DIY Solar Tracker: 27 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Introducció

El nostre objectiu és introduir els joves estudiants a l’enginyeria i ensenyar-los sobre l’energia solar; en fer-los construir un Helios com a part del seu currículum. Hi ha un esforç en enginyeria per apartar la generació d’energia de l’ús de combustibles fòssils i cap a alternatives més ecològiques. Una opció per obtenir energia més ecològica és utilitzar un dispositiu anomenat heliòstat, que utilitza un mirall per dirigir la llum del sol cap a un objectiu durant tot el dia. Aquest dispositiu es pot utilitzar per a moltes aplicacions, des de la concentració d’energia solar al dipòsit de calor d’una central elèctrica fins a zones il·luminadores bloquejades pel sol.

A més del nombre d’usos d’aquesta tecnologia, també hi ha una àmplia gamma d’estructures dissenyades per permetre el seguiment solar. L’estructura física del disseny d’Helios, igual que amb altres dissenys d’heliostats, funciona per muntar un mirall en dos eixos controlables. El mecanisme farà un seguiment del sol mitjançant un programa per calcular la ubicació de l’estrella al cel que es pensava el dia, en funció de la posició global dels Helios. S’utilitzarà un microcontrolador Arduino per executar el programa i controlar els dos servomotors.

Consideracions sobre el disseny

Per assegurar que aquest projecte estigui àmpliament dispers, es va dedicar un esforç considerable a dissenyar els Helios per construir amb eines comunes i materials econòmics. La primera opció de disseny va ser construir el cos gairebé completament amb nucli d’escuma, que sigui rígid, assequible, fàcil d’adquirir i fàcil de tallar. A més, per obtenir la màxima resistència i rigidesa, es va tenir cura de dissenyar el cos de manera que totes les parts de l’escuma estiguessin en tensió o en compressió. Això es va fer per aprofitar la força del nucli d'escuma en tensió i compressió, i perquè l'adhesiu que es va utilitzar és més eficaç per suportar una càrrega en tensió que per doblegar. A més, l’eix que s’uneix al mirall s’alimenta mitjançant una corretja de distribució, que permet un petit error d’alineació entre el motor i el mirall, els servomotors tenen una precisió d’1 grau i la plataforma funciona amb el codi obert Arduino plataforma. Aquestes opcions de disseny, junt amb algunes altres consideracions, fan del disseny presentat una eina educativa i duradora i assequible.

La nostra promesa de codi obert

L'objectiu d'Helios és promoure l'educació en enginyeria. Com que aquest és el nostre objectiu principal, el nostre treball està llicenciat sota la llicència GNU FDL. Els usuaris tenen drets complets per reproduir i millorar el que hem fet, sempre que continuïn fent-ho amb la mateixa llicència. Esperem que els usuaris millorin el disseny i continuïn convertint Helios en una eina d’aprenentatge més eficaç.

Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 Laser em permetria completar projectes de més qualitat i augmentar la quantitat d’impacte que tinc amb ells. Construir coses interessants a gran escala i jugar amb més eficàcia en general. Un làser Epliog també em permetria construir coses més interessants i escriure instruccions més interessants, com aquest sobre un caiac que vaig reformar. El meu següent objectiu és construir un caiac a partir de fusta contraxapada tallada amb làser que estigui reforçada amb fibra de carboni o fibra de vidre, així com una taula de surf de cartró que estigui embolicada amb fibra estructural.

També he introduït aquest instructiu als concursos de Tecnologia i Ensenyar-lo. Si us ha agradat aquest missatge, si us plau voteu!

Pas 1: Taula de continguts

Taula de continguts:

• Introducció: DIY Solar Tracker
• Taula de continguts
• Eines i llista de materials
• Pas 1-16 Muntatge de maquinari
• Pas 17-22 Muntatge d'electrònica
• Enllaços de compra
• Treballs citats
• Gràcies pel teu recolzament!!!

Pas 2: eines i llista de materials

Totes aquestes eines es poden comprar a les botigues locals o als enllaços de la secció de referència. El cost total d'aquests materials és d'aproximadament 80 dòlars, si tots es compren en línia als enllaços indicats.

BOM

• Trepant elèctric
• Broques (0,1258 ",, 18" i, 5 "de diàmetre)
• Conjunt de tornavisos
• Vora recta
• Tallador de caixes
• Grips Vice grans
• 2 fulls de nucli d'escuma (20 "X 30", ~.2in de gruix)
• Vareta de 9,5 "de llarg per 1/2" de diàmetre
• Femella quadrada (mida del fil de 7/16 "-14, gruix de 3/8")
• Servo Vigor VS-2A (39,2 g / 5 kg / 0,17 seg)
• Cinta
• Politges de corretja de distribució (2), 1”OD
• Rentadores
• Krazy Glue
• Cinturó de distribució de 10"
• Plantilles (fitxers adjunts)
• Full acrílic amb mirall (6 "X 6")
• Gel de cola Krazy
• 8 cargols de màquina (4-40, 25 mm de llarg)
• 8 nous (4-40)
• Ungles de 1,5 "de llarg
• Kit d'inici per a Arduino Uno
• Mòdul de rellotge en temps real
• Alimentació de l'adaptador de paret (5VDC 1A)
• Bateria de 9V
• Resistència de 3,3 KOhm (2)

Pas 3:

Imprimiu les plantilles al fitxer adjunt.

