DIY Solar Tracker: 27 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Uvod

Naš cilj je upoznati mlade studente s inženjeringom i poučiti ih o solarnoj energiji; tako što će ih sastaviti kao dio svog kurikuluma. Inženjering nastoji potisnuti proizvodnju energije od uporabe fosilnih goriva prema zelenijim alternativama. Jedna od mogućnosti za zeleniju energiju je korištenje uređaja zvanog heliostat, koji koristi ogledalo za usmjeravanje sunčeve svjetlosti na metu tijekom dana. Takav uređaj može se koristiti za mnoge primjene, od koncentriranja sunčeve energije u spremnik topline elektrane do osvjetljavanja područja koja su blokirana od sunca.

Osim broja upotreba ove tehnologije, postoji i raznolik raspon struktura koje su osmišljene tako da omogućuju praćenje Sunca. Fizička struktura Heliosovog dizajna, kao i kod drugih dizajna heliostata, funkcionira tako da montira ogledalo na dvije upravljačke osi. Mehanizam će pratiti Sunce pomoću programa za izračunavanje lokacije zvijezde na nebu koje se mislilo na dan, na temelju globalnog položaja Heliosa. Za pokretanje programa i upravljanje s dva servo motora koristit će se Arduino mikrokontroler.

Razmatranja dizajna

Kako bi se osiguralo široko rasprostiranje ovog projekta, uloženi su znatni napori u projektiranje Heliosa koji će se graditi zajedničkim alatima i jeftinim materijalima. Prvi izbor dizajna bio je izgraditi tijelo gotovo u potpunosti od jezgre od pjene, koja je čvrsta, pristupačna, laka za stjecanje i laka za rezanje. Također, radi maksimalne čvrstoće i krutosti, pazilo se na oblikovanje tijela tako da svi dijelovi pjene budu ili u zatezanju ili stlačenju. To je učinjeno kako bi se iskoristila čvrstoća jezgre pjene pri zatezanju i stiskanju te zato što je ljepilo koje je korišteno učinkovitije u podnošenju opterećenja pri zatezanju nego pri savijanju. Dodatno, vratilo pričvršćeno na ogledalo napaja se zupčastim remenom, što dopušta malu pogrešku poravnanja između motora i ogledala, servo motori su točni do 1 stupanj, a platforma radi na otvorenom Arduinu platforma. Ovi odabiri dizajna, uz nekoliko drugih razmatranja, čine prezentirani dizajn izdržljivim i pristupačnim obrazovnim alatom.

Naše otvoreno obećanje

Cilj Heliosa je promicanje inženjerskog obrazovanja. Budući da nam je to glavni fokus, naš je rad licenciran pod GNU FDL licencom. Korisnici imaju puna prava reproducirati i poboljšati ono što smo učinili, sve dok to čine pod istom licencom. Nadamo se da će korisnici poboljšati dizajn i nastaviti razvijati Helios u učinkovitiji alat za učenje.

Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 Laser omogućio bi mi dovršenje kvalitetnijih projekata i povećanje utjecaja koji na njih imam. Izgraditi zanimljive stvari velikih razmjera i općenito učinkovitije petljati. Epliog laser bi mi također omogućio da napravim zanimljivije stvari i napišem zanimljivije instrukcije, poput ove o kajaku koji sam obnovio. Moj sljedeći cilj je izgraditi kajak od laserski rezane šperploče ojačane karbonskim vlaknima ili staklenim vlaknima, kao i kartonsku dasku za surfanje omotanu strukturnim vlaknima.

Također sam upisao ovaj instruktor na natječajima Tech and the Teach It. Ako vam se svidio ovaj post, glasajte!

Korak 1: Sadržaj

Sadržaj:

• Uvod: DIY Solar Tracker
• Sadržaj
• Alati i materijal
• Korak 1-16 Sklapanje hardvera
• Korak 17-22 Sklapanje elektronike
• Kupnja veza
• Navedena djela
• Hvala na podršci!!!

