..26
4.2.2. Componenta electrică. ……………………………………………………………. …………..34
4.2.2.1. Microcontroler. ……………………………………………………. ………………… 35
4.2.2.2. ULN 2003A ………………………………. …………………………. ……….. ……37
4.2.2.3. Senzori. …………………………. …………….. …………………………. ………….38
4.2.2.4. Cablajul imprimat. …………………………………………… ……… …….. …….38
4.2.2.5. Motoare de acționare. ………………………… …………………………. ………40
5. Codul sursă ………………………………………………………………………………………. ……….. ……..48
6. Concluzii …………………………………………………………………………………………… ……….. ……54
Anexe : Cod sursă
Structura macanică
Date tehnice PIC18F4520
Date tehnice ULN 2003
Bibliografie

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

5

Index de figuri conținu te în text

Figura 2.1 . Tendința de migrare a sarcinilor electrice ……………………………………………………9
Figura 2.2. Parc fotovoltaic cu module fixe ………………………………………………………………12
Figura 2. 3. Sistem de ghidare HSAT ………………………………………………………………………..13
Figura 2.4. Sistem de ghidare HTSAT ……… …………………………………………………. …………..14
Figura 2.5 . Sistem de ghid are TSAT ……………. …………………………………………………….. ……15
Figura 2.6. Sisteme de ghidare (TTDAT) ……….. …………………………………………………. …….16
Figura 2.7. Sistem de ghidare (AADAT) …………………………………………………….. …………..17
Figura 3.1.Grafic diferență de energie generată …………………………………………………… …….20
Figura 3.2. Producția pe durata unei zile de vară pentru un siste m fix ……………………. ……21
Figura 3.3. Curba energiei electrice generate pe un sistem cu ghidare pe două axe ……….. 22
Figura 3.4. Comparația dintre cantitatea de energie genetată în cazul unui sistem de
ghidar e pe o axă și un sistem de ghidare pe două axe ………… …………….. ……….22
Figura 3.5. Radiația difuză ……………….. …………………………………………………………. …………23
Figura 4.1. Schema de funcționare a mac hetei ……………………………………………. ……………..25
Firura 4.2. Picior și distanțier …………………………………………………………………………… ……..27
Figura 4.3.Stâlpi de susținere a panourilor …………………………………………………………. ……..28
Figura 4.4.Placă bază 1 …………. ………………………………………………………………………….. ……28
Figura 4.5. Placă bază 2 ……………………….. ……………………………………………………… …………29
Figura 4.6. Bride prindere motoare ………………………………………………………………….. ………30
Figuta 4.7. Roată mișcare rotație …………………. ………………………………………………….. ………31
Figura 4.8. Roată mișcare elevație …………………………………………………………………… ………32
Figura 4.9. Bolt ……….. ……………………………. ………………………………………………………… ……33
Figura 4.10. Furca stâlp …………………………………………………………………………………………. .33
Figura 4.11. Fircă panou …………………….. ………………………………………………………………. ….34
Fighra 4.12.Parametri ULN2003A ………………………………………………………………… …………37
Figura 4.13. Caracteristica de iesire celulelor solare f olosite in construcția senzorolor ……38
Figura 4.14.Cablaj imprimat ………………….. ………………………………………………………… …….39
Figura 4.15.Secțiune prin motorul pas cu pas cu reluctanță variabilă ……………… …………….41
Figura 4.16. Statorul motorului cu boninele si polii acestuia precum si rotorul din magnet
permanent ………………… ………………………………………………………………… …….42

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

6

Figura 4.16. Motorul hibrid în secțiune și un detaliu al modului de amplasare al
dinților ………………………………………………………………………………………….. …….43
Figura 4.17. Secțiuni transversal prin motoar e hibride cu două, trei și cinci faze …………… 43
Figura 4.18.Comutarea succesivă a fazelor înfășurărilor …………………………………………. ….44
Figura 4.19.Schema bloc de comandă a unui motor pas cu pas ……… ………………….. ………..45
Figura 4.20.Schema electric ă de comandă ……….. ………………….. ……………………………… …..46
Figura 4.21.Modul de alimentare a celor două înfășurări ……………………………………. ………46
Figura 4.22.Con ectarea la circuitul de comandă a motorului pas cu pas unipolar ………….. 46
Figura 5.1.Schema logică a codului sursă ………. …………………………………………………….. ….49

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

7

1. Introducere

Tehnologia so lară fotovoltaică cuprinde toate echipamentele care au capacitatea
de a converti radiația solară în curent electric. Instalațiile și chiturile fotov oltaice sunt
benefice mediului înconjurător ajutând la diminuarea concentrației de CO 2 din atmosferă și
pot oferi independență e nergetică unor consumatori, dacă sunt sisteme fotovoltaice izolate.
Exist ă și sisteme fotovoltaice co nectate la reteaua electrică na țională numite parcuri
fotovoltaice.
De regulă parcurile fotovoltaice sunt amplasate pe structuri meta lice care sustin
panourile la un unghi de înclinație între 20 și 30 grade, orientate către sud. Selectarea
unghiului de înclinație al panourilor se alege în funcție de suprafața terenului disponibil.
Un unghi de înclinație mai mic oferă o eficienț ă mai mică dar puterea instalată
este mai mare, având costuri de instalare mai mari. Această variantă este ideală pentru
suprafețe mai mici care generează pe o perioadă de timp mai mare, aceată pedioadă fiind
mai mare de 4 -5 ani. Un unghi de înclinație mai ma re oferă o eficiență mai mare dar
puterea inst alată este mai mică , având costuri de instalare mai mici. Această vatiantă este
mai optimă din punct de vedere al costurilor și al eficienței de producere a energiei
electrice, însă uzura pa nourilor este mai r idicată scăzâ nd durata de viaț ă a acesto ra și î n
consecință , costurile de întreținere a parcului fotovoltaic cresc .
O problemă importantă î n abordarea acestor două soluții constructive este aceea că
panourile fotovoltaice nu lucrează la un randament maxi m pe toată durata zilei, datorită
faptului că radiația solară nu cade perpendicular pe suprafața panourilor decât într -un
interval mic de timp, aceasta fiind condiția ce influențează direct randamentul de producție.
Pentru a putea crește randamentul unui p arc fotovoltaic și implicit cantitatea de
energie electrică debitată î n rețea, este necesar ca panourile din care este alcătuit parcul să
se afle î n permanență î n poziția î n care radiația solară cade perpendicular pe acestea.
În prezent cele mai folosite s unt sistemele de susținere fixe și cele cu o singură axă,
sistemele de ghidare cu două axe sunt mai pu țin răspandite, fiind folosite î n sisteme
independente de generare a energiei electrice.
În zilele noastre ghidarea după soare a panourilor se realizează pe baza aproximării
poziției soarelui după oră , zi și lună, funcție de anii precedenți. Această metodă nu poate da
întotdeauna randament maxim datorită faptului că raza luminoasă îsi schimbă direcția la

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

8

trecerea dintr -un mediu inițial într -un mediu cu pr oprietăți diferite , fenomen cunoscut sub
numele de refracție .
Această metodă prezintă o mare pierdere prin intermediul aproximării , ca urmare în
acest proiect ne -am propus să îmbunătățim producția de energie electric ă în cazul
sistemelor de ghidare cu do uă axe.
Această îmbunătațire poate fi adusă prin eliminarea algoritmilor ce aproximează
poziția soarelui și introducerea unor senzori ce pot detecta din ce direcție provine cea mai
mare cantitate de radiație luminoasă, apoi îndreptarea panourilor fotovolt aice în acea
direcție cu ajutorul unor actuatori.
În elaborarea acestui proiect au fost parcurse mai multe etape prezentate pe capitole
după cum urmează:
În capitolul II a fost realizată o cercetare asupra situației actuale în generarea
energiei electri ce cu ajutorul panourilor fotovoltaice, pornind de la noțiunea de efect
fotovoltaic, continuând cu tipurile existente de celule fotovaltaice, ca apoi să putem analiza
tipurile de parcuri fotovoltaice existente cu scopul de a înțelege întregul process de
generare a energiei electrice.
În capitolul III a fost realizată o analiză a eficacitătii sistemelor fotovoltaice de
generare a energiei electrice.
Această etapă a pornit prin efectuarea unor masurători experimentale asupra unor celule
fotovoltaice de mic i dimesiuni, cu scopul de înțelege comportamentul acestora în timpul
expunerii, sub diferite unghiuri, la radiația luminoasă. Apoi am continuat cu analiza
diferențelor de producți e dintre un sistem fix și un sistem de ghidare cu două axe, pentru a
stabili rentabilitarea implemetării acestora.
Ca și concluzie după parcurgerea acest or două etape s -a ajuns la ideia de
îmbun ătătire, și cum am putea realiza această îmbunătătire a sistemelor de ghidare cu două
axe a panourilor fotovoltaice .
În următoarea etapă p rezentată în cadrul capitolului IV, s -a continuat cu conturarea
principiului de funcționare, urmată de proiectarea și con strucția machetei, alegerea
elementelor necesare pentru realizarea sistemului electric și asamblarea acestuia.
În capitolul V, ultima e tapă, a fost dezvoltat codul sursă, începând de la schema
logică și continuând cu dezvoltarea logicii din spatele programului.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

9

2. Situa ția actuală în producer ea energiei electrice cu panouri solare

2.1. Efectul fotovoltaic .
Efectul de apariție a unei te siuni electromotoare, sub acțiunea radiației solare, este
numit efect fotovoltaic. Acest efect este datorat eliberă rii de sarcini electrice negative și
pozitive, într -un material solid, atunci când acesta interacționează cu lumina. Datoriă
polarizării ele ctrice care se produce sub acțiunea luminii, în materialul respectiv apare o
tensiune electromotoare care poate genera curent el ectric într -un circuit î nchis.

