Specializarea: Electronică Aplicată – Sibiu, 2016 – 2 SISTEM DE URMĂRIRE A SOARELUI PENTRU UN PANOU FOTOVOLTAIC Coordonator: prof.dr.ing. Mihu P…. [613646]

1

PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: prof.dr.ing Mihu P. Ioan

Absolvent: [anonimizat]: Electronică Aplicată

– Sibiu, 2016 –

2

SISTEM DE URMĂRIRE A
SOARELUI PENTRU UN PANOU
FOTOVOLTAIC

Coordonator: prof.dr.ing. Mihu P. Ioan

Absolvent: [anonimizat], 2016 –

3

4

5

6 CUPRINS:
1. INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 9
1.1. PREZENTAREA TEMEI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 10
1.2. PLANIFICAREA ACTIVITĂ ȚII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 11
2. PANOURILE SOLARE CA ȘI SURSĂ DE ENERGIE ………………………….. ………………………….. ………………….. 12
2.1. CELULA SOLARĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 14
2.2. SISTEM DE URMĂRIRE SO LARĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 18
2.3. PUNTUL MAXIM DE PUTER E (MPPT) ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 20
2.4. MICROCONTROLERUL ATX MEGA 16A4 ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 23
2.5. CONVERTOR DC-DC FOTOVOLTAIC ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 24
2.6. ACUMULATORUL LI-ION ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 25
2.7. PANOUL SOLAR ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 27
2.8. LTC3124 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 28
2.9. FOTOREZISTORUL ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 29
2.10. SERVOMOTORUL RC ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 32
3. PRO IECTARE SOLAR TRACKE R ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 39
3.1. CONFIGURAȚIE HARDWARE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 40
3.1.1. Schemă electrică ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 40
3.1.2. LP3985 Convertor -Stabilizator de tensiune ………………………….. ………………………….. …………………… 42
3.1.3. Încărcătorul fotovoltaic Li -ion LTC3105 ………………………….. ………………………….. ……………………….. 43
3.1.4. LTC3124 Convertor Boost ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 44
3.1.5. Senzor de poziție ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 45
3.1.6. Control PWM ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 48
3.2. REALIZARE PCB………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 51
3.2.1. Realizare cablaj ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 53
3.3. PROIECTAREA ANSAMBLUL UI MECANIC ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 54

7 3.3.1. Senzor de poziție ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 54
3.3.2. Structură mecanică ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 55
3.4. PROGRAMARE MICROCONTR OLER ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 57
3.5. STUDIUL EXPERIMENTAL ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 59
4. CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 63
TABEL DE FIGURI: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 64
5. BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 66

8 REZUMAT
Solar Tarcker, reprezintă un d ispozitiv ce orienteaza o sarcină utilă, perpendicular pe
direcția soarelui. O sarcină utilă poate f i un panou solar, lentile sau oglinzi. Proiectul
presupune captarea energiei solare, cu o eficiență ridicată . Panou l solar este o solutie eficientă
și ecologică pentru a ne bucura de benefici ile electricităț ii.
Acest proiect are ca și scop proiectarea și realizarea practică a unui sistem de urmărire
solară autonom capabil sa urmareasca tinta pe doua axe, orizontală și verticală . Sistemul este
propulsat de un acumulator Li -ion care este reincarcat prin intermediul unui regulator direct
din panoul fotovoltaic. Sistemul este controlat cu ajutorul unui microcontroler produs de
compania Atmel, ce se foloseste de un modul de senzori pentru a determina directia de
rotatie.
Etapele principale de impleme ntare pentru aceasta tema sunt: s tudiul și intelegerea
dispozitivelor utilizat e în acest proiect, proiectarea schemei electrice, realizarea unui PCB,
testarea prototipului, analiza și prelucrarea datelor obț inute.
SUMMARY
Solar Track er is a device that orients a Ph otovoltaic Pannel perpendicular to the Sun. The
project porpose is the absorbtion of energy with a high efficiency. The solar panel is an
efficient and ecological solution to enjoy the benefits of electric ity. The Tracker is able to
move on two axes, azimuth and elevation. The system is powered by a Li -ion battery that is
recharged via a direct regulator from the photovoltaic panel. The system is controlled by a
microcontroller manufactured by Atmel, which uses a sensory way to determine the direction
of rotation.
The main stages of implementation for this theme are: the study and understanding
devices used în this project, designing electrical design, achieving a PCB, prototype testing,
analysis and process ing.

9 1. Introducere
Trăim intr -o lume high -tech, unde energia a devenit un impuls pe ntru dezvoltarea socio –
economică .
Nu toate ță rile dispun de comoditățile care sunt dispon ibile pentru omenire. Aceste aș a-
numite țari defavorizate, nu dispun de dotă ri cum ar fi: h rană din abundență, apă potabil ă,
medicină sau electricitate. În momentul de față sunt cateva forme noi d e energie, dar energia
electrică s-a dovedit ca fi ind una dintre cele mai clare și eficiente forme.
O soluție posibilă o cunstituie un sistem de generare a energiei electrice. Un astfel de
sistem este caracterizat prin faptul că energia este produsă mai degrabă local, dec ât global . Cu
toate acestea, de obicei sunt folosite diverse generatoare de dimensiuni mici, alimentate cu un
conbustibil fosi l. Este de preferat utilizarea conbustibililor rege nerabili, deoarece acești a
oferă un mediu durabil și sănătos. Cele mai frecvente optiuni , sunt: soarele, vântul și apa.
Când ne gâ ndim la diferite sisteme de g enerare a energiei, trebuie luați în calcu l 5
factori considerabili: locație, usurință de instalare, fiabilitate, cap acitate și cost. Energia
termică este absolut dependentă de locație, opțiune ce implică costuri mari. Energia eoliană
implică costuri mai mic i dar este nesigură din cauza schimbărilor meteorologice și necesită
mentenanță regulată la partea mecanică. Energia solară are un cost relativ redu s, uș or de
instalat și de întreținut, iar pentru ț ările defavorizate din apropierea ecuatorului , ideal ca și
locaț ie.
Cu toate ace stea, problema cu en ergia solară este că aceasta este direct dependentă de
intensitatea liminii. Pen tru a produce o cantitate maximă de energie, un panou solar trebuie sa
fie perpendicular pe sursa de lumină. Pentru că Soarele evoluează în orizontală cât și în
verticală , sistemul de urmărire solară trebuie să fie capabil să țină pasul . Exista mai multe
modele de sisteme de urmarire solară disponibile, sisteme pasive și active, cu una respectiv
două axe de libertate.
Scopul proiectului este de a p roiecta un sistem activ, pe două axe, un “Tracker Solar ”.
Am inceput prin studierea și ințelegerea sistemel or deja existente , am decis să dezvolt un
sistem de urmărire solară cu două axe de libertate .

10 1.1. Prezentarea temei
Urmă ritorul Solar sau „Solar Tracker” este un subiect interesant și vast. Acesta are
capabilitatea și libertatea de a se deplasa vertical și orizonta l, de a capta energia solară și
funcționa complet autonom . Proiectul este realizat la scală mică, machetă , combinand module
independente dar foa rte utile. Acest sistem cap tează, preia și prelucrează energia electrică,
urmareș te punctul maxim de putere a panoului fotovoltaic . Eficientizează puterea produsă de
panou l solar .
Aplicabilitate
În cadrul acestei lucrări se doreș te realizarea unui Solar Tracker , folosit pentru uz casnic.
Sistemul de urmărire solară realizat în cadrul acestui proiect poate fi folosit pentru iluminarea
cu LED a curț ii sau alimentarea unui ventilator de curent continuu. Urmărind același
principiu de funcț ionare , realizâ ndu-se la o scară mai mare și adaugâ nd un invertor , se pot
alimenta chiar și elecrocasnicele din casă , zilnic utilizate .
Obiectivele lucră rii
Prin prezenta lucrare mi -am propus realizarea unui studiu privind panourile fotovoltaice ,
utilizarea acestora ca pe o posibilitate de a alimenta locuri izolate de reteaua electrică, cât ș i
avanta jele/dezavantajele pe care le implică această tehnologie.
Obiectivele l ucrării sunt:
 Urmărirea soarelui și obținerea puterii maxime
 Autonomizare sistem
 Proiectarea unui sistem inteligent, capabil să urmăr ească punctul maxim de putere

11 1.2. Planificarea activit ății

Figura 1. Durata de re alizare a proiectului de licentă

12 2. Panourile Solare ca și sursă de energie
Acest capitol are ca și scop să ofere anumite cunoștințe în ceea ce privește
funcț ionarea celulei solare, ansamblului PV , sisteme de urmărire câ t și ansamblul de
componente ce compun un astfel de sistem.

Figura 2-1. Sistem de urmă rire solar ă
Energia Solară
Soarele este steaua amplasată în centrul sistem ului nostru Solar. El reprezintă sursa de
viață a Pamântului, oferind căldură și energie. Din punct de vede re energetic, Soarele
reprezintă o s ursă inepuizabil ă de energie , cu o durată de viață estimată de p ână la 4-5
miliarde de ani.

Figura 2-2 Modificările suferite de energia solară până la impactul cu suprafața Terrei

13 Pentru studiul radiaț iei solare, trebuie definite câ teva constan te importante : constanta
solară , aproximativ 1350W/m2, reprezentând o valoare medie anuală, masurata cu ajutorul
sateliților de cercetare. Radiația solară suferă modificari până sa ajungă pe suprafaț a planetei
nostr e. Ea interacționează cu atmosfera , produc ând o serie de transformări. Datorită
interacț iunilor și transform ărilor ilustrare în Figura 2 -2, energia radiată ce ajunge la suprafaț a
Pămantului este redus ă la o valuare medie sub 1000W/m2.
Fundamentele energie i solare
Este esențial să înțelegem cum funcționează panoul fotovoltaic, pentru a realiza un
sistem cu un randament c ât mai mare. Panourile sunt alcatuite din celule solare, conectate atât
în paralel cât și în serie. Atunci c ând sunt conectate în serie, a vem o creștere î n ansamblu a
tensiunii, iar la c onexiunea în paralel avem o creș tere de ansamb lu a curentului. Fiecare
celulă este de obicei făcută din siliciu.
Celulele fotovoltaice se compun din siliciu stratificat, care este dopa t cu elemente diferite
din joncț iunea p -n. Partea de tip p, va conține gă uri suplimentare sau altfel spus, sarcin i
pozitive. Partea de tip n conține sarcinile negative. Această diferentă de sarcină a regiunilor
formează o regiune ce este neutră și acționează ca un fel de barieră . Când joncțiunea p -n este
expusă la lumină , fotonii vor for ma perechi extra de electroni/gă uri. Cu t oate aestea, din
moment ce joncțiunea p -n creează o diferentă de potențial, electronii nu pot să ri în cealaltă
parte, doar gă urile pot . Astfel, electronii sunt nevoiț i să iasă prin conectorul metalic, cu rgând
prin sarcină în cealalt ă parte a joncț iunii.
Deoarece celulele fotovoltaice generează un curent, celulele/panourile pot fi modelate
ca și surse de curent contin uu. Cantitatea de curent produsă de un panou, are o corelație
directă cu intensitatea luminii absorbită de panou. În Fig. 2 -3, se observă unghiul de incidență
format între normală și fascilulul solar.