Korak 2: Alati i materijal

Svi se ovi alati mogu kupiti u lokalnim trgovinama ili na vezama u odjeljku s uputama. Ukupni trošak ovih materijala iznosi približno 80 USD, ako su svi kupljeni na mreži na datim vezama.

BOM

• Bušilica
• Burgije (.1258”,.18” i.5”promjer)
• Set odvijača
• Ravan kraj
• Rezač kutija
• Veliki Vice Grips
• 2 lista jezgre od pjene (20”X 30”, debljine ~ 0,22 inča)
• Šipka promjera 9,5”duga i 1/2”
• Četvrtasta matica (7/16”-14 veličina navoja, 3/8” debela)
• Vigor VS-2A Servo (39,2 g/5 kg/0,17 sek)
• Traka
• Remenice zupčastog remena (2), 1”OD
• Podloške
• Ludo ljepilo
• Zupčasti remen 10"
• Predlošci (datoteke priložene)
• Zrcalni akrilni lim (6”X 6”)
• Krazy Glue Gel
• 8 strojnih vijaka (4-40, 25 mm duljine)
• 8 matica (4-40)
• 1,5 "dugi nokti
• Početni komplet za Arduino Uno
• Modul sata u stvarnom vremenu
• Napajanje zidnog adaptera (5VDC 1A)
• 9V baterija
• 3.3 KOhm otpornik (2)

3. korak:

Ispišite predloške u priloženoj datoteci.

Napomena: Oni se moraju tiskati u punom opsegu. Usporedite ispise s PDF -ovima kako biste bili sigurni da vaš pisač nije promijenio ljestvicu.

Korak 4:

Pričvrstite predloške na ploču za plakate kao što je prikazano na slici 1 i, koristeći središnje crte kao vodilice, izbušite rupe od 18 i 5 inča.

Napomena: Prvo izbušite rupe od 0,5 inča svrdlom od 18 inča radi veće točnosti.

5. korak:

Rezačem oštrih kutija izrežite pojedinačne komponente.

Napomena: Izrežite jezgru pjene s više prolaza kutijskog rezača, to će rezultirati mnogo čistijim rezom. Ne pokušavajte prerezati cijeli list u jednom prolazu.

Korak 6:

Zalijepite odgovarajuće izreze kao što je prikazano na slici 2, koristeći super ljepilo. Trebali biste moći gledati kroz izreze i vidjeti da su sve rupe poravnate, da je baza dijelova 1 i 2 ravna, a jedan predložak na dijelu 3 trebao bi biti okrenut prema van.

Napomena: Nakon nanošenja ljepila na jednu površinu, spojite dijelove i pritisnite ih 30 sekundi. Zatim ostavite ljepilo da se stvrdne pet minuta.

Korak 7:

Korištenjem gela za super ljepilo, zalijepite dijelove 1, 2 i 3 zajedno kao što je prikazano na slici 3. Uvjerite se da su dijelovi raspoređeni tako da su rupe promjera 0,5 najbliže presjeku baze koji je označen kratkim, također budite sigurni da je predložak na bazi okrenut prema dolje/prema van. Pustite da se ljepilo stisne pet minuta. Nakon što se ljepilo stisnulo, umetnite 3 čavla kroz bazu i u svaki od stupova radi dodatne podrške.

Korak 8:

Izrežite gornji sloj obje poprečne grede i umetnite ih u Helios kao što je prikazano na slici 4. Nanesite gel superljepila na spojeve između poprečnih greda i stijenki Heliosa te na površinu podijeljenu između dvije poprečne grede, kako je navedeno u plava. Pustite da se ljepilo stisne pet minuta.

Korak 9:

Stavite komad trake duž rezova, kao što je prikazano na slici 5.

10. korak:

Stavite odstojnik na podlogu tako što ćete ga poravnati šablonom kao što je prikazano na slici 6 i ostavite ljepilo da se stvrdne pet minuta.