2.2. Celule fotovoltaice .
Dispozitivele ce generează energie electric ă și funcționează pe baza efectului
fotovoltaic se numesc celule fotovoltaice.
O asemeanea celulă este alcatuită din două sau mai multe straturi de material
semiconductor, având o grosime cuprinsă între 0.001 și 0.2 mm.
În vederea fabri cării celulelor fotovoltaice, Siliciul este impurificat (dopat) cu
diferite elemente chimice, pentru obținerea unui surplus de sarcini electrice negative
(electroni) sau pozitive (goluri). Se obțin astfel straturi de siliciu semiconductoare de tip n,
respectiv de tip „p”, în funcție de tipul sarcin ilor electrice care predomină. Prin alăturarea a
două asemenea straturi de material semiconductor, caracterizate prin predominanța diferită
a sarcinilor electrice, în zona de contact, se obține o așa numită joncțiune de tip „p-n”.
Sub acțiunea diferenței d e potențial electric, manifestată în zona de contact,
electronii în exces din stratul „n”, prezintă tendința de migrație în stratul p, deficitar în
electroni. Analog, golurile în exces din stratul „p”, prezintă tendința de a migra în stratul
„n”, deficitar în sarcină electrică pozitivă .

Figura 2.1 . Tendința de migrare a sarcinilor electrice

O parte din energia degajată în acest proces se transformă în caldură, cealaltă parte putând
fi folosită sub forma de energie electrică.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

10

2.2.1. Tipuri de celule fo tovoltaice utilizate mai des .
Cele mai răspândite celul e fotovoltaice sunt cele pe bază de Siliciu.
Acestea sunt:
– Celule fotovoltaice monocristaline;
– Celule fotovoltaice policristaline;
– Celule fotovoltaice amorfe.

2.2.1.1. Celulele fotovoltaice monocrista line.
Celulele fotovoltaice monocristaline sunt fabiricate folosind celulele taiate într -un
singur cristal cilindric de siliciu. Principalul avantaj al celulelor monocristaline este
eficiența lor mai ridicată, și durata de viață mare (25 -30 ani). Procesul de fabricație necesar
producerii siliciului monocristalin este mai complicat, rezultând în costuri mai mari decât
celelalte tipuri.

2.2.1.2. Celulele fotovoltaice policristaline .
Celulele fotovoltaice policristaline sunt fabiricate din celule taiate dintr -un bloc de
siliciu recristalizat topit. În procesul de fabricare, silic iul topit este turnat în blocuri de
siliciu policristalizat , aceste blocuri sunt pe urm ă tăiate î n foițe foarte subiț iri și asamblate
în celule complete. Celulele policristaline sunt m ai ieftin de produs fa ță de cele
monocristaline, datorită procesului de fabricare mai puț in complex, însă au un randament
mai scăzut decât cele monocristaline.

2.2.1.3. Celulele fotovoltaice amorfe .
Celulele fotovoltaice amorfe ating un grad avansat de î mbătrânire de până la 25 %
în primul an de func ționare de aceea pentru acest tip de panouri solare în caracteristicile
tehnice din documentele de înso țire nu se dă puterea atinsă la fabricație ci puterea de după
procesul de îmbătrânire. Ca urmare acest tip de panouri au caracteristici mai bune la
cumpărare decât cele din documente. Îmbătrânirea se produce sub ac țiunea luminii și este
rezultatul a șa numitului effect Staebler -Wronski. În cadrul acestuia siliciul hidrogenat
amorf (a -Si:H) trece printr -o fază d e cre ștere a concentra ției defectelor. După circa 1000
ore de expunere la soare, celulele de siliciu amorf ating un grad de saturare stabil.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

11

2.2.2. Tipu ri de celule mai puțin folosite.
Celulele cu GaAs (GaliuArseniu) au randament mare și foarte stabil la schimbările
de temperatură, la încălzire au o pierdere de putere mai mică decât la celulele cristaline pe
bază de siliciu, este robust vizavi de radiația ultraviolet . Tehnologia este scumpă și se
utilizează de obicei în industria spațială .
Tehnologia baza tă pe chimia organică , în cazul celoulelor pe bază de compu și
organici, furnizează compu și care pot permite fabricarea de celule solare mai ieftine.
Prezintă, totu și, un impediment faptul că aceste celule au un randament redus și o durată de
viață redusă m axim 5000h.
Celule pe bază de pigmen ți, numite și celule Grätzel utilizează pigmenți naturali
pentru transformarea luminii în energie electrică și este o procedură ce se bazează pe
efectul de fotosinteză. De obicei sunt de culoare mov.
Celulele cu CdTe (Ca dniuTelur) utilizează o tehnologie foarte avantajoasă CBD
(depunere de staturi sub țiri pe suprafețe mari în mediu cu pH, temperatură si
concentrați e de reagent controlate), în laborator s -a atins un randament de 16 %, dar
modulele fabricate până acum au a tins un randament sub 10 %, nu se cunoa ște fiabilitatea.
Din motive de protec ție a mediului este improbabilă utilizarea pe scară largă.

2.2.3. Carateristicile unei celule fotovoltaice .
Caracteristicile unei celule solare sunt:
– Tensiunea de mers în gol Voc;
– Curentul de scurtcircuit Isc;
– Tensiunea în punctul optim de func ționare VMPP ;
– Curentul în punctul de putere maximă IMPP ;
– Puterea maximă es timată PMPP ;
– Factor de umplere
;
– Coeficient de modificare a puterii cu temperatura celulei ;
Randamentul celulei solare
la o suprafa ță iluminată A și intensitate
luminoasă Popt.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

12

2.3. Parcuri fotovoltaice cu module fixe .
O centrală fotovoltaică , este un si stem pe scară larg ă destinat producerii și injecț iei
de energie electrică î n sistemul energetic național.
Multe dint re acetea utilizează structuri î n care mo dulele solare sunt nontate la o înclinație
fixă, calculată pentru a atinge o producție anuală optim ă. În mod normal modulele sunt
orientat e spre ecuator, la un unghi ce diferă în funcție de latitudinea zonei de amplasare.
Această variantă constructivă nu oferă o producție constată pe durat a unei zile,
producâ nd mai multă energie electrică la orele amiez ei.

Figura 2.2 . Parc fotovoltaic cu module fixe

2.4. Parcuri fotovoltaice cu sisteme de ghidare pe o singură axă .
Sistemele de ghidare pe o singură axă au un singur ung hi de libertate care se
comportă ca o axă de rotatie. De obicei această axă se al iniază d ealungul meridianului de
nord, î nsă este posibil să le aliniem î n orice direc ție cu ajutorul unor algoritmi avansaț i de
direcț ionare.
Orientarea modulului î n raport cu axa de ghidare este foarte impor tantă când vine vorba de
producț ia de energie e lectrică, deoarece o aliniere greșită face ca suprafaț a panoului să
nu se mai afle î ntr-o poziț ie perpendiculară cu direc ția radiației solare , de unde rezultă o
cantitate mai mică de energie electrică generată.
Există mai multe multe tipuri de implemet ări ale sistemelor de ghidare cu o singură
axă, acestea fiind prezentate în cele ce urmează.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

13

2.4.1. Sistem de ghidare orizontal cu o singură axă .
Sistem ul de ghidare orizontal cu o singură axă HSAT( horizontal single axis
trackers) este bazat pe o v ariantă constructivă la care axa de rotaț ie este orizontală î n raport
cu solul.
Pentru a scă dea costurile de instalare , sistemele de ghidare pot fi legate î ntre ele, și pot fi
așezate cu usurință pe orice tip de teren. Geometria simplă a acestui sistem păstrează axele
de rotaț ie paralele î ntre ele și acest lucru oferă posibilitatea de a așeza modulele cât mai
aproape unul de celălat. Cu cât spațiul dintre ele este mai restr âns cu atat mai multe module
pot fi implementate pe aceeași suprafată de teren crescând as tfel producț ia de energie.
Aceste sisteme au de obicei fața modulului paralelă cu axa de rot ație. Axa de rotație
este alcatuită dintr -un tub lung sprijinit pe ru lmenți montați pe un cadru meta lic. Axa
tubului se află pe linia nord -sud iar panourile mo ntate pe tub se vor roti in jurul axei pentru
a urmări mișcarea aparentă a soarelui pe durata zilei.

