DOMENIUL MECATRONICĂ ȘI ROBOTICĂ PROGRAMUL DE STUDIU MECATRONICĂ FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT CU FRECVENȚĂ Dispozitiv de orientare a panourilor solare… [630369]

UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI
TEHNOLOGICĂ
DOMENIUL MECATRONICĂ ȘI ROBOTICĂ
PROGRAMUL DE STUDIU MECATRONICĂ
FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT CU FRECVENȚĂ

Dispozitiv de orientare a
panourilor solare fotovoltaice

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC
dr.ing. VESSELENYI TIBERIU

ABSOLVENT: [anonimizat]
2017

2 CUPRINS
CUPRINS ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 2
Capitolul I ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 4
INTRODUCEREA IN ENERGIA SOLARA ………………………….. …………………………. 4
Scopul lucrării: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 4
Noțiuni de introducere: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 4
Avantajele si dezavantajele energiei solare: ………………………….. ………………………….. ………………………… 5
Dezavantaje în folosirea energiei solare: ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 5
Conversia energiei solare in energie electrică ………………………….. ………………………….. ………………………. 8
Efectul Fotov oltaic ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 8
Structura energetică a materialelor semiconductoare: ………………………….. ………………………….. ………… 9
Principiul de functionare al celulelor solare: ………………………….. ………………………….. ……………………… 12
Materialele celulelor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 12
Eficienta Celulelor Solare ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 13
Exemple din lumea reala ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 15
Capitolul II ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 19
REALIZAREA PĂRȚILOR MECANICE A DISPOZITIVULUI DE ORIENTARE 19
MECATRONICA ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 19
Proiectarea mecanica a dispozitivului de orientare : ………………………….. ………………………….. …………… 20
Piesele componente mecanice ale dispozitivului de orientare: ………………………….. …………………………. 21
Componenta dispozitivului de orientare panourilor solare: ………………………….. ………………………….. .. 21
Descrierea componentelor: ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 21
Trepiedul de sustinere : ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 21
Suport ul principal de sustinere al mecanismului de orientare: ………………………….. ……………………….. 24
Roata dintata de la baza: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 27
Suportul motorului de c.c + pinionul ata sat motorului: ………………………….. ………………………….. ……… 27
Suportul motor: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 28
Motorul de curent continuu: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 28
Furca de sustinere „U”: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 28
Furca de sustinere : ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 29
Coltarul de intarire: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 30
Suport ti ja telescopica: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 30
Tija telescopica : ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 31
De ce tija tel escopica si nu fixa? ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 31
Suport servomotor : ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 32

3 Servomotorul: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 32
Rama principala: (L=660mm x l=460mm) ………………………….. ………………………….. …………………………. 34
Coltarele de imbinare: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 34
Suportul de fotorezistenta: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 35
Suportul de spr ijin al panoului secundar: ………………………….. ………………………….. ………………………….. 35
Roata dintata de pe rama principala: ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….36
Rama Secundara : (L=610mm x l=410mm) ………………………….. ………………………….. …………………………. 36
Capitolul III ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 38
REALIZAREA ELECTRICA SI ELECTRONICA CORESPUNZATOARE A DISPOZITIVULUI
DE ORIENTARE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 38
Realizarea montajului electronic: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 38
Fotorezistentele : ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 38
Microcontrolerul: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 40
Driverul de comanda: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .41
Motoarele de comanda: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 43
Capitolul IV ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 46
PROGRAMAREA PRIN SOFT A DISPOZITIVULUI DE ORIENTARE: ………… 46
Capitolul V ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 57
TRAGEREA CONCLUZIILOR ………………………….. ………………………….. …………….. 57

4 Capitolul I

INTRODUCEREA IN ENERGIA SOLARA
Scopul lucr ării:

Motto:

„Când Soarele e pe cer, să rămânem îndreptați înspre el și oriunde ar fugi, noi alergăm
după el”

Scopul lucrării este acela de adâncire a cunoștințelor despre cea ce înseamnă un dispozitiv de
orientare și proiectarea ace stuia cu costuri de producție cât mai mici. Tot odată pe linia de
programare pe bază studiilor voi încerca să fac o optimizare cât mai bună astfel încât să putem avea
o captare a energiei cât mai mare. Acesta fiind și scopul principal: mai multă ener gie captata cu un
panou solar de aceleași dimensiuni (De la 15 -25% până chiar la 35%).
Dispozitivul prezentat mai jos poate fi folosit în uz casnic, însă pentru a putea stoca energia
este nevoie de un acumulator reîncărcabil.

Noțiuni de introducere:

Energia solară reprezintă una din potențialele viitoare surse de energie, folosit ă fie la
înlocuirea definitiv ă a surselor convenționale de energie cum ar fi: c ărbune, petrol, gaze natural, etc,
fie la folosirea ei ca alternativ ă la utilizarea surselor de energie convenționale mai ales pe timpul
verii, cea de a doua utilizare fiind în momentul de faț ă cea mai raspândit ă utilizare din întreaga
lume.
Principalele moduri de utilizare a energiei solare sunt urmatoarele:
– producerea de energie termica: incalzir ea apei, incalzirea locuintelor sau a serelor, etc;

5 producerea de energie electrica prin intermediul celulei fotovoltaice. Aceasta este rolul unei lungi
evolutii, de la alimentarea calculatoarelor de buzunar pana la centralele solare, ce pot alimenta
cartiere intregi de locuinte sau chiar folosite in spatial cosmic.

Avantajele si dezavantajele energiei solare:
Poate cel mai evident avantaj, în vederea utiliz ării acesteia, pe care îl are, este acela de a NU
produce poluarea mediului înconjur ător, deci este o surs ă de energie curat ă.
Un alt avantaj al energiei solare este faptul c ă sursa de energie pe care se bazeaz ă întrega
tehnologie este gratuit ă.

DE CE DA energie solară?
-este ecologica, nu polueaza
-este estetica
-absolut gratuita, fara ulterioare cresteri de pret
-este inepuizabila
-instalațiile nu necesită întreț inere
-cu timpul se pot reduce celelalte surse de energie, extrem de costisitoare.
-este lum ina pura, nealterata
-captarea nu este poluanta si nu are efecte nocive asupra atmosferei.
Energia solară este practic inepuizabilă, fiind cea mai curată formă de energie de pe pământ și este
formată din radiații calorice, luminoase, radio sau de altă nat ură emise de soare. Cantitățile uriașe
ale acestei energii stau la baza aproape tuturor proceselor naturale de pe Pământ. Cu toate acestea,
este destul de dificilă captarea și stocarea ei într -o anumită formă (în principal căldură sau
electricitate) care s ă pemită utilizarea ei ulterioară.

Dezavantaje î n folosirea energiei solare :

Raspandirea foarte limitata a utlizarii tehnologiei solare are foarte multe cauze. In primul
rand, tehnologia de captarea a razelor solare este inca la inceput si costisitoare. Pretul producerii
unui WATT in prezent, prin intermediul celulelor fotovoltaice, este de 6 -7 ori mai mare decat cel al
producerii sale in termocentrale. De aceea investitia initiala intr-un sistem de producere a energiei
prin captarea razelor solare este m are, chiar daca amortizarea se produce in timp, sistemele fiind in
general foarte fiabile si putand functiona 10 -25 de ani fara mari costuri de intretinere.

6 Soarele este, far ă îndoială, o vastă sursă de energie. Într -un singur an, el trimite spre pamânt
de 20.000 de ori energia necesar ă întregii populatii a globului. În numai trei zile, pamântul primeste
de la soare echivalentul energiei existente în rezervele de combustibili fosili.
România dispune de un important potential energetic solar determinat de un amplasament geografic
si conditii climatice favorabile. Zonele de interes deosebit pentru aplicatiile electroenergetice ale
energiei solare sunt:
Câmpia Româna, Câmpia de Ve st, Banat si o parte din Podisurile Transilvaniei si Moldovei.
În optiunile energetice ale omului, electricitatea si -a câstigat un loc privilegiat. Chiar dac ă
unele surse neconventionale sau conventionale de energie pot fi utile direct în instalatii termice sau
mecanice, preocuparea de a obtine pe seama lor energie electric ă ramâne pe primul plan. Există o
serie de astfel de generatoare, bazate pe fenomene fizice sau chimice mai mult sau mai putin
studiate, din care viitorul va retine pe cele mai eficiente sau, poate, pe cele mai ieftine si care
folosesc materiale mai raspândite pe pamânt.
Printre generatoarele care pot realiza conversia directa a e nergiei electrice si în care se pun mari
sperante, pe primul loc sunt si celulele fotovoltaice, numite si celule solare, atunci când energia
primară o reprezint ă radiatiile soarelui.
Produsele bune nu trebuie doar s ă satisfacă nevoile consumatorului final, ci trebuie, de
asemenea, s ă fie avantajoase mediului în care produsul va fi folosit. Electricitatea nu face exceptie
de la regul ă. Electricitatea solară poate să-si aducă o important ă contributie la p ăstrarea rezervelor
de energie ale pamântului si, în acelasi timp poate contribui la încetinirea modific ărilor climatice
generale: reduce consecintele e fectului de ser ă si ale gazelor poluante din atmos fera.
Costul energiei produse de sistemele fotovoltaice continu ă să scadă. Oricum, costul energiei
fotovoltaice este, în general, mai mare decât al energi ei produse în mod conventional. De asemenea,
desi costul initial al echipamentului fotovoltaic e ste mai mare, sunt totusi unele aplicatii în care
sistemul fotovoltaic este cel mai eficient din punct de vedere financiar. Num ărul sistemelor
fotovoltaice creste anual datorit ă avantajelor oferite. Dintre aplicatiile mai eficiente, trebuie
mentionate cele destinate aliment ării consumatorilor izolati, de mic ă putere, din domenii precum:
telecomunicatii, balizaj, protectie catodic ă, refrigerare, irigatii etc.
Un sistem fotovoltaic bine realizat poate opera neurm ărit si necesit ă o întretinere periodic ă
minimă. Economiile provenite din costurile de munc ă si cheltuielile de transport pot fi neînsemnate.

