Розробка комп'ютеризованої системи керування сонячними панелями з використанням технологій IoT

Abstract

Кваліфікаційна робота присвячена розробці комп’ютеризованої системи керування сонячною панеллю з використанням технологій Інтернету речей (IoT). Мета дослідження полягає у створенні енергоефективного двоосьового сонячного трекера на базі мікроконтролера ESP32. Реалізовано систему, що забезпечує автоматичне орієнтування панелі за Сонцем у режимі реального часу. У першому розділі кваліфікаційної роботи подано загальну характеристику сонячної енергетики та перспективи її використання. Розглянуто сучасні типи трекерів, принципи їх роботи та класифікацію за ступенем автоматизації. Висвітлено основи функціонування фотоелектричних панелей та критерії ефективного використання. Проаналізовано переваги та недоліки існуючих систем керування на базі мікроконтролерів та IoT. У другому розділі кваліфікаційної роботи досліджено технічні характеристики складових системи: ESP32, LDR, INA219, серводвигуни, живлення.обґрунтовано вибір архітектури системи та логіку реалізації двоосьового керування. Сформовано алгоритм стеження за Сонцем із використанням порогової логіки, P-регулювання та засобів телеметрії. У третьому розділі розроблено прототип двоосьового трекера з функцією автоматичного позиціонування. Запропоновано підключення до хмарних платформ Blynk та MQTT для моніторингу в реальному часі. Спроєктовано електричні схеми, структурну модель системи та механічну конструкцію поворотної рами. Протестовано працездатність усіх модулів та підтверджено ефективність системи за експериментальних умов. У четвертому розділі кваліфікаційної роботи досліджено питання безпеки життєдіяльності та охорони праці під час експлуатації обладнання. Зокрема, проаналізовано ергономічні проблеми, що виникають у виробничому середовищі, та визначено основні заходи техніки безпеки, спрямовані на мінімізацію професійних ризиків і забезпечення безпечних умов праці

This qualification work is devoted to the development of a computerized control system for a solar panel using Internet of Things (IoT) technologies. The aim of the study is to create an energy-efficient dual-axis solar tracker based on the ESP32 microcontroller. The system provides automatic real-time orientation of the panel toward the Sun. In the first chapter of the qualification work, a general overview of solar energy and the prospects for its use is presented. Modern types of trackers, their principles of operation, and classification according to the level of automation are examined. The fundamentals of photovoltaic panel operation and criteria for their efficient use are highlighted. The advantages and disadvantages of existing microcontroller- and IoT-based control systems are analyzed. The second chapter investigates the technical characteristics of the system's components: ESP32, LDRs, INA219, servo motors, and power supply. The choice of system architecture and the logic of dual-axis control implementation are substantiated. A solar tracking algorithm is formulated using threshold logic, P-regulation, and telemetry tools. In the third chapter, a prototype of a dual-axis tracker with automatic positioning functionality is developed. Integration with cloud platforms Blynk and MQTT is proposed for real-time monitoring. The electrical schematics, structural model of the system, and mechanical design of the rotating frame are designed. All modules were tested, and the effectiveness of the system under experimental conditions was confirmed. In the fourth chapter, issues of occupational safety and life safety during equipment operation are studied. In particular, ergonomic issues arising in the industrial environment are analyzed, and the main safety measures aimed at minimizing occupational risks and ensuring safe working conditions are defined