Nota: s'han d'imprimir a escala completa. Compareu les impressions amb els fitxers PDF per assegurar-vos que la impressora no hagi canviat l’escala.

Pas 4:

Assegureu les plantilles al tauler del cartell tal com es mostra a la figura 1 i, fent servir les línies centrals com a guies, foradeu els forats de.18 polzades i.5 polzades.

Nota: Proveu primer els forats de.5 polzades amb la broca de.18inch per obtenir una precisió més gran.

Pas 5:

Amb un tallador de caixes afilades, retalleu els components individuals.

Nota: Tallar el nucli d'escuma amb diverses passades del tallador de caixa, donant lloc a un tall molt més net. No intenteu tallar tot el full d’una sola passada.

Pas 6:

Enganxeu els retalls coincidents com es mostra a la figura 2, amb la súper cola. Haureu de poder mirar a través dels retalls i veure que tots els forats estan alineats, la base de les parts 1 i 2 ha de ser plana i una plantilla de la part 3 ha de ser cap a fora.

Nota: Després d'aplicar cola a una superfície, uniu les parts i premeu-les durant 30 segons. A continuació, deixeu que la cola es quedi durant cinc minuts.

Pas 7:

Amb el gel de superglue, enganxeu les parts 1, 2 i 3 juntes tal com es mostra a la figura 3. Assegureu-vos que les parts estiguin disposades de manera que els forats de 5,5 diàmetres siguin més propers a la secció de la base etiquetada com a curta. que la plantilla de la base està mirant cap avall / cap a fora. Deixeu que la cola es quedi durant cinc minuts. Un cop fixada la cola, introduïu 3 claus per la base i en cadascun dels muntants per obtenir més suport.

Pas 8:

Talleu la capa superior dels dos feixos transversals i introduïu-los a l'Helios com es mostra a la figura 4. Apliqueu gel superglue a les juntes entre les bigues transversals i les parets de l'Helios i a la superfície compartida entre els dos feixos transversals, tal com s'indica a blau. Deixeu que la cola es quedi durant cinc minuts.

Pas 9:

Col·loqueu un tros de cinta al llarg dels talls, tal com es mostra a la figura 5.

Pas 10:

Enganxeu l’espaiador a la base alineant-lo amb la plantilla tal com es mostra a la figura 6 i deixeu que la cola es quedi durant cinc minuts.

Pas 11:

Centreu la banya de servo més gran a la base inferior i fixeu-la amb la superglue, tal com es mostra a la figura 7. Deixeu que la cola es quedi durant cinc minuts.

Pas 12:

Traieu una de les politges de la corretja de distribució fins a un forat de 0,5 polzades de diàmetre mitjançant la broca de 0,5 polzades i comproveu que s’adapti a l’eix de 0,5 polzades de diàmetre. Ha de prémer-lo o tenir un buit prou petit per omplir-lo de súper cola. Si el forat és massa petit, torneu a mà el diàmetre exterior de l’eix.

Pas 13:

Traieu amb cura dos femelles quadrades de forats de 0,5 de diàmetre i comproveu que s'adaptin bé a l'eix.

Nota: Preneu la femella a una superfície de sacrifici, amb un parell de mordasses de vici, i augmenteu progressivament el diàmetre del forat amb diversos bits fins que quedi un forat de diàmetre de 5”. Recordeu introduir la broca a la femella lentament.

Pas 14:

Connecteu una banya de servo a la politja de la corretja de distribució com es mostra aquí, tenint cura de centrar l’eix de la bomba de servo amb la de la politja, tal com es mostra a la figura 8.

Pas 15:

Munteu l’eix i el servo sense cola i alineeu les dues politges de la corretja de distribució com es mostra a la figura 9. Algunes de les varetes s’han d’exposar des de la paret oposada a la politja.

Nota: cargoleu el servo als muntants, tenint cura de no forçar els cargols a través del nucli d'escuma i torneu la banya del servo al servo. Podeu utilitzar superglue en lloc de cargols, però no podreu desmuntar fàcilment la unitat.

Pas 16:

Un cop la politja de l’eix estigui alineada amb la politja del servo, feu lliscar el conjunt interior de volanderes contra cada paret i enganxeu-les a l’eix mitjançant el gel de superglue. Evitaran que l’eix llisqui fora de l’alineació. A més, enganxeu la politja a l’eix utilitzant la súper cola. Deixeu que la cola quedi fixada durant cinc minuts.

