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Introduzione Generatore Mobile, tesina
La mia tesina di maturità consiste in un progetto per la costruzione del generatore mobile. Ho iniziato a pensare a questo progetto a fine febbraio, quando mi sono chiesto se potessi andare in campeggio e avere una fonte di energia senza avere bisogno di un allacciamento alla rete elettrica. Ho iniziato quindi a pensare a delle soluzioni e sono arrivato a disegnare lo schizzo del mio progetto con un software 3D (Inventor Autodesk).
Terminata la progettazione virtuale è iniziata quella reale, mi sono recato in negozi di bricolage per acquistare i pannelli di compensato, dopo lunghi pomeriggi passati a tagliare e incollare i pannelli la base del mio progetto era finalmente terminata. A questo punto ho iniziato a fissare il pannello, il "tetto" del mio progetto. Ho scelto un pannello molto efficiente, affidabile e resistente da 30W e 12V, caratterizzato da celle fotovoltaiche in silicio policristallino.
Terminato il montaggio del pannello ho acquistato un regolatore di carica EPRC10 in modo da tenere sotto controllo il pannello e l'accumulatore di carica che in questo caso è una semplice batteria da 40 A/h collegata opportunamente all'inverter, ovvero al componente che trasforma una corrente continua in ingresso in una alternata in uscita, come la rete elettrica domestica. A vigilare su tutti questi componenti c'è il microcontrollore Arduino uno che oltre ad avere una funzione di amperometro e voltmetro tramite dei particolari sensori acquisisce la temperatura del pannello e il suo voltaggio per essere sempre al corrente di ogni variazione nel tempo.
Assorbimento del carico
- In questo primo schema a blocchi ho rappresentato tutti i
collegamenti del mio generatore, in modo da rendere ben visibile un
primo schema elettrico non molto approfondito, infatti ho riportato
per completare il tutto lo schema elettrico completo disegnato con
(Orcad Capture),noto programma per la realizzazzione di schemi
elettrici.
Schema iniziale con Pannello,Batteria,Inverter e
Regolatore di carica:
Descrizione componenti: 2
Generatore Mobile
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Luca Alfano 5°AE Maturità 2016
- Come riportato in precedenza ho deciso di usare un pannello
caratterizzato dall'avere celle fotovoltaiche in silicio policristallino
da (30W 12V).
- In generale, tutti i pannelli fotovoltaici, più propriamente detti
moduli fotovoltaici, consentono di trasformare l'energia incidente
del sole in energia elettrica. Il processo di trasformazione avviene
nelle celle fotovoltaiche, ovvero nelle sottili strisce di silicio sotto
alla copertura resistente in fibra di vetro, che collegate insieme
compongono tutto il modulo fotovoltaico. Ecco perchè i sistemi
fotovoltaici sono molto usati laddove non arriva la rete elettrica,
come per esempio in zone remote,montagne,..
- La batteria che ho usato si trova molto in commercio,viene usata
anche dalle macchine più piccole ed è un perfetto accumulatore di
carica. In questo progetto è stata usata una batteria da 12V-40A/h.
- L'inverter che ho usato ha una potenza massima di uscita continua
di 1000Watt, tensione di ingresso di 10V-15V con tensione
funzionale di 12V e frequenza di uscita di 50Hz.
- Il regolatore di carica è il componente fondamentale di ogni
impianto fotovoltaico, infatti esso serve a prolungare la durata della
batteria utilizzata per immagazzinare l'energia elettrica prodotta dai
pannelli fotovoltaici. Il regolatore rileva la tensione della batteria e
riduce o interrompe la corrente di carica, proveniente dal pannello
quando la tensione della batteria raggiunge un valore ottimale.
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Generatore
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Luca Alfano 5°AE Maturità 2016
Schema elettrico scheda segnali: 4
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Tabella completa dei componenti utilizzati:
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Luca Alfano 5°AE Maturità 2016
Software e principi di funzionamento:
- Il primo passo è stato quello di suddividere il mio programma in
due finestre, la prima relativa al setup e al loop, la seconda
dedicata a tutte le funzioni del programma.
Per setup() intendo il posto in cui viene messo il codice di
inizializzazione. Esso inizializza tutte le impostazioni e le istruzioni
della scheda, come gli INPUT/OUTPUT prima che il ciclo principale
del programma si avii.
Per loop() intendo il codice principale del programma, contiene
istruzioni che possono essere ripetute finchè non spegniamo la
scheda di Arduino.
Setup e inizializzazzioni: 6
Generatore Mobile
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Luca Alfano 5°AE Maturità 2016
Loop:
Può sembrare un loop cortissimo, in realta all'interno di esso sono
richiamate tutte le funzioni, scritte nella loro pagina denominata
'Funzioni'. Adesso analizzerò ogni singola funzione, per far capire
meglio il singolo funzionamento di ognuna. 7
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Luca Alfano 5°AE Maturità 2016
Start buzzer():
Questa funzione è un arricchimento apportato per capire meglio
quando il programma è in esecuzione, infatti emette una
incompleta scala sonora fino alla nota musicale "Fa", proprio per far
capire che sta partendo il sistema.
Usando direttamente l'istruzione tone() è possibile variare la
frequenza/durata dell'impulso PWM sul pin numero 10.
Update_Temperature() :
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Generatore Mobile
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Tramite questa funzione è possibile sapere in ogni momento la
temperatura del pannello, tramite il sensore LM35, esso è un
sensore lineare, varia la sua uscita (Vout) seguendo una legge
costante : Vout= 10mV/°C.
Questo sensore eroga 10mV per ogni grado centigrado misurato,
una volta acquisito sul pin analogico tramite la funzione
analogRead(A3) viene salvato sulla variabile Val, una volta salvato
in memoria viene risalvato in un'altra variabile mv, in mv il valore di
Val viene diviso per 2 elevato alla Nbit del convertitore, che in
questo caso sono 10 bit, ovvero 1024 livelli. Per poi essere
moltiplicato per un K di 5000.
Il risultato non è ancora in gradi,infatti in cel si effettua un'altra
divisione per 10, l'ultima della funzione, prima di aggiornare il
display con la temperatra in gradi centigradi.
Piedinatura LM35
Update_VoltagePannello():
Update_VoltageBatteria(): 9
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Luca Alfano 5°AE Maturità 2016
Con queste funzioni è possibile sapere qual è il voltaggio del
pannello e della batteria, hanno lo stesso principio di funzionamento
tutte e due ricorrono al partitore di tensione. All'inizio infatti ci sono
stati dei problemi di condizionamento, infatti i pin analogici di
arduino non supportano più di 5V in ingresso, per questo ho
progettato due banali partitori di tensione, in modo da avere in
uscita un massimo di 4V da entrambi, con in ingresso la rispettiva
tensione massima del pannello (Vpm= 18V) e della batteria (12,5V).
Il rapporto tra le resistenze che mi occorreva era di 0.22, quindi per
ottenerlo ho impostato R1=82KΩ e R2=22KΩ, visto che la Voutp=
(R1/R1+R2)*Vin, in modo che quando in ingresso ci sono 18V, la
Voutp sarà circa 4V. Tramite l'acquisizione di Voutp da parte di
arduino posso facilmente risalire con dei calcoli alla tensione di
ingresso in entrambi i casi.
Update_AmpereCarico(): 10
Generatore Mobile
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