Пылесос с солнечными батареями

Пылесос-робот для чистки солнечных батарей

Главная страница » Пылесос-робот для чистки солнечных батарей

Изготовление пылесоса-робота, основное предназначение которого – чистка солнечных панелей, это удачная инструкция как сделать пылесос работ своими руками. Применение солнечных панелей — актуальная тема. Ставкой на технологию солнечной энергии пытаются решить проблемы дороговизны ископаемых энергоресурсов. Между тем, как выясняется на практике, обычная пыль, оседающая на поверхности солнечных панелей, резко снижает эффективность этого типа приборов практически наполовину. По мнению специалистов, удачной защитой в таких случаях является пылесос-робот, настроенный на периодическую уборку поверхности солнечных панелей.

Технология и концепция пылесоса-робота

Цель публикации – не столько знакомство с технологией очистки солнечных панелей, сколько предоставление читателям информации о базовом конструктивном исполнении пылесосов-роботов.

Опираясь на этот материал, допустимо создать необычный пылесос-робот своими руками, что видится увлекательным и полезным делом для людей молодых, настроенных жить творчески.

Рассматриваемая ниже конструкция пылесоса-робота способна точно обнаруживать границы поверхностей, работать в условиях наклонных плоскостей, автоматически находить док-станцию и подключаться с целью подзарядки аккумулятора.

Концепция пылесоса-робота для чистки солнечных панелей, учитывает следующие факторы:

• наклон поверхностей,
• количество поверхностей,
• сканирование и фиксация границ поверхностей,
• запланированное время,
• типичный алгоритм.

В принципе, пылесос, предназначенный для домашнего применения (например, Roomba), вполне может использоваться для чистки солнечных батарей.

Однако для такой техники характерны некоторые особенности, например, ИК-датчики обнаружения стен или установка виртуальных препятствий. Рассматриваемая конструкция таковых особенностей не имеет, так как солнечные панели не имеют стен.

Хаотично исполненная, просто и кустарно построенная — конструкция пылесоса-робота, которая работает не хуже промышленных моделей

Но в противовес Roomba и аналогичным конструкциям, есть индивидуальные преимущества – поддержка работы на поверхностях, имеющих наклон и применение ультразвукового датчика вместо ИК-датчика, который может не сработать при солнечном освещении.

Чтобы покрыть все пространство солнечных панелей, путь предварительно определен. Пылесос-робот перемещается по определённому пути, используя схему возвратно-поступательного движения. Обратная связь с ультразвуковым датчиком и акселерометром используется для обнаружения границ панелей и места пребывания.

Стартовая панель системы пылесоса-робота

Стартовая панель MSP430G2 используется для общего управления пылесосом-роботом. Стартовая панель запускает ультразвуковой датчик и обрабатывает через АЦП входящие сигналы от акселерометра, а также импульсы эха от ультразвукового датчика для управления навигацией.

Через стартовую панель передаются сигналы управления двигателями, принимаются сигналы от индикатора уровня заряда аккумулятора для отслеживания напряжения источника питания.

Общий выходной сигнал от MSP430 используется для одновременного управления подвижной щеткой и пылесосом. Поскольку пылесос требует большого количества тока, он подключается непосредственно к батарее и управляется с помощью ключевого транзистора типа MOSFET (IRFZ44).

Схема питающего модуля с полимерным аккумулятором

Питающий модуль постоянного тока с литиевой батареей для заряда подключается к док-станции. Питающий модуль содержит 6-элементный аккумулятор напряжением 12.6V и рассчитан на входное постоянное напряжение 15 – 40 вольт.

Принципиальная схема модуля, посредством которого осуществляется подзарядка аккумуляторной батареи пылесоса-робота очистки панелей солнечных батарей

Схема модуля включает регулятор напряжения на LM317, транзистор BC547, двойной операционный усилитель LM358N и мощный MOSFET ключ IRF540N. Для обеспечения безопасности к зарядной цепи добавляется схема защиты от перенапряжения.

Для регулирования питания используются преобразователи LM2675-5.0 и LM2675-3.3. Схема преобразователя также содержит диодный и LC-фильтр. Использование LC-фильтра видится характерным для достижения выходного сигнала постоянного тока без пульсаций.

Схемой предусматривается линейная регулировка скорости заряда батареи или тока потребления от солнечных панелей, поскольку напряжение заряда поддерживается постоянным. Завершение зарядки аккумулятора указывается контрольным светодиодом.

Схематичное исполнение модуля индикации, показывающего уровень заряда аккумулятора, входящего в комплект пылесоса-робота

Индикатор уровня заряда построен на основе микросхемы типа LM 3914. Использование этого электронного компонента обеспечивает высокую точность определения границы заряда. Схема калибруется на границу – 12,6 вольт.