Figura 2-3. Unghiul de incidenț ă format pe celula solar ă

14 Din Fig. 2 -3 observă m ca normala este perpendicu lară celulei , pe fațeta expusă . Raza
Soarelui vine și loveș te panoul la un anumit unghi. Unghiul format de normală și raza
soarelui este unghiul de incidență Theta (ϴ). Presupunând că inten sitatea luminii ramane
constantă (λ), putem calcula puterea gener ată de panou (W) :
W = A λcos(ϴ)
Aici, variabila A, reprezintă un factor de limitare a conversiei care este specificat în foaia
de catalog a panoului, deoarece acestea nu pot conv ertii 100% din energia absorbită . Prin
acest calcul, puterea maxim ă generată va fi atunci când raza soarelui loveste pe direcț ia
normalei, perpendicular pe celula solar ă. Cu un montaj fix , avem pierderi de putere
semnificative pe parcursul unei zile pentru c ă panoul nu r amane perpendicular pe fasciculul
luminos . Un sistem de urmarire poate pă stra unghiul de incidenta înt re niște limite admise,
ținând sistemul la capacitate maximă .
2.1. Celula Solar ă
Celula solar ă produce energie efectuând două sarcini de bază : (1) absoarbe ene rgia
luminoas ă pentru a creea purtători de sarcină liberi , în cadrul unui mat erial (2) separă
purtătorii cu sarcină negativ ă de cei cu sarcină pozitivă , în scopul de a produce curent
electric. Acesta curge de -a lungul terminalelor aflate la diferență de po tențial. Celula solară
efectueaza aceste sarcini cu ajutorul semiconductor ului ce stă la baza ei. Funcți a de s eparare
este de obicei realizată printr -o jonctiune , de tip p – n.
Celula Solară este alc ătuită din două sau mai multe straturi de material semiconductor, cel
mai adesea fiind întâ lnit siliciu. Grosimea acestora este cupr insă intre 0.00 1 și 0.2 mm,
dopate în așa fel încât formează joncț iunea p -n. Structura este asemanatoare cu cea a unei
diode.

Figura 2-4. Structura unei celule fotovoltaice

15 Observăm în Fig. 2 -4, că o celulă este în general formată din 6 stratur i. Avem un strat
de protecț ie, unul antireflexie, contactul din partea superioară , materialul s emi-conductor și
contactul electr ic amplasat pe partea inferioară .
Tipuri de celule fotovoltaice:
In funcț ie de natura materialului utilizat în fabricarea acestora (de obicei siliciu), distingem
trei tipuri de celule fotovoltaice:
– Monocristaline;
– Policrist aline;
– Amorfe.
Tabel 2-1

În tabelul 2-1, se observă că celulele fabricate din material monocristalin, obțin
performanțe mai bune atât în laborator cât și în producția în masă.
Caracteristica Tensiune – Curent (V – I)
Fiecare celulă PV are propria caracteristică tensiune – curent. Figura 2-5, arată
caracteristica V – I a unei celul e tipice PV. Problema cu extracț ia puterii maxime posibile de
la un panou solar se dato rează neliniarități i curbei caracterist ice. Caracteristica prezinta două
curbe, una arată comportamentul curentului cu privire la cresterea tensiunii , iar cealaltă curbă
este caracteristica puterii în funcț ie de tensiune. Aceasta se obtine cu ecuatia:
[ ]
MATERIAL EFICIENTĂ LABORATOR EFICIENTĂ PRODUCTIE IN SERIE
Siliciu monocristalin 24% 14-17%
Siliciu policristalin 18% 13-15%
Siliciu amorf 13% 5-7%

16
Figura 2-5. Carateristica Curent -Tensiune și Putere -Tensiune
Atunci când urmăr im caracteristica P – V, obser văm c ă puterea maximă se regăsește doar
într-un singur loc, unde panoul operea ză optim. Cu alte cuvinte există o putere de vâr f ce se
gaseș te la un anumit nivel de tensiune și curent. Obț inerea vâ rfului de putere necesită c a
panoul solar sa funcț ioneze foarte aproape de punctu l în care curba P –V este maximă . Cu
toate acestea, punctul în care panoul va opera se va modifica con stant odata cu schimbarea
condiț iilor de mediu, cum ar fi nivelul de expunere la soare sau nivelul temperaturii, pe care
le vom discuta în continuare. Celulele solare deși au o putere maximă la care pot opera,
acestea rar furnizează sa rcinii acea putere. Subi ectul v a fi dezbătut pe larg în capitolele ce
urmează.
Impactul cu temperatura
Eficiența unui panou solar se modifică constant în funcție de temperatură. Deși pare
bizar, odată cu cresterea temperaturii performantele sistemului scad considerabil . În general
eficienț a unui modul PV siliciu cristalin, v a fi redusă cu aproximativ 0.5% pent ru fiecare

17 creștere a temperaturii în grade C. Modulele PV sunt în general evaluate la temperaturi de
25șC (77șF) și par să ruleze la temperatura de 20șC în mediul exte rior. Aceasta inseamnă că
într-o zi caniculară, 50șC (120șF), modulul va opera la temperatura de 70șC (160șF). Figura
demonstreaz ă efectele pe care le are tem peratura în raport cu performanț ele modulului. Se
poate observa cu usur intă o creș tere a tensiunii odată cu creș terea temperaturii. Cu toate
acestea , temperatura nu are ef ecte prea mari în ceea ce priveș te curentul.

Figura 2-6. Efectul temperaturii asupra Punctului Maxim de Putere
În Figura 2 -6 se poate observa deplasarea punctului maxim de putere, odată cu evolutia
temperaturii. Puterea se deplasează invers proporțional cu temperatura.
Eficienț a
Eficienț a este în mod sigur una dintre cele mai mari probleme atunci câ nd privim un
panou fotovoltaic. D iferite tipuri de celule solare au randamente ce variază în funcție de alț i
factori. Pentru a asigura o absorbție eficientă , reflexia din suprafaț a unei celule trebuie
redus ă. Suprafaț a unui semiconductor ce a fost deja lustruit ă va reflecta în continuare o
fracțiune semnificativă de fotoni incidenți proveniți de la S oare. Siliciu l, de exemplu reflect ă

18 până la 30% din numarul de fotoni. Textu ra suprafeței unei astfel de celule , contribuie la
atenuarea probl emelor de reflexie, dar eficienț a panoului solar es te definita de asemenea și de
alți factori, ca d e exemplu materialul de fabricaț ie.
2.2. Sistem de urm ărire solar ă
Un sistem de urmarire solar ă (Solar tracker) este un ansamblu ce orientează sarcina utilă
spre Soare. Sarcină utilă : PV, antene parabolice, oglinzi și lentile.
Pentru sistemele ce folosesc ca și mijloc de propulsie panoul fotovoltaic, sistemele de
urmărire solară sunt folosite pentru a minimiza unghiul de inciden ță dintre razele solare ș i
pano ul fotovoltaic. Acest lucru creș te cantitatea de en ergie cumulată. În aplicați ile standa rd
fotovoltaice, a fost prezis în anul 2008 – 2009 ca urmă ritoarele solare pot fi folosi te în cel
putin 85% din instalaț ile comerciale de peste 1MW.
Concept de bază :
Lumina sola ră are două componente, „Radiația directă ” ce poartă aproximativ 90% din
energia solară și „Radiația difuză” ce transportă restul de energie. Radiaț ia difuz ă reprezintă
cerul albastru î ntr-o zi senin ă și creș te în mod proporț ional cu apariția norilor. Pe masură ce
majoritatea energiei se află în fasciculul di rect, energia trebuie maximizată și mentinută cât
mai mult posibil pe panou. Energia ce contribuie fasciculul direct , scade cu cosinusul
unghiului dintre lu mina de intrare și panou. Pe langă asta trebuie ținut cont și de reflexie care
trebuie să rămână aproximativ constantă pentru unghiuri de incidență de până la 50ș. Dincolo
de acest prag se dereglează dramatic.
In Figura 2 -7 putem observa colectarea energiei în funcție de unghiul de incidență.
Observăm ca atunci câ nd fasciculul luminos cade perpendicular pe panou, eficienț a este de
100%. Eficienta de 100% nu există în realitate dar pentr u studiul nostru de caz putem să
luăm în calcul cazul ideal, fără pierderi de orice natură .

19
Figura 2-7. Zona de colectare eficient ă a unui colector solar
De exemplu, un sistem de urmă rire solară cu o precizie de ± 5° poate livra o energie chiar
mai mare de 99.6% din energia emisă de radiaț ia direct ă, plus 100% din radiația difuză . Ca și
rezultat, sistemele foarte precise de urmărire nu sunt folosite în aplicații cu concentrație
energetică scăzută .
Soarele călătoreș te 360° de la Est la Vest în fiecare zi, dar din perspectiva unei locatii fixe
acesta este vizibil doar 180ș în timpul unei perioade medii de ½ di n zi (mai mult primavara –
vara și mai puț in toamna – iarna).
Montură fixă vs. mobilă :
Sistemele de urmărire solară genereaz ă mai multă energie pe parcursul unei zile decâ t
monturile clasice, fixe, dar nu cresc neaparat puterea maxim ă de ieșire. Mă surat, c âștigul de
energie pleacă de la 25% și poate depasi 40%. Figura 2 -8 compar ă sistemel e fixe cu cele
mobile, cu acelaș i numar de panouri.