Figura 2.3. Sistem de ghidare HSAT

2.4.2 . Sistem de ghidare orizontal cu o singură axă si module inclinate HTSAT
( horizontal single axis tracker with tilted modules).

În Hsat, modulele sunt montate parallel față de sol, în timp ce în HTSAT, modulele
sunt instalate într -un anumit unghi de înclinare. Acesta func ționează pe același principiu ca
și Hsat, men ținând axa orizont ală a tubului în linia nor d-sud și rotește modulele solare de

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

14

la est la vest pe tot parcursul zilei. Aceste dispozitive de ghidare sunt, de obicei potrivite î n
locuri înalte și ocupă mai puț in spațiu decât sistemele de urmă rire verticale(Vsat).

Figura 2.4. Sistem de ghida re HTSAT

2.4.3 . Sistem de ghidare vetical cu o singură axă VSAT (vertical single axis trackers).

Axa de rotație a acestui si stem este verticală în raport cu solul. Modulele aș ezate pe
aceste sisteme urmăresc soarele la de est spre vest, acestea sunt m ai eficiente la latitudini
mai mari fața de sistemele orizontale. De asemenea, optimizarea așezarii modulelor este
limitată de umbirea reciprocă ce apare p e parcursul anului. În consecință, aceste siteme au
o densitate mică de putere pe hectar .

2.4.4 . Sistem de ghidare înclinat cu o singură axă TSAT (tilted single axis trackers).

Unghiul de î nclinare a acestor sisteme este adesea limitat pentru a reduce din
impactul pe care îl are vâ ntul și pentru a reduce î nălțimea capatului superior.
În aceată variant ă constr uctivă modulele se pot monta ap roape unul de celălalt fără a exista
riscul de umbrire reciprocă. Cu toate acestea asamblarea paralelă cu axa lor de rotatie este
limitată de unghiul de î nclinație.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

15

Figura 2.5 Sistem de ghidare TSAT

2.4.5. Sistem de ghidare cu o singură axă polar aliniată PSAT ( polare aliniate
trackere singură axă) .

Această metodă este bine cunoscută științific ca metoda standard de montare a unei
structuri de suport telescop. Axa este aliniată către steaua polară de unde i și trage și
numele. Unghiul de înclinație al acestei structuri este egal cu latitudi nea terenului de
amplasare.

2.5. Parcuri fotovoltaice cu sisteme de ghidare pe două axe .
Sistemele de ghidare pe două axe au două grade de libertate, care ac ționează ca ax e
de rota ție. Aceste axe sunt de obicei normale între el e. Sistemele de ghidare cu două axe
au modulele ori entate paralel cu axa de rotație secundară.
Există mai multe tipuri de implementa re a acestor sisteme. Ele sunt clasificate în func ție
de orienta rea axelor primare în raport cu solul. Cele mai folosite implemetări sunt tip -tilt
dual axis trackers (TTDAT) și azimut -altitude dual axis tracker (AADAT ). Sistemele de
ghidare cu două axe a u modulele orintate paralel cu axa de rotație secundară.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

16

2.5.1. Sisteme de ghidare Tip -tilt (TTDA T).
Aceste sisteme sunt numite astfel d eoarece modulele sunt montate î n varful unui
stâlp. În mod n ormal miscarea est -vest este realizată rotind modulele î n jurul vârfului de
stâlp.
În partea de sus mecanismul de rotaț ie are o formă de T sau de H cu ajutorul
căruia se realizează mișcarea pe verticală a modulelor.

Figura 2.6. Sisteme de ghidare (TTDAT)

Pentru a micș ora costurile de instalare a acestui tip de sistem de ghidare se pot lega
între ele capetele axelor p rimare. Al te sisteme TTDAT au axa primară orizontală, axa
dependentă fiind cea ortogonală. Axa verticală a azimutului este fixă, oferind o flexibilitate
asupra montării deo arece cablurile nu se răsucesc î n jurul stâlpului de susținere. Această
implementar e oferă de altfel și o flexibilitate foarte mare privin d tipul de teren pe care este
montat. Având o geometrie simplă prin menținerea axelor paralele una față de cealată, este
tot ceea ce este necesar pentru a put ea monta optim sistemele unul lângă celăla lt fară a se
umbri între ele atunci când soarele este mai jos pe cer. Sistemele tip -tilt pot creș te puterea
totală colectată prin înclinarea mai aproape de orizontală minimizând umbrirea reciprocă.
Axele de rotație ale acestor sisteme sunt aliniate de ob icei pe meridianul nord sau pe linia
de latitudine est -vest.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

17

2.5.2. Sisteme de ghidare azimuth -altitude (AADAT) .
Acest tip de sistem are ca axă primară axa vertica lă ( azimut ) î n raport cu
pământul, axa secundară numită și axă de elevație este tipic normală la axa principală .
Acest sistem este asemănător cu cel TTDAT diferind prin modul î n care se realizează
rotația modulelor pe durata unei zil e. În loc să rotească modulele î n jurul vârfului stâlpului,
sistemele AADAT pot folosi inele mari monta te pe pămâ nt pe care se montează modulele
pe o serie de role. Avanta jul în acest caz este acela că î ntreag a greutate este distribuită pe
întreaga suprafața a inelului în loc să fie concentrată într -un singur punct precum î n
sistemele TTDAT. Acest lucru oferă posibilitatea sistemelor AADAT de a suporta module
cu suprafețe mult mai mari.
Dezavantaj ul acestor sisteme este acela că nu pot fi montate mai aproape unul de
celalt dec ât diametrul inelului și luând î n calcul umbirea reciprocă, densitatea de montare a
acestor sisteme sc ăzând forte mult.

Figura 2.7. Sistem de ghidare (AADAT)

2.5.3. Aspecte de orientare existente, în cazul sistemului de orientare cu două axe.
În acest moment sistemele de orientare cu două axe se bazează pe un sistem de
calcul, ce aprox imează cu ajutorul uno r algoritmi, poziția soarelui, î n funcție de oră, zi,
lună.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

18

Această metodă de orientare are însă un neajuns care constă în neadaptarea la
condi țiile meteorologice ce diferă de la o zi la cealată . Energia electrică produsă depinde
de inciden ța razei solare care ajunge pe suprafața fotovoltaică. Noțiuni elementare de
optică demonstrează faptul că o rază luminoasă suferă o schimbare de direc ție atunci când
pătrunde într -un mediu diferit de cel traversat ini țial. Prin urmare starea atmo sferică care
diferă de la zi la zi, de la an la an și care în mod real nu se mai repetă niciodat ă pentru un
anumit moment din an, ne conduc, în mod logic la concluzia că direc ția razei de incidență
diferă în mod unic pentru fiecare zi din an . Orientarea p anourilor în func ție de momentul
din timpul anului face ca la un anumit moment să nu se producă maximul de energie
electrică datorită pozi ționării în funcție de calcule.
În cocluzie, încercăm în această lucrare să găsim o solu ție tehnică care să conducă
la creșterea energiei electrice produse de sistemele fotovoltaice și care să nu depindă de
oră, data calendaristică sau starea atmosferică.
Această îmbunătățire considerăm că poate fi adusă prin eliminarea algoritmilor ce
aproximează poziția soarelui și folosirea unui sistem pilot care determină efectiv pozi ția în
care producția de energie electrică este maximă. Acest sistem pilot are rolul de a orienta
un panou fotovoltaic de mari dimensiuni sau un grup de astfel de panouri în poziția ce
favorizează prod ucția maximă de energie electrică.
Realizarea sistemului pilot se bazează pe compararea tensiunii de iesire de la doi senzori,
așezați unul față de celălalt la un unghi de 450 între normalele suprafe țelor.
Senzorii furnizează o tensiune mai mare dacă dire cția radiației este normală la suprafață și
din acest motiv, am luat decizia de a folosi datele preluate de la ace știa într -un sistem de
calcul ce va modifica poziția panoului în poziția în care senzorul redă cea mai mare
tensiune de iesire.
Prin urmare și panourile fotovoltaice pot genera maximul de energie, fară a depinde de
schimbarea direcției razelor de lumină la trecerea prin medii cu proprietăți diferite.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