Printre principalele caracteristici ale sistemelor fotovoltaice enumera m:

7 MODULARITATE:
Un sistem fotovoltaic poate fi proiectat pentru o usoar ă expand are. Dacă cererea de putere ar creste,
singurul obstacol care poate interveni în expandarea sistemului fotovoltaic este lipsa spatiului
necesar amplas ării modulelor suplimentare; ne referim desigur la lipsa unui spatiu iluminat de soare.

AUTONOMIE:
Nu nec esită un consum suplimentar si cheltuieli de întretinere. Alimentarea cu combustibil
conventional si depozitarea lui poate costa mai mult decât combustibilul însusi. Energia solar ă este
oferită gratis.
Deoarece tendinta actual ă este orientat ă spre optimiza rea din punct de vedere energetic, pentru
asigurarea functionalit ătii în conditii de maxim ă eficientă, s-au dezvoltat aplicatii în care sistemele
fotovoltaice sunt dotate cu sisteme inteligente pentru controlul function ării, dotări care asigur ă
personaliza rea acestor aplicatii.

DURABILITATE:
Marea majoritate a modulelor fotovoltaice de ast ăzi sunt bazate pe tehnologii care au dovedit o
degradare minima dup ă 20 de ani de functionare, ele fiind garantate 30 de ani.
Se stie bine c ă sistemele fotovoltaice prod uc energie electric ă ziua, dar la fel de bine se stie si c ă
energia electric ă livrată ziua costă mai mult. În România, deja se practic ă tarifare diferentiat ă zi-
noapte deci, sistemul fotovoltaic produce energie electric ă gratis sau aproape gratis în timpul zilei,
când energia electric ă este mai scump ă, iar pe timpul noptii când sistemul fotovoltaic nu produce
sau al orelor de vârf, necesarul de energie electric ă este preluat din reteaua electric ă de distributie
locală.
Un mare avantaj pe care -l prezintă sistemele fotovoltaice este acela c ă se pot integra în cladiri, pot
înlocui subansamble, materiale de constructie sau chiar întregi p ărti componente ale cl ădiri cum ar fi
de exemplu acoperisul. Odată cu aparitia problemelor legate de nesiguranta mediului înconjurător,
construirea unor cl ădiri eficiente din punct de vedere energetic a câstigat o mai mare popularitate.
Opinia general adoptat ă este că un control mai atent al repercusiunilor asupra mediului înconjurator
este extrem de necesar si c ă oamenii tre buie să folosească sisteme mai eficiente din punct de vedere
energetic.
Aspectul uman al problemei nu este nici el neglijabil. De -a lungul istoriei, oamenii au c ăutat să se
înconjoare cu lucruri frumoase, estetice, care ocupau în sufletul lor locuri import ante si care
promiteau s ă le asigure o mai mare consideratie în ochii celorlalti.

8
Solutiile privind puterea solar ă nu permit doar reglarea producerii energiei electrice la nevoile
cladiri, ci si oportunitatea de a economisi bani prin vinderea oricarui surp lus de energie c ătre reteaua
publică.
Asigurarea unui mediu înconjur ător favorabil vietii nu cere gesturi mari. De fapt, chiar posibilit ătile
de alegere ale fiec ăruia dintre noi pot aduce contributii diferite si pozitive. În viata social ă, această
contribu tie poate lua forma unei solutii energetice sustinut ă de politica privind mediul înconjurător
al unei companii.

Conversia energiei solare in energie electric ă

Energia solară fotovoltaică este energie produsă prin celule fotovoltaice solare, care converte sc
lumina soarelui direct în energie electrică. Celulelor solare erau înainte folosite adesea pentru
alimentarea, fără baterii electrice, a calculatoarelor de buzu nar și a ceasurilor . Ele sunt fabricate din
materiale semiconductoare similare cu cele utilizate în electronică la cipurile semiconductoare din
componența dispozitivelor semiconductoare.

Efectul Fotovoltaic

Efectul de apariție a unei tensiuni electromotoare, sub acțiunea energiei solare, denumit efect
fotovoltaic, a fost descoperit de fizicianul francez Alexandre -Edmond Becquerel, în anul
1839.Denumirea acestui efect provine din grecescul phos, care înseamnă lumină și din numele
fizicianului Allesandro Volta, realizatorul primei baterii electrice din lume. Efectul fotovoltaic este
datorat eliberării de sarcini electrice negative (electroni) și pozitive (goluri), într -un material solid,
atunci cân d suprafața acestuia interacționează cu lumina. Datorită polarizării electrice a materialului
respectiv, care se produce sub acțiunea luminii, apare o tensiune electromotoare, care poate genera
current electric într -un circuit închis. Dispozitivele care fu ncționează pe baza acestui fenomen, sunt
denumite celule fotovoltaice, sau celule electrice solare. Pentru a permite furnizarea unei puteri
elctrice rezonabile, celulele fotovoltaice nu funcționează individual ci legate în serie într -un mumăr
mai mare, alc ătuind panouri fotovoltaice, sau panouri electrice solare (a nu se confunda cu panourile
solare pentru producerea energiei termice, denumite și colectori solari sau panouri solare termice).
Celulele fotovoltaice pot fi realizate din mai multe materiale se miconductoare, dar peste 95%
din celulele solare sunt realizate din siliciu (Si), care este al doilea element chimic cel mai răspândit

9
în scoarța terestră, reprezentând cca. 25% din aceasta, deci este disponibil în cantități suficiente,
fiind astfel și ief tin. În plus, procesele de prelucrare a acestui material nu sunt agresive pentru
mediul ambiant. In imaginea de mai jos este prezentata o celula fotovoltaica fata -verso:

Structura energetică a materialelor semiconductoare :
În figura urmatoare este prezen tată structura energetică a materialelor semiconductoare, ,
siliciul fiind si e un material semiconductor, deci și a lui

Analizarea acestei scheme energetice este utilă în vederea înțelegerii condițiilor în care
semiconductorii pot deveni mate riale conductoare de curent electric. În situaț ii normale, electronii
ocupă în jurul nucleelor atomilor materialului respectiv, diferite nivelele energetice denumite și
straturi sau benzi energetice. Aceste nivele energetice accesibile pentru electroni, su nt separate de
benzi energetice interzise, reprezentând adevărate “bariere energetice” pentru electroni. Nivelul
energetic cel mai ridicat dintre cele ocupate de electroni, este denumit și bandă energetică de
valență, sau mai simplu bandă de valență. Următ orul nivel energetic accesibil electronilor, dar
neocupat de aceștia, este denumit bandă energetică de conduție, sau mai simplu bandă de conducție.
Este evident că pentru materiale diferite, nivelele energetice ale benzii de valență și ale
benzii de conduc ție sunt diferite. Diferența de potențial energetic ΔE, dintre banda de conducție și
banda de valență, reprezentând și valoarea “barierei energetice” dintre cele două straturi, este
diferența dintre nivelurile energetice Ec al benzii de conducție și Ev al benzii de valență ΔE=Ec -Ev.
În cazul siliciului monocristalin, valoarea acestei bariere energetice este ΔE≈1eV, iar în cazul

10
siliciului amorf poate să ajungă la ΔE≈1,7eV. Aceste valori ale barierei energetice, reprezintă cuante
de energie care trebuie să f ie transmise electronilor de pe stratul de valență pentru ca aceștia să
devină liberi, adică pentru a putea trece pe banda de conducție. Prin supunerea materialelor
semiconductoare de tipul siliciului la radiația solară, fotonii, sau cuantele de lumină cum mai sunt
numiți aceștia, sunt capabili să transmită electronilor de pe banda de valență, energia necesară
pentru a depăși “bariera energetică” și a trece pe banda de conducție. Acest fenomen se produce în
celulele fotovoltaice.
În vederea fabricării celul elor fotovoltaice, Si 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
sarcinilor 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 de tipul celei repr ezentate schematic în figura urmatoare:

Sub acțiunea diferenței de potențial electric, manifestată în zona de contact, electronii excedentari
din stratul n, prezintă tendința de migrație în stratul p, deficitar în electroni. Analog, golurile
excedentare din stratul p, prezintă tendința de a migra în stratul n, deficitar în sarcină electrică
pozitivă. Această tendință de deplasare a sarcinilor electrice este reprezentată în figura urmatoare
care reprezinta T endința de migrare a sarcini lor electrice între straturile joncțiunii p -n.
:

Amploarea migrației sarcinilor electrice între cele două straturi ale joncțiunii p -n este limitată de
nivelul energetic al purtătorilor celor două tipuri de sarcini electrice. Astfel, cu toate că nu se va

11
realiza o reechilibrare la nivelul sarcinilor electrice în toată profunzimea celor două straturi, o zonă
superficială din stratul p va fi ocupată de sarcini electrice negative (electroni), iar o zonă superficială
din stratul n, va fi ocupată de sarcini electrice pozitive (goluri). Ca efect, se va produce o
redistribuire a sarcinilor electrice în zona joncțiunii p -n, de tipul c elei reprezentate în figura
urmatoare care reprezinta aparitia unei diferențe de potențial electric în zona joncțiunii p -n:

Joncțiunea p -n, împreună cu cei doi electrozi, alcătuiește o celulă fotovoltaică sau o celulă
elctrică solară având construcția de tipul celei reprezentate în figura urmatoare:

Grosimea totală a unei celule fotovoltaice este ce cca. 0,3mm, iar grosim ea stratului n, este
de cca. 0,002mm. Uzual, deasupra electrodului negativ al celulei fotovoltaice, se amplaseaza un strat
antireflexie, cu rolul de a împiedica reflexia radiației solare incidente pe suprafața celulei electrice
solare, astfel încât o canti tate cât mai mare de energie să fie transferată electronilor de valență din
cele două straturi semiconductoare. Celulele fotovoltaice au dimensiuni uzulale de 10x10cm și mai
recent de 15x15cm.