20
Figura 2-8. Sistem de urmă rire vs. montur ă fixă
Un sistem rotativ oferă un surplus de energie, prin urmare poate f i folosit un sistem mai
mic ca și dimensiune pentru ace eași energie captată . Cu toa te acestea un sistem mai mic va
însemna o putere de varf mai mică, prin urmare trebuie urmă rită cu atenț ie aplicabilitatea
acestuia.
Concluzie
Este evident că urmăritoarele solare ne oferă o cantitate de energie mai mare fată de cele
fixe. în acelasi timp acestea sunt mai scumpe, ajungând la costuri de mentenanț ă cu până la
25% mai mari. Se poate lua în calcul mărirea sistemului , lăsând montura fix ă și scăpâ nd de
costul mentenanț ei. Aceste sisteme sunt foarte scumpe, de accea doar pa rcurile fotovoltaice
de capacită ti mari au ales implementarea acestora.
2.3. Puntul maxim de putere (MPPT)
Maximum power point tracking (MPPT) est e o tehnică folosit ă cu turbinele de vând ș i
panourile fotovoltaice, pentru a maximiza puterea de iesire.
Sistemele solare fotovoltaice sunt disponibile în multe configurații, privind relaț ia dintre
acestea și sistemul de invers ie, rețeaua externă , bancul de acumulatori sau alte sarcini
electric e. Indiferent care este destinația finală a ener giei solare, problema prin cipală abordată
de MPPT este ace ea că eficienț a transferulu i de energie de la celula solară depinde at ât de
cantitatea de lumină solară disponibil ă pe suprafața panoului, dar și de caracteristicile
electrice ale sarcinii. At ât timp cât lumina solară variază, caracteristica de sarcină ne oferă
punctul maxim de putere. Eficiența unui sistem este optimizată atunci când caracteristica de

21 sarcină se schi mbă și oferă o rată maximă de transfer al puterii. Caracteristica de sarcin ă este
numit ă „Punct Maxim de Putere” sau MPPT.
Acesta nu trebuie confundat cu amplasarea automată a panoului dupa soare în punctul
oportun. Amplasarea pano ului se face mecanic, în această lucrare sunt folosite două
servomot oare pentru deplasarea pe orizontală și verticală cu ajutorul unui bloc de senzori .
MPPC este un modul inteligent, capabil să analizeze tensiunea pe care o poate furniza
panoul solar și starea acumulatorului. Ț inand cont de acest stud iu, dispozitivul este capabil să
decidă ce putere sa transfere acumulatorului. Pe timp de iarnă, cu o temperatura scazută,
cunoastem că eficienț a panoului creste. în aceste condiț ii energia este pulsat ă cu o crestere
între 20% și 45%. Pe timpul verii ca ntitatea de energie se estimează intre 10% – 15%.
Caștigul de energie ține mereu cont de condiț iile atmosferice.
Dispozitivele performante ce foloses c MPPT au un randament cuprins î ntre 92% –
97%. Acestea reusesc să sporească enorm eficienț a unui panou solar.
Adaptarea punctului maxim de putere :
Cel mai ușor de explicat ș i de inteles este prin int ermediul unui exemplu. Consideră m
un acumulator descarcat, cu o tensiune masurat ă cu ajutorul unui multimetru de 11V.
Presupunem ca panoul ce il avem în folosin ță este capabil sa furnizeze puterea de 120W la
putere maximă. Tensiunea maximă furnizata este de 17V iar curentul masoară 7A. Facâ d un
calcul simplu, curentul furnizat de panou inmult it cu tensiunea bateriei rezultă :
P[W] = U * I
P=11 * 7 = 77W
120 – 77 = 43W
Observă m o pi erdere substanțială de putere, 43W. Daca fol osim MPPT acesta este
capabil să ajusteze teniunea și puterea în așa fel încât să obținem eficientă maximă. Î n urma
analizei acesta va aplica 120W. Tensiunea furnizată va fii de 12.5V și 9.6A.
P=12.5*9.6=120W

22
Figura 2-9. Deplasarea Punctului Maxim de Putere în funcție de lumină
In Figura 2-9 putem observa că în punctul unde se intersectează cele două linii avem
putere a maximă . Celulele fo tovoltaice au o retalie complexă intre mediul de operare și
puterea maxim ă ce o poate fii produsă . Factorul de umplere, abreviat FF (fill factor), est e un
parametru ce caracterizează comportamentele electrice non -liniare ale celulei so lare. Factorul
de umplere este definit c a raportul dintre puterea maximă produsă de celula solar ă la
tensiunea de mers în gol ( VOC) și curentul de scurt – circuit ( ISC). Se foloseste pentru a
estima puterea maxima ce poate fi furnizată în funție de sarcin ă.
P = FF * V OC * ISC [W]
Pentru cele mai multe scopuri, FF, VOC și ISC sunt sufi ciente pentru a face un calcul și
o aproximare a comportamentului celulei solare.
În concluzie toate centralele alimentate cu energ ie solară folosesc sisteme MPPT.
Acestea pot avea performante diferite în funcție de preț și de aș teptă ri. Dac ă se doreste
eficientizarea unui sistem fotovoltaic, utilizarea MPPT este esențială.

23 2.4. Microcontrolerul ATXmega16a4
Microcontrolerul ATXmega16a4 este creieru l întregului sistem. Acesta controlează și
monitorizează întreg ansamblul. Î n cadrul acestui sistem, frecvenț a de lucru v -a fi de 2MHz,
fără un cristal de cuarț extern. Aceasta gamă de m icroprocesoare se caracterizează printr -un
consum redus de energie, 1. 1mA la frecventa de 2MHz. Ideea de a av ea un ansamblu
autonom, ne obligă sa alegem dispozitive cu un consum redus .
In ansamblu, microcon trolerul are urmatoarele atribuț ii:
 Chiar dacă el nu este î n sine o sursă de energie, trebuie să controleze modulele aflate
în circuit. El realizează comanda acestora, le pornește și le oprește în funcț ie de
algoritmul implementat pe acesta.
 Folosind convert orul analog – numeric, acesta monitorizează în permanență starea
blocului de senzori , prelucrâ nd datele de pe acesta. De asemenea are în vedere starea
regulator ului de tensiune pentru Li -Ion ș i a boostului LTC3124.
 Comanda servomotoarelor se re alizeaza prin PWM la o frecvență de 50 Hz.
Microcontrolerul analizează datele primite de la blocul de senzori , ia decizia de a
misca sau nu servourile.
 Afiseaza pe un ecran tip lcd date folositoare pentru utilizator într-o maniera simplă și
concretă .

Figura 2-10. Diagramă b loc, ATXMega16A4

24 Pentru minimizarea consumului de energie acesta se poate trece în cele cinci moduri de
inact ivitate. Daca utilizatorul dorește ca pe timpul nopții consumul să fie minimizat, în
funcție de aplicaț ie se poate alege unul din urmatoarele modur i.
 Idle, opreste microprocesorul dar las ă perifericele pornite.
 Power – down , opreș te toate semnalele.
 Power – save, funcționează aproape identic cu modul de Power – down cu
excepția că lasă activ modulul de RTC.
 Standby – Standby extins, doar CLOCK -ul rămâne activ.
Caracteristici ATXmega16a4:
Acest microcontroler funcționează cu o tenziune de 3.3V, are un consum redus de
energie și ne ofer ă urmatoarele:
 16kB memorie de program
 2kB memorie internă SRAM
 1kB memorie internă EEPROM
 16 biti numără tor, se poate folosii pentru diferite funcționalități
 SPI, USART și TWI, interfeț e de comunicare
 12 biț i ADC
Dimensiunea microcontrolerului este una redus ă 12 x 12mm, are 44 de pini și vine intr -o
capsulă de tip TQFP.
2.5. Convertor DC -DC Fotovoltaic
Modulul LT C3105 est e un con vertor de tip boost, cu un prag minim al tensiunii de
alimentare de 225mV . Totuși pentru a porn i tensiunea minimă este de 500m V, după StartUp,
se poate coborî la 225mV. Convertorul LTC3105 a fost ales deoarece are incorporat un
modul MPPC și funcționează cu tensiuni j oase. Integratul a fost conceput să fie folosit în
aplicații experimentale cu panouri solare de putere mică. Tensi unea de ieș ire poate fi ajustată
în intervalul 1.6 – 5.25V. Curentul maxim ce î l poate produce este de 400mA, d ispozitivul
având o limitare internă .. Acest LTC3105 este incorporat în capsula MSOP12 avâ nd o
dimensiune de 3.5 x 2.5mm.
MPPC, circuitul ce urmareste punctul maxim de putere, eficientizează puterea oferită de
panoul solar, reușind să extragă energie chia r și atunci câ nd panourile nu sunt iluminate

25 corespunz ător. Reglarea acestuia se realizează cu o rezistență . Dac ă se cunoaș te tensiunea
nominală a panoului se poate calcula valoarea rezistoului. La p inul MPPC este conectată o
sursă auxiliara de 10uA, ce alimenteaz ă rezistenț a. Folosind acest pin se poate ajusta
tensiunea dorit ă pentru punctul m axim de putere. Tensiunea cazută pe acest rezistor
reprezintă tensiunea de referință . Când tensiunea este scăzută, circuitul optimizează cur entul
absorbit și intră în funcțiune convertorul boost .

Figura 2-11. Schema bloc LTC3105

2.6. Acumulatorul Li -Ion
Circuitul fuctionează autonom, iar acumulatorul Li -Ion este sursa sa de energie. Acesta
are o capacitate de 4400mAh cu o singur ă celulă . Folosind ace st rezervor, sistemul trebuie să
functioneze atât pe timpul zilei cât și pe timpul nopț ii. Acest acumulator se poate folosi de la
-20șC până la 60șC, o varietate de temperatură considerabilă . Circuitul LTC3105, p rezentat
anterior, face posibilă î ncărcarea acestuia. Acumulatorul este î ncărcat cu o tensiune de 4.2V
și aproximativ 300mA. Limita la ca re acest acumulator se consideră încarcat este de 4.2V, iar
în acel moment curentul ce c urge prin el ajunge până la 50 -100mA.