19

3. Analiza eficacității sistemelor fotovoltaice de producere a energiei
electrice.

3.1. Efectuarea masurătorilor experimentale

Pe baza celor prezentate anterior se poate men ționa cu certitudine faptul că direcția
radia ției incidente pe suprafața fotovoltaică are influență deosebită în cantitatea de energie
electrică produsă. Prin urmare, n e-am propus să efectuăm o serie de măsurători
experimentale brute care să ne confirme acest lucru. De asemenea, am dorit sa aflăm
varia țiile în funcție unghiul de incidență sau la modificarea cu anumite grade ale acestuia
ale puterilor produse.
Inten ția es te de a folosi și justifica aceste informații la alegerea modalității de comandă și
reglare a pozi ției sistemului fotovoltaic pentru situația o ptimă.
Masurătorile experimentale s -au efectuat asupra unor module fotovoltaice de mici
dimensiuni, cu parametri : Vm: 0.5V, Im: 200mA, dimensiuni : 56 x 36 mm.
Efectuarea masurătoril or s-a efectuat î n următorii pasi:
– A fost fixat modulul pe suportul de prindere al machetei;
– A fost legat un multimetru la bornele modulului;
– A fost mișcat modulul manual pană când a fost gasită poziția de producție maximă;
– Au fost făcute măsurători pentru puterea furnizată la schimbarea pozi ției față de
axele de referin ță cu un unghi de aproximativ 5o, s-a repetat aceasta de trei ori;
o La prima mă sutrătoare, 5o față de punctul de produ cție maximă, s -a
constatat o scadere de aproximativ 3mW;
o La a doua masurătoare respectiv 10o față de pu nctul de producție maximă,
s-a înregistrat o scădere de 6,5mW;
o La a treia masurătoare respectiv 15o față de punctul de producție maximă, s –
a înregistrat o scădere de 10,7mW.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

20

3.2. Analiza diferențelor de producție dintre un sistem fix și un sistem cu ghidare pe
două axe .
În figura de mai jos sunt reprezentate grafic cantită țile de energie electrică produse din oră
în oră (mai precis, puterile electrice produse) de un sistem fix și de unul bazat pe orientare
după două axe, acestea având parametrii identici referitori la tipuri de panuri și capacitate
(suprafa ță). La o analiză de ansamblu a următorului grafic, se poate observa cum
panourile care au fos t fixate pe un sistem de ghidare cu orientare după două axe începe să
genereze energie î ncă de la primele ore ale dimineții, când soarele abia r ăsare, în
compara ție cu sistemul fix care nu generează până în jurul orei opt.

Figura 3.1.Grafic diferență de energie generată

În urma analizei se constată că în cazul sistemului ghidat pe două axe, nivelul de
energie generată cunoaste o crestere mai abruptă, randamentul ajunge la cote aproape de
maxim în decurs de aproximativ două ore, urmând să își mențină starea pe parcursul
întregii zile, ca apoi nivelul de energie generate să scadă începând cu orele optisprezece
(6 PM) până la orele douazeci și unu (9 PM) când soarele începe să apună.
În cazul sistemului fi x se observă o crestere lentă a nivelului de energie generată ce
ajunge la cote sub nivelul maxim în jurul amiezii cand soarele straluceste cel mai puternic,
menținând această stare relativ puțin timp.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

21

Apoi si stemul intră intr -o stare de scă dere a ene rgiei ce se întinde până in jurul orei
nouăsprezece când nivelul energiei generate devine nesemnificativ.
Este evident faptul că rentabilitatea sistemului ghidat este mai mare și asta datori tă
faptului că numărul de ore î n care panourile generează energi e electrică la la un nivel
apropiat de maxim este mai mare fa ță de sistemul fix care are chiar la orele de vârf
înregistrează o produc ție mai mică.

Pentru a putea observa î ntregul surplus de energie putem interpreta urmatoarele grafice:

Figura 3.2. Producția pe durata unei zile de vară pentru un sistem fix

În primul grafic este reprezentată curba energiei electrice generate de un sistem fix
asupra căreia p utem face urmatoarele observații:
– Cantitatea de energie produsă cunoaște o crestere lentă
– Produc ția la nivel ridicat (maxim, cu randament mare) se realizează pe durate mici
de timp raportate la durata zilei;
– Nivelul de e nergie generată î ncepe s ă devanseze când radiația solară este î ncă
foarte puternică î n jurul orei cincisprezece;
– În jurul orei nouăsprezece celulele fot ovoltaice produc o cantitate neî nsemată de
energie .

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

22

În următorul grafic este reprezentată curba energiei electrice generate pe un sistem cu
ghidare pe două axe.

Figura 3.3. Curba energiei electrice generate
pe un sistem cu ghidare pe două axe

Asupra acestui gra fic putem face urmatoarele observații:
– Producția de energie începe î ncă de la primele ore ale dimineții ;
– Se evidențiază o crestere foarte rapidă a curbei;
– Menține la cote aproape de maxim nivelul energie i generate aproape toată ziua;
– Energia ajung e la cote nesemnificative abia î n jurul orei douazeci și unu;
În al treilea grafic le vom suprapune pe primele două pentru a putea observa mai usor
diferen ța.

Figura 3.4. Comparația dintre cantitatea de energi e genetată în cazul unui sistem de
ghidare pe o axă și un sistem de ghidare pe două axe

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

23

În acest grafic suprafața haș urată este reprezentată de surplusul de energie electică
generată î n cazul sistemului pe două axe fa ță de cel fix.
După cum se poate obse rva, suprafața haș urată reprezintă aproximativ 35 -40% din
suprafa ța contura tă de curba energiei generate în cazul sistemului fix.
Acese valori sunt apropiate chiar și în zilele î n care norii își fac apariția pe cer,
în cazul sistemelor de ghidare c u două axe c are sunt ghidate după lună, zi și oră, acestea
fiind corelate cu o pozi ție unică definită.

3.3. Concluzii și propuneri.

În acest moment sistemele de ghidare cu două axe se folosesc de un algoritm ce
prezice poziția soarelui în funcție de lună, zi și oră pentru poziționarea panourilor.
Această metodă prezintă o problemă deoarece, nu ia î n calcul faptul că raza de lumină își
modifică traiectoria la trecerea dintr -un mediu inițial într -un mediu cu proprietăți diferite.
Astfel panourile fotovolt aice nu mai sunt a șezate în poziția în care radia ția solară
incidentă pe suprafa ță produce cea mai mare cantitate de energie electrică în anumite
momente.
Un exemplu reprezentativ ar fi acela că în zilele cu un indice de umiditate crescut raza
luminoasă are o traiect orie diferită față de poziția soarelui, traiectorie ce nu poate fi prezisă
de nici un sistem de calcul. Această traiectorie putând fi stabilită doar prin efectuarea unor
msurători în timp real.

Figura 3.5.Radiația difuză

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

24

Sistemele care folosesc senzori se bazează pe citirea instantanee a acestora de către
un microcontroler care interpretează dat ele, acționănd apoi actuatorii î n consecință, pentru
a aduce panourile fotovaltaice în poziția de producție maximă.
Rolul senzorilor î n acest sin stem este unul foarte important, aceș tia detectec tează
indiferent de condițiile meteorologice, din ce direcție provine cea mai mare cantitate de
radiație l uminoasă determinând microcontrolerul să poziț ioneze panourile în poziția
optimă .
Concluzia trasă d in această analiză este aceea că feno menul de refracție suferit de
către radiația luminoasă este motivul care justifică îmbunătătirea sistemului ghidat de
algoritmi de prezicere a pozi ției soarelui, la cel orientat î n funcție de valoarea instantanee
redat ă de senzorii de lumină, prin observarea faptul că și la o miscare relativ mică cu un
unghi de 5o putem ca știga o cantitate uriașă de energie.
După cum este prezentat anterior, dacă pentru o celulă de 20cm2 la o ajustare de 5o
obținem o î mbunătățire de 3m W, la suprafe țele care se practică la parcurile fotovoltaice
existente, la ora acuală, indiferent de putere (luându -le în considerare chiar pe cele mici –
de ordinul zecilor de kilowa ți), putem ajunge la cantități energetice care în mod sigur nu
este posibi l a fi neglijate.
Spre exemplu, luând î n calcul suprafețele fotovoltaice dintr -un asemenea parc , am putea
genera instant cu valori de ordinul kW mai mult. Putem spune că am genera cu cateva zeci
de kW î n plus pe zi, ceea ce nu doar c ă acoperă costurile de întreținere, ci ne și cresc
veniturile din vâ nzarea energiei. Categoric se pot acoperi mult mai repede costurile de
amortizare, se suportă mai u șor cheltuielile de mentenanță ale investiției, ceea ce nu va
conduce decât la cre șterea profitului pe durata d e func ționare (de viață) a unui parc
fotovoltaic.
Avân în vedere cele prezentate, putem scoate în eviden ță următoarele:
1. Prin modificarea pozi ției, față de radiația solară, a panourilor, chiar și sub un unghi
aparent mic, putem obține un surplus de energie substanțial;
2. Poziționarea sistemului fotovoltaic de producere a energiei eletrice în funcție de
puterea maximă produsă în orice moment are o importan ță economică deosebită;
3. Existen ța unui sistem pilot de monitorizare, comandă și reglare a poziției bazat p e
măsurarea instantanee a puterii produse la un moment dat de panourile fotovoltaice
este o solu ție tehnică care nu trebuie neglijată sub nici o formă.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

