Команда Wexter Home завершила масштабний експеримент, порівнявши ефективність сонячного трекера з нерухомою панеллю. Результати виявилися несподіваними та змусили переглянути доцільність інвестицій у системи відстеження сонця для невеликих установок.
Завершення технічної частиниПісля монтажу механіки настав час електроніки. Для керування використали кроковий двигун NEMA 17 з драйвером DRV8825. Спочатку виникали сумніви, чи впорається компактний мотор із 10-кілограмовою конструкцією, тому придбали резервний потужніший варіант. Втім, завдяки якісному підшипнику система обертається легко, і базового двигуна виявилося достатньо.
Замість Arduino Nano з першої версії обрали ESP32 — мікроконтролер з підтримкою Wi-Fi. Це дозволило реалізувати кілька функцій: відправлення даних про генерацію енергії в хмару для аналізу, отримання точних координат сонця через API та можливість дистанційного керування зі смартфона.
Дилема навігаціїВиникло питання: як трекер визначатиме положення сонця? Розглянули три варіанти. Перший — математичний розрахунок на основі дати, часу та GPS-координат,
але потребує постійного інтернет-з’єднання та цифрового компаса для орієнтації на північ. Другий — завантажені таблиці з попередньо розрахованими даними на рік, що усуває потребу в мережі, але вимагає компас і персоналізації для кожної локації. Третій — професійний сонячний датчик, стійкий до дощу, на відміну від саморобного з першої версії.
Для експерименту обрали другий варіант із таблицями, вручну зорієнтувавши трекер на північ. Таблиці містять два параметри: азимут (кут повороту відносно півночі) та нахил. Оскільки початкова версія мала лише горизонтальне обертання, нахил зафіксували на 60° — оптимально для зимових місяців у Іспанії. Для цілорічної експлуатації рекомендований кут становить близько 30°.
Проблема кінцевих вимикачівКроковий двигун не запам’ятовує положення після вимкнення живлення. З датчиком це не критично — система автокоригується. Але з таблицями виникає збій. Тимчасове рішення — два кінцевих вимикачі на початку та кінці траєкторії руху. Недолік: якщо вітер зміщує конструкцію, положення залишається помилковим до закінчення дня. У майбутньому планують встановити сонячний датчик або цифровий компас для точнішої орієнтації.
Інфраструктура живленняДля порівняння підготували дві ідентичні системи: обидві отримали герметичні свинцево-кислотні акумулятори 12В 7,2Ач (типові для домофонів і систем відеоспостереження), однакові контролери заряду та навантаження у вигляді 50-ватних ламп — рівно потужності кожної панелі.
Контролер виявився найпростішим із доступних, але функціональним. Дозволяє налаштувати максимальний вольтаж для запобігання перезарядці, поріг початку зарядки, мінімальний рівень для захисту від глибокого розряду, таймер активності навантаження після заходу сонця та тип батареї. Розчарувала відсутність підтримки літієвих акумуляторів, хоча зовнішньо ідентичні, але дорожчі моделі цю опцію мали.
Система моніторингуДля вимірювання ефективності використали датчики струму ACS-712 та вольтметри. Оскільки потужність дорівнює добутку напруги та сили струму, цих параметрів достатньо. Конфігурація: по одному датчику струму та напруги між панеллю і контролером для кожної системи, плюс додатковий датчик струму для вимірювання споживання електроніки трекера (двигун, драйвер, ESP32).
Формула порівняння: енергія трекера мінус його споживання проти енергії статичної панелі.
Конструктивні доопрацюванняБез кріплення до грунту конструкція хиталася, ризикуючи перекинутися. Оскільки постійна майстерня ще не готова, трекер тимчасово закріпили на дерев’яному щиті 3D-друкованими кріпленнями. Також оновили CAD-модель, додавши всі деталі для тих, хто захоче повторити розробку — файли, специфікацію компонентів, електричні схеми та код виклали на вебсайті.
Несподівані результатиТест тривав 24 години за сонячної погоди. Двигун працював постійно, блокуючи вісь від обертання вітром, живлячись від зовнішнього блока живлення.
Головний висновок виявився парадоксальним трекер справді генерував більше енергії, але споживання двигуна (0,3А при 12В) повністю з’їдало цей приріст. Постійна робота мотора для блокування осі нівелювала переваги відстеження. Потенційне рішення — механічний фіксатор без електроспоживання, що дозволив би вмикати двигун лише на кілька секунд для переміщення.
Альтернатива — менш потужний мотор, адже наявний працює з надлишковим запасом. Також критичний фактор — сезонність:
у січні (зима в Іспанії) сонце описує найкоротшу траєкторію, мінімізуючи переваги трекера. Влітку, з довшим денним шляхом світила, ефективність мала б зрости суттєво. Ідеально — річний тест для об’єктивної оцінки.
Практичні висновкиЗа наявності простору набагато вигідніше встановити додаткову статичну панель, ніж будувати чи купувати трекер. Система відстеження виправдана лише за дефіциту площі, коли потрібен максимум енергії з обмеженої ділянки. Для малих установок економічна доцільність сумнівна.
Застереження: висновки стосуються компактних систем. Промислові трекери з великими масивами панелей працюють за іншими принципами — пряме порівняння некоректне через масштабний ефект і професійне обладнання.
Запис Сонячний трекер проти статичної панелі: результати експерименту розвінчали очікування спершу з'явиться на ProstoMob.
