DIY Solar Tracker: 27 de pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Introducere

Ne propunem să introducem tinerii studenți în inginerie și să-i învățăm despre energia solară; făcându-i să construiască un Helios ca parte a curriculum-ului lor. Există un efort în inginerie pentru a împinge generarea de energie departe de utilizarea combustibililor fosili și către alternative mai ecologice. O opțiune pentru energia mai ecologică este utilizarea unui dispozitiv numit heliostat, care utilizează o oglindă pentru a direcționa lumina soarelui către o țintă pe tot parcursul zilei. Un astfel de dispozitiv poate fi utilizat pentru multe aplicații, de la concentrarea energiei solare pe rezervorul de căldură al unei centrale electrice până la zonele iluminante blocate de soare.

În plus față de numărul de utilizări ale acestei tehnologii, există și o gamă variată de structuri care au fost proiectate pentru a permite urmărirea solară. Structura fizică a designului Helios, ca și în cazul altor modele de heliostat, funcționează pentru a monta o oglindă pe două axe controlabile. Mecanismul va urmări soarele folosind un program pentru a calcula locația stelei pe cerul gândit ziua, pe baza poziției globale a Helios. Un microcontroler Arduino va fi folosit pentru a rula programul și pentru a controla cele două servo-motoare.

Considerații de proiectare

Pentru a se asigura că acest proiect este răspândit pe scară largă, s-au depus eforturi considerabile în proiectarea Helios pentru a fi construit cu instrumente comune și materiale ieftine. Prima alegere de design a fost de a construi corpul aproape în întregime din miez de spumă, care este rigid, accesibil, ușor de achiziționat și ușor de tăiat. De asemenea, pentru o rezistență și o rigiditate maximă, sa avut grijă să proiectăm corpul astfel încât toate părțile din spumă să fie fie în tensiune, fie în compresie. Acest lucru a fost făcut pentru a profita de rezistența miezului de spumă în tensiune și compresie și deoarece adezivul utilizat a fost mai eficient în susținerea unei sarcini în tensiune decât în îndoire. În plus, arborele care este atașat la oglindă este alimentat printr-o curea de distribuție, ceea ce permite o mică eroare de aliniere între motor și oglindă, servo-motoarele sunt precise până la 1 grad, iar platforma rulează pe sursa deschisă Arduino platformă. Aceste alegeri de proiectare, împreună cu alte câteva considerații, fac din designul prezentat un instrument educațional durabil și accesibil.

Promisiunea noastră open-source

Scopul Helios este de a promova educația inginerească. Deoarece acesta este obiectivul nostru principal, munca noastră este licențiată sub licența GNU FDL. Utilizatorii au drepturi depline să reproducă și să îmbunătățească ceea ce am făcut, atâta timp cât continuă să facă acest lucru sub aceeași licență. Sperăm că utilizatorii vor îmbunătăți designul și vor continua să evolueze Helios într-un instrument de învățare mai eficient.

Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 Laser mi-ar permite să finalizez proiecte de calitate superioară și să măresc impactul pe care îl am cu ei. Construiesc lucruri interesante la scară largă și să lucrez mai eficient în general. Un laser Epliog mi-ar permite, de asemenea, să construiesc lucruri mai interesante și să scriu instrumente mai interesante, cum ar fi acesta despre un caiac pe care l-am recondiționat. Următorul meu obiectiv este să construiesc un caiac din placaj tăiat cu laser care să fie întărit cu fibră de carbon sau fibră de sticlă, precum și o placă de surf din carton care să fie înfășurată în fibră structurală.

Am intrat și în acest instructable în concursurile Tech și Teach It. Dacă ți-a plăcut această postare, te rog să votezi!

Pasul 1: Cuprins

Cuprins:

• Introducere: DIY Solar Tracker
• Cuprins
• Instrumente și lista materialelor
• Pasul 1-16 Asamblarea hardware
• Pasul 17-22 Asamblare electronică
• Achiziționarea de link-uri
• Lucrari citate
• Mulțumesc pentru sprijin!!!