Управление двигателями и навигацией

Модуль управления двигателем построен на TPIC0298 или аналогичной электронике. Применение этой микросхемы обусловлено потреблением двигателями более высоких токов, чего не могут обеспечить драйверы двигателя на L293D. Микросхема TPIC0298 обеспечивает максимум 2A на один канал.

Чтобы гарантировать, что пылесос-робот перемещается по правильному пути, два акселерометра и ультразвуковые датчики используются для управления ориентацией и обнаружения кромок панелей, соответственно.

Схема управления моторами пылесоса, где применяется достаточно мощное по току решение. Тем не менее нагрузка на батарею остаётся на низком уровне

Трехходовые акселерометры построены на MMA7361 и обладают чувствительностью до 800 мВ/г. Ультразвуковой сенсорный модуль, выполненный на HCSR04, используется для обнаружения препятствий вдоль всего пути.

Алгоритм планирования пути для пылесоса-робота

Пылесос-робот пересекает путь, как показано на рис. 2.2. Этот предопределенный путь гарантирует, что общее пространство солнечных панелей эффективно покрывается. Ультразвуковой датчик используется для обнаружения границ панели солнечных батарей.

Чтобы оставаться на определенном пути, выходные сигналы от акселерометров обрабатываются микроконтроллером MSP430G2553 и сравниваются с заранее определенным набором значений.

Модульный алгоритм: 1 — зарядный модуль; 2 — батарея; 3 — конвертер: 4 — акселерометр; 5 — индикатор; 6 — драйвер моторов; 7 — ультразвуковой датчик; 8 — ключ; 9 — мотор пылесоса; 10, 11 — правый и левый моторы; 12 — мотор щётки

Метод управления пропорциональной интегральной производной (ПИД) реализуется путем добавления вычисленной ошибки к значению регистра захвата/сравнения таймера.

Этим значением изменяется сигнал ширины импульсной широты (PWM), указанный в качестве входного сигнала для драйвера двигателя. Общая погрешность (e) определяется формулой:

e = (ep * kp) + (ei * ki) + (ed * kd)

где ep, ei, ed — это пропорциональные, интегральные и производные ошибки, обнаруженные путем сравнения показаний акселерометра с заданными значениями kp, ki и kd, которые обнаруживаются повторным тестированием на наклонных поверхностях.

Определенный набор значений выбирается таким образом, чтобы применить для любого небольшого наклона. Алгоритм ПИД-регулирования используется только для управления навигацией пылесоса-робота, так что общее пространство солнечных панелей эффективно покрывается.

Пылесос-робот: алгоритм зарядки аккумулятора

В попытке улучшить эффективность и долговечность батареи, в данном решении реализованы два состояния зарядки:

1. Аккумулятор заряжается до заданного порога 12,6 В.
2. Заряд выполняется при более низком токе.

Таким способом заряда удаётся предотвратить возможные разрушения, характерные при нарушениях зарядных режимов.

Конструктивное исполнение пылесоса-робота

Пылесос-робот построен на базе круглого шасси, сделанного из дерева. Момент движения машина получает от двух двигателей постоянного тока, расположенных диаметрально противоположно один другому.

Конструктивное построение пылесоса-робота выглядит не совсем эстетично с дизайнерской точки зрения, но этот момент легко исправить при желании

Используемые колеса изготовлены из пластика и наделены дополнительным захватом из резины. Колёса пылесоса-робота имеют диаметр 11,3 см, чем обеспечивается достаточный захват и стабильность хода.

На разделе диаметра шасси размещены два небольших резиновых колеса. Конструкция пылесоса-робота использует дифференциальный привод для рулевого управления.

Конструкция дифференциального привода допускает повороты с нулевым радиусом и обеспечивает лёгкое рулевое управление. Используемые двигатели хода имеют крутящий момент 12В, 5 кг/см.

Редукторный электродвигатель с боковым валом имеет скорость 60 об/мин. Чистящая щётка функционирует через зубчатую передачу, от двигателя постоянного тока 12В, 300 об/мин.

Вакуумный канал основан на двигателе мощностью 250 Вт, с вращением вала 20000 об/мин. Слот установки механизма на шасси закреплен чуть выше уровня «земли».

Пылесос-робот поддерживается с помощью механических опор. Базовая конструкция аппарата построена с использованием индивидуального кузова для чистки ковров.

Все контуры установлены на акриловом листе, сбалансированном с помощью шпилек на деревянном шасси. Ультразвуковой датчик установлен спереди.

Общая схема конструкции показана выше. Переходы от одной солнечной панели к другой панели и к док-станции, строятся с использованием обычных деревянных досок соответствующих размеров.

