Par Jeremy Cook
Devant la hausse des prix de l'énergie et la montée des préoccupations environnementales, nombreux sont ceux qui se tournent vers l'énergie solaire. Cette technologie présente de nombreux attraits, ne serait-ce que parce qu'elle extrait littéralement de l'air ambiant une énergie exploitable. Toutefois, depuis que le soleil traverse notre ciel, il est rare qu'un panneau solaire ait été pointé directement sur « l'orbe d'énergie » de notre système solaire, ce qui signifie que le rendement énergétique est encore loin d'être parfait.
Ce problème peut être facilement résolu avec des panneaux automatisés, capables de pivoter pour toujours faire face au soleil. Construire un traqueur solaire n'a rien de très compliqué et peut être réalisé avec des photorésistances et un microcontrôleur. On trouvera dans cet article des instructions de fabrication d'un circuit de suivi du soleil qui pourrait servir de modèle ou même de point de départ à un système à plus grande échelle.
Préparation des composants
Pour ce modèle, la configuration de la carte expérimentale est entraînée par un motoréducteur fixé à un bloc fabriqué par impression 3D. Vous aurez besoin des composants suivants :
- Microcontrôleur ATtiny85
- Petit motoréducteur
- Pilote de moteur L293D
- (2) Photorésistance (LDR)
- (2) Résistances de 2 kohms
- Petite carte expérimentale
- Alimentation électrique pour carte expérimentale
- Câble
- Composants mécaniques imprimés en 3D
- Base d'acier (pour le poids)
Ce circuit de suivi solaire, illustré ci-dessous, utilise une paire de diviseurs de tension pour alimenter les valeurs de tension provenant des LDR droit et gauche vers les broches du convertisseur numérique-analogique (ADC) de l'ATtiny85. Il convertissent le signal de 0 à 5 V en valeurs de 0 à 255. À partir de cette information, le microcontrôleur peut décider de tourner vers la gauche, la droite ou de ne pas bouger pour faire face à une source de lumière.
Vous trouverez ci-dessous le code de cette opération pour l'Arduino IDE. Il peut aussi être téléchargé sur GitHub, ainsi que la base d'impression 3D et la conception du blindage des LDR. La configuration est simplifiée par le fait que la carte expérimentale sert à la fois de composant mécanique et de système de connexion électrique. Notez qu'il faudra peut-être adapter les valeurs en fonction de la configuration de vos LDR et de vos résistances.
L'ATtiny85 : une superstar faible consommation
Le microcontrôleur ATtiny85 utilisé ici est un module de contrôle tout-en-un extrêmement réduit, réglé pour fonctionner selon une horloge interne de 1 MHz. En mode actif à 1 MHz avec une alimentation de 1,8 V, ce microcontrôleur ne consomme que 300 µA de courant et infiniment moins en mode de veille. Dans cette conception, le processeur reçoit environ 5 V, ce qui veut dire qu'il utilise à peu près qu'un seul mA lorsqu'il est actif.
Par rapport à d'autres dispositifs, par exemple l'ESP32 (qui offre des fonctionnalités sans fil), c'est une quantité d'énergie dérisoire. La consommation électrique interne doit être prise en compte lorsqu'il s'agit de concevoir des dispositifs destinés à capter de l'énergie, quelle que soit l'échelle.
Considérations de développement pour les robots solaires
Ce dispositif a été assemblé en peu de temps pour montrer qu'un système autonome de suivi du soleil pouvait facilement être mis en place. Il serait d'ailleurs même possible de réaliser un système similaire à partir de composants électroniques discrets, ce qui permettrait de se passer du microcontrôleur.
En même temps, l'utilisation d'un petit appareil de calcul comme l'ATtiny85 offre un grand nombre de possibilités de comportements différents pour le dispositif. Par exemple, il pourrait être intéressant de réaliser plusieurs vérifications de l'emplacement du soleil espacées de quelques minutes, puisque le déplacement de l'astre est lent et régulier, ou même de prendre une moyenne des valeurs des LDR pour tenir compte des effets temporaires de la couverture nuageuse. On pourrait même utiliser une configuration de PID pour fluidifier le fonctionnement du moteur ou baser les déplacements sur d'autres fonctions mathématiques.
Une fois passés les principes de base, un microcontrôleur prouve tout son intérêt grâce à sa simplicité. On pourrait même ajouter deux LDR supplémentaires et un cache en forme de croix pour créer un traqueur complet haut/bas/gauche/droite. Il faudrait alors un autre moteur et, probablement, un microcontrôleur plus performant (bien que le module L293D puisse accepter un deuxième moteur sans matériel supplémentaire).
L'une des difficultés lorsqu'on utilise un ATtiny85 par lui-même est qu'il n'offre pas de sortie série ou de capacités de programmation intégrée. Le réglage doit donc se faire par essais successifs, ce qui sera plus difficile que de suivre les opérations en continu sur un écran d'ordinateur. Sa reprogrammation oblige à retirer la puce et à l'insérer dans un programmateur ou à utiliser un dispositif de programmation interne au circuit. Aucun de ces problèmes n'est insurmontable, mais une carte de développement simple, comme l'Arduino Uno ou un modèle comparable, faciliterait beaucoup les choses.
L'inconvénient est que vous souhaiterez remplacer à terme cette carte de développement par une autre solution, car ces dispositifs peuvent consommer beaucoup comparativement. L'Arduino Uno, par exemple, consomme près de 50 mA en mode standard, soit environ 50 fois plus que l'ATtiny85 à 1 MHz.
Un dernier point à prendre en compte : un grand nombre d'alimentations USB s'éteignent d'elles-mêmes si aucun courant n'est consommé. Il semble que le courant de 1 mA dont l'ATTiny85 a besoin, plus l'alimentation de la carte expérimentale, ne suffise pas toujours à assurer l'alimentation. Un modèle plus économique pourrait en réalité mieux fonctionner ici.
Robots pour panneaux solaires : au-delà du contrôle local
Aussi merveilleusement compact et bon marché que puisse être l'ATtiny85, on peut aussi envisager de monter en gamme pour un dispositif de suivi solaire, et de choisir une ESP32 ou un autre appareil offrant des capacités sans fil. Un tel dispositif pourrait suivre la position du soleil sans utiliser le moindre capteur intégré, en s'appuyant plutôt sur des calculs basés sur l'emplacement, l'heure et la date. Il pourrait aussi se charger de l'alimentation électrique et transmettre des informations d'état à votre téléphone ou à un système central.
Naturellement, si vous deviez concevoir et assembler un traqueur solaire pour un usage pratique, vous devriez vous demander si ce type de « robot pour panneau solaire » est vraiment la meilleure solution. Dans certains cas, l'ajout de quelques panneaux supplémentaires à un réseau solaire constituerait une configuration plus rentable. Ce projet est une démonstration technologique intéressante, mais ne craignez pas de faire plus simple. Ne pensez qu'à ce qui représentera la meilleure solution pour votre usage !
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