DIY Solar Tracker: 27 koraka (sa slikama)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2025-01-23 14:37

Uvod

Naš cilj je upoznati mlade studente s inženjeringom i poučiti ih o solarnoj energiji; tako što će ih sastaviti kao dio svog nastavnog plana i programa. Inženjering nastoji potisnuti proizvodnju energije od upotrebe fosilnih goriva ka zelenijim alternativama. Jedna od mogućnosti za zeleniju energiju je korištenje uređaja koji se zove heliostat, koji koristi ogledalo za usmjeravanje sunčeve svjetlosti na metu tokom 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 dizajnirane da omoguće solarno praćenje. 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 osnovu globalnog položaja Heliosa. Arduino mikrokontroler će se koristiti za pokretanje programa i upravljanje dva servo motora.

Razmatranja dizajna

Kako bi se osiguralo široko rasprostiranje ovog projekta, uloženi su značajni napori u projektiranje Heliosa koji će biti izgrađen zajedničkim alatima i jeftinim materijalima. Prvi izbor dizajna bio je izgraditi tijelo gotovo u potpunosti od pjene, koja je čvrsta, pristupačna, laka za nabavku i laka za rezanje. Također, za maksimalnu čvrstoću i krutost, vodilo se računa da se tijelo dizajnira tako da svi dijelovi pjene budu ili zategnuti ili kompresijski. To je učinjeno kako bi se iskoristila čvrstoća jezgre pjene pri zatezanju i sabijanju te zato što je ljepilo koje je korišteno učinkovitije u podnošenju opterećenja pri zatezanju nego pri savijanju. Osim toga, vratilo koje je pričvršćeno na ogledalo napaja se putem razvodnog remena, što omogućava malu grešku poravnanja između motora i ogledala, servo motori su tačni do 1 stepen, a platforma radi na otvorenom Arduinu platformu. Ovi izbori dizajna, zajedno s nekoliko drugih razmatranja, čine predstavljeni dizajn izdržljivim i pristupačnim obrazovnim alatom.

Naše obećanje otvorenog koda

Cilj Heliosa je promovirati inženjersko obrazovanje. Budući da nam je to glavni fokus, naš rad je licenciran pod GNU FDL licencom. Korisnici imaju puna prava da reproduciraju i poboljšaju ono što smo učinili, sve dok to rade 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 bi mi omogućio da dovršim projekte veće kvalitete, i povećam utjecaj koji na njih imam. Izgraditi zanimljive stvari velikih razmjera, te općenito efikasnije 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.

Takođe sam upisao ovu instrukciju na takmičenje 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
• Purchasing Links
• Citirani radovi
• Hvala na podršci!!!

Korak 2: Alati i materijal

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

BOM

• Power Drill
• Bušilice (.1258”,.18” i.5”prečnik)
• Set odvijača
• Ravna ivica
• Rezač kutija
• Veliki Vice Grips
• 2 lima 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)
• Tape
• Remenice zupčastog remena (2), 1”OD
• Podloške
• Krazy Glue
• Zupčasti kaiš 10"
• Predlošci (datoteke priložene)
• Zrcaljeni akrilni lim (6”X 6”)
• Krazy Glue Gel
• 8 mašinskih vijaka (4-40, 25 mm dugih)
• 8 oraha (4-40)
• 1,5 "dugački nokti
• Početni komplet za Arduino Uno
• Modul sata u realnom vremenu
• Napajanje zidnog adaptera (5VDC 1A)
• 9V baterija
• 3.3 KOhm otpornik (2)

Korak 3:

Odštampajte predloške u priloženoj datoteci.

Napomena: Ovo se mora odštampati u punom formatu. Uporedite ispise sa PDF -ovima kako biste bili sigurni da vaš štampač nije promenio skalu.

Korak 4:

Pričvrstite predloške na plakatnu ploču kao što je prikazano na slici 1 i, koristeći središnje linije kao vodilice, izbušite rupe promjera 18 i 5 inča.

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

Korak 5:

Oštrim nožem za rezanje izrežite pojedinačne komponente.

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

Korak 6:

Zalijepite odgovarajuće izreze zajedno kao što je prikazano na slici 2, koristeći super ljepilo. Trebali biste moći gledati kroz izreze i vidjeti da su sve rupe poravnate, baza dijelova 1 i 2 treba biti ravna, a jedan predložak na dijelu 3 treba 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 0,55 najbliže dijelu osnove koja je označena kratkom, također budite sigurni da je predložak na bazi okrenut prema dolje/prema van. Ostavite ljepilo da se stvrdne pet minuta. Nakon što se ljepilo stisnulo, umetnite 3 eksera kroz podnožje i u svaki od stupova radi dodatne podrške.

Korak 8:

Prerežite 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 zidova Heliosa, te na površinu podijeljenu između dvije poprečne grede, kako je navedeno u plava. Ostavite ljepilo da se stvrdne pet minuta.

Korak 9:

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

Korak 10:

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

Korak 11:

Centrirajte najveći servo trub na donju bazu i pričvrstite ga superljepilom, kao što je prikazano na slici 7. Ostavite ljepilo da se stvrdne pet minuta.