11. korak:

Najveći servo trub centrirajte na donju podlogu i pričvrstite ga superljepilom, kao što je prikazano na slici 7. Pustite ljepilo da se stvrdne pet minuta.

Korak 12:

Izbušite jedan od remenica razvodnog remena do rupe promjera 0,5 "pomoću svrdla od 0,5 inča i provjerite da li pristaje na osovinu promjera 0,5". Trebao bi pritisnuti ili imati dovoljno mali otvor da se popuni super ljepilom. Ako je izbušena rupa premala, ručno izbrusite vanjski promjer vratila.

Korak 13:

Pažljivo izbušite dvije četvrtaste matice do rupa promjera 5,5 cm i provjerite da li čvrsto pristaju na osovinu.

Napomena: Pričvrstite maticu na žrtvenu površinu, s par hvataljki i postupno povećavajte promjer rupe s više bitova sve dok ne ostane rupa promjera 0,5 . Ne zaboravite polako zabiti svrdlo u maticu.

Korak 14:

Pričvrstite servo trubu na remenicu razvodnog remena kao što je prikazano ovdje, pazeći da os osovine servo sirene centrirate s remenicom, kao što je prikazano na slici 8.

Korak 15:

Sastavite osovinu i servo pogon, bez ljepila, i poravnajte dvije remenice razvodnog remena kao što je prikazano na slici 9. Neke šipke trebaju biti izložene od zida nasuprot remenice.

Napomena: Uvrnite servo u stupove, pazeći da ne protisnete vijke kroz jezgru pjene, te uvijte servo trubu u servo. Umjesto vijaka možete koristiti super ljepilo, međutim nećete moći jednostavno rastaviti jedinicu.

Korak 16:

Nakon što se remenica vratila poravna s remenicom servo pogona, gurnite unutarnji set podložaka uz svaki zid i zalijepite ih na osovinu pomoću gela za super ljepilo. Oni će spriječiti klizanje osovine izvan poravnanja. Također, ljepilom remenicu na osovinu pomoću super ljepila. Ostavite ljepilo da se stisne pet minuta.

Korak 17:

Skratite razvodni remen na odgovarajuću duljinu, oko 7,2 inča, te pomoću gela za super ljepilo napravite petlju koja povezuje remenicu vratila sa remenicom servo pogona, kao što je prikazano na slici 10. Prvo omotajte remen oko obje remenice i izvadite zatišje. Sada, prerežite pojas odmah nakon zuba na oba kraja, tako da krajevi pojasa samo dopiru jedan do drugog. Sada izrežite oko 0,5 inča remena s komada koji ste upravo uklonili. Na kraju spojite oba kraja i zalijepite ih ovom dodatnom duljinom remena, slika 2. Nakon što se ljepilo osuši, postavite pojas oko remenica. Trebao bi biti tako dobro pripijen da ćete morati odvojiti remenicu od servo pogona da biste stavili pojas. Ako stane, odložite je sa strane za kasnije.

Korak 18:

Zalijepite predložak ogledala na stražnju stranu ogledala ili rukom nacrtajte središnju liniju. Zatim, koristeći liniju kao vodič, zalijepite kvadratne matice na ogledalo gelom za super ljepilo. Uvjerite se da se ogledalo može zakrenuti za 180 stupnjeva od okrenutog prema gore prema prema dolje bez ometanja, a zatim zalijepite kvadratne matice na osovinu gelom za super ljepilo.

Napomena: Donji rub četvrtastih podložaka treba poravnati s isprekidanom linijom na predlošku.

Korak 19:

Ugradite završni servo, pričvrstite donju bazu na posljednji servo vijkom kroz servo trubu i postavite razvodni remen na remenice kako biste dovršili Helios.

Napomena: Nakon što shvatite kako elektronika i softver rade, čitajući dolje, možete prilagoditi svoj Helios kako biste povećali njegovu točnost.