Pasul 2: Instrumente și lista materialelor

Toate aceste instrumente pot fi achiziționate de la magazinele locale sau de la linkurile din secțiunea de referință. Costul total al acestor materiale este de aproximativ 80 USD, dacă toate sunt achiziționate online de la linkurile date.

BOM

• Burghiu electric
• Burghie (.1258”,.18” și.5”diametru)
• Set șurubelniță
• Straight Edge
• Taietor de cutii
• Gripuri mari pentru vice
• 2 foi de miez din spumă (20”X 30”, grosime de ~.2in)
• 9.5”Lungime cu 1/2” Diametru tijă
• Piuliță pătrată (7/16 "-14 dimensiune filet, 3/8" gros)
• Servo Vigor VS-2A (39,2g / 5kg / 0,17 sec)
• Bandă
• Role de curea de distribuție (2), 1”OD
• Șaibe
• Krazy Glue
• Curea de distributie 10"
• Șabloane (fișiere atașate)
• Foaie acrilică oglindită (6 "X 6")
• Krazy Glue Gel
• 8 șuruburi pentru mașini (4-40, 25 mm lungime)
• 8 nuci (4-40)
• Unghii lungi de 1,5"
• Set de pornire pentru Arduino Uno
• Modul de ceas în timp real
• Alimentator adaptor de perete (5VDC 1A)
• Baterie de 9V
• Rezistor de 3,3 KOhm (2)

Pasul 3:

Imprimați șabloanele în fișierul atașat.

Notă: acestea trebuie să fie tipărite la scară completă. Comparați tipăritele cu fișierele PDF, pentru a vă asigura că imprimanta dvs. nu a schimbat scala.

Pasul 4:

Fixați șabloanele pe panoul de afișare așa cum se arată în Figura 1 și, folosind liniile centrale ca ghidaje, găuriți găurile de.18 inci și.5 inci.

Notă: găuriți mai întâi găurile de.5 inch cu burghiul de.18 inch pentru o precizie sporită.

Pasul 5:

Cu un tăietor ascuțit, decupați componentele individuale.

Notă: Tăiați miezul de spumă cu mai multe treceri ale tăietorului de cutie, ceea ce va duce la o tăiere mult mai curată. Nu încercați să tăiați întreaga foaie într-o singură trecere.

Pasul 6:

Lipiți decupajele potrivite împreună așa cum se arată în Figura 2, folosind super-lipici. Ar trebui să puteți privi prin decupaje și să vedeți că toate găurile sunt aliniate, baza părților 1 și 2 trebuie să fie plană, iar un șablon din partea 3 să fie orientat în afară.

Notă: După aplicarea lipiciului pe o suprafață, uniți piesele și apăsați-le împreună timp de 30 de secunde. Apoi, lăsați lipiciul să se stabilească timp de cinci minute.

Pasul 7:

Folosind gelul superglue, lipiți părțile 1, 2 și 3 împreună așa cum se arată în Figura 3. Asigurați-vă că piesele sunt aranjate astfel încât găurile cu diametrul de.5”să fie cele mai apropiate de secțiunea bazei care este etichetată scurtă. că șablonul de pe bază este orientat în jos / în afară. Lăsați lipiciul să se stabilească timp de cinci minute. După ce lipiciul s-a fixat, introduceți 3 cuie prin bază și în fiecare dintre montanți pentru sprijin suplimentar.

Pasul 8:

Tăiați stratul superior al ambelor grinzi transversale și introduceți-le în Helios așa cum se arată în Figura 4. Aplicați gel superglue pe îmbinările dintre grinzile transversale și pereții Heliosului și pe suprafața împărțită între cele două grinzi transversale, după cum se indică în albastru. Lăsați lipiciul să se stabilească timp de cinci minute.

Pasul 9:

Așezați o bucată de bandă de-a lungul tăieturilor, așa cum se arată în Figura 5.

Pasul 10:

Suprapuneți distanțierul la bază, alinindu-l cu șablonul așa cum se arată în Figura 6 și lăsați lipiciul să se stabilească timp de cinci minute.

Pasul 11:

Centrați cel mai mare servo claxon pe baza inferioară și fixați-l cu superglue, așa cum se arată în Figura 7. Lăsați lipiciul să se stabilească timp de cinci minute.

