UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI ROMA
TOR VERGATA
FACOLTÀ DI INGEGNERIA
CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA
DELL’ AUTOMAZIONE
A.A. 2009/2010
Tesi di Laurea
SISTEMA DI CONTROLLO PER UN
INSEGUITORE SOLARE FOTOVOLTAICO
RELATORE
Ing. Daniele Carnevale
CANDIDATO
Mattia Adducchio
Introduzione
Università degli Studi di Roma Tor Vergata
INTRODUZIONE
Realizzato un inseguitore solare a due
gradi di libertà
Sviluppato la legge di controllo per il
corretto posizionamento
dell’inseguitore solare
Effettuato le misure confrontando
l’inseguitore solare con un pannello
fotovoltaico fisso
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EFFETTO FOTOVOLTAICO
Si basa sulle proprietà di alcuni materiali semiconduttori
in grado di convertire l'energia della radiazione solare
in energia elettrica.
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MOTORI PASSO-PASSO
I motori passo-passo hanno la proprietà di ruotare di un
angolo fisso, detto passo.
Sono caratterizzati da elevata precisione ed affidabilità.
Per ottenere il movimento dobbiamo alternare
dall’esterno il passaggio della corrente nei suoi
avvolgimenti, in modo tale da permettere la rotazione del
magnete che viene attirato da un passo all’altro con
l’attivazione delle elettrocalamite opportunatamente
disposte.
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DRIVER MOTORE PASSO-PASSO
Il motore passo-passo utilizzato è il NEMA-17:
Coppia: 4800 g-cm
Corrente massima assorbita: 2.4 A
Passo: 0.9°
Resistenza: 1 Ω
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DRIVER MOTORE PASSO-PASSO
Per il pilotaggio del motore è stato utilizzato il ponte H
SN754410:
Corrente massima: 1 A;
Spegnimento termico;
Minimizza la dissipazione di potenza;
Range del voltaggio di alimentazione
da 4.5 V a 36 V.
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DRIVER MOTORE PASSO-PASSO
HEX INVERTER
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PONTE H
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CIRCUITO DI MISURA
Caratteristiche tecniche del pannello fotovoltaico utilizzato:
Materiale: Silicio Monocristallino
Tensione: 6.25 V
Corrente: 40 mA
Potenza massima : 250 mW
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CIRCUITO DI MISURA
Misura della tensione:
corrente:
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CIRCUITO DI MISURA
Schema di amplificazione usato per la misura della corrente:
Rapporto di amplificazione:
1:101
Attenzione al rapporto
segnale-rumore!!
I=V1/101
FILTRO RC PARALLELO
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SCHEDA
ARDUINO UNO
PONTE H
HEX
INVERTER
AMPLIFICATORE
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LA STRUTTURA
Pannello
fotovoltaico
adagiato sopra un
lastra di
compensato e
fissato tramite
Pattafix.
Struttura ad L che
permette di
posizionare il
pannello
fotovoltaico sopra il
motore di base.
Blocco di
compensato e
quattro staffe
angolari per
fissaggio del
motore di base.
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CIRCUITO DI MISURA
SOLUZIONE:
CAUSA:
PROBLEMA:
Questo iproblema
è dovuto
al disturbosinella
Durante
test effettuati
in laboratorio
è notato
Per ovviare a questo problema si è mediato la
misura
dalla
frequenza
di rete. Infatti
come causato
la potenza
generata
dal pannello
solare
misura in 40 campioni, con un tempo di
anchedelle
se impercettibile
ai nostri
occhi
la il
avesse
piccole variazioni
anche
quando
campionamento di 1 ms.
lampadina
variaera
d’intensità.
pannello
fermo.
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SOFTWARE
EXTREMUM SEEKING:
IL PROBLEMA:
• Processo dinamico
Motore
• g() funzione da massimizzare
• u: segnale di controllo
θ
Ma poiché la dinamica
dei motori passo-passo
è approssimabile ad un
piccolo ritardo ->
algoritmo line-search.
g()
u
OBIETTIVO:
• Disegnare un controllore
per trovare
dinamicamente un
u*:g(y*)=max{g(y)}
(localmente).
Controllore
• Il sistema a ciclo chiuso sia
stabile asintoticamente
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IDEA DI FONDO:
t = 013
2
Tempo Potenza Confronto
[s]
[mW]
t=0
10
-
t=1
8
<
t=2
10
>
t=3
12
>
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CARATTERISTICHE DELLA LEGGE DI CONTROLLO SVILUPPATA:
QUANTIZZAZIONE DELLE VARIAZIONI
ANGOLARI IN FUNZIONE DELLE VARIAZIONI
DI POTENZA
QUANDO LA POTENZA DIMINUISCE INVERTE
LA DIREZIONE E DIMEZZA IL PASSO
NUMERO DI OSCILLAZIONI FISSATO
RIATTIVAZIONE DELLA RICERCA QUANDO SI
REGISTRA UNA VARIAZIONE DI POTENZA
MAGGIORE DI 0.4 mW.
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Algoritmo ha proprietà locali:
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Misure
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MISURE
ALGORITMO PER IL CALCOLO DELLA TRAIETTORIA SOLARE:
“Solar Position Algorithm for Solar Radiation Applications”
sviluppato dal Laboratorio Nazionale per l’Energia
Rinnovabile di Chicago.
CARATTERISTICHE TECNICHE:
Elevata precisione: errore di ±0.0003°;
Validità dall’anno -2000 fino al 6000;
INPUT:
• TT: Terrestrial Time
• UT: Universal Time
• Pressione dell’atmosfera
• Temperatura
• Longitudine e Latitudine
OUTPUT:
• Azimuth
• Zenith
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MISURE
UTILIZZO DI UN ROBOT ANTROPOMORFO PER SIMULARE LA
TRAIETTORIA DEL SOLE DURANTE UNA GIORNATA ESTIVA
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Misure
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MISURE
Quando la lampadina è
molto vicino alla superficie,
il pannello si orienta in
modo tale da catturare
anche questo riflesso
Se invece si oscura la
superficie, il pannello
fotovoltaico si posizione
frontalmente alla lampadina.
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CONFRONTO
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Misure
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MISURE
PANNELLO FERMO
PANNELLO IN MOVIMENTO
P
o
t
e
n
z
a
[mW]
campioni
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Video
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VIDEO
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GRAZIE A TUTTI
PER LA CORTESE
ATTENZIONE
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