Por Jeremy Cook
Con el aumento de los precios de la energía y las preocupaciones ambientales, muchos recurren a la energía solar. Esta tecnología ofrece muchas ventajas, ya que literalmente extrae energía utilizable de la nada. Sin embargo, dada la trayectoria del sol en el cielo, es poco probable que un panel solar estático apunte directamente a la fuente de energía de nuestro sistema solar, lo que equivale a un nivel de eficiencia para nada ideal.
Este problema se puede resolver fácilmente con paneles automatizados, que giran para apuntar en la dirección correcta. Construir un rastreador solar es bastante sencillo y puede llevarse a cabo con fotorresistores y un microcontrolador. En este artículo, presentamos las instrucciones sobre cómo hacer un circuito de seguimiento solar, lo cual podría servirle como inspiración o incluso, como punto de partida para un sistema a mayor escala.
Configuración de componentes
Para esta construcción, la configuración de la placa de pruebas se mueve a través de un motor reductor conectado a un montaje impreso en 3D. En cuanto a los componentes, necesitará lo siguiente:
- Microcontrolador ATtiny85
- Motor reductor pequeño
- Accionador motriz L293D
- (2) Fotorresistor (LDR)
- (2) Resistores de 2 kilohmios
- Placa de pruebas pequeña
- Suministro de energía para la placa
- Cable
- Componentes mecánicos impresos en 3D
- Base de acero (para aportar peso)
Este circuito de seguimiento solar, que se muestra a continuación, utiliza un par de divisores de tensión para alimentar los valores de tensión desde los LDR izquierdo y derecho hacia los pines del convertidor analógico a digital (ADC) de ATtiny85. Estos convierten la señal de 0-5 V a valores de 0-255. Con esta información, el microcontrolador puede decidir si gira hacia la izquierda, la derecha o permanece en el mismo lugar para apuntar hacia una fuente de luz.
El código IDE de Arduino para esta operación se muestra a continuación y está disponible para descargar en GitHub, junto con la base imprimible en 3D y el diseño de blindaje para LDR. La configuración se simplifica al hacer que la placa de pruebas actúe como componente mecánico y como sistema de conexión eléctrica a la vez. Tenga en cuenta que es posible que sea necesario ajustar los valores en función del LDR y la configuración del resistor.
ATtiny85: Superestrella de baja potencia
El microcontrolador ATtiny85 que se emplea aquí es un paquete de control todo en uno sumamente pequeño, configurado para funcionar con un reloj interno a 1 MHz. En modo activo a 1 MHz y con un suministro de 1,8 V, este microcontrolador consume solo 300 µA de corriente y apenas una fracción de ese valor en modo de baja energía. En esta compilación, el procesador recibe alrededor de 5 V, lo que significa que usa aproximadamente solo 1 mA de corriente cuando está activo.
En comparación con otros dispositivos, como ESP32 (que ofrece capacidades inalámbricas), esta es una cantidad minúscula de energía. El drenaje de energía interna es algo que debe tenerse en cuenta al diseñar dispositivos de recolección de energía, ya sea a pequeña o gran escala.
Consideraciones de desarrollo para bots solares
Este dispositivo se confeccionó en poco tiempo para mostrarle cómo un dispositivo de seguimiento solar autónomo puede ser fácil de configurar. De hecho, incluso sería posible construir un sistema similar basado en electrónica discreta, eliminando por completo el microcontrolador.
Al mismo tiempo, la utilización de un elemento informático pequeño como ATtiny85 ofrece muchas opciones en cuanto al comportamiento del dispositivo. Por ejemplo, puede ser ventajoso esperar varios minutos entre la verificación de la ubicación del sol, ya que el arco solar es lento y constante, o incluso, tomar un promedio de los valores del LDR para tener en cuenta los efectos temporales de las nubes. Incluso podría usar una configuración PID para armonizar las operaciones del motor o indicar movimientos en función de cualquier número de otras funciones matemáticas.
Una vez que supere los conceptos básicos, un microcontrolador se amortiza rápidamente por su simplicidad. Incluso podría aplicar dos LDR más y una plantilla de bloqueo de luz en forma de signo de más para construir un rastreador completo de arriba hacia abajo y de izquierda a derecha. Necesitaría otro motor y probablemente un microcontrolador con más capacidad (aunque el módulo L293D puede admitir un segundo motor sin hardware adicional).
Una dificultad relacionada con el uso de ATtiny85 por sí solo es que no existe una salida en serie incorporada ni capacidad de programación integrada. Esto significa que la puesta a punto puede exigir un proceso de prueba y error más difícil que si pudiera monitorear continuamente los elementos en la pantalla de una computadora. La reprogramación implica quitar el chip e insertarlo en un programador o usar un arreglo de programación en circuito. Ninguna de las opciones es un problema insuperable, pero una simple placa de desarrollo, como Arduino Uno o similar, facilitaría mucho el proceso.
La desventaja es que a la larga querrá reemplazar la placa de desarrollo con otra opción, ya que tales dispositivos pueden consumir relativamente mucha más energía. Por ejemplo, Arduino Uno consume casi 50 mA en modo estándar o alrededor de 50 veces los requisitos de ATtiny85 a 1 MHz.
Una consideración final: muchos adaptadores USB se apagan solos si no se consume corriente. Parece que las necesidades de corriente de 1 mA del ATTiny85, más la fuente de alimentación de la placa de pruebas, no siempre son suficientes para mantener el flujo de energía. Un modelo más barato puede brindar mejores resultados aquí.
Robots para paneles solares: Más allá del control local
A pesar de lo admirablemente pequeño y económico que es ATtiny85, para otros proyectos de seguimiento solar podría considerar actualizar a un ESP32 u otro dispositivo con capacidad inalámbrica. Tal configuración podría rastrear la posición del sol sin usar ningún sensor integrado, confiando en cambio en cálculos basados en la ubicación, la hora y la fecha. También podría suministrar generación de energía y datos de retroalimentación de estado a su teléfono o a un sistema central.
Por supuesto, si tuviera que diseñar y construir un dispositivo de seguimiento solar para un uso práctico, tendría que preguntarse si este tipo de "robot para paneles solares" es realmente la mejor solución. En algunos casos, al agregar algunos paneles más a una matriz solar, se obtendría una configuración más rentable. Este proyecto es una interesante demostración de tecnología, pero no tema dar un paso atrás y considerar qué funciona mejor para usted.
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