12 Principiul de functionare al celulelor solare:
Aceast subcapito ll va adduce informatii standard despre modul de functionare al celulelor solare
moderne.
Celulele solare au rolul de convertire a energiei in energie non -poluanta.Se converteste un
anumit tip de energie si anume energie luminoasa intr -un alt tip de energi e,mai précis
electricitate.Cand energia luminoasa este redusa sau oprita,la fel cum un nor trece in fata soarelui
sau cand soarele apune inspre seara,procesul inceteaza lent sau se opreste complet.Cand soarele
reapare,procesul reincepe.Celulele solare nu i nmagazineaza electricitatea,ele doar convertesc lumina
in energie cand soarele este present.Pentru a avea putere electrica si noaptea,un system solar electric
are nevoie de o forma d e inmagazinare a energiei .
Ceea ce este foarte interesant despre celulele solare este faptul ca realizeaza aceasta
conversie fara a produce anumite dezavantaje cum ar fi zgomotul,poluarea sau radiatiile.Aceste
avantaje sunt datorate in mare parte proprietatilor speciale ale materialelor semiconductoare care fac
aceasta conversie posibila

Materialele celulelor

Semiconductoarele : in “prezent” sunt materialele de uz ale celulelor solare .
In prezent majoritatea celulelor solare sunt fabricate din silicon.In timp ce si alte materiale
sunt folosite, procesul fundamental de functionar e al celulelor solare este acelasi cu cel al celulelor
fabricate din silicon(siliconate) cum ar fi tranzistoarele. Siliconul este in principiu un semiconductor
sau semi -material al carui nume reflecta faptul ca are proprietatea si de metal(un conductor) si de
non-conductor.Intr -un metal conductor,cum ar fi cuprul, atomii pierd instantaneu electroni care usor
curg cand se aplica o actiune electrica. Opusul lor, atomii dintr -un non -conductor cum ar fi sticla tin
strans electronii care nu pot curge chiar daca se executa asupra lor o actiune electrica
puternica.Diferenta dintre metal si non -metal este aceea ca atomii unui material semiconductor
reusesc sa -si pastreze electronii cumva mult mai strans decat metalele.O alta caracteristica a
semiconductoarelor este aceea ca introducand bucati mici de impuritati intr -o structura a unui
semiconductor poate creea o variatie a electronilor si implicit o rupere de atomi curgand astfel sub
influenta unei energii electrice.
Doua elemente dopante esentiale care sunt tipic fo losite in silicon sunt fosforul si borul.

13

Cand lumina loveste o celula fotovoltaica, atomii sunt bombardati cu fotoni,si renunta la
electroni. Cand un electron este departat dintr -un atom, el paraseste zona prin spatele “gauri”, ce are
o incarcar e electrica egala. Ambele,electronul,care are o incarcare negativa si gaura, cu incarcare
pozitiva, incep o defilare controlata de -a lungul gradientului. Chiar daca purtatorii traverseaza
jonctiunea, campul si natura materialului semiconductor descurajeaza reluarea acestui proces. O
parte a acestor purtatori care traverseaza jonctiunea pot fi culesi completand un circuit de la o
armatura a suprafetei unei celule pana la un colector al planului din spate.In celula, lumina
”pompeaza” electronii in afara unei parti a celulei, prin circuit si inapoi in partea cealalta,
alimentand cu energie un dispozitiv electric de acumulare (asemenea bateriei din figura anterioara).

Eficienta Celulelor Solare
Un factor important atunci cand vine vorba de celule fototvoltaicei este eficienta acestora
respectiv a panoului solar din care fac parte.
Eficiența celulelor fotovoltaice depinde de doi factori:
-Intensitatea radiației solare incidente pe suprafața celulei;
-Eficiența procesului de conversie a energiei radiației solare în energie electrică.

În prezent, construcțiile de cel ule fotovoltaice au eficiențe în jurul valorii de 15% pana la 25% , ceea
ce reprezintă o valoare destul de scăzută. Din acest motiv, panourile fotovoltaice sunt amplasate
preponderent în zone caracterizate prin radiație solară intensă. Cu toate acestea, țăr i ca Germania sau
Austria reprezintă exemple de utilizare pe scară largă a acestei tehnologii, cu toate că nu sunt favorizate din
punct de vedere al intensității radiației solare.

Totusi pentru a se putea creste eficienta panourilo cu celule fotovoltaice se pot imbunatati anumite aspecte
legate de panouri solare, cum ar fi:

14 – atasare unui dispozitiv de reglare automata a panoului fotovoltaic in asa fel incat lumina, respecticv energia
,captata de la soare sa fie cat mai ridicata.
– folosirea unei sticle cu un indice de reflexie cat mai scazut pentru o captare cat mai eficienta a energiei
solare prin celulele fotovoltaicie si mai departe in acumulatori.
Ca urmare, celulele solare pot atrage doar “bobardamentul” ceea ce le face sa fie responsabile
pentru producerea de electricitate si datorita materialului siliconat din care acestea sunt fabricate
care prezinta si el o rezistenta interna ridicata ceea ce duce la o scadere semnificativa de producere a
energiei electrice. Un alt factor care influenteaza n ivelul de energie este datorat pozitionarii firelor
de legatura al celulelor. Daca firele sunt asezate la un capat al celulei atunci electronii sunt nevoiti sa
traverseze pana in cealalta parte trecand asadar prin nivelul de rezistenta interna ridicata pro ducand
astfel o pierdere eminenta de energie. Marea majoritate a celulelor solare moderne folosesc o retea
de conductoare pe suprafata care fac mult mai eficient traseul de parcurgere al energiei foto -voltaice
catre fire.Totusi aceasta grila impiedica patr underea luminii solare in materialul celulelor. Dupa cum
observati a crea un panou solar foarte eficient inseamna un adevarat compromis.
Noua tehnologie de fabricare a celulelor solare implica aranjarea semiconductorilor de marimea
nano intr -o matrita de p lastic care ar fi mult mai putin costisitoare.Co mpanii cum ar fi Nanosys sau
INC lucreaza la o asa z isa “nanomasura”care ar masura 60 nanometri – 70 nanometri intr -un
polimer.Din cauza marimii foarte scazute (un nanometru ar fi de 10 000 de ori mai mic dec at un fir
de par,”nanomasura”este aranjata de o reactie chimica.Fabricatia de celule solare nanocompozite
este mult mai dificila decat producerea de filme fotografice care sunt realizate in cantitati foarte mari
cu mi de materiale ingineresti precise . Plus ar fi foarte usor ca aceste celule solare sa fie realizate si
montate pe acoperisurile sau peretii exeteriori ai unor immobile, astfel ca intreaga structura ar putea
atrage cantitati mari de energie solara. Deocamdata aceasta oportunitate este sub semnul intrebarii
nestiindu -se inca cat de mare impact ar avea asupra pietii de marketing.
Privind spre “orizont” am putea observa celula solara ideala. O descoperire neasteptata la un
laborator de cercetare a energiei numit Energy’s Berkeley National Laboratory (LBNL) ar putea
duce spre realizare implementarea celulelor fotovoltaice
(PVs). O descoperire despre proprietatile electrice ale indiului ar put ea produce o eficienta ridicata ,
folosind intregul spectru de luminozitate provenit de la radiatiile solare. Acest lucru ar putea duce la
o eficienta incredibila de 50% procente de convertire a energiei solare in electricitate.
Diferenta dintre o celula solara si o baterie reincarcabila prezinta faptul ca celula nu poate
stoca energie si nu poate fi reincarcabila.

15
Tehnologia celulelor solare este o mare descoperire si se asteapta ca pana la urma in acest secol
21 aceasta inovatie sa ia amploare si energia solara sa poata fi utilizata tot mai mult, fiind foarte
utila.
Exemple din lumea reala
Unele sate intregi sunt dotate cu energie solara sau eoliana.Aceasta este posibil oamenii
avand la dispozitie tot confortul necesar cum ar fi telefonie,televiziune,internet sau chiar si un
toaster electric pentru gatit.Acum 30 de ani aceasta nu se credea a fi posibil.Acum oricine ar dispune
de aceste panouri solare ar putea supravietui fara nici un fel de problema avand la indemana tot
comfortul necesar.
Nu trebuie neaparat sa traim intr -o zona nepopulata pentru a beneficia de acest confort.Panouri
solare imense sunt montate deasu pra unor cladiri foarte mari acestea generand energie folosita
pentru iluminat,aer conditionat sau echipamentul din birouri economisind astfel foarte mult din
costul energiei electrice.
Primele celule fotovoltaice, au fost utilizate în 1958, pe satelitul Vanguard I, prezentat în
figura de mai jos . Eficiența de conversie a energiei radiației solare în electricitate era de 10%, iar
puterea totală a acelor celule fotovoltaice a fost de cca. 0,1W. Până în 2005, puterea totală instalată
pe planetă a panourilor fotovoltaice, depășea 1.000.000.000W=1GW.

Apoi a inceput extinderea lor, aplicatiile in care acesea se pot folosi sunt tot mai diverse si parca tot
mai utile. Uneori sunt chiar indispensabile.

16
Alte aplicati in care sunt folosite panouri le solare:

Alimentarea cu energie a locuintelor:

In acest caz se observa cum panoul fotovoltaic este instalat direct pe sarpanta imobilului,
energia captata de catre panou fiind trimisa catre acumulator, care stocheaza intreaga energie.
Pentru a putea fi folosita aceasta energie este convertita de catre un convertor.
Un avantaz foarte mare este acela ca atunci cand acumulatorul este complect incarcat ebergia
generata de catre panou poate fi descarcata in reteaua de alimentare principala a imob ilului. Spun
avantaj pentru ca in loc de a consuma din energia exterioara, exista posibilitatea de a vinde energie
electrica.

Alimentarea cu energie a ambarcatiunilor:

Fiind vorba de ambarcatiuni se stie clar ca doar soarele ar putea da o ene rgie fara prea mari
costuri implicate in producerea ei, deoarece orice alt sistem de producere al energiei ar consuma la

17
randul sau alte resusre. La fel de bine energia captata de catre panouri poate fi folosita pentru
dotarile interioare ( asigurarea c omfortului necesar) sau pentru propulsia intregi ambarcatiuni.

Alimentarea cu energie a stalpilor de iluminat stradal:

Se cunoaste destul de bine problema in care oricce consumator electric oricat de mic ar fi
are nevoie de alimentare cu ene rgie electrica. La fel este si in cazul stalpilor de iluminare stradali
sau de semaforizare a unei intersectii sau de ce nu si a indicatoarelor de avertizare, unde costurile
de alimentare cu energie electrica de la retea prin fire ar fi mult prea mari. Costurile ar fi ridicate
deoarece ar fi necesara uneori degradarea trotuarelor sau a altor parti componente din carosabil. Asa
ca cel mai simplu se recurge la o metoda de alimentare prin intermediul panourilor solare.