Korak 20:

Spojite servo upravljače kao što je prikazano, ostavljajući napajanje isključeno iz DC priključnice. (Slika 12)

Napomena: Spojite 9 -voltnu bateriju izravno na Arduino kroz utičnicu na ploči i spojite Arduino na računalo putem USB priključka. NE priključujte 9 -voltnu bateriju na ploču za izradu prototipa jer to može oštetiti vaš sat u stvarnom vremenu.

Korak 21:

Ovdje preuzmite i instalirajte Arduino Verziju 1.0.2.

Napomena: Ovo preuzimanje uključuje kontrolni kod Heliosa i sve biblioteke koje su vam potrebne za njegovo pokretanje. Da biste instalirali, preuzmite mapu i raspakirajte je. Program Arduino izravno izlazi iz direktorija, nije potrebna formalna instalacija. Za opće upute za instalaciju i upute o tome kako instalirati upravljačke programe za svoj Arduino, idite ovdje.

Korak 22:

Pokrenite Blink Arduino Sketch na temelju ovdje navedenih uputa. Kad ova kratka skica počne funkcionirati, možete biti sigurni da ste svoj Arduino pravilno povezali s računalom.

Korak 23:

Otvorite upravljački program (ArduinoCode> Helios_2013) kako biste postavili vrijeme i mjesto Heliostata i prenijeli program na Arduino.

1) Odaberite želite li da se Helios ponaša kao solarna ploča i prati sunce (postavite varijablu heliostat = 0) ili heliostat (postavite varijablu heliostat = 1)

a. Napomena: Predlažemo da prvo isprobate kao solarni panel kako biste bili sigurni da se kreće onako kako očekujete. Ako se čini da je jedna od osi isključena, možda ste jedan od servo pogona stavili unatrag.

2) Lagano okrenite Helios do kraja do kraja u smjeru kazaljke na satu. Zatim usmjerite cijeli stroj prema istoku.

3) Unesite koordinate svoje lokacije.

a. Googleom pronađite koordinate lokacije pretraživanjem adrese. Zatim desnom tipkom miša kliknite lokaciju i odaberite "Što je ovdje?". Koordinate će se pojaviti u okviru za pretraživanje s zemljopisnom širinom i dužinom.

b. Promijenite zadane vrijednosti zemljopisne širine i dužine u programu na vrijednosti zemljopisne širine i dužine Heliosa.

4) Ako odlučite koristiti Helios kao solarnu ploču, preskočite ovaj korak. Ako odlučite koristiti Helios kao heliostat, tada unesite nadmorsku visinu i azimutni kut Heliosove mete. Koordinatni sustav definiran je na slici 15.

5) Za postavljanje sata u stvarnom vremenu, odredite trenutno vrijeme u UTC -u i zamijenite odgovarajuće varijable tim vrijednostima, u vojnom vremenu. Zatim izbrišite “//” gdje je naznačeno, prenesite skicu i zamijenite “//” (npr. 18:30 EST je 22:30 UTC. U programu bi to izgledalo kao sat = 22, minuta = 30 i drugi = 0)

a. Nakon što je sat podešen, isključite servosisteme i pokrenite kôd u načinu rada „solarna ploča“(heliostat = 0). Provjerite izračunate kutove solarnog tragača pomoću nečega poput kalkulatora solarnog položaja sa stranice sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). "DAzimuth" je azimutni kut sunca kako je predvidio Helios, a "dElevation" je kut nadmorske visine /nadmorske visine Sunca. Predviđanja Heliosa i web stranice trebala bi se složiti unutar pet stupnjeva. Sva odstupanja unutar ovog raspona proizlaze iz isteka vremena učitavanja za nekoliko minuta i uzrokovala bi neprimjetnu promjenu u ponašanju Heliosa.

b. Kad Heliosovo predviđanje lokacije Sunca bude točno, zamijenite "//" da biste komentirali kôd koji postavlja sat. Sat u stvarnom vremenu potrebno je postaviti samo jednom, pa se neće morati ažurirati dok učitavate nove skice ili mijenjate ciljeve.