Источник

Питаем от солнца: техника для дачи на солнечных батареях

Загородные дома и дачи предоставляют своим владельцам намного больше возможностей обустроить свой быт, чем обычная городская квартира. В первую очередь, потому что на участке намного больше места, чем на территории даже самого огромного жилья в многоквартирном здании. А еще – благодаря тому, что значительную часть времени люди проводят на улице, где можно оборудовать мангал или беседку и даже использовать технику, не требующую подключения к электросети.

Техника для освещения и украшения ландшафта

Светильник на солнечных батареях – отличный выбор для любого частного жилья. И хотя покупка таких источников света, скорее всего, обойдется дороже обычных фонарей, все это окупится не только за счет экономии электроэнергии, но и благодаря отсутствию проводов.

В списке светильников с солнечными батареями, подходящих для размещения на участке, можно встретить разные модели:

• Устанавливаемые на столбах фонари, предназначенные для освещения газонов и дорожек – такие как модель Oasis Light P9011-1003 –SP с поворотным модулем.
• Подвесные и настенные источники света типа Smart Home MFYH54B. Применяются обычно в качестве декоративного освещения.
• Компактные газонные модели, лампа у которых находится на небольшом расстоянии от земли (в основном светодиодные, как TDM ЕLECTRIC СС-298). Иногда даже не требуют специальной установки, а просто втыкаются в грунт.
• Встроенные источники света, с помощью которых могут освещаться дорожки, площадки и даже ступени. Одна из таких моделей – НайтЛайт-8, комплект из 4 «накладок» для садовой лестницы, позволяющих не споткнуться в темноте.
• Светильники-гирлянды. Техника, к которой относится и модель Uniel USL-S-122/PT5000 Milkyway, позволяет украсить деревья, кустарники, веранды или беседки.

Плавающий фонарь Bestway 58111 на солнечной батарее

Для украшения сада или приусадебного участка можно использовать декоративные светильники, изображающие сказочных персонажей, людей или животных. Также в продаже можно найти «солнечные» лампы, имитирующие камни. А при наличии бассейна или пруда их могут освещать плавающие фонари, такие как модель Bestway 58111.

Техника для пруда или бассейна

Если на участке есть искусственный водоем, можно задуматься об установке в саду небольшого фонтана на солнечных батареях. Модель J-PQ-TYN-1 со строенной лампой обеспечит струю воды до 75 см, в зависимости от интенсивности освещения. А для работы фонтан достаточно всего лишь положить на воду. Использовать его можно в бассейне, пруду или вольере для домашних животных. Еще один плюс – фонтан изготовлен из прочных полимеров, обеспечивающих высокую прочность и длительный срок службы.

Купить маленький фонтан на солнечной батарее можно на Aliexpress в среднем за 800 рублей

В списке предназначенных для бассейнов и прудов аксессуаров можно встретить также насосы на солнечных батареях или устройства для обогащения водоема кислородом. Такой прибор может пригодиться, если вы разводите декоративных рыб. Его можно использовать и в рыбопромысловом хозяйстве, и даже в крупном домашнем аквариуме, который стоит, например, на балконе или открытой лоджии. Моделей и производителей таких насосов много – большинство из них китайские. Время работы самых производительных вариантов – до 20-24 часов после одной «зарядки» на солнце.

Техника для сада

Если владельцы дачи или частного дома собираются часто пользоваться электрическим инструментом на улице – не обязательно покупать многометровые удлинители и разбрасывать их по всему участку. Можно обойтись вообще без подключения к сети, купив работающую на солнечных батареях электростанцию. Неплохие модели разной мощности выпускает компания EcoNRJ. В списке ее продукции есть решения на 300-1000 Вт, позволяющие зарядить телефон или запустить ноутбук, а также устройства на несколько киловатт для работы дрели, шуруповерта или насоса.

Солнечная электростанция, конечно, неплохое решение – но перетаскивать ее постоянно на новое место не всегда удобно. Поэтому, если есть такая возможность, стоит купить оборудование со своими работающими от солнца аккумуляторами.

Робот-газонокосилка Husqvarna Automower SolarHybrid

Одно из таких устройств – робот-газонокосилка Husqvarna Automower SolarHybrid. Правда, если ей не будет хватать солнечной энергии, она будет автоматически искать зарядную станцию. Среди других особенностей модели – встроенный GPS-модуль, контролирующий местоположение и перемещение косилки, модуль для отправки SMS в непредвиденных ситуациях и блокировка PIN-кодом в случае кражи.