Alimentarea cu energie a diferite lor aparate de pe bordul unui automobil:

In acest exemplu avem un panou solar montat la bordul masinii folosit intr -un scop foarte util. In
caz ca bateria masinii nu mai functioneaza acesta are rolul de a capta energia solara suficienta pentru
incarcarea aparatelor de bord . Un astfel de de acesoriu se poate gasi in diferite market -uri de
speciali ztate la un pret destul de scazut.

18

Alimentarea cu energie solara a altor componente:

Diferite jucarii sunt alimentate de la soare, precum si anumite reclame sunt luminate tot cu
ajutorul energiei solare captate de la soare.

19
Capitolul II
REALIZAREA PĂRȚILOR MECANICE A
DISPOZITIVULUI DE ORIENTARE

MECATRONICA
Atunci can d am inceput sa proiectez acest dispozitiv de orientare nu am uitat cele trei laturi ale
mecatronicii:
 MECANICA
 ELECTRONICA
 INFORMATICA
Mecatronica este combinația sinergeticǎ ṣi sist ematicǎ a mecanicii,electronicii ṣi a
informaticii în temp real .
Mecatronica este rezultatul evoluției firesti în dezvoltarea tehnologicǎ. Tehnologia electronicǎ a
stimulat aceasta evoluție. Dezvoltarea microelectronicii a permis integrarea electromecanică . În
urmatoarea etapǎ, prin integrarea microprocesoarelor în structurile electromecanice, acestea devin
inteligente ṣi, astfel s -a ajuns la mecatronicǎ .
Tehnologia mecatronica aduce in centrul atentiei problema informatiei care, este componenta
datatoare d e ton in raport cu materialul si energia.

20

Proiectarea mecanica a dispozitivului de orientare :
Am incercat la partea de proiectare mecanica sa tin cont foarte mult si de fazele de lucru ce
se aplica atunci cand se construieste fizic acest dispozi tiv de orientare .
Este evident faptul ca importante economi mai ales la o productie pe scara larga se pot face
chiar si din eliminarea unei gauri sau a unei indoiri cu atat mai mult atunci cand tot ansamblu se
face cu mai putine componente incat s a fie rezistent si eficient cu mai putine costuri de productie.
Astfel intregul sistem de orientare dupa soare devine mult mai acesibil mult mai inteligent si mult
mai fiabil.
Actiunea fortelor din exterior asupra panoului solar

Schema de d istribuție a presiunii Schema de distribuție a presiunii
in pozitie verticala ( V ) in pozitie oblica ( 45* )

Schema de distribuți e a presiuni
in pozitie orizontala ( H )

21 Tinand cont mai intai de toate de rezistenta la solicitarile din exterior am inceput prin
alegerea profileleor c adrului de sustinere a panoului

Piesele component e mecanice ale dispozitivului de orientare :

In cadrul acestui subcapitol vom vorbi despre componenetele mecanice, proprietatile lor cat
si despre motivele care m-au determinat in algerea lor.
Tinand cont ca de cele mai multe ori exista legaturi strans e intre mecanica si partea
electronica mai ales atunci cand vine vorba de proiectare.
OBSERVATIE !
Nu trebuie sa uitma faptul ca exista anumite componente ce contin mai mult parte de
electrica/electronica (panoul solar), pec are il voi incadra tot in r andul componentelor mecanice
deoarece are atasat de el o serie de de elemente demn e de studiat impreuna cu acesta.

Componenta dispozitivului de orientare panourilor s olare:
In randurile de mai jos voi enumera toate componentele principale care le -am folos it in asamblarea
dispozitivului de orientare :
 Trepiedul de sustinere:
 Suportul principal de sustinere al mecanismului de orientare:
 Furca de sustinere „U”:
 Rama cu celule fotovoltaicie:

Descrierea componentelor:
Vom incepe cu descrierea componentelor de la baza dispozitivului inspre parte superioara, deoarece
fiecare element are rolul de al sustine pe celalalt.

Trepiedul de susținere :
Format din:
 Baza trepied -1buc;
 Picior trepied -1buc ;
In componenta acestuia se mai gasesc 8 coltarele de armare im preuna cu niturile de imbinare
dintre coltar si profil. Pe fiecare coltar avem 6 nituri capsate.

22

Trepiedul :
Are rolul de a putea sustine intregul montaj de captare a energiei solare, de mentine stabilitatea atat
in pozitie de repaus cat si in momentul i n care intregul sistem se afla in cautarea soarelui.
Mai mult decat atat trepiedul de sustinere trebuie sa asigure o stabilitate foarte ridicata deoarece
oricand isi poate face simtita prezenta vantul.
Daca baza nu e buna s -ar putea ajunge la un mome nt dat ca intregul sistem de orientare sa intre in
dezechilibru si astfel sa se dezintegreze. Deaceia tinand cont de toate aceste premise am proiectat
un suport de sustinere cat mai solid din punct de vedere al stabilitatii, insa nu am uitat faptul ca ori ce
Kg conteaza asa ca am ales sa il construiesc din profile ce au o forma paralelipipedica, ca in
imaginea alaturata:

Cu ajutorul profilului de mai sus se construieste tepiedul. Dimensiunile p rofilul de mai sus sunt de
(40×40)mm, iar mater ialul acestuia fiind aluminiu (Al).
Din profilul specificat anterior am inceput sa debitez urmatoarele lungimi cantitatea dorita din
fiecare dimensiunei:
 500 mm x2buc;
 230mm x2buc;

Dupa debitarea profilelor la lungimea optima dorita a m inceput sa asamblez trepiedul care arata ca
in figura urmatoare si ale carui caracteristici dimensionale le voi specifica in randurile urmatoare.

23

Trepiedul asamblat are dimensiunea d e baza de (500 x 500)mm fiind format dinntr -un
profil de 500mm lun gime asamblat in forma de „ +” cu alte 2 profile de 230mm lungime fiecare.
Pentru ca acest ansamblu sa nu se dezintegreze si tot odata sa fie si rezistent i -am facut o
armatura cu 4 coltare ca si in figura de mai sus. Detalii despre acese coltare de imbi nare/legatura le
voi prezenta imediat in randurile de mai jos.
Legat de baza trepiedului se gaseste piciorul trepiedului care are rolul de a indeparte de la
baza(sol) intregul ansamblu de orientare pentru a putea sa isi faca miscarile de cautare a soarelu i
fara impedimente.

Acesta are o dimensiun de 500mm lungime si este perpendicular pe centrul de greutate al
bazei trepiedului. Tot ceea ce ii sustine stabilitatea nu sunt nimic altceva decat cele 4 din 8 coltare,
ca si in imaginea de mai sus.
Fiecare coltar este prins de profilele trepiedului cu cate 3 nituri pe fiecare din cele 2 fete
perpendiculare. Asamblarea fiind facuta cu nituri => o asamblare nedemontabila.
Nu trebuie uitat faptul materialul din care sunt facute coltarele este otel(OL45 ) pentru o mai
buna rezistenata la solicitarile din exterior.
Grosimea coltarului este de 2mm, iar dimensiunile de gabarit sunt (30 x 30 x 30) mm.
De asemene nitul care face posibila asamblarea celor 4 profile impreuna cu cele 8 coltare
pentru a putea fi realizabila asamblarea are dimensiunea de (L10 x Ø 4)mm.
Pentru un design mai placut am ales si 5 capace dintrun material PVC pe care le -am
pozitionat in capetele profilelor.

24
In imaginea de mai jos voi prezenta mai in detaliu atat coltarul cat si niturile introduse in cele 6
gauri ale coltarului.

Asa dar cu toate componetele mentioate mai sus s -a realizat trepiedul de sustinere al
dispozitivului de orientare , iar de aici vo m trece la urmatoarea componentă .

Supo rtul principal de susț inere al mecanismului de orientare:

Este prezentat in u rmatoarul desen de ansamblu impreuna cu alte elemente componente ce vor fi
prezentate in randurile urmatoare:

Suportul principal de susț inere este format din:
 Ax de rotaț ie;
 Butuc in care sunt incastrate si lagarele;

25  Setul de piulite, flanse si saibe ce asigura fixarea corecta a axului;
 Suportul de prindere al butucului de piciorul trepiedului;
 Roata dintata de la baza;
 Platbanda de legatura cu furca;
 Suportul motorului de c.c . + pinionul atasat motorului ;

Rolul principal al acestui suport este de a asigura sustinerea cadrului furca de tip „U” fixat
ulterior pe el.
Nu trebuie uitat faptul ca acest suport nu este fix, el asigurant o miscare de rotatie in plan orizontal,
plan ce este perpendicular pe piciorul trepiedului. Aceasta miscare are rolul de a aduce un grad de
libertate sistemului de orientare automat atunci cand vine vorba ca acesta sa caute soarele.
Voi incepe prin prezentarea fiecarei componente de pe acest suport de sustinere, cu
precadere scotand in evidenta fuunctiil e pe care acestea le realizeaza.
Axul de rota ție:
As cum se observa si mai sus este vorba de un ax ce gaurit incastrat intr -un butuc la capetele caruia
se afla 2 lagare pentru rulmenti radiali axiali ce asigura o miscare de rotatie lina si uniforma in
jurul axei centrale . Fixarea (strangerea) rulme ntilor radiali -axiali se face cu piulita si contra piulita
intre care exista evident o saiba plataa.
Rolul pe care il are gaura ce traverseaza axul de rotatie de la un capat la celalalt este acela de a
asigura trecerea firelor ce fac legatura dintre Pano ul Fotovoltaic si Microcontroler. Fara de aceasta
gaura as fi fost nevoit sa traversez cu ele pe erterior ceea ce ar fi putut impiedica foarte mult o
buna functionare pe timp indelungat faca ca acestea sa fi fost smulse sau deteriorate.

Gruparea de fir e ce traverseaza axul gaurit cu Ø18 este alcatuita din:
 2 fire de la senzor REED la microcontrole;
 8 fire ce fac legatura dintre cele 4 fotorezistente si microcontroler;
 2 fire ce asigura legatura dintre panoul fotovoltaic si sursa propriuzisa de acumula re;
 3 fire ce asigura coamandarea servomotorului.
Lungimea axului este de 210 mm. Si o grosime de Ø22mm.