26
Figura 2-12. Cicliu de viață, 100% DOD

Figura 2-13. Capacitate de descărcare

Figura 2-14. Curba de sarcin ă
Figura 2 -14 este foart e interesantă. Ne arată cum se î ncarcă un acumulator tip Li -Ion.
Deoarece acumulatorul es te descărcat, acesta implivit v a trage un curent foarte mare. De

27 accea, până la un anumit niv el, el se incarcă la curent constant. Când acesta ajunge la
tensiunea de 4.2V se v a încărca în tensiune constantă. Curentul incepe să scadă până sub
50mA, atunci acumulatorul este complet încărcat.
2.7. Panoul solar
Panoul solar transformă energia luminoasa, ca ptată de la Soare, în energie electrică .
Caracteristicile panoului solar sunt urmatoarele : 3V și 850mA , valori nominale . Acesta este
fabricat dintr -un material p olicristalin, ce are o eficiență estimată la 15%. Panoul măsoară 20
x 20cm. Modulul este prins pe un suport din lemn și are dou ă borne ce permit conectarea
acestuia. Curentul de scurt -circuit măsoară 1A, tensiunea de mers în gol 3.2V. Graficul
dependenț ei curentului fa ță de tensiune este prezentat în figura 2 -15.

Figu ra 2-15. Punctul maxim de putere pentru o celulă fotovoltaic ă
Punctul maxim de putere se modific ă continu u cu temperatura. Simularea din figura
2-15 este realizată la temperatura de 20șC. Echivalarea unei celule fotovoltaice este
prezentata în figura 2 -16.

Figura 2-16. Circuit echivalent, celulă solară
Specificaț ii:
Tabel 2-2. Caracteristicile panoului Fotovoltaic

Model Celula Solară
Lățime Lungime Voc Vmp Imp Isc Pmax Greutate
[mm] [mm] [V] [V] [mA] [mA] [W] [g]
20 20 3.3 3 850 1 2.55 226Mărime Panou Caracteristici Electrice
PTSP5-05 Policristalin

28 Tabel 2-3. Parametrii
Tip Descriere
Voc Tensiune circuit deschis
Vmp Punctul maxim pe care îl atinge tensiunea
Imp Punctul maxim pe care î l atinge curentul
Isc Curentul de scurt – circuit
Pmax Puterea maximă

2.8. LTC3124
LTC3124 este un convertor de tip boost, programabil. Acesta dispune de două ieșiri și are
un consum relativ redus.
Caracteristici :
 VIN: 1.8V la 5.5V. Dupa Start -Up se poate reduce la 500mV
 VOUT: 2.5V la 15V
 1.5A Curent de ieșire pentru V IN =5V și VOUT =12V
 <1uA în ShutDown.
Sursa LTC324 este un ridicator de tensiune cu redresare intern ă, ce are o eficiență de până
la 95%. Pragul minim al tensiunii de intrare este de 1.8V, cu un curent furnizat de 1.5A (V IN
= 5V și VOUT = 12 ). V OUT se poate ajusta pe baza unui divizor extern. Un mare avantaj al
acestui circuit es te deconectarea tensiunii de ieș ire (output disco nect). Modulul este
incorporat î ntr-o capsul ă de tip MSOP12, prevăzută cu pad de ră cire (therma l pad). Circuitul
se poate opri complet prin pinul de ShutDown la care se aplica o tensiune ma i mare de 1.6V
pentru pornire și una sub 0.25V pentru dezactivare. Diagrama blo c este prezentata în figura 2 –
17.

29
Figura 2-17. Diagramă bloc LTC3124
Sursa are posibilitatea de a funționa în două regimuri, PWM sau Burst. Modul de PWM
se mule ază mai bine atun ci când avem de -a face cu curenț i ma i mari, permite lucrul cu
curenți de până la 1.5A. Modul Burst are o eficienț ă mare cu un consum mic, aproximativ
25uA atunci când este în „stand by”. Acesta este folosit pentu curenț i mici.
2.9. Fotorezistorul
Fotorezistorul este un tip de rezistor special ce este sensibil la lumină. Modulul de senzori
al acestei lucrări este compus din patru fotorezistențe. Folosind un ansamblu inteligent,
fotorezistorii pot fi folosiți foarte ingenios.

30
Figura 2-18 Dependența de lumină a Fotorezistorului
Sulfura de Cadnium (Cds) sau rezistoarele dependente de lumina (LDR), a carei
rezistenta este invers proportională cu cantitatea de lumina ce cade pe aceasta. Caracteristica
și dependența rezistență – lumină este reprezentată în figura 2 -18. O structura t ipică pentru un
fotorezis tor cuprinde un semiconductor ușor dopat ce permite să aibă un nivel necesar de
conductivitate. Contactele sunt apoi plasate de fiecare parte a zonei expuse.

Figura 2-19. Structura unui foto rezistor
Caracteristici :
 Raspuns rapid
 Performanțe aproximativ liniare
 Pachet ermetic
 Caracteristică bună a spectrului
Aplica ții:
 Ghidarea unui panou fotovoltaic
 Fotointrerupă toare

31  Control Fotoelectric
 Jucării electronice

Figura 2-20. Spectrul Fotorezitorului
Fotorezistorul PGM5516 are dimensiunea de 6.5mm și are o capsula ermetic ă. Puterea
maximă pe care o poate mane vra este de 90mW, cu o varia ție a temperaturii intre -30 și 90șC.
Vârful spectral se regăsește la distanț a de 540 nm. Rezistivitatea la întuneric se modifică cu
până la 0.2MΩ, iar la lumină aproximativ 5 – 10kΩ. Timpul de ră spuns este de 30 – 40 mS,
dacă este mare sau mic depinde de utilitate.

Figura 2-21. Spectru undă solară
În figura 2 -21, se poate observa c ă lungimea de und ă a spectrul ui vizibil este cuprinsă
între 450 – 750 (nm). Fotorezistorii compu și din sulfură de cadmiu, se mulează perfect pentru
aceast ă aplicaț ie.

32 2.10. Servomotorul RC
Servomotorul RC (Radio Control) este un dispozitiv comandabil ce acț ioneaz ă liniar sau
rotativ. Acest a permite utilizatorului să controleze viteza, accelerația, poziț ia unghiular ă sau
liniară .

Figura 2-22. Structura unui Servomotor
De-a lungul ul timilor ani, a avut loc o evoluție continuă a acestor servomecanisme .
Acestea vin intr -o variantă imbunatatită ca și dimensiune, viteză de rotaț ie și cuplu . Cea mai
recentă dezvoltare este cunoscu tă ca și Servomotorul RC (Radio Control) .
Servomotoar ele convertesc comanda electrică primită de la receptor , în miș care.
Acestea au un mic circuit electric construit î n interiorul carcasei , cu un arbore poziț ionabil de
care este de obicei angrenat ă o roa ta dințată . Motorul este controlat de u n semnal electric care
determină cantitatea de miș care a arborelui.

Figura 2-23. Structura internă a unui Servomotor

33 Structura internă a unui servomotor
Pentru a î ntelege pe depli n modul în care funț ionează un servo , tebuie s ă privim puțin î n
interiorul acestu ia. Înauntru, g ăsim un circuit destul de simplu : un motor mic, de curent
continuu, un potențiometru ș i un circuit de control. Circuitul poate fi vizualizat în figura 2 -23.
Motorul este atașat de un angrenaj mecanic ce controlează roțile dințate. Odată cu rotația
motorului, potențiometrul iș i modific ă rezistenț a, astfel se determin ă cu usurință cât și în ce
direcți e acesta s -a deplasat.
Când arborele motorului se află în poziția dorită , puterea furnizat ă motorului este oprită.
În cazul în care nu a ajuns la destinație acesta este direcț ionat spre poz iția oportună. Poziția
dorită este transmisă prin pulsuri electrice prin firul de semnal. Vit eza motorului este
proportională cu diferența dintre poziția inițială și poziția dorită. În acest fel dacă motorul se
află aproape de poziția dorită , acesta se va deplasa relativ î ncet, iar în caz contrar se va
deplasa repede. Aceasta se numește control proporțional și însea mna că motorul v a lucra doar
atât de greu cât este necesar să o facă. Un tip mic și foarte inteligent.
Cum se controlează un Servo?
Servomecanismele sunt controlate prin trimi terea unui imp uls electric de lățime
variabilă sau mai bine spus PWM (Pulse With Modulation ), prin firul de control. Există un
puls minim, un puls maxim și o rată de repeț itie. De obi cei un servomotor se poate roti doar
90 de grade, în ambele direcț ii, avand un total de 180 de gr ade de rotație. Poziția neutră este
definită ca fiind po ziția în care servoul are aceeași cantitate potentială de rotatie în sensul
acelor de ceasornic c ât și în sens invers acestora. Atunci c ând trimitem PWM la motor
determină m pozi ția arborelui ș i totul este bazat pe durata impulsului transmis prin
conductoru l de comanda. S ervoul asteapta în mod normal să primeazca un impuls la fiecare
20ms (50Hz), iar l ățimea pulsului va determina cât de departe se deplasează motorul.