Pasul 12:

Alizați una dintre scripetele curelei de distribuție la o gaură cu diametrul de.5”folosind burghiul de.5 inch și verificați dacă se potrivește pe arborele cu diametrul de.5”. Ar trebui să fie apăsat pe, sau să aibă un spațiu suficient de mic pentru a fi umplut cu super lipici. Dacă orificiul forat este prea mic, șlefuiți manual diametrul exterior al arborelui.

Pasul 13:

Alizați cu grijă două piulițe pătrate la găuri cu diametrul de.5”și verificați dacă se potrivesc bine pe arbore.

Notă: Strângeți piulița pe o suprafață de sacrificiu, cu o pereche de prinderi de menghină, și măriți progresiv diametrul găurii cu mai mulți biți până când rămâne o gaură cu diametrul de.5”. Nu uitați să introduceți burghiul în piuliță încet.

Pasul 14:

Atașați un servo claxon la scripetele curelei de distribuție așa cum se arată aici, având grijă să centrați axa claxonului servo cu scripetele, așa cum se arată în Figura 8.

Pasul 15:

Asamblați arborele și servo-ul, fără lipici, și aliniați cele două scripete ale curelei de distribuție așa cum se arată în Figura 9. O parte din tijă ar trebui să fie expuse din peretele opus scripetei.

Notă: Înșurubați servo în montanți, având grijă să nu forțați șuruburile prin miezul de spumă și înșurubați claxonul servo în servo. Puteți folosi superglue în loc de șuruburi, totuși nu veți putea dezasambla cu ușurință unitatea.

Pasul 16:

Odată ce scripeta arborelui este aliniată cu scripeta servomotorului, glisați setul interior de șaibe împotriva fiecărui perete și lipiți-le de arbore folosind gelul superglue. Vor împiedica alunecarea arborelui din aliniament. De asemenea, lipiți fulia pe arbore folosind super-lipici. Lăsați lipiciul să se stabilească timp de cinci minute.

Pasul 17:

Scurtați cureaua de distribuție la lungimea corectă, în jur de 7,2 inci, și folosiți gelul superglue pentru a face o buclă care conectează scripeta arborelui la scripeta servo, așa cum se vede în Figura 10. Mai întâi, înfășurați cureaua în jurul ambelor scripeți și scoateți slăbiciune. Acum, tăiați cureaua imediat după dinții de pe ambele capete, capetele curelei pentru a ajunge doar unul la altul. Acum tăiați aproximativ 5”centură din piesa pe care tocmai ați scos-o. În cele din urmă, aduceți ambele capete împreună și lipiți-le cu această lungime suplimentară a curelei, imaginea 2. Odată ce cleiul se usucă, așezați cureaua în jurul scripetelor. Ar trebui să fie o potrivire atât de strânsă încât va trebui să desfaceți scripetele de pe servo pentru a se potrivi cu centura. Dacă se potrivește, așezați-l lateral pentru mai târziu.

Pasul 18:

Lipiți șablonul oglinzii pe spatele oglinzii sau trageți linia centrală cu mâna. Apoi, folosind linia drept ghid, lipiți piulițele pătrate pe oglindă cu super gel de lipici. Asigurați-vă că oglinda este capabilă să se rotească cu 180 de grade de la orientarea în sus până la orientarea în jos fără a interfera cu nimic și apoi lipiți piulițele pătrate pe arbore cu gelul superglue.

Notă: Marginea inferioară a șaibelor pătrate trebuie aliniată cu linia punctată de pe șablon.

Pasul 19:

Instalați servo-ul final, fixați baza inferioară pe servo-ul final cu un șurub prin claxonul servo și plasați cureaua de distribuție pe scripeți pentru a completa Helios.

Notă: Odată ce ați înțeles modul în care funcționează electronica și software-ul, citind mai jos, puteți regla Helios-ul pentru a crește precizia acestuia.

Pasul 20:

Conectați servo-urile așa cum se arată, lăsând alimentarea deconectată de la mufa DC. (Figura 12)

Notă: Conectați bateria de 9 volți direct la Arduino prin mufa de pe placă și conectați Arduino la computerul dvs. prin portul USB. NU conectați bateria de 9 volți la placa de prototipare, deoarece acest lucru vă poate deteriora ceasul în timp real.