Butucul:
Are rolul de a sustine cele doua lagare si evident ca prin acestea si axul de rota ție.

26
Diametrul acestuia este de Ø40, iar lagarele fixe in care sunt incastrati rulmenti au diametrul
exterior de Ø45 avand lungimea axului de 190mm.
. Am gasit cu cale sa il aleg asa doaeorece se gaseste pe piata la un pret foarte acesibil , facand parte
din ansamblul „coarne – furca” al unei biciclete.
Mate rialul din care este fabricat acest butuc este (OLC45).

Setul de piulite si saiba dintre:
Prin strangerea piulitei se realizeaza indepartarea jocului dintre ax si butuc. Pentru a evita slabirea
piulitei si mai departe evitarea aparitiei jocului se mai pu ne si o contra piulita dar nu inainte de a se
monta pe ax sa iba plata.
Dimensiunile componentelor sunt urmatoarele:
 Piulita hexagonala grosimea =5mm, gaura Ø22;
 Piulita contra hexagonla cu f lansa grosimea =10mm, gaura Ø22;
 Saiba plata grosimea=2mm, gaura Ø22;

Pentru o mai buna in țelegere a ansamblului prezentat mai sus voi prezenta o imagine explodata a
acestuia.

Suportul de prindere al butucului de piciorul trepiedului:
Mai sus observ ăm cu ușurință ca butucul este o piesa iar suportul deja o alta piesa. A samblarea lor
se face cu sudura deci va rezulta tot un ansamblu nedemontabil.

27
Rolul acestuia este de fixare a butucului cu ax pe picio rul tr epiedului, ce ea ce se si face prin
intermediul a 2 șuruburi -piulița M6 L5 0mm. For ma pe care o are acum provine dintr -o bucata de
pladbanda debitata la anumite lungimi apoi asamblată prin sudura.

Roata din țată de la baz ă:
Turnată apoi prelucrat ă prin așchiere , are 36 dinti si diametrul e xterior de Ø28mm si o grosime de
8mm.
Nu trebui e uitată gaura din interiorul ei de Ø18mm ceea ce reprezint ă un aspect foarte
important si gr eu de atins in productie. Aceas tă gaură se datoreaza faptului ca si prin ea trebuie
trecute firele ce trec prin ax, deci singurul mod de a face o legatura dintre ea si axul de sustinere este
sudura.

Platbanda de legatur ă cu furc ă:
Este o simpla bucat ă de plat bandă cu urmatoarele dimensiuni: L =120mm, l=40mm, h=4mm;
Pentru asigurarea treceri firelor precizate mai sus si prin aceasta, a trebuit sa o gauresc cu un
Ø18 exact in centrul sau. Apoi pentru fixare de furca a acesteia am dat 2 gauri Ø6mm la distante de
40mm dinspre centru inspre capat, diametral opuse.

Suportul motorului de c.c + pinionul ata șat motorului:
Este prezentat in imaginea de mai jos:

Acesta are rolul de fixare pe piciorul tr epiedului a motorului (M.c.c.) încât prin angrenarea cu roata
dințată de pe axul de baz ă să se poată face o mișcare d e rotație a dispozitivului in jurul s oarelui.
Componen ța acestui subansamblu este:

28  Suportul motor;
 Motorul;
 Pinionul de baza;
Supo rtul motor:
Asigura o distanta optima de angrenare dintre pinion si roata dintata si tot odata le mentine fixe
pentru ca acest ea sa poata angrena mereu.
Principiul de executie al acesteia este simplu, dintr -o pladbanda de grosime 3mm. Prinderea lui de
piciorul trepiedului se face prin 2 suruburi (L=10mm M4)

Motorul de curent continuu :
Tot ce pot sa spun despre el in cadru l acestui subcapito este ca axul de iesire din reductorul cu 4
trepte este excentric astfel se poate face mai usor reglarea distantei dintre cele 2 axe ( a
reductorului, a axului central de sustinere) incat angrenarea sa se poata face in conditii optime.
Mai multe detalii despre acest motor vor fi prezentate mai jos in cadrul altui subcapitol care
cuprinde partea de actionare.

Pinionul de baza :
Asezat pe axul motorului are o prindere cu surub lateral are 54 dinti, grosimea de 6mm, iar
diametrul exterio r de Ø45mm.

Furca de sustinere „U”:
Este o piesa esentiala deoarece contine foarte multe detalii de asamblare si tot odata pe ea se
sprijina panoul solara.

Aceasta mai contine atasate ei urmatoarele componente:
 coltar de intarire;
 suport tija telesco pica ;
 tija telescopica;
 suport servomotor;
 servomotor ;
 pinion de angrenare al panoului ;

29

Furca de sustinere :
Este rezultatul deditarii unui profil din aluminiu (Al) , iar apoi imbinarea acestora.Totodata
mentionez faptul ca imbinarea se face la 45 din 2 motive:
 rezistenta la incovoiere al cadrului mai ridicata;
 design mult mai placut;
Profilul din care este asamblata furca „U” are dimensiunile de 40mm x 40 mm, la fel cu cel de la
trepied cu grosimea pere ților de 2mm .
Dimensiunile de de bitare a le profilelor , respectiv unghiul specific de debitare pentru fiecare capat
sunt prezentate mai jos :
 2 bucati L=270mm (cu un cap debitat la 90 iar celalalt la 45 );
 1 bucata L=720mm( cu ambele capete debitate la 45 );
In urma debitarii se trec e la asamblarea lor ca in figura urmatoare:

Se pun cap la cap se armeaz ă cu un col țar pe interior si unul pe ext erior pentru mai multa rezisten ța
cu cate 2 nituri pe fiecare latura a coltarului.

30
Colțarul de int ărire:
Forma coltarului este da ta si in figura urmatoare:

Dimensiunile coltarului sunt urmatoarele: Lungimea( 80mm x 80 mm), latimea de 30mm,
grosimea de 2 mm. Materialul folosit pentru ele este otel galvanizat deoarece trebuiesc sa reziste la
oxidare fara sa mai fie pre vopsite. Numarul lor fiind de 8buc.
Acestea vin in contact cu profilul furcii si ajuta la asamblare prin intermediul elementelor de
legatura( nituri ).
Niturile folosite au grosimea de Ø 4mm, L 10mm. Si sunt in numar de 16buc.

Suport ti ja telescopic ă:
Este folosita in ambele capete ale furcii, fiin formata practic dintr -o bucata de plat banda ce are
dimensiunile (L=120mm, l=38mm, h=3mm), careia i se aplica 2 indoiri astfel inca t partea dintre
cele 2 indoiri, pe exterior are 38mm, in asa fel incat sa se in cadreze in interiorul profilului
Dupa indoire aceasta platbanda capata forma de suport si arata ca si in figura urm atoare:

Trebuie men ționat faptul c a tot odata acesta are si rolul unui capac de protejare in partea deschisa a
profilului, in plus p e el este montata tija telescopica prin sudura cu arc electric.

31
Pentru a se putea face prinderea de cadrul furci „U” se folosesc cate 2 nituri pe fiecare fata cu
dimensiunile urmatoare: grosimea de Ø 4mm, L 10. Numarul lor total pentru cei 2 suporti fo lositi
este de 8 bucati.

Tija telescopic ă :
Rolul cel mai important pe care il are acesta tija telescopica este acela de sustinere al ramei panoului
solar.
Este iarasi o componenta folosita de 2 ori in cele doua coarne ale furcii, axele lor de si metrie
trebuiesc sa fie una si aceiasi .
Aceasta tija se se sudeaza prin sudura cu arc electric de suportul ce trebuie sa o sustina si va
deveni un subansamblu ca in figura de mai jos:

De ce tija telescopic ă si nu fixă?
Pentru ca ori de câte ori este n evoie să se dea panoul solar jos de pe î ntregul sistem automat de
urmărire a soarelui să se poată face fără prea mare dificultate. Atunci cand se doreste acest lucru
foarte usor se retrag tijele inpre inter iorul cilindrilor de catre care su nt sustinute s i se da panoul jos
din ansamblu.
O schiță mai in detaliu a ce ea ce contine tija telescopic ă in interior o g ăsim mai jos:

32
Se observa ca tija este impinsa din spate de catre un arc de compresiune penru a fi asigurat
contactul dintre ea si panoul fotovo ltaic, altfel ar exista posibilitatea ca tija sa iese de pe profilul
panoului, iar acesta s-ar avaria.

Suport servomotor :
Suportul de prindere al servomotorului este prezentatin urmatoarea imagine:

Acesta este sudat cu arc electric de suportul t ijei telescopice , si are rolul principal de
sustinere in pozitie verticala a servomotorului. Se observa deasemenea ca suportul are si intaritura
pe margine pentru evitarea rasuciri atunci cand momentul de torsiune exercitat de motor este prea
mare.
Dimensi unile suportului sunt de L=80mm, l=38mm, iar in interiorul sau are un decupaj de 40mm x
20mm, la o inaltime de 22mm de baza, exact cat are nevoie servomoorul pentru a putea di incastrat
in el, astfel se obtine o mai buna prindere a servouului de suport.

Servomotorul :
Este principala componenta responsabila de pozitionarea corecta a panoului prin intermediul rotilor
dintate. fiind vorba de de pozitionare acesta are rolul de a rotii panoul. Asa cum am spus mai sus
este incastrat in suport dar totusi la asamb larea lui se folosesc 4 suruburi (L=10mm M4).
Mia jos se gaseste o imagine in care servomotorul este incastrat in supor :

33

Bine inteles daca se doreste inlocuirea lui cu un motor mcc se poate readapta suportul inasa fel incat
transmisia sa p oata fi facuta fara probleme.
Si acesta la fel ca si motorul de curent continuu fiind componente motoare vom vorbi mai amanuntit
in subcapitolele urmatoare despre caracteristicile sale.