Figura 2-24. Control PWM

34 În Figura 2 -24 se observă că poziția default pentru servomotor, se regasește la 1.5ms.
Trimițând impulsuri cu o lățime de 1.5ms, la un interval de 15 -25ms, servomotorul va rămâne
la ora “12”.
Când Servomotorul este comandat să se miste, acesta se va deplas a spre poziția dorită
și odata aju ns, acesta va ramane acolo. Dacă un factor extern apasă asupa angrenajului
încercand să -i modifice poziț ia, servomot orul se va opune cu o rezistență foarte mare și iși va
pastra poziț ia transmis ă prin comanda PWM. Servouri le nu iși vor menține poziț ia pentru
totdeauna, pulsul de poziț ie trebuie repetat pentru a instru i servoul să rămână pe pozitie.
Elemente de baza
Toate SM RC conțin câ te un conector cu trei fire. Un fir pentru plus (Vdd), unul
pentr u minus (GND) și firul de semnal. De o bicei tensiunea la care operează este intre 5 -6
volți dar există și servouri pentru tensiuni înalte ce pot manipula până la 8.5V. Acestea
funcționează în curent continuu. Receptorul discută cu serv oul prin firul de semnal, aplicâ nd
pulsuri de pornit/oprit (on/off).
Dimensiuni
Servourile vin practic în trei marimi diferite (mic ro, standarg și gigant sau scală 1/4 )
pentru a se adapta la câ t mai multe aplicații. Există variații ușoare atât a dimensiunii cât și a
carcasei în funcț ie de aplica bilitate dar pentru ușurarea explicației rămâ nem la cele 3
dimensiuni standard ce acoperă majoritatea SM RC.
Viteza și Cuplul
Pe lâ ngă dimensiunea fizică , urmatorul item despre care vom discuta cuprinde viteza
și cuplul. Acesti parametrii sunt de asemene a specifici tuturor SM RC.
Viteza reprezintă raportul dintre distanță și timp, adică câ t timp îi este necesar
angrenajului să parcurgă un anumit numar de grade. Numarul de grade a fost stan dardizat și
trecut în specificaț ii ca fiind 60ș. Viteza standard a unui SM este de 0.24 sec/60ș. Un
elicopter RC reușește să atingă perfor manț a de până la 0.03 sec/60ș.
̅[ ]

Cuplul determină valoarea maximă a forței de rotaț ie ce se po ate aplica la un unghi
drept fața de brațul servoului. Aceasta specificație a cuplului este masurată și enumerată

35 printre specificaț iile servoului. La tensiunea de 6V un servom otor standard v a fi capabil să
învart ă până la 10kg.
Servomotoarele RC Digitale vs. Analogice
Futuba, o mare companie ce se ocupa cu dezvo ltarea servomotoarelor, spune că
„Servomotoa rele digitale sunt singura soluț ie”. Ne mai spun ca utiliz area unui SM Digital
este acelaș i lucru cu uti lizarea unui SM analogic. Excepț ie face un uP, ce are rolul de a
analiza se mnalul de intrare și controlează motorul.
Cu ceva timp în urma singurele servouri disponibile erau cele analogice, dar acum avem
și digitale. Pentru a ne da seama care este mai bun pentru un elicopter, u n avion sau un robot,
trebuie să aruncă m o privire asupra ambelor tehnologii.
În primul râ nd, nu există diferență de ordin fizic între cele două tipuri de servouri.
Carcasa, motorul, angr enajul, chiar și potenț iometrul de fe edback, toate acestea au aceleași
funcții și operează în acelaș i mod.
Diferența între cele două constă î n procesarea semnalului primit de receptor și cum
această informație este folosită pentru a transmite putere servomotorului.
Servomotorul Analogic
Un servo Analogic controlează viteza motorului aplic ând pu lsuri on/off de tensiune.
Această tensiune este constantă (5 – 8V).
Această frecvență de on/off este standardizată , valoa rea s -a fiind 50Hz (20mS). Cu câ t
fiecare puls pozitiv are un fa ctor de umplere mai mare, cu atât motorul devine mai rapid ș i
produce un cuplu mai mare . Prin acest mod este controlată viteza la majoritatea servourilor.

Figura 2-25. Principiul de fu ncționare SM Analog
Pulsul PWM primit pe intrare de la Receptor este co nvertit intr -o tensiune pozitivă.
Invortorul îi inversează polaritatea . Rezultatul, tensiunea negativă, reprezintă poziția dorită.
Tensiunea pozitivă primită pe firul de feedback este tensiunea de pe r ezistorul variabil și
reprezintă poziția de rotație a arborelui. Daca poziția dorită și poziț ia reala sunt egale, atunci

36 ele se vor anula reciproc și dau pe ieș irea comparatorului 0. Rez ulta ca servoul se afla în
poziția potrivită și acesta se va opri.
Servomotorul Digital
Cum a fost menț ionat ș i anterior, servoul digit al este în principiu la fel ca și cel analogic,
excepție făcâ nd microprocesorul, ce analizează semnalele primite și controlează motorul.
Este incorect să credem că servourile digitale diferă drastic de cele standard. Au aceleași
motoare, roți și carcase ca și cele standard și mai important regăsim acel potenț iometru de
feedbeck la fel ca la cele tradiț ionale.
Unde diferă un servo Digital , este felul în care procesează informaț iile primite de la
receptor, iar la rândul său acesta controlează puterea inițială a se rvoului, reducâ nd banda de
insensibilitate (deadband ), crește rezoluția și generează o putere de susț inere extraordinar de
mare. Ban da de insensibilitate reprezintă acele două tensiuni de la intrarea în comparator care
nu pot fi niciodată perfect egale.
Într-un motor servo convenț ional, la mersul în gol, nu este transmisă nici o putere c ătre
acesta. Când un semnal este recepț ionat ca deplas ând servoul sau o presiune se aplică pe
brațul acestuia, servoul ră spunde prin trimitere a de putere/tensiune către motor. Această
putere, ca re este de fapt tensiunea maximă, este pulsatorie, comutată ON/OFF la o frecvență
fixă de 50Hz, creând întreruperi de putere. Crescând lungimea fiecă rui puls /intrerupere de
putere, o viteză creează un ef ect regulator până când î ntreaga putere/tensiune este aplicată
motorului și accelerează brațul spre noua poziție. La rândul său, potenț iometrul spune
electronicii servoului că acesta ajunge la poziția dorită, astfel pulsurile/întreruperile iș i reduc
dimens iunea, încetinin d angrenajul până câ nd acesta nu mai este alimentat.

37
Figura 2-26. Comand ă Servomotor PWM
După cum ne putem imagina, cu o î ntrerupe re rapida a puterii „On”, urmată de o pauză ,
nu stimulează motor ul suficient pentru a se roti, în timp ce lăsând puterea pe „On” o perioadă
mai lungă de timp ap are s timularea. Acest lucru semnifică ca o miș care de control scurt ă,
care la rândul să u trimite impulsuri ini țiale mici l a motor, este foarte ineficientă și de accea
apare ceea ce n oi numim „Deadband” sau banda de insensibilitate. Adica acesta e ste lent sau
practic nu exercită nici o miscare în jurul servoului standard.
Avantajele distinctive ale servoului Digital
În primul râ nd, este capabil, prin in termediul unui microprocesor, să primească semnale
de intrare și de a aplica parametrii prestabiliti acelor semnale înainde de a f i trimise pulsurile
de putere că tre servomotor. Acest lucru î nseamnă că lungimea impulsului de putere /
întreruperea ș i prin urma re cantitatea de energie trim isă pentr u a activa motorul, este reglată
și optimizată , pentru a se mula perfe ct pe funț ionalitatea servoului.
În al doilea rând servoul digital reușește să primeasca pulsuri, la o frecventă semnificati v
mai mare. Acest lucru inseamnă că spre deosebire de servoul standard care primește în jur de
50 de pulsuri / secundă , acesta poate ajunge până la 300 de pulsuri / secundă. Lungimea de
undă este redusă intr-un raport direct cu frecvenț a, dar primind o comutare de on/off la o

38 frecvență mai mare, m otorul este mult mai stimulat să plece. Acestu lucru re duce banda de
insensivitate, avâ nd un raspuns mai bun, mai rapid și mai important accelerarea ș i decelerarea
se fac mult mai fluent.

Figura 2-27. S9450 – S9402
Dezavantaje :
Aspectul negative al acestor avantaje – “Bine, trebuie sa fie unul ” – este consumul de
energie. În mod natural, odată cu transmiterea de putere către motor la o frecvență superioară,
crește energia furnizată ș i consumul total de energie merge în sus.
În concluzie, dacă avem nevoie de:
o Rezoluție mare – Bandă de insensibi litate scazută, poziț ionare exactă
o Cuplu constant pe tot parcursul cursei
o Creșterea puterii de reținere atunci când staționează
Servomotorul Digital este raspunsul.

39 3. Proiectare Solar Tracker
Proiectarea unui sistem de urmărire solară este un proce deu complex care presupune
cunoștiințe în materie de electronică, programare și mecanică .
În diagrama bloc din figura 3 -1, este prezentat sistemul de urmărire solară pentru
panoul fotovolt aic. Energia captată de celula solară este extrasa de un regulator s pecial Li –
Ion, capabil să urmarească punctul de putere maximă (MPPC). Acesta introduce energia în
acumulator și îl moni torizează în acelasi timp. Pe lâ ngă aceasta permite conectarea direct ă a
celulei fotovoltaice la acesta, fără să fie nevoi e de un modul intermeniar. Pe lâ ngă acesta mai
avem un convertor boost, un convertor LDO ș i un LCD.

Figura 3-1Schema bloc a sistemului

40 3.1. Configuraț ie hardware
3.1.1. Schemă electric ă

Figura 3-2. Schemă electrică 1/2

41
Figura 3-3. Schema electrica 2/2

42 3.1.2. LP3985 Convertor -Stabilizator de te nsiune
Pentru funcționarea corectă a modulului de control ave m nevoie de o tensiune constantă
de 3.3V. Ac easta este oferită de catre LP3985, un stabilizator liniar de tip LDO (Low –
Dropout -Voltage ). Acest stabilizator se mulează perfect pe aplicații ce int egrează acumulatori
și panouri fotovoltaice, funcționând perfect chiar și sub tensiunea de 3.7V, pun ct în care se
consideră că acumulatorul este descărcat. Deoarece în aplicație nu avem curenți mari, putem
folosi ș i este chiar indicat aceste stabilizatoare liniare de tensiune . Aceste stabi lizatoare au o
dimensiune redusă , fiind integrate intr -o capsula de tip SOT23, cu o s uprafaț ă de aproximativ
3 x 3mm. Pentru funcționarea corectă a acestuia avem nevoie de doi conden satori pe intrarea
respectiv ieș irea acestuia. Raportul privind calitatea, funcționalitatea și stabilitatea a fost
motivul alegerii acestui integrat.
Caracteristicile stabilizatorului liniar LP3985:
 Tensiune de intrare 2.5V și 6V
 Curent maxim de iesire 150mA
 Cadere de tensiune 100mV la un cur ent de sarcina aprox egal cu 150mA.
 Protectie la scurtcircuit
 Element regulator serie – PMOS

Figura 3-4. Schema bloc LP3985

Figura 3-5. Finctionalitatea pinilor
PIN Tip SOT – 23 NR Descriere
BYPASS I/O 4 Condensator optional de bypass, pentru reducerea zgomotului
EN I 3 Activare poartă logică de intrare, stare de "1" (High)
GND GND 2 Masă comună
IN I 1 Tensiune de intrare in LDO
OUT O 5 Tensiune de iesire din LDO

43 Căderea de tensiune se calculează dupa modelul urmă tor. Presupunem c ă
acumulatorul este complet încarcat și acest a măsoară 4.2V. La ieș irea din regulator avem
3.3V, cu un curent maxim de 150mA.