25

4. Construcția machetei sistemului de ghidare automată a panourilor
fotovoltaice.
4.1. Principi ul de funcționare .
Sistemul proie ctat se bazează pe citirea de că tre microcontroler a volorii
instantanee a energiei so lare redate de doi senzori, urmâ nd ca prin acționarea a două
motoare pas cu pas panourile votovoltaice să fie orientate în punctul î n care radia ția solară
cade per pendicular pe acestea, poziție î n care randamentul acestor panouri este maxim.

Figura 4.1 Schema de funcționare a machetei

Mișcarea în jurul unui punct fix sau al unei axe, în cursul căreia fiecare punct al
corpului care se mi șcă rămâ ne la distan ță constantă de punctul fix sau de axa respectivă, se
numeș te miscare de rotație.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

26

În cazul nostru axa de rotație se referă la axa în jurul careia se efectuiază rotirea
panourilor fotovoltaice în plan orizontal, iar axa de elevație se referă la axa în jurul căreia
se efectuiază rotirea panourilor î n plan vertical .

Cei doi senzori sunt compuși din două celule solare de mici dimensiuni, așezate
două cate două la un unghi de 45o, fiecare senzor transmite procesorului două semnale
analogice.
Microcontrolerul transformă cele două semnale analogice în semnale digitale, C1 și C2
după care le compară valorile. În urma compara ției, în funcție de situație, trimite impulsuri
electrice de comandă către motoarele de acționare.
În func ție de acțiunea pe o axă su alta (de rota ție sau de elevație) care duce la poziționarea
panourilor în pozi ția de producție maximă de energie , putem înâlni următoarele cazuri:
– C1 < C2, microcontrolerul trimite impuls către motor să se rotească catre stanga;
– C1 > C2, microcont rolerul trimite impuls către motor să acționeze spre dreapta;
– C1 = C2, lumina ajunge să cadă î n egală masură pe ambele parți ale senzorului
însemnând că lumina cade perpendicular pe panoul votovoltaic iar microcontrolerul
ia decizia de a opri acționarea mo torului.

4.2. Părți constructive ale machetei.
Structura machetei propuse este alcă tuită din două componente:
– Componenta mecanică;
– Componenta electrică;

4.2.1. Componeta mecanică.
Componeta mecanică este proiectată pentru a putea vizualiza expeti mental cum
funcționează un astefel de sistem de ghidare automat .
Fiecare pie să compone ntă a fost proiectată î n mediul de proiectare asistată de calculator
AutoCAD.
AutoCAD – computer aided design (proiectare asistata de calculator), este unul
dintre ce le mai folosite medii de grafică ș i proiectare asistată de calculator, este utilizat ca
instrument de lucru profesional î n activitatea de desenare și proiectare a inginerilor,
arhitecților, tehnicienilor.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

27

Proiectarea ș i desenarea în AutoCAD î nlocuiește co mplet utilizarea instrumentelor
tradiționale de desen.
În comparație cu desenele tehnice și reprezentările grafice executate manual desenarea
utilizând acest program prezintă numeroase avantaje precum:
– pot fi realizate proiecte la scară natural ă;
– precizia de execuție a desenelor este foarte mare, până la 16 zecimale după virgulă;
– timpul de execuție este redus deoarece există biblioteci cu obi ecte standardizate care
pot fi i nserate în desen;
– calitatea desenului este s uperioară;
– costurile de execuție sunt reduse;
– desenele pot fi exportate în alte aplicații și apoi prelucrate;
– transferul fișierelor la distanță se realizează ușor utilizând internetul.
Facilitățile oferite de acest program sunt:
– modelarea și vizionarea spațială a obiectelor într -un spațiu virtual;
– crearea de obiecte virtuale 2D și 3D;
– desenele create în AutoCAD pot fi animate cu programe conexe;
– se poate calcula volumul brut de material n ecesar pentru obținerea unui produs real.

Structura ansamblului este formată din treisprezece piese , după cum urmează :

Picioare de sustinere și distanțiere;

Firura 4.2. Picior și distanțier

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

28

Stâlpi de susținere;

Figura 4.3.S tâlpi de susținere a pan ourilor

Baza este formată din două placi;

Figura 4.4.Placă bază inferioară

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

29

Aceasta a fost proiectată pentru a putea monta picioarele de susținere, stălp de
susținere al panourilor și distanțiererele dintre cele două placi ce formează baza.
Pe aceasta p iesă se va monta și circuitul electric imprimat ( PCB ).
Este confecțonată din Poleamidă.

Figura 4.5. Placă bază 2

Această placă a fost proiectată pentru a proteja circuitul elec tric ș i pentru a î ntări
stabilitatea stâlpului de susținere pentru panouri .
Este confecționată din Policarbonat compact, transparent.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

30

Bride de prindere a motoarelor;

Figura 4.6. Bride prindere motoare

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

31

Aceste bride au fost proiectate, pentru a putea fi prinse de stâpul de susținere a
panourilor, pentru prinderea motoarelor și o reglare ușoară a poziției motorelor.
Sunt confecționate din Poleamidă.

Roată mișcare rotație;

Figuta 4.7. Roată mișcare rotație
Acesta a fost proiectată pentru a susține mișcarea pe axa de rotație.
În această roată este plasat un rurment, este ele mentul de legătură dintre cele două parți ale
stâlpului de susținere, iar cele două șanțuri de pe suprafața exterioară sunt realizate pentru
prinderea curelei acționate de motor.
Roata e ste confecționată din Poleamidă de culoare galbenă.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

32

Roată miș care el evație;

Figura 4.8. Roată mișcare elevație

Aceasta a fost pro iectată pentru a susține miș carea pe axa de elevație, este montată
cu ajutorul unui bolt pe elementul de prindere dintre stâlpul de susținere și sistemul de
prindere al panourilor . Cele două ș anțuri au fost realizate pentru prinderea curelei acționate
de motor. Este confecționat din Poleamidă de culoare galbenă.

Bolt;
A fot proiectat ca element de prindere pentru roata care asigură mi șcarea de
elevație și a pieselor de legătură dintre stâlpul de susținere și sistemul de prindere al
panourilor, asigurând mi șcarea în jurul axei de elevație .
Este confecționat din Poleamidă de culoare galbenă.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

33

Figura 4.9. Bolt

Elementul de prindere dintre stalpul de susținere și mecanismul de prindere al pano urilor ;
Acesta este format din doua piese:
– Furcă stalp;
Acestă piesă împreună cu furca panou au fost proiectate ca element e de prindere
dintre stâlp și sistemul de prindere al panourilor.
Ambele piese sunt confecționate din Poleamidă.

Figura 4.10. Fur că stâlp

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

34

– Furcă panou.

Figura 4.11. Fircă panou

4.2.2. Componenta electrică.
Acesta este alcatuită din:
– Microcontroler;
– ULN2003A;
– Cablajul imprimat;
– Senzori;
– Motoare de acționare.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

35

4.2.2.1. Microcontroler.
Un microcontroler este o structură elec tronică destinată controlului unui proces
sau, mai general, unei interac țiuni caracteristice cu mediul exterior, fără să fie necesară
interven ția operatorului uman.
Deoarece un microcontroller este un caz particular de calculator, (calculator specializat
pentru operații I/O, realizat pe un singur chip), acesta este compus din cele cinci elemente
de bază: unitate de intrare, unitate de memorie, unitate aritmetică și logică, unitate de
control și unitate de ieșire.
Unitatea de control împreună cu unitatea ari tmetică și logică compun împreună unitatea
centrală de prelucrare sau UCP.
Microcontroller -ele se produc într -o mare diversitate în care există totuși elemente
comune care permit o prezentare sistematică a produsului. Pe baza unui nucleu comun au
fost defi nite familiile de microcontrollere ; nucleul este constituit dintr -o unitate centrală,
aceeași pentru toți membrii unei familii, și o serie de interfețe și periferice.
În continuare, sunt prezentate cât eva familii de microcontroller e cu sublinierea
însușir ilor caracteristice și considerând numele producătorului ca fiind unul din elementele
reprezentative pentru o familie.