Отсутствие электричества на даче или в доме – не повод для того чтобы купаться в холодной воде. Избежать простуды или просто обеспечить комфортные условия для купания поможет покупка душа с солнечной батареей. Выбор таких устройств такой же широкий, как светильников. Как правило, они выпускаются в виде сумок объемом 20-30 литров, которые можно брать с собой в дорогу – в продаже такие водонагреватели встречаются под названием «переносного душа» или «душа для кемпинга».

«Солнечный» водонагреватель обычно устанавливается на крыше летнего душа

Если вам необходимо обустроить стационарный душ, стоит отдать предпочтение целой системе, в которой солнечная батарея устанавливается на крышу душевой кабины и способна обеспечить нагрев больше 100 литров воды. Среди таких систем – нагреватель XFS-II-20-170 на 170 л.

Техника для летней кухни

Солнечная энергия подходит не только для освещения и работы садового оборудования. Ее можно применять и для готовки пищи. Более того, как бы это странно ни звучало, существует такой прибор, как гриль на солнечной энергии. Его выпускает компания GoSun, по утверждению которой устройство пригодится и на даче, и в походе. Судя по размерам устройства, представляющего собой колбу диаметром 7 см и длиной 61 см, в это можно легко поверить. Внутренний объем пространства для мяса и других продуктов – 1,2 литра. Максимальная температура нагрева, которую гриль позволяет достичь всего за 20 минут – 288 градусов.

Гриль на солнечной батарее можно заказать с доставкой примерно за 7000 рублей

Тот же производитель разработал не только гриль, но и холодильник, для работы которого не нужен ни лед, ни специальные охлаждающие элементы. Модель GoSun Chill работает на солнечной энергии, потребляя около 144 Вт. А батарея располагается здесь отдельно – поэтому покупатель может выбрать несколько вариантов источников. В том числе, гибкий модуль или специальный стол.

В обычных условиях холодильник легко подключается к электросети и даже к автомобильному прикуривателю. После использования на даче аппарат может пригодиться и в городской квартире для хранения небольшого количества продуктов (объем холодильника – 40 литров). Одного полного заряда достаточно на 5-14 часов работы, минимальная температура при этом – минус 20ᵒC.

Холодильник на солнечных батареях стоит почти как классическая модель для большой кухни – около 40 000 рублей

Среди продукции GoSun есть еще одно не требующее подключения к электросети устройство – раскладной стол со встроенной солнечной батареей. С его помощью можно заряжать другую технику, начиная от телефона или ноутбука и заканчивая холодильником того же бренда. Лучше всего устройство подойдет для пикника, но пригодится и для дачи, и для загородного дома.

Безопасность и контроль микроклимата

Чтобы следить за безопасностью загородного участка, стоит установить систему наружного видеонаблюдения. Мы уже писали о таких устройствах, но они могут питаться не только от сети, но и благодаря солнечной энергии – это также удобно в том случае, если камеры установлены достаточно далеко от дома и розетки.

От солнца может работать IP-камера Link Solar Y9-S, которая записывает информацию на карту памяти или передает ее в облако по Wi-Fi. Гаджет снимает с разрешением Full HD и обладает углом обзора 100 градусов. Расстояние, на котором работает инфракрасный датчик при ночной съемке, составляет 10 метров.

Солнечная панель расположена на «спинке» камеры

Дополнить систему охраны можно датчиком движения, который срабатывает на движущиеся объекты весом от 25 кг (чтобы не тратить энергию на уведомления о мелких собаках и кошках). Одно из таких устройств – Dinsafer DOP01B, способный обнаружить движение на расстоянии до 35 м и передать сигнал пульту управления охранной сигнализацией на 100-200 м. Покупка такого гаджета вряд ли будет оправданной для установки на маленькой даче, но на большом участке такое решение позволит обойтись без постоянной замены аккумуляторов или подключения прибора к электросети.

Защитив участок от посторонних, можно приобрести защиту и от вредителей. Например, от мышей и кротов, которые подкапывают и едят корнеплоды. Устройство марки Solar позволит отпугивать грызунов, способных серьезно уменьшить объемы собранного урожая. Отпугиватели напоминают на вид газонные фонари на солнечной батарее и действуют на расстоянии до 15-20 метров.

Отпугиватель кротов выглядит как небольшой гриб с солнечной панелью на шляпке

Еще один интересный прибор, который может работать с помощью солнечной энергии – это домашняя метеостанция. Такие устройства, как правило, можно устанавливать на улице – они защищены от воды и выдерживают перепады температур.

Метеостанция на солнечной батарее

Например, модель Z-Wave POPP-POPE005206 способна с достаточно высокой точностью предсказывать изменения микроклимата – влажности, скорости ветра, температуры. Для работы станция использует солнечные батареи, а для экономии энергии периодически отключается.

Источник