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ソーラー・トラッカー(β)

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概要

【太陽を逃さない！最大効率を追求する自律型発電システム】

ソーラーパネルをサーボモーターで動かし、最も電圧が高くなる角度を自動で探し出す「太陽光追尾システム」を構築します。パネルの向きによって変化する発電量を「電圧」として計測し、最適な角度を導き出す仕組みを学びましょう。

用意する物

• タコラッチ・ミニ
• サーボモーター
• 小型のソーラーパネル
• AkaDako用電力測定ボード,1個
• ミノムシクリップ, 2本
• 工作材料（パネルを支える架台、段ボールなど）

準備

• 事前に『計測・制御』の教材を通して、カードの使い方や問題解決の手法を習得しておく必要があります。

活動

1. 工作

• サーボの接続: サーボモーターをタコラッチ・ミニの「デジタルA」端子に接続します。
• 電力測定ボードの接続: AkaDako用電力測定ボードを、付属のGroveケーブルでタコラッチ・ミニの「アナログA」Grove端子に接続します。
• パネルの接続: ソーラーパネルのプラス線を電力測定ボードの「入力＋」に、マイナス線を「入力ー」にミノムシクリップで接続します。(基本：電流・電圧・電力の測り方参照)
  • ソーラーパネルをタコラッチ・ミニのクリップ端子に直接つながないでください。 AkaDakoやPCが故障するおそれがあります。

• 架台の作成: サーボモーターの回転軸にパネルを取り付け、左右に動く土台を木材や段ボール、3Dプリンターなどで作ります。(参考：AI画像認識分別器と同じような架台で実験ができます。)

2. プログラミング

【使うカードの例】

• 計測 08：時間になった(時間/Scratch)
• 計測 13：電気が変化したら(電力測定ボード(オプション))
• 制御 04：角度を指定して回す(サーボモーター(オプション))

【プログラム例】

このプログラムは、時計の「分」が 0 になったタイミングでスキャンを開始し、-30度から+30度までの範囲で最も効率の良い角度を見つけ出し、そこにサーボモーターを固定する動作を繰り返します。

「最大電圧」、「ベスト角度」、「スキャン角度」を記録するための変数を作成して活用します。

パネルの発電の大きさは、電力測定ボードの［電圧(V)］で読み取ります。クリップ端子の［電圧］とは別のブロックです。間違えないように注意してください。

• 【実行のタイミング（トリガー）】
  • 条件：［現在の（分）＝ 0］なら
    • 毎時0分（例：1時00分、2時00分...）になった瞬間に、一度だけスキャン動作を開始します。
• 【スキャンの準備（初期化）】
  • スキャンを始める前に、データをリセットします。
    • ［最大電圧］を 0 にする：これから測る値と比較するために最小値にしておきます。
    • ［ベスト角度］を 0 にする：記録用の変数をクリアします。
    • ［スキャン角度］を -30 にする：調査を開始する最初の位置（左端）を設定します。
• 【スキャン動作（6回の繰り返し）】
  • ［6回繰り返す］ブロックの中で、10度ずつ角度を変えながら電圧をチェックします。
  • 移動：［サーボ デジタルA(A1)］を［スキャン角度］にします。
  • 待機：［2秒待つ］（モーターが移動し、電圧が安定するのを待ちます）。
  • 比較と記録：もし、今計測した［電圧(V)］が［最大電圧］より大きいなら：
    • 現在の値を新しい［最大電圧］として保存。
    • その時の角度を［ベスト角度］として保存。
  • 更新：［スキャン角度］を 10 ずつ変えます。
    • 間隔：［1秒待つ］。
    • 補足： -30度から10度ずつ6回繰り返すことで、最終的に +30度（計60度の範囲）まで調査します。
• 【最適な角度への移動】
  • 6回のスキャンが終わった後、記録された［ベスト角度］へ［サーボ デジタルA(A1)］を動かします。これにより、その1時間の中で最も発電効率が良い向きに固定されます。
• 【待機】
  • 最後に［60秒待つ］ことで、同じ「0分」の間にプログラムが何度も再始動してしまうのを防いでいます。

3. 動作確認

• プログラムを実行し、パネルが端から端まで動くのを確認します。
• 懐中電灯などの強い光をあてて、スキャンが終わった後に一番明るい（電圧が高い）方向を向いて止まれば成功です。

発展

• エネルギーの活用と計測の両立: ソーラーパネルの電力を「使う」回路と「測る」回路を組み合わせてみましょう。電力測定ボードの「出力＋ / 出力ー」にモーターや電子オルゴールなどの負荷をつなぐと、電圧に加えて電流も測れるようになり、「実際に動かしながら、どれだけのパワー（電力）が出ているか」をリアルタイムで確認できます。
• スプレッドシート連携: 「通信 05：明るさを記録する(スプレッドシートに記録) +アクセス」を使い、発電量の変化を記録してみましょう。
• AI天気連動: 「AI 03：ステージ表示されている物についてたずねる +アクセス」を使い、カメラ映像から天気を判断させます。「雨です」と判定されたら、パネルを水平にして保護する動きを追加してみましょう。
  • ※画面右上のボタンでカメラモードに切り替えて使用してください。
  • ※利用には、AkaDako Cloud Plus のアクセスキーが必要です。