Pasul 21:

Descărcați și instalați Arduino versiunea 1.0.2 de aici.

Notă: Această descărcare include codul de control Helios și toate bibliotecile de care va trebui să îl rulați. Pentru a instala, descărcați folderul și dezarhivați-l. Programul Arduino rulează direct din directorul său, nu este necesară nicio instalare formală. Pentru instrucțiuni generale de instalare și instrucțiuni despre modul de instalare a driverelor pentru Arduino, accesați aici.

Pasul 22:

Rulați Blink Arduino Sketch pe baza indicațiilor de aici. Odată ce ați pus la punct această schiță scurtă, puteți fi sigur că ați conectat corect Arduino la computer.

Pasul 23:

Deschideți programul de control (ArduinoCode> Helios_2013) pentru a seta ora și locația Heliostatului și pentru a încărca programul pe Arduino.

1) Alegeți dacă doriți ca Helios să acționeze ca un panou solar și urmăriți soarele (setați variabila heliostat = 0) sau un heliostat (setați variabila heliostat = 1)

A. Notă: Vă sugerăm să încercați mai întâi ca panou solar pentru a vă asigura că se deplasează cum vă așteptați. Dacă una dintre axe pare să fie dezactivată, atunci este posibil să fi introdus unul dintre servos înapoi.

2) Rotiți ușor Helios în sensul acelor de ceasornic până la capăt. Apoi îndreaptă întreaga mașină spre est.

3) Introduceți coordonatele locației dvs.

A. Găsiți coordonatele unei locații prin Google căutând adresa. Apoi, faceți clic dreapta pe locație și selectați „Ce este aici?”. Coordonatele vor apărea în caseta de căutare, cu latitudine și longitudine.

b. Schimbați valorile implicite de latitudine și longitudine din program la valorile de latitudine și longitudine ale Helios.

4) Dacă alegeți să utilizați Helios ca panou solar, atunci săriți peste acest pas. Dacă alegeți să utilizați Helios ca heliostat, introduceți altitudinea și unghiul de azimut al țintei Helios. Sistemul de coordonate este definit în Figura 15.

5) Pentru a seta Ceasul în timp real, determinați ora curentă în UTC și înlocuiți variabilele corespunzătoare cu aceste valori, în timpul militar. Apoi ștergeți „//” acolo unde este indicat, încărcați schița și înlocuiți „//” (Ex. 18:30 EST este 22:30 UTC. În program ar arăta ca ora = 22, minut = 30 și al doilea = 0)

A. După setarea ceasului, deconectați servomotoarele și rulați codul în modul „panou solar” (heliostat = 0). Verificați unghiurile calculate ale trackerului solar cu ceva de genul calculatorului poziției solare de la sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). „DAzimuth” este unghiul azimutal al soarelui așa cum a prezis Helios și „dElevation” este unghiul de înălțime / altitudine al soarelui. Atât predicțiile Helios, cât și site-ul web ar trebui să fie de acord cu aproximativ cinci grade. Orice discrepanță în acest interval se datorează opririi timpului de încărcare de câteva minute și ar provoca o schimbare neobservabilă a comportamentului Helios.

b. Odată ce predicția Helios pentru locația soarelui este corectă, înlocuiți „//” pentru a comenta codul care setează ceasul. Ceasul în timp real trebuie setat o singură dată, deci nu va trebui actualizat pe măsură ce încărcați schițe noi sau modificați ținte.

6) Scoateți USB-ul și alimentarea de pe Arduino și conectați din nou servomotorele.

Pasul 24:

Dacă Helios a fost asamblat corect, atunci ar trebui să îndrepte spre ținta pe care o comandați și să păstreze reflecția soarelui staționară acolo când se aplică din nou putere Arduino. Helios va corecta reflexia soarelui la fiecare grad. Aceasta înseamnă că refecția soarelui se va schimba până când soarele s-a mișcat cu un grad, în acest moment Helios se va mișca pentru a corecta reflexia. Odată ce ați înțeles cum funcționează programul, vă recomandăm să jucați cu variabilele „offset_Elv” (Elevation) și „offset_Az” (Azimuth) pentru a compensa orice eroare de asamblare. Aceste variabile controlează orientarea sistemului de coordonate Helios.

