UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI ROMA TOR VERGATA FACOLTÀ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA DELL’ AUTOMAZIONE A.A. 2009/2010 Tesi di Laurea SISTEMA DI CONTROLLO PER UN INSEGUITORE SOLARE FOTOVOLTAICO RELATORE CANDIDATO Ing. Daniele Carnevale Mattia Adducchio

INTRODUZIONE Realizzato un inseguitore solare a due gradi di libertà Università degli Studi di Roma Tor Vergata INTRODUZIONE Realizzato un inseguitore solare a due gradi di libertà Sviluppato la legge di controllo per il corretto posizionamento dell’inseguitore solare Effettuato le misure confrontando l’inseguitore solare con un pannello fotovoltaico fisso Mattia Adducchio

Realizzazione Università degli Studi di Roma Tor Vergata EFFETTO FOTOVOLTAICO Si basa sulle proprietà di alcuni materiali semiconduttori in grado di convertire l'energia della radiazione solare in energia elettrica. Mattia Adducchio

Sono caratterizzati da elevata precisione ed affidabilità. Realizzazione Università degli Studi di Roma Tor Vergata MOTORI PASSO-PASSO I motori passo-passo hanno la proprietà di ruotare di un angolo fisso, detto passo. Sono caratterizzati da elevata precisione ed affidabilità. Per ottenere il movimento dobbiamo alternare dall’esterno il passaggio della corrente nei suoi avvolgimenti, in modo tale da permettere la rotazione del magnete che viene attirato da un passo all’altro con l’attivazione delle elettrocalamite opportunatamente disposte. Mattia Adducchio

DRIVER MOTORE PASSO-PASSO Realizzazione Università degli Studi di Roma Tor Vergata DRIVER MOTORE PASSO-PASSO Il motore passo-passo utilizzato è il NEMA-17: Coppia: 4800 g-cm Corrente massima assorbita: 2.4 A Passo: 0.9° Resistenza: 1 Ω Mattia Adducchio

Per il pilotaggio del motore è stato utilizzato il ponte H SN754410: Realizzazione Università degli Studi di Roma Tor Vergata DRIVER MOTORE PASSO-PASSO Per il pilotaggio del motore è stato utilizzato il ponte H SN754410: Corrente massima: 1 A; Spegnimento termico; Minimizza la dissipazione di potenza; Range del voltaggio di alimentazione da 4.5 V a 36 V. Mattia Adducchio

DRIVER MOTORE PASSO-PASSO Realizzazione Università degli Studi di Roma Tor Vergata DRIVER MOTORE PASSO-PASSO HEX INVERTER PONTE H Mattia Adducchio

Realizzazione Università degli Studi di Roma Tor Vergata CIRCUITO DI MISURA Caratteristiche tecniche del pannello fotovoltaico utilizzato: Materiale: Silicio Monocristallino Tensione: 6.25 V Corrente: 40 mA Potenza massima : 250 mW Mattia Adducchio

POTENZA=TENSIONE •CORRENTE Realizzazione Università degli Studi di Roma Tor Vergata CIRCUITO DI MISURA Misura della corrente: Misura della tensione: POTENZA=TENSIONE •CORRENTE Mattia Adducchio

Attenzione al rapporto Realizzazione Università degli Studi di Roma Tor Vergata CIRCUITO DI MISURA Schema di amplificazione usato per la misura della corrente: Rapporto di amplificazione: 1:101 Attenzione al rapporto segnale-rumore!! I=V1/101 FILTRO RC PARALLELO Mattia Adducchio

SCHEDA PONTE H ARDUINO UNO HEX INVERTER AMPLIFICATORE Realizzazione Università degli Studi di Roma Tor Vergata SCHEDA PONTE H ARDUINO UNO HEX INVERTER AMPLIFICATORE Mattia Adducchio

Realizzazione Università degli Studi di Roma Tor Vergata LA STRUTTURA Pannello fotovoltaico adagiato sopra un lastra di compensato e fissato tramite Pattafix. Struttura ad L che permette di posizionare il pannello fotovoltaico sopra il motore di base. Blocco di compensato e quattro staffe angolari per fissaggio del motore di base. Mattia Adducchio