3.1.3. Încărcă torul fotovoltaic Li -ion LTC3105
Simularea circuitului de încă rcare este prezentat ă în Figura 3 -6. La modulul LTC310 5 a
fost conectat panoul solar î mpreună cu un circuit de compensare a punctului maxim de
putere. C ircuitul de compensare are rolul de a ajusta punctul maxim de putere, MPPC
(Maximum Power Point Controller), în funcț ie de temperat ura la care se află panourile, prin
modificarea tensiunii de prag a pinului MPPC.
Pentru a ajusta și a obține tensiunea dori tă la iesire , ne folosim de urmatoarea relație,
unde practic modificăm valorile rezitenț elor R1 respectiv R2.
(
) (
)

Figura 3-6. Tensiune de Feedback

Figura 3-7. Circuit de î ncarcare, LTC3105

44 ( )

Figura 3-8. V CELL și V MPPC
Urmă rind specificatile producatorului folosind patru transistori NPN b ipolari, legați în
configuraț ia colector baza, pe post de diode ș i cu un cuplaj termo -capacitiv , putem urmă rii
punctul de putere maxima. Tensiunea de deschidere se va modifica constan t în funție de
temperatur ă și așa reusește modulul de MPPC să țină pasul cu această modificare.
3.1.4. LTC3124 Convertor Boost
Servomotoarele au nevoie de o tensiune de comand ă cuprinsă între 4.8V și 7.2V furnizată
de către convertorul boost LTC3124. Calculul tensiunii de ieș ire se execut ă după formula de
mai jos. La o tensiune de ieș ire de 6V se poate furniza un curent de aproximativ 600mA.
(
) (
)

Figura 3-9. Simulare LTC3124

45

3.1.5. Senzor de poziț ie
Acest bloc de senzori , format din patru Fotorezistori, are rolul de a ghida ansamblul
perpendicular cu razele solar e. Pr incipiul este unul simplu ș i foarte efi cient. Ne folosim de
patru pereț i pentru a manipula umbra. Atunci câ nd soarele nu bat e perfect perpendicular pe
placa de bază a senzorilor, per eții vor forma o umbră, întunecâ nd cel puț in un fotorezisto r.
Precizia ansamblulu i este dată de înalțimea pereți lor. Cu cât aceștia sunt mai înalți, cu atâ t
umbra apare mai repede. Aunci când senzorii citesc acceaș i valoare avem doua posibili tăți.
Ori toți sunt perfect iluminați, ori perfect umbriț i.

Figura 3-10. Circuit de comandă pentru blocul de senzori
În figura 3-10 vedem circuitul de comandă pentru senzori. Observăm că pinul 5,
reprezintă V cc-ul, cu un control aferent. Alimentare a sau dezalimentarea blocului se poate
face foarte simplu , cu o simplă comandă de on/off a microcontrolerului. Cei 4 fotorezistori au

46 un pi n comun, a cesta va fi dus la vcc, iar celă lalt terminal printr -un divizor rezistiv va f i dus
către masă. M icrocontroleru l monitorizează în permanență stare a fiecă rui senzor cu ajutorul
conversiei analog – digitale (ADC).

47
Figure 3-1. Evoluția în timp a tensiunii de ieșire în funție de comanda primită pe intrare

Figure 3-2. Bloc de alimentare p entru t senzori

;

48 Cum fun cționează circuitul de c omandă ? Microcontrolerul practic c omandâ nd baza
tranzitorului bipolar Q2, cu pulsuri de 0V respectiv 3V3. Acesta reusind sa deschidă și să
inchidă circuitul. Atunci când î n baza t ranzistorului NPN, Q2, se aplică un curent și o
tensiune cu cel puț in 0.6 – 0.7V mai pozitivă față de emitor, a cesta se des chide. Cu alte
cuvinte atunci câ nd uC -ul trimite 3V3, tranzisto rul NPN se va deschide. Deschizâ nd
tranzistorul Q2, baza pnp-ului Q1 va f i mai negativă cu cel putin 0.6 – 0.7V față de emitor,
permițându -i și acestuia să se deschidă . Pentru fluid itate am ales un capacitor pus pe ieșire de
1uF și o sarcină de descarcare d e 10KOhm. Acesta este secat după aproximativ 50 – 60mS.

Figura 3-11. Divizor rezistiv Fotorezistor
Figura 3 -10 reprezintă legătura unei Fotorezistențe. R1 reprezintă fotorezistorul și
împreună cu R2 divirorul rezistiv. Semnalul este citit direct de către microcontroler. Valoarea
de 500Ω, este o valoare medie, când fotoelementul este expus la lumină.

3.1.6. Control PWM
Control PWM Servomotoare.

Figura 3-12. Circuit de comanda PWM

49 Pentru a comanda un servo avem nevoie de un semnal PWM cu o amplit udine
cuprinsă intre 4.8 și 7.2V pe firul de comandă . Acest circuit se numeste „Level Shifter”,
foloseste un Mosfet de tip N, pentru a face tranziț ia de la 3V3 la 6V.
Cum funcționează? Atunci când avem 1 logic, pe sursa tranzistorului acesta rămâ ne
blocat , pe ieșire având +6V. Când pe sursă avem 0 logic,tranzistorul se deschide și curentul
este tras la masă prin microcontoler.
În Figura 3 -13 avem o simulare a circuitului în programul LtSpice.

50
Figura 3-13. Simularea semnalului PWM la o frecven ța de 50Hz.

Figura 3-14. Level Shifter

;

51 3.2. Realizare PCB
Pornind de la schema electrică anterior prezentată , s-a realizat proiectarea layoutului
urmat de realizarea cablajului. Pentru a f ii cât mai robust ș i usor de realizat , am ales
proiectarea pcb -ului în două straturi, Top ș i Bottom. Fiind component e sensibile, traseele
trebuie să fie câ t mai scur te, pentru a nu ap area inductanț e parazite. Componentele trebuie
amplasa te după specificaț iile oferite de producator, funcț ionând totul corespunză tor.
Atunci când realizam un cablaj trebuie să ținem cont de niște aspecte. În primul râ nd
trebuie stabilite dimensiunile fizice ale placii și forma acesteia. Apoi urmează plasarea
componentelor pe blocuri funcționale și trasarea planului de masă. După o să rutăm
componentele urmărind schematic ul. D acă aplasarea componentelor se face câ t mai
profesional, rutarea merge foarte repede .
În figura 3 -15 putem să admirăm pcb -ul. Acesta masoară aproximativ 10 x 8 cm.

Figura 3-15. Top și Bottom

52
Figura 3-16. Stratul de Top

Figura 3-17. Stratul de Bottom

53 3.2.1. Realizare cabla j
Pentru realizarea fizic ă, cablajul va fi expus la ultraviolet e (UV). Dup ă realizarea layout –
ului î n programul de proie ctare Eagle, acesta se printează pe o hartie de calc, st ratul de sus
(top) este listat în oglindă (mirror), iar stratul de jos e ste printat normal. Se decupează foaia
de calc ș i se suprapune peste cabla jul dublu strat cu fotorezist. După urmează expunerea la
UV. Expunerea se face pe rând, î ncepand cu top-ul, ti mpul de expunere este 310s. După
terminare a procesului de expunere, placuța trebuie developată. Se foloseste o sol uție ce are în
componență sodă caustic ă și apă. Ultimul pas este corodarea, aici placuța este introdusă în
clorură ferică și se lasă până aceasta este gata.

Figura 3-18. Staț ie de expunere UV, model LV 204
După ce placuț a este corodată, aceasta se cură ță cu un alcool izopropilic, pentru
îndepartarea str atului de fotorezist, apoi se dă cu un smirghel foarte fin, pentru înlăturarea
porozităț ilor.

54 3.3. Proiectarea ansamblului mecanic
3.3.1. Senzor de poziț ie

Figura 3-19. Bloc de Senzori – part. A
Am amplasat 4 fotorezistori pe un pcb de test, terminalul îndreptat spr e centru, fiind
cel comun. Pereții vor fi asezați, în formă de cruce pe pcb, ca în figura 3 -13. În total ave m 5
fire, cu unul comun. Se încearcă , ca și amplasarea senzorilor să fie sime trică, având un offset
cât mai mic.

55 3.3.2. Structură mecanic ă

Figura 3-20. Ansamblu mecanic complet

Figura 3-21. Construcț i a centrului

56

Figura 3-22. Constructia finalizata 1/2.

Figura 3-23. Constructia finalizata 2/2.