Pinion de angrenare al panoului :
Este montat pe paleta servomotorului cu ajutorul a 2 nituri(L=10mm x Ø4mm ), avand grosimea de
8mm, iar diametrul exterior de Ø50mm. Un aspect foarte important de mentionat este acela ca pe
mijloc pinionul are o gaura strapunsa pentru prinderea paletei printr -un surub de axul
servomotorului.
Dupa cum se observa si mai sus pe circumferinta cercului de raza R= 12mm se gasesc 2 gauri
ce corespund cu cele de pe paleta servomotorului, pentru prindere cu niturile mentinate mai sus, iar
numarul de dinti al acestuia fiind 60 .

Rama cu celule fotovoltai cie:
Acest ansamblu contine incadrul sau mai multe componente ce le coi enumera in radurile
urmatoare:
 Rama principala;
 Roata dintata atasata ramei;
 Suporti de fototrezistenta atasati ramei;
 Rama secundara;

34
Poate exista intrebarea DE CE 2 RAME?!?
Pentru ca din punct de vedere fizic era imposibila trecerea firelor prin interiorul ramei
secundare. Astfel s -ar fi ajuns la fenomenul de „atarnare al firelor”.
Voi incepe in continuare cu prezentarea fiecaruia dintre ele :
Rama principala: (L=660mm x l= 460mm)
Aceasta rama are rolul de sustinere mai intai al ramei secundare pe care se gasesc celulele
fotovoltaice capsulate cu geam, iar in plan secundar de sustinere al buc selor de sprijin pentru
fotorezistente.
Pentru asamblarea acestei rame a fost nevoi e sa se debiteze 4 profile paralelipipedice din aluminui
(Al) cu grosime de 2mm dupa urmatoarele dimensiuni:
 2buc PROFIL ( 24 x 17) mm x 615mm;
 2buc PROFIL ( 24 x 17) mm x 415mm;

Dupa debitare coltarele impreuna cu profilele ce au deja dimensiuni s tabilite se asambleaza astfel
reiese rama principala prezentata si in imaginea de mai jos:

Coltarele de imbinare:
Bine inteles ca se observa si cele 4 coltare ca fac posibila asamblarea mult mai economic decat s -ar
fi realizat prin sudura. T ot odata profilele gata prevopsite nu isi degradeaza vopseaua deoarece nu
sunt supuse la temperaturi ridicate in timpul procesului de excecutie al operatiilor. Un detaliu
despre modul de asambare al coltarului il voi prezenta in imaginea de mai jos:

35

Acesta fiind din PVC intra prin presare in interiorul profilului, incat rama gata formata nu
flambeaza absolut deloc la dimensiunile citate mai sus.
Numarul coltarelor folosite este egal cu 4.

Suportul de fotorezistenta:
Tot pe aceasta rama principala de sustinere a panoului se gasesc si suporti pentru fotorezistente :

Pe exteriorul lor se monteaza cele 4 fotorezistente astfel incat acestea sa nu atinga de ramele de
aluminiu.materialul lor este din PVC si au ur matoarele dimensiuni:
D=Ø13mm, d= Ø 10mm, h=10 mm, H=12mm, Dgaura= Ø7mm.

Suportul de sprijin al panoului secundar:
Format din cate o bucata de platbanda (L= 80mm, l=20mm si h=2) in fiecare colt al panoului
principal are rolul de sustinere a panoului secundar.

36
Montarea platbenzii se face cu nituri (L=10mm, Ø4mm) .Un detaliu de montare se gaseste si
in imaginea urmatoare:

Roata dintata de pe rama principala:
Si in sfarsit ultima componenta dar nu cea din urma ce se gaseste atasata ramei principale care are
rolul de a prelua miscarea de rotatie de la servomotor facand astfel posibila orientarea pe verticala a
dispozitiv ului. Numarul de dinti lor este 60 , diametrul exterior fiind de Ø50mm.

Rama Secundara : (L=610mm x l=41 0mm)
Cel mai imp ortant rol pe care aceasta il are este acela de sustinere al fotocelulelor si tot odata si al
dticlei ce acopera fotocelulele pentru a evitarea diferitelo intemperi.
Pentru asamblarea acestei rame a fost nevoie sa se debiteze 4 profile paraleli pipedice din
aluminui (Al) cu grosime de 2mm dupa urmatoarele dimensiuni:
 2buc PROFIL ( 24 x 17) mm x 565mm;

37
 2buc PROFIL ( 24 x 17) mm x 365mm;
Dupa debitare impreuna cu 4 coltare prezentate si la rama anterioara am ansamblat rama, peste
care am atasat geamul suport al fotocluleleor cu o grosime de 6mm(acesta fiind prelucrat in CNC).
Pentru a se capsula fotocelulele a mai fost nevoie de inca un geam cu grosime de 4mm care s -a
asezat peste ceamul suport inaasa fel incat fotocelulele sa fie capsula te in interior.
O imagine a geamurilor asezate peste rama asamblata se gaseste mai jos :

Dupa asezarea celor 2 geamuri peste rama secundara gata asamblata este nevoie de ca fixarea sa lor
se faca un cornier aplicat peste geam si peste fetele ex terioare ale ramei. Un alt motiv pentru care
este necesara aplicarea unui cornier estea acela de design.
Cornierul are dimensiunile de L=24mm x l=24 fiind debitat la urmatoarele dimensiuni:
 2buc CORNIER 610mm;
 2buc CORNIER 410mm;
Se precizeaza faptul ca d ebitarea lor trebuie facuta la 45 . Astfel cornierul va arata ca si in imaginea
urmatoare :

Aceste corniere vor veni asamblate prin nituire cu nituri de L=10mm Ø4mm pe fetele exterioare ale
ramei.

38 Capitolul III
REALIZAREA ELECTRICA SI ELECTRONICA
COR ESPUNZATOARE A DISPOZITIVULUI DE
ORIENTARE

Pe langa partea de electronica si soft, mai exista si o parte electrica prin care se realizeaza
comandarea motoarelor electrice.

Realizarea montajului electronic:
La realizarea acestui montaj trebuie desigur t inut cont de scopul principal pe care il are acest montaj
si anume sa ajute la realizarea o rientari sistemului catre soare.
Mai intai de toate voi enumera componentele ce fac parte din acest montaj chiar daca unele nu
intra in categoria electronicii , totu si sunt alimentate sau au ceva in comun cu electronica:
 Fotorezistentele ;
 Microcontrolerul;
 Driverul de comanda;
 Motoarele de comanda;

Fotorezistentele :
Fotorezistenta este un rezistor, realizat dintr -un material semiconductor omogen, a carui rezistenta
se modifica sub incidenta unui flux luminos incident. Se bazeaza pe fenomenul de
fotoconductivitate prin care sub influenta radiatiei lumi -noase sunt eliberati electroni liberi care
cresc conductivitatea electrica a semiconductorului si implicit scad rezi stenta rezistorului(este o
aplicatie a efectului fotoelectric intern).
Fotorezistorul este format dintr -o pelicula din material semiconductor, depusa prin evaporare în
vid pe un gratar metalic care este fixat pe o placa izolatoare.Pelicula este pre vazuta la capete cu
contacte ohmmice care reprezinta terminalele si este protejata prin acoperire cu lac sau prin
încapsulare în material plastic.
Mai jos sunt atasate cateva imagini representative pentru fotorezistente:

39

In general conduc tanta fotorezistentei este proportionala cu fluxul luminos.Materialele din care se
realizeza fotorezistentele sunt sulfurile, seleniurile, precum si compusi de tipul A3B5mai utilizate
sunt PbS, PbTe, PbSe, InSb, Ge pentru infrarosu, iar pentru vizibil si u ltraviolet apropiat:CdS, CdSe
si TI2S. Simbolurile grafice ale fotorezistorului

In cazul dispozitivului de orientare acestea au rolul de a masura intensitatea luminoasa pe cele 4
laturi ale panoului pentru determinarea pozitiei fata de soare , iar va lorile vor fi preluate de catre
microcontroler.
Pentru a putea citi valorile acestea se monteaza intr -un circuit divizor de tensiune care are in
componenta sa o rezistenta de 10kΩ.

40
Microcontrolerul:
La nivelul de decizie, analiza al t uturor situatiilor si transmiterea comenzilor functie de deciziile
loate sta un microcontroler Atmega328 augmentat Duemilanove.

Prezentare generală:

Arduino Duemilanove ("2009") este o placa microcontroler bazat pe ATMEGA168 (foaie de dat e)
sau ATmega328 (foaie de date). Ea are 14 pini digitali de intrare / ieșire (din care 6 pot fi utilizate
ca ieșiri PWM), 6 intrari analogice, un oscilator cu cristal de 16 MHz, o conexiune USB, un jack de
putere, un antet ICSP, și un buton de resetare.
Acesta conține tot ce este necesar pentru a veni in sprijinul microcontrolerului, pur și
simplu se conecteaza la un computer cu un cablu de alimentare USB sau cu un adaptor AC -DC sau
baterie.
"Duemilanove" înseamnă 2009 în italiană și este numit dupa ani de la lansare. Duemilanove este
ultimul dintr -o serie de placi Arduino, USB, pentru o comparație cu versiunile anterioare, a se vedea
indicele de placi Arduino.
Rezumat
Microcontroller ATMEGA328
Tensiune de operare 5V
Tensiune de intrare (recomandat), 7 -12V
Tensiune de intrare (limite) 6 -20V
Digital I / O pin 14 (din care 6 oferă ieșire PWM)
Pini analogici de intrare 6
Curent pe DC I / O Pin 40 mA
DC curent de 3.3V Pin 50 mA
Flash memorie de 32 KB (ATmega328), din care 2 KB utilizati de bootloader

41
2 KB (AT mega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
Viteza de ceas de 16 MHz
Arduino Duemilanove poate fi alimentat prin intermediul conexiunii USB sau cu o sursă de
alimentare externă. Sursa de alimentare este selectat automat.
In acest microcontroler este incarcar si prog ramul de rulare al intregului proces de urmarire al
soarelui.

Driverul de comanda:
Interfața de comanda a motoarelor de c.c responsabil de actionarea motorului constă in circuitul
specializat L293D.
Acesta este capabil sa controleze 2 motoare de c.c. în ambele sensuri de rotație sau un motor pas cu
pas. Capsula L293D conține două punți H capabile să furnizeze în regim constant 600mA per canal,
iar în regim puls aproximativ 1 A. In imaginea urmatoare se este prezentat un circuti L293D.