CIRCUITO DI MISURA SOLUZIONE: PROBLEMA: CAUSA: Realizzazione Università degli Studi di Roma Tor Vergata CIRCUITO DI MISURA SOLUZIONE: PROBLEMA: CAUSA: Questo problema è dovuto al disturbo nella misura causato dalla frequenza di rete. Infatti anche se impercettibile ai nostri occhi la lampadina varia d’intensità. Durante i test effettuati in laboratorio si è notato come la potenza generata dal pannello solare avesse delle piccole variazioni anche quando il pannello era fermo. Per ovviare a questo problema si è mediato la misura in 40 campioni, con un tempo di campionamento di 1 ms. Mattia Adducchio

SOFTWARE EXTREMUM SEEKING: IL PROBLEMA: Motore OBIETTIVO: θ Università degli Studi di Roma Tor Vergata SOFTWARE Ma poiché la dinamica dei motori passo-passo è approssimabile ad un piccolo ritardo -> algoritmo line-search. EXTREMUM SEEKING: IL PROBLEMA: Processo dinamico θ Motore g() g() funzione da massimizzare u u: segnale di controllo OBIETTIVO: Disegnare un controllore per trovare dinamicamente un u*:g(y*)=max{g(y)} (localmente). Controllore Il sistema a ciclo chiuso sia stabile asintoticamente Mattia Adducchio

SOFTWARE t = 1 t = 3 t = 2 t = 0 IDEA DI FONDO: Tempo [s] Potenza [mW] Università degli Studi di Roma Tor Vergata SOFTWARE IDEA DI FONDO: t = 1 t = 3 t = 2 t = 0 Tempo [s] Potenza [mW] Confronto - t = 0 10 t = 1 8 < t = 2 10 > t = 3 12 > Mattia Adducchio

SOFTWARE CARATTERISTICHE DELLA LEGGE DI CONTROLLO SVILUPPATA: Università degli Studi di Roma Tor Vergata SOFTWARE CARATTERISTICHE DELLA LEGGE DI CONTROLLO SVILUPPATA: QUANTIZZAZIONE DELLE VARIAZIONI ANGOLARI IN FUNZIONE DELLE VARIAZIONI DI POTENZA QUANDO LA POTENZA DIMINUISCE INVERTE LA DIREZIONE E DIMEZZA IL PASSO NUMERO DI OSCILLAZIONI FISSATO RIATTIVAZIONE DELLA RICERCA QUANDO SI REGISTRA UNA VARIAZIONE DI POTENZA MAGGIORE DI 0.4 mW. Mattia Adducchio

SOFTWARE Algoritmo ha proprietà locali: Software Università degli Studi di Roma Tor Vergata SOFTWARE Algoritmo ha proprietà locali: Mattia Adducchio

MISURE ALGORITMO PER IL CALCOLO DELLA TRAIETTORIA SOLARE: Università degli Studi di Roma Tor Vergata MISURE ALGORITMO PER IL CALCOLO DELLA TRAIETTORIA SOLARE: “Solar Position Algorithm for Solar Radiation Applications” sviluppato dal Laboratorio Nazionale per l’Energia Rinnovabile di Chicago. CARATTERISTICHE TECNICHE: Elevata precisione: errore di ±0.0003°; Validità dall’anno -2000 fino al 6000; INPUT: OUTPUT: TT: Terrestrial Time Azimuth UT: Universal Time Zenith Pressione dell’atmosfera Temperatura Longitudine e Latitudine Mattia Adducchio

Misure Università degli Studi di Roma Tor Vergata MISURE UTILIZZO DI UN ROBOT ANTROPOMORFO PER SIMULARE LA TRAIETTORIA DEL SOLE DURANTE UNA GIORNATA ESTIVA Mattia Adducchio

Misure Università degli Studi di Roma Tor Vergata MISURE Se invece si oscura la superficie, il pannello fotovoltaico si posizione frontalmente alla lampadina. Quando la lampadina è molto vicino alla superficie, il pannello si orienta in modo tale da catturare anche questo riflesso Mattia Adducchio

vs CONFRONTO Misure Università degli Studi di Roma Tor Vergata Mattia Adducchio

MISURE PANNELLO FERMO PANNELLO IN MOVIMENTO Potenza [mW] campioni Università degli Studi di Roma Tor Vergata MISURE PANNELLO FERMO PANNELLO IN MOVIMENTO Potenza [mW] campioni Mattia Adducchio

VIDEO Video Università degli Studi di Roma Tor Vergata Mattia Adducchio

GRAZIE A TUTTI PER LA CORTESE ATTENZIONE Video Università degli Studi di Roma Tor Vergata GRAZIE A TUTTI PER LA CORTESE ATTENZIONE Mattia Adducchio