57 3.4. Programare microcontroler

Figura 3-24. Schema Logic ă – Orientare Panou Fotovoltaic
Odată alimentat, controlerul v -a intra intr -o buclă infinită , de mo nitorizare a
senzorului de poziție. Dacă acesta transmite că panoul este orientat corect, acesta v -a intra
intr-un mod de sleep reducând decisiv consum ul. De asemeanea modulul de boost, care este
cel mai mare consumator, v -a fi orpit. La un anumit interval de timp, 10 – 30 de minute, uC –
ul v-a relua bucla de verificare, v -a activa boostul ș i prin intermediul servomotoarelor v -a
corecta pozi ția celulei fotoboltaice.
Algoritm de aliniere a panoului solar spre punctul maxim de putere :
/*
* solar_tracker.c
* Created: 2/23/2016 3:22:36 PM
* Author : Eugen Craciun
*/
//F_CPU 2MHz

avt = (lt + rt) / 2; // Medie aritmetică – TOP
avd = (ld + rd) / 2; // Medie aritmetică – BOT
avl = (lt + ld) / 2; // Medie aritmetică – LEFT
avr = (rt + rd) / 2; // Medie aritmetică – RIGHT

dvert = avt – avd; // Verifică diferența între TOP -BOT
dhoriz = avl – avr;// Verifică diferența între LEFT -RIGHT

if (-1*tol > dvert || dvert > tol) // Verifică dacă diferența se
încadrează în toleranțe. Dacă nu, modifică poziția pe vertical ă.
{
if (avt > avd)
{

58 ++servov ;
if (servov > servovLimitHigh ){servov = servovLimitHigh ;}
}
else if (avt < avd)
{
–servov ;
if (servov < servovLimitLow ){servov = servovLimitLow ;}
}
else if (avl == avr)
{}
servo_position (SERVO_ELEV ,servov );
}
if (-1*tol > dhoriz || dhoriz > tol) // Verifică dacă diferența se
încadrează în toleranțe. Dacă nu, modifică poziția pe orizontală.
{
if (avl > avr)
{
–servoh ;
if (servoh < servohLimitLow ){servoh = servohLimitLow ;}
}
else if (avl < avr)
{
++servoh ;
if (servoh > servohLimitHigh ){servoh = servohLimitHigh ;}
}
else if (avl == avr)
{}
servo_position (SERVO_AZIM ,servoh );
}
_delay_ms (20);
LCDClear ();
}
}

59 3.5. Studiul Experimental

Figura 3-25. Traiectoria Solară
În Figura 4 -1 putem observa Solstițiul de Vară, Solstițiul de Iarnă , Echin ocțiul de
Toamnă ți Echinocțiul de Primavară .

Figura 3-26. Echinocțiu și Solstitiu
Pentru a realiza un stiudiu p ractic asupra regulatorului de î ncărcare, panoul fotovoltaic
a fost înlocuit cu o sursă de laborator ce permite limitar ea curentului în funcț ie de necesitate.

60 Acesta testează de fapt capabilitatea convertorului LTC3105 de a încărca acumulatorul Li –
Ion.

Figura 3-27. Ansamblu experimental
În Figura 3-27, se pot observa semnalele monitoriz ate cât și modul în care au fost
monitorizate. Limita maximă a curentului a fost setat ă la 850mA, valoare ce corespunde cu
limita superioară de curent ce o poate furniză panoul. La momentul testării acumulatorul
măsura 4V, aproximativ 90% încarcat. Tensiunea furnizată de sursă a fost variată de la
500mV – 3V. Semnalele monitorizate: c urentul consumat de la sursă respectiv curentul de
încarcare. Marimile sunt reprezentate în Figura 4 -3.

Figura 3-28. Semnale monitorizate
Tensiune Intrare [V] Tensiune Sarcină [V] Curent Intrare [mA] Curent Incărcare [mA] Putere Absorbită [mW] Putere de ieșire [mW] Eficiență [%]
0.50 4.05 425.40 2.00 212.70 8.10 3.81
0.60 4.05 425.20 12.47 255.12 50.50 19.80
0.70 4.06 424.90 22.86 297.43 92.81 31.20
0.80 4.06 425.20 33.38 340.16 135.52 39.84
0.90 4.06 425.80 43.99 383.22 178.60 46.60
1.00 4.07 426.30 54.47 426.30 221.69 52.00
1.20 4.07 353.10 53.83 423.72 219.09 51.71
1.40 4.08 323.40 60.82 452.76 248.15 54.81
1.60 4.08 303.70 68.95 485.92 281.32 57.89
1.80 4.07 273.60 70.73 492.48 287.87 58.45
2.00 4.07 249.10 72.13 498.20 293.57 58.93
2.20 4.07 229.70 73.89 505.34 300.73 59.51
2.40 4.08 218.30 78.26 523.92 319.30 60.94
2.60 4.08 223.80 92.47 581.88 377.28 64.84
2.80 4.08 226.00 104.95 632.80 428.20 67.67
3.00 4.09 237.30 124.03 711.90 507.28 71.26

61 Curentul de intrare a fost monitorizat cu ajutorul sursei d e tensiune. Pentru curentul de
încarc ăre s-a folosit un multimetru, legat î n serie cu acumulatorul.

Figura 3-29. Evoluția curentului de încărcare cu tensiunea de intrare

Figura 3-30. Puterea Abdorbită și Puterea la Iesire
Puterea absorbită este produsul dintre tensiunea de intrare, respectiv cur entul de
intrare. Puterea de ieș ire este prod usul dintre Tensiunea pe sarcină și Curentul de î ncarcare.

62
Figura 3-31. Eficiența convertorului LTC3105
Formula de calcul pentru Eficiență este:
[ ]

Figura 3-32. Curent total consumat de către sistem

Figu ra 3-33. Consumatori principali

63 4. Concluzii
Proiectul “Sistem de urmărire a Soarelui pentru un panou fotovoltaic ” a fost o adevarată
provocare. Am reusit să ating obiectivele propuse, sistemul se orienteaz ă corect spre soare. Pe
lângă aceasta el urmărește punctul maxim de putere și reușește să funcționeze autonom.
Sistemul are capabilitatea de a se auto -alimenta pe o perioadă îndelungată și este capabil să
mențină alimentat și un alt modul. La stadiul a cesta, de machetă, sistemul poat e menține
alimentate o serie de leduri, acestea pot fi folosite la iluminatul unei încăperi.
Datorită acestui proiect mi -am î mbunătățit nivelul de cunoștințe. Din acest ansamblu se
învață despre microcontroler, senzori, conv ertoare dc -dc, servomotoare și alte mici
subansamble care interconectează modulule principale.
Programele folosite pentru realizarea proiectului de licență au fost :
 Eagle, se folose ște pentru proiectarea schemei electrice și a layoutului. Acesta are o
interfață destul de prietenoasă și oferă o gamă largă și variată de librarii cu
componente.
 LtSpice este un puternic simulator. Acesta iti permite să construiești schematicul și să
urmărești fiecare semnal din circuit. Este destul de dificil de lucrat cu acest a,
comenzile find greu intuitive.
 AtmelStudio este softul folosit pentru programarea microcontrolerului. Acesta este un
soft inteligent, oferă multe exemple de cod pentru diferite controlere. Acesta este
capabil să compileze softul și să -l înscrie înscrie pe controler.
 Draw.io este o pagină web, unde se pot desena scheme bloc. Acesta nu oferă foarte
multe elemente, are o librărie cu elemente din mai multe categorii și diverse comenzi
pentru simetrie.
Dezvoltări ulterioare :
Adăugarea unui modul GPS. Acesta a r aduce noi informații despre locația sistemului.
Cu ajutorul a cestei informații, se poate cre a o bază de date cu poziția soarelui și blocul de
senzori nu ar mai fi necesar.
De asemenea accesibilitatea sistemului prin internet. Se poate monitoriza sistemul și
afișa grafic evoluția energiei pe timpul unei zile.

64 Tabel de figuri:
Figura 2 -1. Sistem de urmărire solară ………………………….. ………………………….. ………………… 12
Figura 2 -2 Modificările suferite de energia solară până la impactul cu suprafața Terrei ……. 12
Figura 2 -3. Unghiul de incidență format pe celula solară ………………………….. ………………….. 13
Figura 2-4. Structura unei celule fotovoltaice ………………………….. ………………………….. ……… 14
Figura 2 -5. Carateristica Curent -Tensiune și Putere -Tensiune ………………………….. …………… 16
Figura 2 -6. Efectul temperaturii asupra Punctului Maxim de Putere ………………………….. ….. 17
Figura 2 -7. Zona de colectare eficientă a unui colector solar ………………………….. …………….. 19
Figura 2 -8. Sistem de urmărire vs. montură fixă ………………………….. ………………………….. …. 20
Figura 2 -9. Deplasarea Punctului Maxim de Putere în funcție de lumină ………………………… 22
Figura 2 -10. Diagramă bloc, ATXMega 16A4 ………………………….. ………………………….. …….. 23
Figura 2 -11. Schema bloc LTC3105 ………………………….. ………………………….. ………………….. 25
Figura 2 -12. Cicliu de viață, 100% DOD ………………………….. ………………………….. …………… 26
Figura 2 -13. Capacitate de descărcare ………………………….. ………………………….. ……………….. 26
Figura 2 -14. Curba de sarcină ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 26
Figura 2 -15. Punctul maxim de putere pentru o celulă fotovoltai că ………………………….. ……. 27
Figura 2 -16. Circuit echivalent, celulă solară ………………………….. ………………………….. ……… 27
Figura 2 -17. Diagramă bloc LTC3124 ………………………….. ………………………….. ……………….. 29
Figura 2 -18 Dependența de lumină a Fotorezistorului ………………………….. ……………………… 30
Figura 2 -19. Structura unui fotorezistor ………………………….. ………………………….. ……………… 30
Figura 2 -20. Spectrul Fotorezitorului ………………………….. ………………………….. ………………… 31
Figura 2 -21. Spectru undă solară ………………………….. ………………………….. ………………………. 31
Figura 2 -22. Structura unui Servomotor ………………………….. ………………………….. …………….. 32
Figura 2 -23. Structura internă a unui Servomotor ………………………….. ………………………….. .. 32
Figura 2 -24. Control PWM ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 33
Figura 2 -25. Principiul de funcționare SM Analog ………………………….. ………………………….. 35
Figura 2 -26. Comandă Servomotor PWM ………………………….. ………………………….. ………….. 37
Figura 2 -27. S9450 – S9402 ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 38
Figura 3 -1Schema bloc a sistemului ………………………….. ………………………….. ………………….. 39
Figura 3 -2. Schemă electrică 1/2 ………………………….. ………………………….. ………………………. 40
Figura 3 -3. Schema electrica 2/2 ………………………….. ………………………….. ………………………. 41
Figura 3 -4. Schema bloc LP3985 ………………………….. ………………………….. ……………………… 42
Figura 3 -5. Finctionalitatea pinilor ………………………….. ………………………….. …………………… 42