O clasificare sumară a celor mai uzuale MC, după compatibilitatea software, este:
– MC cu arhitectură CISC
• MOTOROLA 68xx
• COP8 (Nati onal Semiconductor)
• TMS370 (Texas Instruments)
• ST (Thomson)
• HITACI – 4biți, Z8 – 8 biți
– MC cu arhitectură RISC
• Super H – Hitachi
• AVR și ARM – Atmel
• PIC – MicroChip

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

36

PIC (MicroChip) sunt primele Microcontrolere RISC apărute, cu un număr mic de
instrucțiuni, tipic 33. Simplitatea arhitecturii Ha rvard duce la realizarea unui c ip de mici
dimensiuni, cu puțini pini, consum redus, viteză mare și preț mic. Aceste avantaje au impus
Microcon trolerele PIC pe piață. Există trei linii de MC PIC: l ow range, middle range și
high range, care se disting prin dimensiunea cuvântului de program și prin facilități legate
de structură.
Familia PIC18F :
Această familie oferă numeroase avantaje, cum ar fi: performanță de calcul ridicată la
prețuri mici, un ada os mare de rezistență, memorie flash îmbunătățită, deasupra acestor
atuuri această familie introduce îmbunătățiri de design , ce fac ca aceste microcontrolere să
fie cea mai b ună alegere pentru aplcații de î naltă performanță cu sensibilitate și putere
ridicată.
Microcontrolerul folosit î n aplicația ce face scopul acestei lucrări este un un
PIC18F4520 ce are urmatoarele caracteristici:
Frecvența de funcționare : DC -40 MHZ;
Memoria de program (Bytes) : 32768;
Memoria de program ( Instrucțiuni ) : 16384;
Memoria de date ( Bytes ) : 1536;
Memoria EEPROM de date ( Bytes ) : 256;
Surse de intrerupere : 20;
Porturi I/O : A,B,C,D,E;
Timere : 4;
Module PWM : 2;
Comunicare serială : MSSP, USART îmbunatățit ;
Comunicare paralelă : DA;
Convertoare analog -digitale pe 10biți : 13 Canale intrare;
Resetare si îtarzieri : POR, BOR, Stack Full, Stack Underflow (PWRT,
OST), MCLR (optional), WDT ;
Set instrucțiuni :75 instrucțiuni, 83 instrucțiuni cu extensia de
instrucțiuni activată;
Număr pini : 40-pini PDIP .

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

37

4.2.2.2. ULN 2003A
ULN 2003A de la ST Microelectronics este o matrice de tranzistoare Darlington de
tesnsiune înaltă, curent mare. Fiecare conține șapte colectori deschiși Darlington cu
emițătoare comune. Fiecare canal este evaluat la 500mA și p oate rezista la curenți de vârf
de 600mA. În acest circui t integrat sunt incluse și dio de de protecție pentru sarcini
inductive. Intrările sunt așezate opus ieșirilor pentru a simplifica circuitul.
Acest circuit integrat este util pentru conducer ea une i game largi de sarcini,
inclusiv se lenoizi, relee, motoare de curent continuu, lămpi cu incandescență, capete de
imprimare termică, tampoane de mare putere.
Parametri unui astfel de dispozitiv:

Fig 4.12.Parametri ULN2003A

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

38

4.2.2.3. Senzori.
Cei doi senzori, folosiți î n construcția machtei, sunt formați din patru celule
fotovoltaice grupate două cate două.
Acestea sunt celule solare monocristaline de mici dimensiuni, construite pentru aplicații
experimentale.
Date tenice:
Tensiune nominală, Vm: 0.5V ;
Curent nominal, Im: 200mA;
Dimensiuni : 56 x 36 mm;
Temperatura de funcționare: de la -20 pană la 800C.
Caracteristica de iesire:

Fig 4.13. Caracteristica de iesire celulelor solare
folosite in construcția senzorolor

4.2.2.4. Cablajul imprimat.
Cablajul imprimat ( PCB ) a fost realizat cu ajutorul programului Target 3001.
Target 3001 este un program CAD pentru proiectare PCB ( printed circuit board ),
dezvoltat de inginerul Büro Friedrich în Germania. Acest program susține proiectarea de
scheme elect ronice, PCB -uri și panouri frontale pentru dispozitive.
Acesta are ș i o ramură specială ASIC Designer, care permite proiectarea circuitelor
integrate.
TARGET 3001 colectează mai multe caracteristici sub o singu ră interfa ță de
utilizator. Toate informaț iile despre proiect sunt stocate într -un singur fișier pentru a evita

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

39

redundanț a și conflictul î ntre versiuni . Proiectarea începe cu crearea unei diagrame
schematice și de obicei se termin ă cu aspectul unui PCB sau a unui circuit integrat .
De asemeni oferă m ulte alte utilități:
– Schemele pot fi simulate de simulator ul integrat mod compatibil mixt PSPICE .
– Componentele sunt stocate într -o bază de date MySQL sau SQLite, de asemenea,
accesibil e din exterior .
– De asemeanea , acesta asigură și o acuratețe crescută cu o rezoluție de 1 nm.
– Un cm de PCB reprezintă un cm de ecran atunci cand scalarea este setată la 100%.
– Conține o dată de baze cu peste 36000 de componente.
– Deține funcția de amplasare automată a componentelor.
– Are implementată funcția de verificare a stand ardelor electrice.
– Deține funcția de autotrasare a cablajului, ce oferă două alternative din care poți
alege.
– Are implementată f uncția de verificare a standardelor de design.
Realizarea cablajului imprimat î ncepe prin alegerea componentelor din libraria
programului, ur mând să fie facute conexiunile î ntre componente. Urmatorul pas este
crearea unui layuot PCB, î ncepând de la dimesiunile placii, odată alese dimensiunile putem
începe plasarea componentelor și trasarea legaturilor dintre aceastea.
În urma ulili zării acesui program a rezultat urmatoarul circuit.

Figura 4.14.Cablaj imprimat

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

40

4.2.2.5. Motoare de acționare.
Ca motoare de acționare am ales motoare pas cu pas unipolare.
Motorul pas cu pas (MPP) este un convertor electromecanic care realizează
transformarea unui tren de impulsuri digitale într -o mișcare proporțională a axului său.
Fazele mașinii sunt alimentate cu impulsuri de curent rezultate ca urmare a aplicării
unor tensiu ni tip treaptă sau combinații între mai multe trepte . În acest fel câmpu l
magnetic în întrefier prezintă o repartiție discretă.
Trecerea de la o poziție la alta, ceea ce reprezintă pasul unghiular al motorului, se face
direct sub influența schimbării repartiției discrete a câmpului magnetic, adică motorul pas
cu pas converteșt e impulsul primit sub formă de treaptă într -o deplasare unghiulară
discretă, precis determinată.
În comparatie cu alte tipuri de motoare, motorul pas cu pas are o serie de avantaje:
– Rotaț ia unghiular ă a motorului este proportională cu pulsul electric apli cat;
– Motorul are moment maxim în poziția oprit dacă bobinele sunt alimentate;
– Poziționare precisă , cu o eroare de 3 -5% la un pas, care nu se cumulează de la
un pas la altul;
– Răspunsuri excelente l a pornit/oprit/schimbarea direcției de rotaț ie;
– Fiabilitate excelentă deoare ce nu există perii de contact la motor, deci durata de
funcționare depinde de rulment;
– Posibilitatea de a obț ine vite ze foarte mici cu sarcina legată direct pe axul
motorului;
– O gamă foarte largă de viteze de rotatie;
Dar există si unele d ezavantaje:
– Rezo nanța poate aparea în cazul unui control deficitar;
Controlul greoi la viteze foarte mari.
Din punctul de vedere al confi gurației electrice există trei t ipuri constructive ale
motorului pas cu pas:
– Cu reluctanță variabilă;
– Hibride.
– Cu ma gnet permanent;

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

41

Motorul pas cu pas cu reluctanță variabilă .
Acest tip de motor este cunoscut de foarte mult timp. În fig 4.15 este prezentată o
secțiune printr -un motor pas cu pas cu reluctanță variabilă tipic. Motoru l este alcătuit
dintr -un rotor ș i un stator, fiecare cu număr diferit de dinți. Poate fi diferențiat usor de
un motor cu magnet permanent deoarece se învârte usor, fară nici o reținere, în
momentul rotirii rotorului cu mâna.
Statorul motorului este alcătuit dintr -un miez magnetic construit din lamele din oțel.
Rotorul este construit din fier moale nemagnetizat cu dinți și șanturi.
Relația dintre unghiul de pașire, dinții rotorului și dinții statorului este urmatoarea:

Unde:
ψ – pas unghiular;
Ns – număr dinți pe stator;
Nr – număr dinți pe rotor .