Korak 12:

Otvorite jedan od remenica razvodnog remena do rupe promjera 0,55 pomoću burgije promjera 0,55 cm i provjerite da li pristaje na osovinu promjera 0,55 cm. Trebalo bi ili pritisnuti ili imati dovoljno mali otvor da se popuni super ljepilom. Ako je izbušena rupa premala, ručno obrusite vanjski promjer vratila.

Korak 13:

Pažljivo izbušite dvije četvrtaste matice do rupa promjera 5,5 in provjerite da li dobro pristaju uz vratilo.

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

Korak 14:

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

Korak 15:

Sastavite vratilo 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 stubove, pazeći da ne progurate vijke kroz jezgru od pjene, i uvijte servo trubu u servo. Umjesto vijaka možete koristiti super ljepilo, međutim nećete moći lako 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 vratilo pomoću gela za super ljepilo. Oni će spriječiti klizanje vratila izvan poravnanja. Također, ljepilom remenicu na vratilo pomoću super ljepila. Ostavite ljepilo da se stisne pet minuta.

Korak 17:

Skratite razvodni remen na odgovarajuću dužinu, 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 oba remenica i izvadite opušteno. Sada, prerežite pojas odmah nakon zuba na oba kraja, tako da krajevi pojasa samo dopiru jedan do drugog. Sada izrežite oko 0,5 inča pojasa s komada koji ste upravo uklonili. Na kraju spojite oba kraja i zalijepite ih ovom dodatnom dužinom remena, slika 2. Nakon što se ljepilo osuši, postavite pojas oko remenica. Trebao bi biti tako dobro pripijen da ćete morati odvojiti remenicu sa servo pogona da biste pričvrstili remen. Ako odgovara, odložite ga 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 rotirati za 180 stupnjeva od okrenutog prema gore prema okrenutom prema dolje bez ometanja, a zatim zalijepite kvadratne matice na osovinu gelom za super ljepilo.

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

Korak 19:

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

Napomena: Kada 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:

Preuzmite i instalirajte Arduino verziju 1.0.2 odavde.

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. Arduino program 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 prema uputama ovdje. Kada ova kratka skica počne raditi, možete biti sigurni da ste svoj Arduino pravilno povezali s računarom.

Korak 23:

Otvorite upravljački program (ArduinoCode> Helios_2013) da postavite vrijeme i lokaciju Heliostata i otpremite program na Arduino.

1) Odaberite želite li da se Helios ponaša kao solarni panel 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 cijelu mašinu na istok.

3) Unesite koordinate vaše lokacije.

a. Pronađite koordinate lokacije tako što će Google pretražiti adresu. Zatim desnom tipkom miša kliknite lokaciju i odaberite "Što je ovdje?". Koordinate će se pojaviti u polju za pretraživanje s geografskom 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 sistem definiran je na slici 15.

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

a. Nakon što je sat podešen, isključite servo upravljače i pokrenite kôd u načinu rada „solarni panel“(heliostat = 0). Provjerite izračunate kutove solarnog tragača nečim poput kalkulatora solarnog položaja sa 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 stepeni. Sva odstupanja unutar ovog raspona su posljedica toga što je učitano vrijeme isteklo za nekoliko minuta i uzrokovalo bi neprimjetnu promjenu u ponašanju Heliosa.

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

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

Korak 24:

Ako je Helios pravilno sastavljen, onda bi trebao usmjeriti prema cilju kojim zapovijedate i zadržati refleksiju Sunca stacionarnom kada se energija ponovo primijeni na Arduino. Helios će ispraviti refleksiju sunca svaki stepen. To znači da će se refleksija Sunca pomicati sve dok se Sunce ne pomakne za jedan stepen, u ovom trenutku Helios će se pomaknuti da ispravi refleksiju. Kada 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 sastavljanju. Ove varijable kontroliraju orijentaciju Heliosovog koordinatnog sistema.

Korak 25: Kupovina 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+ pena+jezgro

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

Rezač kutija:

Servo:

Tape: 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: Odštampajte 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:

Super ljepilo 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+ljepilo

Straight Edge:

Power Drill:

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 kaiš: 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 realnom vremenu:

Napajanje:

Baterija:

Otpornici:

Korak 26: Citirani radovi

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

Commons, C. (2010, 1. januar). Modul sata u realnom vremenu. Preuzeto 28. maja 2013. sa Sparkfuna:

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

Commons, C. (2013., 16. maj). Ethernet biblioteka. Preuzeto 28. maja 2013. sa Arduina:

ElmarM. (2013., 24. mart). Ukleta lutka. Preuzeto 28. maja 2013. sa 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. maja 2013. sa kennyviper:

sonlineshop. (2012., 1. januar). Otpornik 2.2K Ohm. Preuzeto 28. maja 2013. sa

Korak 27: Hvala vam na podršci !

Želeli bismo da se zahvalimo Aleksandru Mitsosu, našem savetniku za podršku, i svim ljudima koji su nas podržavali tokom 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
• Alexander Mitsos
• Matt C
• William Bryce
• Nilton Lessa
• Emerson Yearwood
• Jost Jahn
• Carl Men
• Nina
• Michael i Liz
• Walter Lickteig
• Andrew Heine
• Rich Ramsland
• Bryan Miller
• Netia McCray
• Roberto Melendez

Drugoplasirani na tehničkom takmičenju

Drugoplasirani u Epilog Challengeu VI