42
Rolul acestui driver este de a comanda mototrul de curent continuu pentru ca acesta sa poata
roti furca in plan orizontal.
Modul de control al circuitului L293D este relativ simplu. El necesita 6 linii de port de la
microcontroler care sa fie conec tate la intrările input1, input2, input3 și input4 și la cele
douăterminale „chip enable” pentru fiecare punte H.
Existăși o alta metodă mai economicădin punct de vedere al numărului de pini I/O
folosiți de la microcontroler. Această metodă se bazează pe conectarea intrărilor input1,
input2, input3 și input4 pe un bus de 2 linii de comandă, practic lucru se materializează
prin conectarea input1 și input4 pe același pin al microcontrolerului și input2 cu input3
similar. Dezavantajele care decurg în urm a acestei conexiuni sunt faptul că dublăpunte H nu va fi la
fel de flexibila în comanda motoarelor de c.c. și totodată pierzându -și capacitatea de a acționa
motoare pas cu pas. În tabelul urmator este arătatăconfigurați a stărilor logice pe intrările punții H și
starea motoarelor conectate la circuit.

Este de remarcat faptul căintegratul L293D se alimenteazăcu douătensiuni (de la
douăsurse). Partea logicăa integratului folosește o aliment are compatibilăTTL (+5V pe Vss), iar
partea de forță – de alimentare de putere – a motoarelor are intrare separată Vs. Scopul acestei
separări o constituie minimizarea încălzirii capsulei și are avantajul ca motoarele pot fi alimentate cu
o tensiune de pâ năla 36 de volți. Integratul este protejat termic si se oprește alimentarea în cazul
unei încălziri excesive.

43
Motoarele de comanda:
Desi sunt doar 2 motoare, fiecare face parte dintro alta categorie de motoare dupa cum urmeaza:
 Motorul de m.c.c. Pololu350 ,de rotire al bazei ;
 Servomoto rul de rotire al panoului;

Motorul m.c.c.:
Motorul metalic Pololu cu reductor 29:1 este un motor de curent continuu cu perii care functioneaza
la tensiunea de 6 V si este capabil sa dezvolte un cuplu de 8 kg -cm. Motorul are ax de tip D cu
diametrul de 6 mm si are o viteza nominala de 350 RPM.

Datele de gabarit sunt date in urmatoarea imagine:

Motorul de curent continuu a fost inventat în 1873 de Zénobe Gramme prin conectarea unui
generator de curent continuu la un generator asemănător. Astfel, a putut observa că mașina se
rotește, realizând conversia energiei electrice absorbite de la generator. Astfel el a constatat, că

44 generatorul "inițial" era de fapt o mașină electrică reversib ilă, care putea lucra ca un convertizor de
energie bidirecțional.
Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici și bobinele polare concentrate care
creează câmpul magnetic de e xcitație. Pe axul motorului este situat un colector ce schimbă sensul
curentului prin înfășurarea rotorică astfel încât câmpul magnetic de excitație să exer cite în
permanență o forță față de rotor.
Înfășurarea rotorică parcursă de curent va avea una sau mai multe perechi de poli magnetici
echivalenți. Rotorul se deplasează în câmpul magnetic de excitație până când polii rotorici se
aliniază în dreptul poli lor statorici opuși. În același moment, colectorul schimbă sensul curenților
rotorici astfel încât polaritatea rotorului se inversează și rotorul va continua deplasarea până la
următoarea aliniere a polilor magnetici.
Turația motorului este proporțională c u tensiunea aplicată înfășurării rotorice și invers
proporțională cu câmpul magnetic de excitație. Turația se reglează prin varierea tensiunii aplicată
motorului până la valoarea nominală a tensiunii, iar turații mai mari se obțin prin slăbirea câmpului
de excitație. Ambele metode vizează o tensiune variabilă ce poate fi obținută folosind un generator
de curent continuu (grup Ward -Leonard), prin înserierea unor rezistoare în circuit sau cu ajutorul
electronicii de putere ( redresoare comandate, choppere ).
Cuplul dezvoltat de motor este direct proporțional cu curentul electric prin rotor și cu câmpul
magnetic de excitație. Reglarea turației prin slă bire de câmp se face, așadar, cu diminuare a cuplului
dezvoltat de motor.
Schimbarea sensului de rotație se face fie prin schimbarea polarității tensiunii de alimentare, fie prin
schimbarea sensului câmpului magnetic de excitație.

Servomotorul :

Specif icatii servomotorului folosit sunt urmatoarele:
 Tensiunea de alimentare : 4.8V – 6V
 Viteza 4.8V : 60 grade/ 0.16s
 Viteza 6V : 60 grade/ 0.14s
 Cuplu 4.8V : 5.8Kg/cm
 Cuplu 6V : 6.7Kg/cm
 Greutate : 43 g

45
Dimensiuni le servomotorului sunt urmatoarele : 40.7x 20.5×39.5 mm . In urmatoarea imagine este
data o imagine de ansamblu a servomotorului.

Este comandat din arduino prin semnal PWM și acesta are rolul de a antrena mișcarea
panoului după soare.
Servomotorul funcționează astfel: pe placă electronică este un generator de semnal al cărui
puls este controlat de valoarea potențiometrului. Acest semnal e ste introdus într -un comparator,
împreună cu semnalul de comandă primit din exterior. Comparatorul comandă motorul să se învârtă
în așa fel încât semnalele să devină identice. Pentru un semnal de 1 ms brațul se poziționează
complet la stânga, pentru 1,5 ms se poziționează la mijloc iar pentru 2 ms se poziționează complet la
dreapta. În programare, semnalul este generat digital, cu valorile între 100 și 200. Acest semnal de
comandă trebuie reinoit la fiecare 20 ms pentru ca brațul să -și păstreze poziția.

46 Capitolul I V

PROGRAMAREA PRIN SOFT A DISPOZITIVULUI DE
ORIENTARE :

Pentru a putea să urmărească soarele microcontrolerul are nevoie de un cod car e trebuie
încărcat în memoria s a. Pentru ca citirea fotorezistentelor și respectiv comandarea celor do uă
motoare să se poată face în parametri normali și după niște reguli dej a impuse, am scris următorul
cod care încearcă să facă cât mai eficientă căutarea î n așa fel încât să nu se facă risipă de prea multă
energie pentru căutare.
În idee a aceasta am at așat microcontrolerului spre excutie următorul cod pentru executare ce
conține și comentariile buclelor importante din cod:

#include <Servo.h>

/*
Asteapta pana cand apar informatii la portul
serial dupa care le citeste.
*/
void asteaptaSerial()
{
while(!Serial.available())
delay(100);

while(Serial.available())
Serial.read();
}

// daca este definit vor fi facute afisari suplimentare
//#define DEBUG

// daca nu este definit, va astepta 1 ora intre fiecare
// modificare a pozitiei pa noului iar altfel doar 10 secunde
#define EX

const int delayExSecunde = 10;
const int delaySeriosSecunde = 3600;

/**********************************************************
Clasa pentru citirea si prelucrarea senzorilor.
******************************* ***************************/
class cSenzori
{
private:

// pinii la care sunt conectati cei 4 senzori
static const int fJos=4;
static const int fDreapta=2;
static const int fSus=3;

47 static const int fStanga=1;

// variabilele care retin valorile celor 4 senzori
int sJos;
int sSus;
int sStanga;
int sDreapta;

/*
Citeste senzorii alesi prin setarea parametrilor de
la intrarile analogice corespunzatoare.
Obs:
susJos != 0 -> se vor citi senzorii din partea
superioara si cea inferioara a panoului
stangaDreapta != 0 -> se vor citi senzorii
din partile laterale ale panoului
*/
void Citire(char susJos=0, char stangaDreapta=0);

public:

/*
Intoarce media senzorilor de lumina din partea de sus
si cea de jos a panoului. Daca este apelata cu parametrul 0,
se vor intoarce valorile vechi iar altfel se vor improspata
valorile celor 2 senzori.
*/
int Panou(char citi re=1)
{
if(citire)
Citire(1,0);
return (sSus+sJos)/2;
}

/*
Intoarce media senzorilor de lumina din partile laterale
ale panoului.
Daca este apelata cu parametrul 0, se vor intoarce valorile
vechi iar altfel se vor improspata valorile celor 2 senzori.
*/
int Baza(char citire=1)
{
if(citire)
Citire(0,1);
return (sStanga+sDreapta)/2;
}
};

void cSenzori::Citire(char susJos, char stangaDreapta)
{
// citeste s enzorii specificati
if(susJos)
{
sJos = 255 -analogRead(fJos)/4;
sSus = 255 -analogRead(fSus)/4;
}

48 if(stangaDreapta)
{
sStanga = 255 -analogRead(fStanga)/4;
sDreapta = 255 -analogRead(fDreapta)/4;
}

/*
Daca se af la in modul de debugging, afiseaza detalii
suplimentare despre valorile citite.
*/
#ifdef DEBUG

Serial.println("Au fost citite noi valori pentru senzori!");
Serial.println("");

Serial.print("Jos: ");
Serial.println(sJos);

Serial.print("Sus: ");
Serial.println(sSus);

Serial.print("Stanga: ");
Serial.println(sStanga);

Serial.print("Dreapta: ");
Serial.println(sDreapta);

delay(1000);

#endif
}

/***************************** *****************************
Clasa pentru modificarea pozitiei panoului.
**********************************************************/
class cPanou
{

private:

// servoul controlat
Servo servo;

// pozitia minima si cea maxima a ser voului
static const int pozMin=160, pozMax=10;

// pozitia curenta la care se gaseste servoul
int poz;

public:

// constructorul clasei (realizeaza diferite initializari)
cPanou()
{
poz=pozMin;
servo.attach( 10);
servo.write(poz);

49 }

// muta servomotorul cu un pas inainte (daca este posibil acest lucru)
void PasInainte();

// muta servomotorul cu un pas inapoi (daca este posibil acest lucru)
void PasInapoi();

// realizeaza calibrarea panoului folosind informatiile citite de la
senzori
void Calibrare(cSenzori *senzori);

// intoarce valoarea 1 daca servoul se gaseste la pozitia minima si 1
altfel
char EMinim()
{
return poz==pozMin;
}