Pasul 25: Achiziționarea linkurilor

Foamcore: https://www.amazon.com/Elmers-Acid-Free-Boards-16-Inch-902015/dp/B003NS4HQY/ref=sr_1_4?s=office-products&ie=UTF8&qid=1340998492&sr=1-4&keywords=20x30+ spuma + miez

Rod: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (numărul piesei: 8528K32)

Cutter cutie:

Servo:

Bandă: https://www.amazon.com/Henkel-00-20843-4-Inch---500-Inch-Invisible/dp/B000NHZ3IY/ref=sr_1_1?s=hi&ie=UTF8&qid=1340619520&sr=1-1&keywords= invizibil + bandă

Șabloane: tipăriți paginile de la sfârșitul acestui document. Hârtia poate fi cumpărată online la:

Piuliță pătrată: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (numărul piesei: 98694A125)

Super lipici:

Super lipici gel: https://www.amazon.com/Krazy-Glue-KG86648R-Instant-0-07-Ounce/dp/B000H5SFNW/ref=sr_1_4?ie=UTF8&qid=1340863003&sr=8-4&keywords=all+purpose+ instant + krazy + lipici

Straight Edge:

Burghiu electric:

Șuruburi: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (numărul piesei: 90272A115)

Nuci: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (numărul piesei: 90480A005)

Oglindă: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (numărul piesei: 1518T18)

Set de șurubelnițe:

2 scripeți cu curea de distribuție: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (numărul piesei: A 6M16-040DF25)

Curea de distribuție: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (numărul piesei: 7887K82)

Burghie:

Șaibe: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (numărul piesei: 95630A246)

Gripuri vice mari:

Unghii: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (numărul piesei: 97850A228)

Kit Arduino:

Modul ceas în timp real:

Sursa de alimentare:

Baterie:

Rezistențe:

Pasul 26: Lucrări citate

4 fotografii. (2112, 07 07). Navigare busolă 3D. Adus la 6 iunie 2013, de pe 4 fotografii:

Commons, C. (2010, 1 ianuarie). Modul ceas în timp real. Adus pe 28 mai 2013 de la Sparkfun:

Commons, C. (2011, 1 ianuarie). DC Barrel Jack Adapter - Breadboard Compatible. Adus pe 28 mai 2013 de la Sparkfun:

Commons, C. (2013, 16 mai). Biblioteca Ethernet. Adus pe 28 mai 2013 de la Arduino:

ElmarM. (2013, 24 martie). Papusa bantuita. Adus pe 28 mai 2013, de pe instructables: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -înființat/

Gaze, M. (n.d.). STEPsss. Adus pe 28 mai 2013, de la kennyviper:

sonlineshop. (2012, 1 ianuarie). Rezistor 2.2K Ohm. Adus pe 28 mai 2013, de pe

Pasul 27: Vă mulțumim pentru sprijin !

Dorim să mulțumim enorm lui Alexander Mitsos, consilierul nostru de susținere și tuturor oamenilor care ne-au sprijinit pe tot parcursul acestui proiect:

• Whitney Meriwether
• Benjamin Bangsberg
• Walter Bryan
• Radha Krishna Gorle
• Matthew Miller
• Katharina Wilkins
• Garratt Gallagher
• Rachel Nottelling
• Randall Heath
• Paul Shoemaker
• Bruce Bock
• Robert Davy
• Nick Bolitho
• Nick Bergeron
• Paul engleză
• Alexander Mitsos
• Matt C
• William Bryce
• Nilton Lessa
• Emerson Yearwood
• Jost Jahn
• Carl Men
• Nina
• Michael și Liz
• Walter Lickteig
• Andrew Heine
• Bogat Ramsland
• Bryan Miller
• Netia McCray
• Roberto Melendez

Locul doi în concursul de tehnologie

Locul doi în Epilog Challenge VI