Figura 4.15. Secțiune prin motorul pas cu pas cu reluctanță variabilă

În cazul motoarelor pas cu pas hibride u n numă r de faze mai mare însemnă un cost
mai mare. Odat ă cu implementarea tehn ologiei de conducere sinusoidală în trei faze a fo st
posibil ă scăderea numarului de faze ale motorului, deci și costul de produc ție, rezolu ția

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

42

motorului (numarul de pasi/rotatie) fiind determinat ă de numarul de perechi de poli în
rotor.

Motoare pas cu pas cu magnet permanent
Principiul de func ționare al motorului pas cu pas cu magnet permanent este foarte
simplu și cons tă în reac ția dintr e rotorul din magnet permanent ș i un câmp magnetic creat
de stator.
În figura 4.16 este prezentat statorul motorului cu boninele și polii acestuia precum ș i
rotorul din magnet permanent.
Acest tip de motoare pas cu pas se poate împar ți la rândul s ău, în mai multe categorii
în func ție de modul de conectare al bobinelor:
– Motoare pas cu pas cu magnet permanent unipolare;
– Motoare pas cu pas cu magnet permanent bipolare;
– Motoare pas cu pas cu magnet permanent multifaz ă.

Figura 4.16. Statorul motorului cu boninele si polii acestuia precum si
rotorul din magnet permanent

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

43

Motore pas cu pas hibride
Acest tip de motor pas cu pas a fost folosit în construcția machetei.
Este alcatuit dintr -un rotor format din doi poli separaț i de un magnet permanent axial, cu
dintele opus deplasat fa ță de di ntele corespunzator cu o distanță egală cu jumatate din
înalțimea unui dinte pentru a permite o rezolutie mai mare la p ășire.

Figura 4.16. Motorul hibrid în sec țiune
și un detaliu al modului de amplasare al din ților

Cererea tot mai mare de motoare pas cu pas cu performante remarcabile ș i un
zgomot redus a dus la apari ția a dou ă tipuri de motoare hibride:
– Motoarele hibride cu două până lapatru faze – folosit în aplicatii obisnuite;
– Motoarele hibride cu cinci faze – folosite în aplica ții speciale deoarece ofer ă
urmatoarele avantaje fa ță de alte tipuri de motoare: rezolutie mare, zgomot mic
în timpul funcț ionarii, moment de re ținere m ic.

Figura 4.17.Secțiuni transversale prin motoare hibride
cu două, trei și cinci faze

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

44

Pentru comanda alimentării înfășurărilor statorice există mai multe posibilități:
– Comandă bipolară (pas întreg, excitație normală) : cele două bobine sunt permane nt
alimentate, cuplul ce se obține are valoarea optimă ;
– Comandă unipolară (pas întreg, excitație cu undă plină) : una dintre cele două
bobine este alimentată, cuplul este mai mic dar comanda este mai simplă ;
– Comandă mixtă (jumătate de pas) : combinație înt re cele două ;
– Comandă în „micropași” : bobinele sunt alimentate cu curent variabil, motorul se
rotește cu „micropași”, aproape continuu, ca un motor sincron.

Indiferent de principiul de funcționare al motorului, comanda acestuia se realizează
prin comuta rea succesivă a fazelor înfășurărilor. În fig. 4.18. se pot urmării diagramele
tensiunilor de alimentare în câteva variante funcționale aplicate unui motor cu patru faze.
În fig.4.18.a este reprezentată așa numita comandă simetrică simplă în care
alimenta rea fazelor este comutată succesiv pe fiecare înfășurare, semnalele de comandă
fiind disjuncte.
În fig.4.18.b sunt alimentate în permanență două înfășurări, sensul de rotație al
motorului fiind determinat de ordinea de conectare și deconectare a acestora (comandă
simetrică dublă).
Această metodă este îmbunătățită în fig.4.18.c în sensul că intervalul de timp
asociat unei înfășurări este defalcat în trei zone.

Figura 4.18. Comutarea succesivă a fazelor înfășurărilor

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

45

Comutarea semnalelor pe înfășurări e ste realizată cu scheme de comandă specifice.
Aceste scheme trebuie s ă conțină, pe de o parte, logica de co mutare a fazelor, iar pe de altă
parte dispozitive electronice de putere cuplate direct pe înfășurările motorului. În fig. 4.19.
se pot urmări princip alele elemente ce intră în componența acestor scheme.

Figura 4.19.Schema bloc de comandă a unui motor pas cu pas

Controler de intrare. Are rolul de a genera impulsuri sau un tren de impulsuri în
funcție de deplasarea necesară și ținând seama de caracte risticile de frecvență ale
motorului .
Distribuitor impulsuri. Preiau trenul de impulsuri de comandă, împreună cu
comenzile de sens și furnizează la ieșire m trenuri de impulsuri decalate unele față de altele
cu unghiul θs = 2π/m .
Contactor static. Are rol ul de injectare unui curent dreptunghiular pe fazele
motorului .
Pentru comandă, motorul pas cu pas are, de obicei, două înfășurări (faze), fiecare similară
unei înfășurări de la o mașină de curent contin u standard.
Motoare bipolare : au, în general, patru fire de conectare și sunt comandate prin
inversarea sensului curentului prin una din cele două bobine, pe rând.
Motoarele unipolare au, în general, șase fire de conectare, dintre care 2 sunt legate
la punctul median al bobinelor. Ele sunt comandate prin al imentarea, pe rând, dar
totdeauna cu aceeași polaritate, a fiecăreia dintre cele 4 semi -bobine.
Motorul reprezentat în fig .4.20 poate fi comandat cu pas întreg sau cu pas pe
jumătate. Pentru fiecare dintre cele două modalități, în tabelul alăturat ( fig.4.2 1.) este
indicat modul de alimentare a celor două înfășurări A și B, cu tensiuni pozitive (A+, B+)
sau negative (A –, B–). În primul caz se obțin 4 poziții distincte ale rotorului, iar în cazul al
doilea, 8.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

46

Figura 4.20.Schema electric ă de comandă

Figura 4.21. Modul de ali mentare a celor două înfășurări

Motoare le unipolare bifazate folosite î n proiect sunt conectate la circuitul de
comandă prin 6 conductoare A, B, C, D și cele două puncte mediane care se conectează
împreună la sursa de alimentare.

Figura 4.22.Conectarea la circuitul de comandă a
motorului pas cu pas unipolar

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

47

Dacă se codifică alimentarea conductoarelor A, B, C, D cu un bit, se poate rezuma
un ciclu complet de o rotație prin următoarea succesiune :
ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD
1000 0100 0010 0001 1000
În acest mod s -a realizat și în cadrul proiectului comanda motoarelor unipolare folosite.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

48

5. Codul sursă
Acesta a fost dezvoltat î n programul MikroC PRO for PIC.
MikroC PRO for PIC este un instrumen t puternic de dezvoltare pentru microcontreolerele
PIC. Acest program a fost conceput pentru a oferi programatorului cea mai sim plă soluție
pentru dezvoltarea aplicațiilor pentru sisteme integrate fară a compromite performanța sau
controlul.
PIC-urile și mediul de programare C lucrează foarte bine împreună, PIC fiind cel mai
popular cip de 8 biți, utilizat într -o gamă largă de applicații iar C fiind foarte apreciat pentu
eficiență, aceste atuuri făcând ca alegerea acestora sa fie cea mai bună pentru dez voltarea
de sisteme integrate.
MikroC PRO for PIC asigură performanță îmbinând un IDE extrem de avansat, compilator
compatibil ANSI, set larg de biblioteci hardware, documentație cuprinzătoare și o mulțime
de exemple pregatite de rulare.
Acest program per mite o dezvoltare rapidă și implementarea de aplicații complexe oferind
urmatoarele facilități:
– Editor de cod ce conține:
o Asistent pentru cod și parametri;
o Autocorectare;
o Coduri șablon;
o Evidențierea sintaxei.
– Librarii PIC, ce ajută și accelerează procesul de dezvolatre și de achiziție a datelor.
– Code explorer, ce ajută la monitorizarea structuri programului, variabilelor și
funcțiilor.
– Mikro ICD ( In -Circuit Debugger ), de bugger în timp real ce monitorizează
execuția programului la nivel hardware;
– Simulato r software;
– Raporturi grafice detailate:
o RAM și ROM folosite;
o Statistici de cod;
o Listă de asamblare.
– Oferă de asemeni și mul te exemple ce ajută la dezvoltarea programelor ca și bucăți
deja construite , ce se pot copia și implemeta î n propiul cod sursă.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

49

Proiectarea codului sursă a pornit prin crearea schemei logice.