// muta incetul cu incetul servoul catre pozitia minima
void LaMinim()
{
while(!this ->EMinim())
this->PasInapoi();
}

// intoarce valoarea 1 daca servoul se gaseste la pozitia maxima si 1
altfel
char EMaxim()
{
return poz==pozMax;
}

// muta incetul cu incetul servoul catre pozitia maxima
void LaMaxim()
{
while(!this ->EMaxim())
this->PasInainte();
}

// muta servoul incetul cu incetul la pozitia de calib rare
void La30Grade()
{
int poz30=pozMin -50;

while(poz!=poz30)
{
if(poz>poz30)
{
poz–;
servo.write(poz);
}
else
{
poz++;
servo.write(poz);
}

50 delay(50);
}
}
};

void cPanou::PasInainte()
{
if(poz>pozMax)
poz–;
servo.write(poz);
delay(50);
}

void cPanou::PasInapoi()
{
if(poz<pozMin)
poz++;
servo.write(poz);
delay(50);
}

void cPanou::Calibrare(cSenzo ri *senzori)
{
int eficienta, eficientaMax= -1;

// ducem panoul in pozitia "acasa" daca nu era deja acolo
this->LaMinim();

// determinam valoarea maxima a eficientei
while(!this ->EMaxim())
{
eficienta=senzori ->Panou();
if(eficienta >eficientaMax)
eficientaMax=eficienta;
this->PasInainte();
}

Serial.println("Eficienta maxima ");
Serial.println(eficientaMax);

// mutam panoul in pozitia care ne ofera o eficienta
// cat mai apropiata de cea maxima
do
{
this->PasInapoi();
eficienta=senzori ->Panou();
Serial.println(eficienta);
//delay(1000);
}while(!this ->EMinim()&&eficienta<eficientaMax&&eficientaMax –
eficienta>=3);
}

/**********************************************************
Clasa pentru controlul motorului de la baza panoului.
**********************************************************/
class cBaza
{

51 private:

// pinii la care este conectat driverul de motor
static const int IN1=2;
static const int IN2=3;
static const int ENABL E=8;

// modurile posibile de operare ale motorului
static const int ATRIG=0;
static const int TRIG=1;
static const int STOP=2;

// numarul de pasi utilizati la calibrare
static const int PASI=10;

// pozitia curenta a motorului
int poz;

/*
Seteaza viteza motorului la maximum precum
si modul de lucru al motorului.
*/
void SetareViteza(short s)
{
const int v=1023;

switch(s)
{
//rotim motorul in sens antitrigonometric
case ATRIG:
digitalWrite(IN1,HIGH);
digitalWrite(IN2,LOW);
analogWrite(ENABLE,v);
break;
//rotim motorul in sens trigonometric
case TRIG:
digitalWrite(IN1,LOW);
digitalWrite(IN2,HIGH);
analogWrite(ENABLE,v);
break;
//blocam motorul in pozitia curenta
case STOP:
digitalWrite(IN1,LOW);
digitalWrite(IN2,LOW);
digitalWrite(ENABLE,LOW);
break;
}
//asteptam 60 de milisecunde
delay(60);
}

public:

// constructorul clasei (efectueaza initializarile)
cBaza()
{
//initializam pinii folositi pentru controlul motorului

52 pinMode(IN1,OUTPUT);
pinMode(IN2,OUTPUT);
pinMode(ENABLE,OUTPUT);

//initial trebuie sa fim la pozitia 0
poz=0;
}

/*
Intoarce 1 daca motorul se afla la capat, fiind rotit
antitrigonometric
*/
char CapatAtrig()
{
return poz== -PASI;
}

// roteste motorul cu un pas in sens antitrigonom etric (daca se poate)
void PasAtrig()
{
if(poz>-PASI)
{
this->SetareViteza(ATRIG);
this->SetareViteza(STOP);
poz–;
}
}

/*
Intoarce 1 daca motorul se afla la capat, fiind rotit
trigonomet ric
*/
char CapatTrig()
{
return poz==PASI;
}

// roteste motorul cu un pas in sens trigonometric (daca se poate)
void PasTrig()
{
if(poz<PASI)
{
this->SetareViteza(TRIG);
this->SetareVi teza(STOP);
poz++;
}
}

// duce baza in pozitia de acasa
void MergiAcasa();

// efectueaza calibrarea bazei
void Calibrare(cSenzori *senzori);
};

void cBaza::MergiAcasa()
{

53 while(this ->poz!=0)
{
if(this->poz>0)
this->PasAtrig();
else
this->PasTrig();
}
}

void cBaza::Calibrare(cSenzori *senzori)
{
int eficienta, eficientaMax= -1;

Serial.println("Calibram!");

this->MergiAcasa();

while(!this ->CapatTrig())
{
eficienta=se nzori->Baza();
if(eficienta>eficientaMax)
eficientaMax=eficienta;
this->PasTrig();
}

while(!this ->CapatAtrig())
{
eficienta=senzori ->Baza();
if(eficienta>eficientaMax)
eficientaMax=eficienta;
this->PasAtrig();
}

do
{
eficienta=senzori ->Baza();
this->PasTrig();
}while(!this ->CapatTrig()&&eficienta<eficientaMax&&eficientaMax –
eficienta>5);
}

/**********************************************************
Corpul programului
******************************* ***************************/

cPanou *panou;
cSenzori *senzori;
cBaza *baza;

/*
Forteaza panoul sa stea in pozitia de acasa pentru a putea
fi calibrat manual.
*/
void CalibrareManuala()
{
panou->LaMinim();
while(1);

54 }

/*
Apeleaza functiile de c alibrare ale panoului si bazei.
*/
void CalibrareMotSenzori()
{
Serial.println("Incepe calibrarea!");

panou->La30Grade();
delay(500);
baza->Calibrare(senzori);
panou->Calibrare(senzori);

Serial.println("Gata cu calibrarea!");
}

/*
Instantierea claselor folosite si efectuarea calibrarii.
*/
void setup()
{
panou=new cPanou();
senzori=new cSenzori();
baza=new cBaza();

//CalibrareManuala();

Serial.begin(9600);
Serial.println("#RESET#");

delay(1000);

CalibrareMotS enzori();
}

/*
Realizeaza calibrarea periodica a panoului la intervale fixe de timp si,
tot la intervale fixe de timp (insa mai mari) realizeaza recalibrarea
intregului
sistem (baza+panou).
*/
void loop()
{
int i, panouVechi, panouInapoi, panou Inainte;
static int sensMiscare=1, revinoAcasa=0;

static int nuENoapte=3;
const int pragNoapte=60;

int del;

sensMiscare=!sensMiscare;
revinoAcasa=(revinoAcasa+1)%6;
panouVechi=senzori ->Panou(1);

if(panouVechi<pragNoapte&&(del=se nzori->Baza(1))<pragNoapte)

55 nuENoapte –;
else
nuENoapte=3;

Serial.print("Valori senzori: ");
Serial.print(panouVechi);
Serial.print(" si ");
Serial.println(del);

/*
Verifica daca panoul si baza trebuie sa se in toarca acasa pentru
o noua calibrare.
*/
if(revinoAcasa==0 || nuENoapte==0)
{
baza->MergiAcasa();
delay(500);
panou->LaMinim();
delay(500);

if(nuENoapte==0)
{
nuENoapte=5;
while(senzori ->Panou(1)<pragNoapt e&&senzori ->Baza(1)<pragNoapte)
delay(1000);
delay(5000);
}
CalibrareMotSenzori();
}

/*
In cazul panoului, calibrarea se face miscand panoul inainte si inapoi,
alternativ (in cazul a 2 miscari venite una dupa cealalta).
*/
else
{
if(sensMiscare)
{
for(i=1;i<=10&&!panou ->EMinim();i++)
panou->PasInapoi();
panouInapoi=senzori ->Panou(1);

if(panouInapoi<panouVechi)
{
for(i=1;i<=20&&!panou ->EMaxim();i++)
panou->PasInainte();
panouInainte=senzori ->Panou(1);

if(panouInainte<panouVechi)
for(i=1;i<=10&&!!panou ->EMinim();i++)
panou->PasInapoi();
}
}
else
{
for(i=1;i<=10&&!panou ->EMaxim();i++)
panou->PasInainte();

56 panouInainte=senzori ->Panou(1);

if(panouInainte<panouVechi)
{
for(i=1;i<=20&&!panou ->EMinim();i++)
panou->PasInapoi();
panouInapoi=senzori ->Panou(1);

if(panouInapoi<panouVechi)
for(i=1;i<=10&&!!panou ->EMinim();i++)
panou->PasInainte();
}
}
}

#ifdef EX
for(i=1;i<=delayExSecunde;i++)
delay(1000);
#else
for(i=1;i<=delaySeriosSecunde;i++)
delay(1000);
#endif

}

57

Capitolul V
TRAGEREA CONCLUZIILOR

În urma studiilor efectuate despre rolul unui dispozitiv de orientare a panourilor solare
fotovoltaice, iar mai apoi prin testele făcute practic am ajus la următoarele concluzii:

Captarea de energie în acest caz este mult mai eficientă. Dacă atunci când panoul este fix se
poate capta doar 15% -20% din toată energia trimisă de soare pe suprafața panoului solar. Captarea
depinde cât de bine este poziționat panoul pe un imobil sau pe un suport de susținere. În momentul
când deja se dispune de un sistem de orientare automată după soare eficiența de captare crește până
la 40% însă mai apar și câțiva consumatori care consumă aproximativ 5% din toată energia captată,
deci creșterile su nt destul de semnificative aproape duble.
Este evident faptul că dacă se dorește o eficiență mai bună trebuie investit în componente
mai de calitate cu o precizie mai ridicată, dar cel mai mult din ceea ce înseamnă un dispozitiv de
orientare a panourilor solare fotovoltaice reprezintă programul de coordonare a întregului proces de
căutare.
Am ales să construiesc un dispozitiv de orientare a panourilor solare fotovoltaice pe 2 axe
deoarece captează mai multă energie solară decât unul pe o singură axă.
O altă concluzie este aceasta: Dacă natura ne dă energie, de ce să nu luăm cât de multă se
poate, deci chiar se merită să investești într -un dispozitiv de orientare a panourilor solare
fotovoltaice.

58