아두이노 코딩-177: 아두이노 Solar RC car용 솔라 셀 성능 실험

미국이 화성을 탐사하기 위해 보낸 Pathfinder에 실어 보낸 Sojourner rover 나 Curiosity 및 Insight 중 Sojourner 와 Insight는 태양 에너지를 동력으로 사용한ek. 반면에 Curiosity 는 원자력 RTG를 사용하며 그 크기 및 중량이 작은 승용차만 하다. 최근에 보낸 탐사 자비 Insight 는 rover 가 아니라 붙박이형 탐사 장비이다. 오직 Sojourner 만이 Solar 에너지로 주행과 카메라 촬영이 가능한 rover 로서 지구상 중량이 11.5 kg 에 해당한다. 하지만 화성에서 중력이 약하기 때문에 4.5 kg 정도에 해당한다. 100 m 정도 범위 내에서 주행이 가능하며 솔라 판넬의 면적은 0.22 제곱미터인데 현재 솔라 RC카를 만드는 110X135 mm 싱글 판넬 면적의 거의 15배 수준임을 참조하자.

한편 태양에서 화성까지의 거리는 지구까지 거리와 비교해 볼 때 상당히 멀어 화성에서 이용할 수 있는 태양 에너지의 강도(intensity)는 상당히 미약할 수밖에 없다.

태양 지구 사이의 거리가 150만 km 라고 하면 태양 화성 사이의 거리는 228만 km 로서 1.52 배이다. 따라서 태양 에너지의 intensity는 거리의 제곱에 비해 떨어지므로 화성에서는 지구에 비해 43%의 약한 태양 에너지가 조사되는 셈으로서 지구의 반 이하로 보면 될 것이다. 따라서 Sojourner의 솔라셀 출력은 지구로 치면 7개의 싱글 솔라 셀에 해당하며 주행 중량은 4.5 kg로 보면 된다.

취미로 하는 아두이노 코딩에서도 태양에너지를 단 한 장의 Solar 판넬로 받아서 구동되는 아주 경량화된 RC카를 디자인해 보기로 한다. 한 장의 솔라 셀을 쓰기 때문에 출력이 아주 약해 RC카가 꿈틀거리는 정도가 되면 대성공이랄 수 있을 것이다.

RC카를 디자인 제작하기에 앞서 단일 태양전지판의 기본 성능을 체크해 보자. 직사광을 받을 때 기준으로 19V까지의 직류 전압과 160 mA 전류가 흐를 수 있다고 되어 있으므로 1.9W 수준 출력이 가능하지만 오후가 되니 6V 에 아두이노 보드에 설치한 새끼 손톱만한 LED를 점멸 시키기에 충분한 정도로서 중량은 52 그램이다.

별도의 회로 없이 직접 솔라 셀의 직류 전압을 멀티메타로 측정해 보고 아두이노 DC 어댑터 레귤레이터 회로에 연결하여 LED를 ON OFF 할 수 있는지 시험해 보기로 한다. 다음의 동영상을 참조하기로 하자. 6V 안팎의 직류전압 수준에 LED 가 1초 시차로 정상적임 ON OFF 가 가능하다.

이어서 초경량으로 솔라 판넬 자체를 차체로 하는 RC 카를 디자인해서 포스팅할 계획이다.