65 Figura 3 -6. Tensiune de Feedback ………………………….. ………………………….. …………………….. 43
Figura 3 -7. Circuit de încarcare, LTC3105 ………………………….. ………………………….. …………. 43
Figura 3 -8. V CELL și V MPPC ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 44
Figura 3 -9. Simulare LTC3124 ………………………….. ………………………….. …………………………. 44
Figura 3 -10. Circuit de comandă p entru blocul de senzori ………………………….. ………………… 45
Figura 3 -11. Divizor rezistiv Fotorezistor ………………………….. ………………………….. ………….. 48
Figura 3 -12. Circuit de comanda PWM ………………………….. ………………………….. ……………… 48
Figura 3 -13. Simularea semnalului PWM la o frecvența de 50Hz. ………………………….. …….. 50
Figura 3 -14. Level Shifter ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 50
Figura 3 -15. Top și Bottom ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 51
Figura 3 -16. Stratul de Top ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 52
Figura 3 -17. Stratul de Bottom ………………………….. ………………………….. …………………………. 52
Figura 3 -18. Stație de expunere UV, model LV 204 ………………………….. ………………………… 53
Figura 3 -19. Bloc de Senzori – part. A ………………………….. ………………………….. ………………. 54
Figura 3 -20. Ansamblu mecanic complet ………………………….. ………………………….. …………… 55
Figura 3 -21. Construcți a centrului ………………………….. ………………………….. …………………… 55
Figura 3 -22. Constructia finalizata 1/2. ………………………….. ………………………….. ……………… 56
Figura 3 -23. Constructia finalizata 2/2. ………………………….. ………………………….. ……………… 56
Figura 3 -24. Schema Logică – Orientare Panou Fotovoltaic ………………………….. ……………… 57
Figura 3 -25. Traiectoria Solară ………………………….. ………………………….. …………………………. 59
Figura 3 -26. Echinocțiu și Solstitiu ………………………….. ………………………….. …………………… 59
Figura 3 -27. Ansamblu experimental ………………………….. ………………………….. ………………… 60
Figura 3 -28. Semnale monitorizate ………………………….. ………………………….. ……………………. 60
Figura 3 -29. Evoluția curentului de încărcare cu tensiunea de intrare ………………………….. … 61
Figura 3 -30. Puterea Abdorbită și Puterea la Iesire ………………………….. ………………………….. 61
Figura 3 -31. Eficiența convertorului LTC3105 ………………………….. ………………………….. …… 62
Figura 3 -32. Curent tot al consumat de către sistem ………………………….. ………………………….. 62
Figura 3 -33. Consumatori principali ………………………….. ………………………….. ………………….. 62

66 5. Bibliografie
[1] Ackermann, T., Andersson, G., Söder, L. “Distributed generation: a definition”. Electric
Power Systems Research. April 2000. Page 195.
[2] Bailis, Robert. “Wood în Household Energy Use”. Encyclopedia of Energy. 2004. Pages 516,
& 518.
[3] Banerjee, “Comparison of Options for Distributed Generation în India”. Energy Policy. Pages
105-110.
[4] Goetzberger, A., Hebling, C., Schock, H.. “Photovoltaic materials, history, status and
outlook”. Materials Science and Engi neering: R: Reports. 2002.
[5] Goetzberger, A., Hebling, C., Schock, H.. “Photovoltaic materials, history, status and
outlook”. Materials Science and Engineering: R: Reports. 2002.
[6] Krauter, Stefan. “Solar Electrical Power Generation: Photovoltaic Energy System s”. Springer.
2006. Pages 21 -22.
[7] LGBG Technology “Towards 20% Efficient Silicon Solar Cells.” 02 Oct 2005.
[8] Sayigh, A.A.M., ed. Solar Energy Engineering. New York, USA: Academic Press, 1977.
[9] PV Technology “Photovoltaic: Sustainable Power for the World.” 08 Oct 2005.
[10] Rev. Tehnica Instalatiilor nr. 5/2003
[11] http://en.wikipedia.org/wiki/Maximum_power_point_tracking
[12] http://www.jameco.com/jameco/workshop/howitworks/how -servo -motors –
work.html
[13] http://www.sailservo.co.uk/anvdig.html
[14] http://www.futabarc.com/servos/digitalservos.pdf
[15] http://www.alternativepureenergy.ro/despre/panouri -fotovoltaice ;
[16] http://www.alternativepureenergy.ro/referinte ;
[17] http://exploringgreentechnology.com/solar -energy/history -of-solar -energy ;
[18] http://www.volker -quaschning.de/articles/pv -basics
[19] http://www.astronomy.ro/echinoctiu -si-solstitiu_12 08.html
[20] http://www.atmel.com/images/atmel -8069 -8-and-16-bit-avr-amega -a4-
microcontrollers_datasheet.pdf
[21] http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3124f.pdf
[22] http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3105fb.pdf
[23] http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/lp3985.pdf
[24] http://www.tme.eu/ro/Document/a6369bd7221221e62bfbb11b3daf3733/ACCU –
18650X2_BP.pdf
[25] http://www.tme.eu/en/Document/385bff352fcb2f77db43a2140ae21106/RC0802A –
GHW -ESV.pdf

67 [26] http://ronja.twibright.com/datasheets/cds -resistor -pgm.pdf
[27] https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d8/Solar -Cell-IV-curve -with-
MPP.png
[28] http://cdn.instructables.com/FL0/954N/HHTE0PGU/FL0954NHHTE0PGU.LARGE.j
pg
[29] http://www.3nanosae.org/files/documents/1 065.pdf
[30] https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_tracker#/media/File:SolarPanel_alignment.png
[31] http://www.ee.co.za/wp -content/uploads/2016/04/08 -ST-mike -R-Solar -PV-tracking –
fig.03 -620×295.jpg
[32] http://photobiology.info/introduction.html
[33] http://www.pyroelectro.com/tutorials/servo_motor/parts/hitec_servo_b.jpg
[34] http://cdn.instructables.com/FBN/N0RK/GPBD4JQV/FBNN0RKGPBD4JQV.MEDI
UM.jpg
[35] http://m.crystalgalleries.co.uk/media/catalog/product/cache/1/image/620×620/9df78ea
b33525d08d6e5fb8d27136e95/t/8/t81_exposure_unit_1.jpg
[36] http://regentsearth.com/Tests/Clips/celestial01a.jpg
[37] http://www.electrical4u.com/electrical/wp -content/uploads/2014/01/LDR.gif

68 ANEXE
Anexa 1: Programare microcontroler
/*
* solar_tracker.c
* Created: 2/23/2016 3:22:36 PM
* Author : Eugen Craciun
*/
//F_CPU 2MHz

//Library
#include <avr/io.h>
#include <stdlib.h>
#include <util/delay.h>
#include "adc.h"
#include "lcd.h"
#include "timers.h"

//Boost, Regulator and SM
#define BOOST 0x08
#define REGULATOR 0x10
#define SERVO_AZIM 0x00
#define SERVO_ELEV 0x01
#define OUTPUT_PORT 0xFF
#define INPUT_PORT 0x00

//ADC
#define ADC_BATT 0x40
#define ADC_TEMP 0x10
#define SENSOR_EN 0x20
#define LDR_TR 0x8
#define LDR_TL 0x4
#define LDR_DR 0x2
#define LDR_DL 0x1

//Buttons
#define BTN1 0x8
#define BTN2 0x4

// Set MIN -MAX limits
// 180 horizontal MAX –– HORIZONTAL
int servoh = 45; // 90
int servohLimitHigh = 70;
int servohLimitLow = -70;

// 90 degrees MAX ––- VERTICAL
int servov = 45;
int servovLimitHigh = 45;
int servovLimitLow = -45;

//LDR
int volatile lt, rt, ld, rd, avt, avd, avl, avr;
int dvert ;
int dhoriz ;
int tol = 15;

int main (void )
{

69 //Set Registers
PORTD .DIR = OUTPUT_PORT ; //Set PORTD AS OUTPUT
PORTD .OUT |= REGULATOR ;
PORTD .OUT |= BOOST ;
PORTA .DIR |= SENSOR_EN ; //Sensor CFG
PORTA .OUT |= SENSOR_EN ;

PORTE .DIR = INPUT_PORT ; //Buttons CFG

//LCD Config
LCDInit ();
adca_init ();
LCDClear ();
timer0_init (0x1388 ,TC_CLKSEL_DIV8_gc );

//ServoMotors Default Position
servo_position (SERVO_AZIM ,-8);
servo_position (SERVO_ELEV ,-1);
_delay_ms (200);

while (1)
{
//ADC TRACKER
lt = (int16_t )adca_read (0); //down left
rd = (int16_t )adca_read (1); //down right1.2
ld = (int16_t )adca_read (2); //top Left
rt = (int16_t )(4*adca_read (3)); //top right4

LCDVeritcalBar (rt,0);
LCDVeritcalBar (lt,1);
LCDVeritcalBar (rd,2);
LCDVeritcalBar (ld,3);
LCDSetDDRAMaddressXY (0,0);
LCDShowNumber (read_voltage (6));

avt = (lt + rt) / 2; // average value top
avd = (ld + rd) / 2; // average value down
avl = (lt + ld) / 2; // average value left
avr = (rt + rd) / 2; // average value right

dvert = avt – avd; // check the difference of up and down
dhoriz = avl – avr;// check the difference of left and right

if (-1*tol > dvert || dvert > tol) // check if the difference is in
the tolerance else change vertical angle
{
if (avt > avd)
{
++servov ;
if (servov > servovLimitHigh ){servov = servovLimitHigh ;}
}
else if (avt < avd)
{
–servov ;
if (servov < servovLimitLow ){servov = servovLimitLow ;}
}
else if (avl == avr)
{}
servo_position (SERVO_ELEV ,servov );
}

70 if (-1*tol > dhoriz || dhoriz > tol) // check if the difference is
in the tolerance else change horizontal angle
{
if (avl > avr)
{
–servoh ;
if (servoh < servohLimitLow ){servoh = servohLimitLow ;}
}
else if (avl < avr)
{
++servoh ;
if (servoh > servohLimitHigh ){servoh = servohLimitHigh ;}
}
else if (avl == avr)
{}
servo_position (SERVO_AZIM ,servoh );
}
_delay_ms (20);
LCDClear ();
}
}