Development of a dual axis solar cells tracking prototype based on a PVC foam material and AVR microcontrollers

Abstract

Ek solar enerjilerin geliştirilmesi ve solar fotovoltaik panellerin verimliliğin arttırılması ışığında, güneşin konumunun belirlenmesi ve mümkün olduğu kadar uzun süreyle solar fotovoltaik panellerin güneşe bakmasını sağlamak için takip sistemleri kullanılmaktadır. Bu tezde, AVR mikro kontrolörlere dayalı çift eksenli solar panel takip prototipi geliştirmek amacıyla demir ve plastik gibi diğer materyallerin yerine PVC köpük materyali kullanmayı önermekteyiz. Diğer materyaller ile karşılaştırıldığında, PVC köpük materyali, daha yüksek sıcaklıklara dayanmaktadır ayrıca tasarım ağırlını ve güç tüketimini azaltabilmektedir. İlaveten, bu çalışma, anahtarlı DA röle kullanarak güneşin konumunu takip işlemini kesintili hale getirmeyi ayrıca kontrol devresi ve motorların tükettiği enerjinin sistemin toplam ürettiği enerjisi üzerindeki etkisini incelemeyi ve daha sonra optimum DA röle zamanlama sürelerini tespit etmeyi amaçlamaktadır. Son olarak, solar panel çıkış voltajına ilişkin solar hücreleri seri olarak bağlamanın avantajlarını tartışmaktayız.Sistemimizin mekanik parçaları, AutoCAD 2017 programı kullanarak çizilmiş ve köpük kesme makinesi CNC (Bilgisayarlı Sayısal Denetim) yardımı ile tamamlanmıştır. Simülasyon tasarımı ve PROTEUS 8 kullanılarak geliştirilen prototipimizin kontrol devresi ve takip prototipinin pratikte uygulamaya koyulması AVR mikro kontrolör tarafından denetlenmektedir.Deneysel çalışma, statik solar sisteme kıyasla, önerdiğimiz çift eksenli solar takip prototipinin, ortalama gücü %34 arttırarak güneş ışığı kaynağını en yüksek şekilde absorbe etme konusunda daha verimli olduğunu göstermektedir. İlaveten, ölçümlerimiz, kesintili takip sistemi için optimum aralığın, prototipimizde elde edilen %34 maksimum verimliliği sağlayan 20 dakika olduğunu ortaya koymuştur. Sürekli takip sistemiyle karşılaştırıldığında, optimum takip aralığı, kontrol devresi tarafından tüketilen enerjide %89.45 tasarruf etmektedir.Anahtar kelimeler: Çift eksenli solar takipçiler, kesintili güneş takibi, Solar hücreler, AVR mikro kontrolörleri, PVC köpük materyali.

With a view to evolve additional solar energy and to raise the efficiency of the solar photovoltaic panels, tracking systems are used to follow the sun position and to let the solar photovoltaic panels head for the sun as long as possible.In this thesis, we propose to use PVC foam material instead of the other materials such as Iron and plastic in order to develop a dual axis solar panel tracking prototype based on AVR microcontrollers. Compared to other materials, PVC foam withstands more temperatures and can reduce the design weight and power consumption. In addition, this work proposes to discretize the tracking operation of sun position by using a switching DC relay, and to study the effect of the consumed energy, by the control circuit and the motors, on the total generated energy of the system, and then to determine the optimal DC relay timing period. Finally, we discuss the advantages of connecting solar cells in series regarding the solar panel output voltage.The mechanical parts of our system were drawn by using AutoCAD 2017 and accomplished with aid of the foam cutting machine CNC (Computer Numerical Control). The simulation design and the control circuit of our prototype developed by using PROTEUS 8, and the practical implementation of the tracking prototype were controlled by AVR microcontroller.The experimental work shows that compared to the static solar system, our proposed dual axis solar tracking prototype is more effective for absorbing the highest sunlight source with increasing of the average power by 34%. Moreover, our measurements proved that the optimal interval for discrete tracking system is 20 minutes that gives the maximum achieved efficiency of our prototype, i.e. 34%. Compared to the continuous tracking system, the optimal tracking interval saves 89.45% of the consumed energy by the control circuit.Key words: Dual axis solar trackers, Discrete sun tracking, Solar cells, AVR microcontrollers, PVC foam material.