Inseguitore solare astronomico controllato da PLC

Sono, ormai, passati 7 anni dal primo progetto di impianto fotovoltaico che avrei voluto realizzare per casa mia, ma costi proibitivi degli impianti del tempo a parte, la superficie del tetto della casa dove abito, è molto irregolare e la parte esposta a sud è insufficiente alla copertura necessaria e comunque, pur avendo la superficie sufficiente, la falda di un tetto, rappresenta sempre, una soluzione di compromesso; arrendersi, però, non è una parola che mi appartiene e nell’ipotesi, che prima o poi, avrò una casa con un giardino sufficientemente grande in cui posizionare un inseguitore fotovoltaico, per puro esercizio, ho voluto cimentarmi nello scrivere il software per movimentare tale inseguitore, cercando di superare i limiti intrinseci degli inseguitori attualmente in commercio e non considerando, per ovvie ragioni di costo, quelli industriali.

Gli inseguitori solari che si trovano in commercio, basano la loro movimentazione prevalentemente su una scheda elettronica che avvalendosi di fotoresistori cercano la fonte di massima luminosità nel cielo posizionando di conseguenza la struttura, ma quando il cielo è “velato” oppure coperto al punto tale da non determinare un punto di massima luminosità ma, questa, risulta essere distribuita in modo uniforme, rivelano il loro limite.

Per ottenere un risultato “certo”, senza inventare nulla, ma scoprendo l’acqua calda, si può utilizzare il metodo “astronomico”, calcolare la posizione “certa” del sole attraverso l’uso di un software che esegua i calcoli delle coordinate altazimutali per il posizionamento certo della struttura fotovoltaica; Dove trovare questo software? Sicuramente, in commercio qualcosa esiste, probabilmente anche nel mondo open source, ma quale occasione migliore per impersonare “Tafazzi” scrivendolo da zero.

Di seguito seguirà la cronologia degli eventi considerando che non si tratta di tempo cronologico, ma di tempo dedicato al progetto, svolto durante i ritagli di tempo.

Giusto una nota di sarcasmo, per non prendersi troppo sul serio, anche se il progetto, per me, è serio.

Il sole sorge a Est e tramonta a Ovest, passando a mezzogiorno sopra la perpendicolare; l’anno è composto da 365 giorni e 6 ore, per questo esiste l’anno bisestile, queste le informazioni che bene o male ciascuno di noi conosce, ma se voglio, almeno “provare” a scrivere qualcosa che “tenda” al serio, occorrono delle informazioni più precise, occorre studiare.

Occorre trovare qualche libro, dal quale trarre qualche spunto, almeno per abbozzare una prima linea in direzione dell’obiettivo da correggere via via strada facendo; dopo qualche ricerca, sperando di aver trovato la via “facile” (pigro come sempre ndr) acquisto il primo libro: “Pratical Astronomy with your calculator or spreadsheet“.

In attesa di ricevere il libro, ho comunque fatto un po’ di ricerche, ho letto tanti articoli di blogger, che in qualche modo, cercando di districarsi nella materia, abbozzavano qualche spiegazione, senza, però, riuscirvi in modo esaustivo.

Libro arrivato, inizio subito a leggere, divoro le prime pagine incuriosito e scopro che la materia e davvero interessante, provo a fare alcuni test, copiando le formule del libro ed inserendole, appunto, in foglio di calcolo, funziona, i risultati, ovviamente ci sono, ma in realtà non so “cosa” sono, vedo dei numeri che si riferiscono a cose date prevalentemente per scontate, ma se non sai cosa sono le cose serve a ben poco; l’approccio “veloce”, non paga.

Siamo arrivati al punto di decidere il “da fare”, se decido di continuare devo entrare nell’ottica che non è banale, non c’è la via veloce, occorre studiare davvero; posso ripiegare sull’uso dei fotoresistori, ma sicuramente non riuscirei a fare di meglio di coloro che già lo fanno e sono del mestiere, se ben ricordo, in elettronica ero una capra.