Fidura 5. 1.Schema logică a codului sursă

Explicații asupra funcționarii codului sursă.
Rularea codului sursă începe cu citirea semnalelor de la senzor după care introduce
aceste valori în c onvertorul analog -digital. După iesirea semnalelor din convertor, acestea
sunt comparate două cate dou ă pentru a determina sensul de r otatie a motoarelor.
Atât timp cât semnalele au valori diferite motoarele vor fi acționate în scopul de a egaliza
valorile redate de către cele două parți ale unui senzor. Odată ajuns la valori egale
motoarele vor primi un singur impuls din verctor ceea ce le va face să ramână blocate în
poziția în care ambele parti ale unui senzor sunt egale. Când raza lumioasă își modifică
direcția, egalitatea dintre cele două parți ale unui senzor se va pierde, iar motoarele sunt
acționate iarăși pentru restabilirea egalitații.

Explicarea funcționalitatii liniilor de cod:
În prima parte a programului am declarat ca variabile globale de tip int semnalele
primite de la senzor și variabilele de incrementare și decremantare a vectorului ce conține
impulsurile transmise către motoare .

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

50

Semnale senzor:
int Senzor1_1( a ) , Senzor1_2 ( b ) , Senzor2_1 ( c ) , Senzor2_2 ( d ) ;

Variabile de in crementare si decrementare:
int i, j, i1, j1 ;

Apoi am declarat vectorul pwm de tip short ce conține trenul de impulsuri folosit în rotirea
motorului pas cu pas.

short pwm [10] = { 0x08, 0x0C, 0x04, 0x06, 0x02, 0x03, 0x01, 0x09 };

În prima parte de main a programului sau setat :

Intrari analogice de la pinul unu la pinul cinci din portul A al microcontrolerului

ADCON1 = 0x0A;

Întregul port D ca ieș ire;

TRISD =0;

Întregul port D cu valoare inițială zero;

PORTD =0;

Întregul port C ca ieș ire;

TRISC =0;

Întregul port C cu valoare inițială zero;

PORTC =0;

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

51

Apoi s -a iniția lizat convertorul analog -digital.

ADC_Init();

În urmatoarea fază am creat o buclă infinită while î n care am implementat
urmatoarele funcții.
Transformarea semnalelor analogice primite de la fiecare senzor în semnale digitale.

Senzor1_1 = ADC_Read(0);
Senzor1_2 = ADC_Read(1);
Senzor2_1 = ADC_Read(2);
Senz or2_2 = ADC_Read(3);

Urmatoarea funcție setează o toleranță de 20 mV între cele două parți m ăsurabi le
ale unui senzor, valori ce s e compară între ele.
Am implementat acest lucru pentru a putea aduce într -un punct de echilibru ambele
semnal e primite de la un senzor.
Această funcție este necesară deoarece cele două parți componente ale unui senzor nu pot
fi niciodată perfect egale.

if ( abs ( Senzor1_1 – Senzor1_2 ) <= 10 )
{
delay_ms ( 10 ) ;
continue;
}

if ( abs ( Senzor2_1 – Senzor2_2 ) <= 1 0 )
{
delay_ms ( 10 ) ;
continue;
}

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

52

În continuare s -au realizat funcțiile pentru mișcarea de rotație a motoarelor în
funcție de semnalele primite d e la senzori.

Se pune condiția, dacă Senzor1_1 > Senzor1_2 (Senzor1_1 și Senzor1_2 cele două
semnale provenite de la un singur senzor )

if (Senzor1_1 > Senzor1_2 )

Se incremetrază vectorul pwm.

for ( i = 0 ; i <= 7 ; i++ )

Cu ajutorul acestu delay setez viteza de rotație a axului motorului prin setarea vitezei de
incrementare a pulsurilor trimise catre motor.

delay_ms ( 5 ) ;

Setez pe care port al microcontrolerului să trimit trenul de impulsuri rea lizat prin
incrementarea vectorului pwm.

portD = pwm [ i ];

Se face această incrementare și trimitere a pulsurilor pe portul de ieșire până când se
îndeplinește condiția:

Senzor1_1 == Senzor1_2 ;

Următoarea pa rte funcția de rotație a motorului în sens invers.

Se punecondiția , dacă Senzor1_1 < Senzor1_2 (Senzor1_1 și Senzor1_2 cele
două semnale provenite de la un singur senzor )

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

53

if (Senzor1_1 < Senzor1_2 )

Se decremetrază vectorul pwm.

for ( j = 7 ; j >= 0 ; j – )

Cu ajutorul acestu delay setez viteza de rotație a axului motorului prin setarea vitezei de
incrementare a pulsurilor trimise catre motor.

delay_ms ( 5 ) ;

Setez pe care port al microcontrolerului să tr imit trenul de impulsuri realizat prin
decrementarea vectorului pwm.

portD = pwm [ j ];

Se face această decrementare și trimitere a pulsurilor pe portul de ieșire până când se
îndeplinește condiția:

Senzor1_1 == Senzor1_ 2 ;

În mod similar se realizează comanda și pentru cel de -al doilea motor.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

54

6. Concluzii

În această lucrare este prezentat un mod de îmbunătățire al randamentului
sistemului de ghidare cu două axe pentru panouri fotovolatice. Utilizând acestă meto dă
putem crește producția de energie electrică, pri ntr-o poziționare mult mai precisă ce nu mai
ține cont de poziția soarelui sau de condițiile meteorologice. Poziționarea se face în timp
real și este în funcție de valoarea maximă măsurată instantaneu a puterii electrice furnizată.
Acest lucru este posibil, prin eliminarea sistemului de calcul ce face predicția
poziției soarelui după oră, zi și lună folosit în prezent, cu un sistem automat ce foloșeste un
set de senzori ce măsoară în timp real din ce d irecție provine cea mai mare cantitate de
radiație luminoasă. Valorile puterilor redate de acești senzori sunt preluate de un
microcontroler ce le interpretează, apoi acționând un set de actuatori aduce suprafața
fotovoltaică într -o poziție perpendiculară cu direcția sesizată cu ajutorul senzorilor.
În cadrul proiectului a fost construită și o machetă funcțională, cu scopul de a reda
o vedere de ansablu asupra sistemului propus. A fost făcută o analiză asupra diferen ței de
energie produsă la schimbarea pozi ției cu câteva grade și s-a făcut un calcul orient ativ
pentru a scoate î n eviden ță valoarea energiei câștigate pentru suprafețe de producție reale.
Situa ții practice constatate au confirmat faptul că la intensități mici ale radiației
luminoase panourile fo tovoltaice produc energie electrică și acest lucru confirmă faptul că
poziționarea este deosebit de importantă. Acest lucru ne conduce la concluzia că o
automatizare combinată cu sistemele mecanice sunt probleme care vor fi în aten ția
dezvoltărilor ulterio are.
O posibilă dezvoltare ulterioară a sistemului ar fi implementarea unor seturi de
senzori și funcții care sa detecteze condițiile meteo extreme cum ar fi vanturi puternice și
grindină și să aducă panourile fotovoltaice într -o poziție cât mai sigură , pentru a evita
distrugerea suprafețelor fotovaltaice.

Universitatea “TRANSILVANI A” din Brașov
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Programul de studii: Electrotechnică

55

Bibliografie
[ 1 ] Arpad Kelemen, Mircea Crivii ,Motoare electrice pas cu pas, Editura Tehnica,1975.
[ 2 ] Ivan Bogdanov, Microprocesorul in comanda actio narilor electrice,Edituta Facla
1989 .
[ 3 ] Milan Verle, PIC Microcontrollers – Programming in C, mikroElektronika; 1st edition
2009 .
[ 4 ] https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_tracker
[ 5 ] http://meir.ro/ro/sisteme -fotovoltaice -pe-tracker/
[ 6 ] http://www.promacht.ro/sola r/panouri.html
[ 7 ] https://www.researchgate.net/figure/223826240_fig5_Fig -7-Energy -comparison –
[ 8 ] http://www.solarnovus.com/maximizing -solar -energy -output -with-optimized –
trackers_N8085.html
[ 9 ] http://renergytestblog2.blogspot.ro/201 3/05/solar -tracker -advantage -and-
disadvantage.html