글 Jeremy Cook
상승하는 에너지 가격과 환경 문제로 인해 많은 사람들이 태양광 발전으로 눈을 돌리고 있습니다. 말 그대로 큰 소비 없이 사용 가능한 에너지를 끌어 쓰는 것이므로 이 기술이 지닌 장점은 아주 많습니다. 그러나 태양이 호를 그리면서 움직이기 때문에, 태양계의 "에너지 오브"를 직접적으로 가리키는 정적 태양광 패널은 거의 없으며, 이는 효율성이 완벽하지 않다는 것을 의미합니다.
이러한 문제는 올바른 방향을 향하도록 회전하는 자동 패널로 쉽게 해결할 수 있습니다. 태양광 추적 장치를 만드는 일은 매우 간단하며 빛에 의존하는 저항기 및 마이크로컨트롤러로 수행할 수 있습니다. 태양광 추적 장치를 만드는 방법에 대한 지침은 이 기사에 나와 있으며, 이는 대규모 시스템을 위한 영감을 주거나 시작점이 될 수도 있습니다.
부품 설정
이 설계에서 브레드보드 설정은 3D로 프린트된 어셈블리에 부착된 기어 모터를 통해 이동합니다. 다음과 같은 부품이 필요합니다.
- ATtiny85 마이크로컨트롤러
- 소형 기어 모터
- L293D 모터 드라이버
- LDR(빛 의존성 저항기) 2개
- 2킬로옴 저항기 2개
- 소형 브레드보드
- 브레드보드 전력 공급
- 와이어
- 3D 프린팅된 기계 부품
- 강철 베이스(중량용)
아래 표시된 태양광 추적 장치 회로는 한 쌍의 전압 분배기를 사용하여 좌측 및 우측 LDR에서 ATtiny85의 아날로그-디지털 변환기 핀(ADC)으로 전압 값을 공급합니다. 이를 통해 0-5V 신호를 0-255 값으로 변환합니다. 이 정보를 기반으로 마이크로컨트롤러는 왼쪽 또는 오른쪽으로 회전할지 아니면 같은 위치에 있으면서 광원을 가리킬지를 결정할 수 있습니다.
이 작업을 위한 Arduino IDE 코드는 아래에 나와 있으며, 3D 프린트 가능한 베이스 및 LDR 차폐 디자인과 함께 GitHub에서 다운로드할 수 있습니다. 브레드보드가 기계 부품 및 전기 연결 시스템 역할을 모두 수행하므로 설정이 간단합니다. LDR 및 저항기 설정에 따라 값을 조정해야 할 수도 있습니다.
ATtiny85: 저전력 슈퍼스타
여기에 사용된 ATtiny85 마이크로컨트롤러는 1MHz 내부 클록에서 실행되도록 설정된 매우 작은 일체형 제어 패키지입니다. 1.8V 전원을 공급하는 1MHz의 활성 모드에서 이 마이크로컨트롤러는 300µA의 전류만 사용하며, 전원 차단 모드에서는 일부만 사용합니다. 이 설계에서 프로세서는 약 5V를 공급받으며, 활성 상태일 때 약 1mA의 전류를 사용합니다.
ESP32(무선 기능 제공) 등의 다른 장치에 비해 적은 양의 전력을 사용합니다. 규모에 관계없이 에너지 수집 장치를 설계할 때 내부 전력 소모는 고려해야 할 사항입니다.
태양광 봇의 개발 고려 사항
이 장치는 짧은 시간에 조립되어 자율 태양 추적 장치의 설정이 얼마나 간단한지를 보여 주었습니다. 마이크로컨트롤러를 제거하고 별도의 전자 장치를 기반으로 유사한 시스템을 설계할 수도 있습니다.
동시에 ATtiny85와 같은 소형 컴퓨팅 장치를 사용하면 장치 동작과 관련된 많은 옵션이 제공됩니다. 예를 들어 태양의 호가 느리고 일정하기 때문에 태양 위치를 확인하는 동안 몇 분 정도 기다리거나, 일시적인 구름 효과를 고려하기 위해 LDR의 평균값을 취하는 것이 유리할 수 있습니다. PID 설정을 사용하여 모터 작동을 수월하게 하거나 기타 여러 수학 함수를 기반으로 이동할 수도 있습니다.
기본값을 벗어나면 마이크로컨트롤러는 단순하고 빠르게 작동합니다. 두 개의 LDR과 더하기 모양의 차광 지그를 적용하여 완전한 상/하/좌/우 추적기를 구성할 수도 있습니다. 추가 모터와 함께 성능이 뛰어난 마이크로컨트롤러가 필요합니다(L293D 모듈은 별도의 하드웨어 없이 두 번째 모터를 수용할 수 있음).
ATtiny85를 단독으로 사용할 때의 한 가지 어려움은 내장 직렬 출력이나 온보드 프로그래밍 기능이 없다는 것입니다. 즉, 튜닝에는 컴퓨터 화면에서 작업을 지속적으로 모니터링할 수 있는 경우보다 더 어려운 시행착오 프로세스가 필요할 수 있습니다. 재프로그래밍이란 칩을 제거하고 프로그래머에 이를 삽입하거나 회로 프로그래밍 배치를 사용하는 것을 의미합니다. 둘 다 극복할 수 없는 문제는 아니지만, Arduino Uno나 이와 유사한 간단한 개발 보드를 사용하면 훨씬 수월하게 작업을 수행할 수 있습니다.
이러한 장치가 상대적으로 전력을 많이 소모할 수 있으므로 결국 개발 보드를 다른 옵션으로 교체해야 한다는 단점이 있습니다. 예를 들어 Arduino Uno는 표준 모드에서 거의 50mA를 사용하며, 1MHz에서 ATtiny85 요구 사항의 약 50배를 사용합니다.
마지막으로 고려해야 할 사항은 전류를 소모하지 않으면 많은 USB 전원함이 자동으로 차단된다는 것입니다. ATTiny85의 1mA 전류 요구 사항과 함께 브레드보드 전력 공급 장치만으로는 전력 흐름을 항상 유지할 수 없습니다. 저렴한 모델이 실제로는 여기에서 더 효과적일 수 있습니다.
태양광 패널 로봇: 로컬 제어를 벗어남
ATtiny85는 매우 작고 저렴하기 때문에 다른 태양 추적의 경우 ESP32 또는 다른 무선 지원 장치로 업그레이드하는 것이 좋습니다. 이러한 설정은 위치, 시간 및 날짜를 기반으로 한 계산에 의존하여 온보드 센서를 전혀 사용하지 않고도 태양 위치를 추적할 수 있습니다. 휴대 전화나 중앙 시스템에 전력 생성 및 상태 피드백을 제공할 수도 있습니다.
태양광 추적 장치를 실제 사용에 맞게 디자인하고 설계하려면 이러한 "태양광 패널 로봇"이 최상의 솔루션인지에 대해 생각해 보아야 합니다. 경우에 따라 태양 전지 배열기에 패널을 몇 개 더 추가하면 비용 효율적인 설정이 가능합니다. 이러한 프로젝트는 흥미로운 기술 시연이나, 한 걸음 물러서서 가장 적합한지를 생각해 보시기 바랍니다!
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