Decido di andare avanti, sfido me stesso a studiare astronomia; continuando a fare ricerche, trovo uno dei nomi celebri, Jean Meeus, Matematico, astronomo, studioso della meccanica celeste e dell’astronomia sferica; ha pubblicato un libro, alquanto famoso “Astronomical Algoritms” che sono riuscito a trovare; Seconda edizione del 1998.

Armato di Post-it, colorati, carta e penna, ho cominciato a studiare.

Sono trascorsi più di 7 mesi, dal giorno uno ad oggi,  lo studio sul libro di Jean Meeus, si è rivelato essere molto interessante, unito alla lettura di molti articoli, pubblicati su blog, autorevoli, sono stati fondamentali per la comprensione della terminologia, nomenclatura e elementi dell’argomento stesso.

Ad oggi la libreria, scritta in C++ consta di 690 righe di codice, contate dopo l’ottimizzazione, non considerando il codice scritto per la verifica dei risultati e debug.

I risultati delle simulazioni, rispetto ai dati del sito sunearthtools.com, mi confermano un errore di circa 14 secondi sui tempi da alba, transito e tramonto, che non riesco a recuperare, pur avendo rivisto il codice della libreria più volte, mentre è perfetta per quanto riguarda le coordinate altazimutali; è possibile che l’errore, derivi da qualche “arrotondamento” che il linguaggio di programmazione introduce, trattandosi, appunto di numeri “astronomici” con molte cifre decimali.

Per l’uso che si intende fare, si tratta di un errore, pressoché, nullo.

Ritengo doveroso ringraziare le numerose comunità di astrofili, appassionati di astronomia, che, attraverso le loro esperienze condivise, mi hanno aiutato a comprendere molto dell’argomento. Ho sempre pensato che per fare l’astrofilo servisse acquistare telescopio e macchina fotografica, ma ho scoperto, che per essere “solo” appassionati astronomi occorre avere profonde conoscenze della materia; molto di quanto ho realizzato, lo devo a loro.

A loro va un plauso e tutta la mia stima.

Grazie.

La libreria c’è e funziona, a questo punto perché non costruire tutto il resto?

In rete esistono molte soluzioni diverse, ma la soluzione più efficiente, secondo me, è quella dell’immagine di questo post, il classico “palo” che ha la possibilità di ruotare e comportarsi come il “girasole”;

Vorrei realizzare l’inseguitore nel modo, concettualmente più semplice, ma che prevede molte considerazioni da fare; movimentazione su due assi, il primo muove lungo le coordinate Azimutali, semplificando, da est a ovest; il secondo muove lungo le coordinate di altezza, semplificando segue dall’orizzonte all’alba che tende alla verticale a mezzogiorno per poi ritornare all’orizzonte al tramonto; occorre anche un occhio alla sicurezza, evitando parti mobili alla portata “umana” e prevedendo un controllo che posizioni la struttura in modo da ridurre l’effetto “vela”, in caso di vento eccessivo.

Le movimentazioni può essere realizzata a mezzo di attuatori lineari, su entrambi gli assi, per produrre una angolo risultante per la posizione desiderata, sarebbe la soluzione più economica, ma che prevedrebbe una complicazione costruttiva, con tanti punti di snodo e leveraggi; ho quindi optato per la movimentazione dell’asse verticale attraverso un attuatore lineare, e la movimentazione azimutale (la rotazione) utilizzando una tavola girevole dotata di motore elettrico, soluzione nettamente più costosa, ma sicuramente più affidabile nel lungo periodo.

In fase di realizzazione

…pazientate…

Seguirà il disegno

…pazientate…

La parte elettronica dovrà prevedere l’uso di un PLC, a bordo dell’inseguitore solare, che riceva i dati di movimentazione da un PC, centralizzato, soluzione scalabile e di facile manutenzione, eventualmente una scheda costruita ad hoc per il controllo degli attuatori.

Coloro che desiderassero partecipare, soprattutto riguardo alla parte elettronica, mi contattino, sarò lieto di condividere il progetto con voi.