Automatisation d'un concentrateur solaire plan

Low-tech Lab Grenoble

https://wiki.lowtechlab.org/wiki/Automatisation_d%27un_concentrateur_solaire_plan

Dernière modification le 28/07/2024

Difficulté

Hard Difficile

Durée

10 day(s) jour(s)

Coût

200 EUR (€)

Description

Automatisation sur le mouvement Est-Ouest (azimut) d'un concentrateur solaire sur pivot.

Sommaire

Solaire, Arduino, shadow band, mécanique vélo, électronique, tracking, automatisme

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Introduction

Les petits concentrateurs solaires pour l’artisanat (boulangerie, cuisine, brasserie, torréfaction, stérilisation, …) fleurissent de plus en plus ! Ces appareils fonctionnent en concentrant une grande quantité de rayons du soleil dans un petit espace grâce à un jeu de miroirs, apportant une grande quantité d’énergie. Parmi les différents types de concentrateurs, les concentrateurs plans ont besoin d’être déplacés toutes les 5 minutes pour que les rayons réfléchis par les miroirs soient bien dirigés sur la fenêtre de chauffe du four. C’est une contrainte de temps, et pour certaines personnes (pas toutes!), cela constitue un frein pour passer le cap de l’artisanat solaire. Il est donc judicieux de s’intéresser à l'automatisation de ce type de concentrateur, dans le but de rendre l’accès au solaire à concentration plus facile au plus grand nombre. Ces concentrateurs plus ou moins low-tech peuvent donc être associés à un système qui permet de suivre la course du soleil de façon automatique, le “tracking”.

Cette étude a donc été menée sur un concentrateur solaire plan type Lytefire Cuiseur collectif. Les plans de fabrication de ce concentrateur sont accessibles ici.

Ce mécanisme d’automatisme azimutal (mouvement est-ouest) peut être repris sur n’importe quel type de concentrateur autre que Lytefire. Il fonctionne sur le principe du Shadow Band.

Ce document va donc présenter le fonctionnement  et la fabrication de l’automatisme (mécanique, motorisation, capteur, électronique, programme Arduino, …).

NB : Ce tutoriel est allégé pour plus de lisibilité. Pour plus de détails, vous pouvez télécharger le fichier tutoriel pdf dans l'onglet Fichiers.

Licence : CC-BY-SA

Matériaux

Mécanique :

• 1 roue arrière vélo enfant
• 1 pignon en acier (de préférence avec le plus de dents possible). Celui-ci sera soudé le pignon de la roue de vélo.
• 2 cornières solides de 20cm (par exemple 5cmx5cmx4mm)
• 6 tubes carrés de 1m (20cmx20cmx2mm)
• 6m de chaîne de vélo
• 3 boîtier de pédalier incrusté dans un cadre de vélo
• 6 manivelles de pédalier
• 3 petits pignons
• 2 grands plateaux
• 6 plaques aciers
• Une vingtaine de boulons M8

Motorisation :

• Moteur de perceuse (type BOSCH PSR 18
• câblerie basse tension
• driver moteur (BTS7960 High Current 43A H-Bridge Motor Driver)

Shadow Band :

• 3 morceaux de plastique rigide ou autres supports rigides étanches
• 2 capteurs de luminosité (photorésistances de ce type)
• 2 équerres
• vis et boulons et ressorts (solides)

Electronique :

• rallonge pour alimentation
• multiprise
• prise mâle 5V pour Arduino (câble alimentation Arduino)
• Chargeur d’ordinateur 18 V
• Câblerie avec gaine pour l’extérieur. Un câble 2 brins (pour le moteur, 3 mètres). Un câble minimum 3 brins (pour les capteurs, 10 mètres).
• Fiches électriques mâle et femelle 2 pôles sans terre (connexion moteur)
• Prise téléphonique en T (connexion capteur)
• Glacière étanche
• Résistances (2 x 12 kOhms et 2 x 18 kOhms)
• Plaque de plastique pour support résistance
• Connecteur d’en-tête pour souder les câbles électriques dessus et les brancher à l’Arduino
• Câble Dupont pour connectique Arduino
• Câble basse tension 5V à souder (multibrins)

Télécommande :

• Câble VGA de récupération (car il y a beaucoup de brins isolés à l’intérieur du câble, sinon en prendre plein de petit qu’on peut passer dans une gaine).
• Boutons poussoir (2 minimum)
• Un switch
• 2 plaques plastiques (pour fermer la télécommande)
• Tasseaux de bois pour faire le cadre de la télécommande

Outils

• Boîte à outils classiques
• Boîte outil mécanique vélo
• Perceuse visseuse
• Poste à souder
• Fer à souder
• Pince à dénuder
• Ordinateur pour téléverser le code dans l'Arduino

Étape 1 - Principe et fonctionnement

Comme tout système asservi, cette automatisation est composée de deux parties :

• une partie commande, composée d’un moteur et d’une transmission (moto-réducteur fabriqué à base de mécanique vélo) permettant de faire pivoter le concentrateur sur son plan azimutal (est-ouest ou ouest-est)
• une partie mesure, composée d’un “shadowband” et d’une chaîne d’acquisition. Le shadowband, comme indiqué sur le schéma, permet de projeter l’ombre de sa partie centrale sur sa partie opposée au soleil si l’alignement avec celui-ci n’est pas bon. La chaîne d’acquisition (mesure) est quant à elle composée de 2 photodiodes (capteur générant une résistance équivalente variable selon l’intensité lumineuse reçue) et de plusieurs ponts diviseurs de tension qui permettent d’acquérir une différence d'intensité lumineuse sur l’Arduino. Dans le mode automatique, si l’écart des flux solaires captés par la partie mesure est trop importante alors la partie commande est actionnée pour aligner le concentrateur.
  Pour le mode manuel, il permet uniquement d’utiliser la partie commande. Grâce à une télécommande, l’utilisateur peut faire pivoter le concentrateur vers la gauche ou vers la droite . Dans ce cas là, la partie mesure ne sert pas.
  On rappelle ici que le mouvement d’élévation de soleil (haut-bas) n’est pas traité. Il faudra donc le faire manuellement. Cependant celui-ci est moindre que le mouvement azimutal (est-ouest).
  

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