6) Uklonite USB i napajanje iz Arduina te ponovno spojite servo motore.

Korak 24:

Ako je Helios ispravno sastavljen, tada bi trebao usmjeriti prema cilju kojim zapovijedate i zadržati refleksiju Sunca stacionarnom kad se energija ponovno primijeni na Arduino. Helios će ispraviti refleksiju sunca svaki stupanj. To znači da će se refleksija Sunca pomaknuti sve dok se Sunce ne pomakne za jedan stupanj, u ovom trenutku Helios će se pomaknuti kako bi ispravio odraz. Nakon što shvatite kako program radi, možda ćete se poželjeti poigrati s varijablama “offset_Elv” (Elevation) i “offset_Az” (Azimuth) kako biste kompenzirali bilo koju grešku u montaži. Ove varijable kontroliraju orijentaciju Heliosovog koordinatnog sustava.

Korak 25: Kupnja veza

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+ pjena+jezgra

Šipka: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (Broj dijela: 8528K32)

Rezač kutija:

Servo:

Traka: 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= nevidljiva+traka

Predlošci: Ispišite stranice na kraju ovog dokumenta. Papir se može kupiti online na:

Kvadratna matica: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (Broj dijela: 98694A125)

Super ljepilo:

Gel za super ljepilo: 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+ljepilo

Ravni rub:

Električna bušilica:

Vijci: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (Broj dijela: 90272A115)

Matice: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (Broj dijela: 90480A005)

Ogledalo: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (Broj dijela: 1518T18)

Set odvijača:

2 Remenice zupčastog remena: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (Broj dijela: A 6M16-040DF25)

Zupčasti remen: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (Broj dijela: 7887K82)

Bušilice:

Podloške: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (Broj dijela: 95630A246)

Velike hvataljke

Nokti: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (Broj dijela: 97850A228)

Arduino Kit:

Modul sata u stvarnom vremenu:

Napajanje:

Baterija:

Otpornici:

Korak 26: Citirani radovi

4 fotografije. (2112, 07 07). 3D navigacija kompasom. Preuzeto 6. lipnja 2013, sa 4 fotografije:

Commons, C. (2010., 1. siječnja). Modul sata u stvarnom vremenu. Preuzeto 28. svibnja 2013. sa Sparkfuna:

Commons, C. (2011., 1. siječnja). Adapter DC Barrel Jack - kompatibilan s pločicom. Preuzeto 28. svibnja 2013. sa Sparkfuna:

Commons, C. (2013., 16. svibnja). Ethernet knjižnica. Preuzeto 28. svibnja 2013. s Arduina:

ElmarM. (2013., 24. ožujka). Ukleta lutka. Preuzeto 28. svibnja 2013. iz instrukcija: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -postaviti/

Gaze, M. (n.d.). KORACI. Preuzeto 28. svibnja 2013. s kennyvipera:

sonlineshop. (2012., 1. siječnja). Otpornik 2.2K Ohm. Preuzeto 28. svibnja 2013. s

Korak 27: Hvala vam na podršci !

Željeli bismo se zahvaliti Aleksandru Mitsosu, našem savjetniku za podršku i svim ljudima koji su nas podržavali tijekom ovog projekta:

• 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 English
• Aleksandar Mitsos
• Matt C
• William Bryce
• Nilton Lessa
• Emerson Yearwood
• Jost Jahn
• Carl Men
• Nina
• Michael i Liz
• Walter Lickteig
• Andrew Heine
• Richland Richland
• Bryan Miller
• Netia McCray
• Roberto Melendez

Drugoplasirani na tehničkom natjecanju

Drugoplasirani na Epilog Challengeu VI