Pas 17:

Escurceu la corretja de distribució a la longitud correcta, aproximadament 7,2 polzades, i utilitzeu el gel superglue per crear un bucle que connecti la politja de l’eix amb la politja del servo, com es veu a la figura 10. Primer, envolteu la corretja al voltant de les dues politges i traieu la fluix. Ara, talleu el cinturó just després de les dents dels dos extrems, els extrems del cinturó per arribar-hi. Ara talla uns 5,5 cm de cinturó de la peça que acabes de treure. Finalment, ajunteu els dos extrems i enganxeu-los amb aquesta longitud addicional del cinturó, imatge 2. Un cop s’assequi la cola, col·loqueu el cinturó al voltant de les politges. Ha de ser tan ajustat que haureu de desconnectar la politja del servo per encabir-la. Si encaixa, col·loqueu-lo al costat per després.

Pas 18:

Enganxeu la plantilla del mirall a la part posterior del mirall o dibuixeu la línia central a mà. Després, fent servir la línia com a guia, enganxeu les femelles quadrades al mirall amb el super gel de cola. Assegureu-vos que el mirall sigui capaç de girar 180 graus des de la cara cap amunt fins cap al cap avall sense interferir amb res i, a continuació, enganxeu les femelles quadrades a l’eix amb el gel superglue.

Nota: la vora inferior de les volanderes quadrades ha d’estar alineada amb la línia de punts de la plantilla.

Pas 19:

Instal·leu el servo final, fixeu la base inferior al servo final amb un cargol a través de la banya del servo i col·loqueu la corretja de distribució a les politges per completar l’Helios.

Nota: Un cop hàgiu entès el funcionament de l'electrònica i el programari, llegint a continuació, podeu ajustar l'Helios per augmentar-ne la precisió.

Pas 20:

Connecteu els servos tal com es mostra, deixant l’alimentació desconnectada de la presa de corrent continu. (Figura 12)

Nota: Connecteu la bateria de 9 volts directament a l’Arduino mitjançant la presa de la placa i connecteu l’Arduino a l’ordinador mitjançant el port USB. NO connecteu la bateria de 9 volts a la placa de prototipatge, ja que pot danyar el rellotge en temps real.

Pas 21:

Descarregueu i instal·leu Arduino versió 1.0.2 des d’aquí.

Nota: Aquesta descàrrega inclou el codi de control Helios i totes les biblioteques que necessitareu per executar-lo. Per instal·lar-lo, descarregueu la carpeta i descomprimiu-la. El programa Arduino s’esgota directament del directori, no cal instal·lar-se formalment. Per obtenir instruccions generals d’instal·lació i instruccions sobre com instal·lar controladors per al vostre Arduino, aneu aquí.

Pas 22:

Executeu el Blink Arduino Sketch segons les indicacions aquí. Quan hàgiu aconseguit aquest breu esbós, podeu estar segur que heu connectat correctament el vostre Arduino a l'ordinador.

Pas 23:

Obriu el programa de control (ArduinoCode> Helios_2013) per configurar l’hora i la ubicació de l’Heliostat i carregar el programa a l’Arduino.

1) Trieu si voleu que Helios actuï com un panell solar i feu un seguiment del sol (configureu la variable heliòstat = 0) o un heliòstat (configureu la variable heliòstat = 1)

a. Nota: us recomanem que proveu primer com a panell solar per assegurar-vos que es mou com espereu. Si un dels eixos sembla estar apagat, és possible que hàgiu posat un dels servos cap enrere.

2) Gireu suaument fins a Helios en sentit horari. A continuació, apunteu tota la màquina cap a l'est.

3) Introduïu les coordenades de la vostra ubicació.

a. Cerqueu les coordenades d’una ubicació fent cerques a l’adreça de Google. A continuació, feu clic amb el botó dret a la ubicació i seleccioneu "Què hi ha aquí?". Les coordenades apareixeran al quadre de cerca, amb latitud i longitud.

b. Canvieu els valors predeterminats de latitud i longitud al programa pels valors de latitud i longitud de Helios.

4) Si decidiu utilitzar Helios com a panell solar, ometeu aquest pas. Si decidiu utilitzar Helios com a heliòstat, introduïu l’altitud i l’angle d’azimut de l’objectiu de Helios. El sistema de coordenades es defineix a la figura 15.

5) Per configurar el rellotge en temps real, determineu l'hora actual en UTC i substituïu les variables corresponents per aquests valors, en temps militar. A continuació, suprimiu el "//" on s'indiqui, carregueu l'esbós i substituïu el "//" (per exemple, a les 18:30 hores EST són les 22:30 hores UTC. Al programa es veuria com hora = 22, minut = 30 i segon = 0)

a. Un cop configurat el rellotge, desconnecteu els servos i executeu el codi en mode "panell solar" (heliòstat = 0). Verifiqueu els angles calculats del rastrejador solar amb alguna cosa semblant a la calculadora de posició solar de sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). "DAzimuth" és l'angle azimutal del sol tal com va predir Helios i "dElevation" és l'angle d'elevació / altitud del sol. Tant les prediccions d’Helios com les del lloc web haurien de coincidir en uns cinc graus. Qualsevol discrepància dins d’aquest rang prové que el temps de pujada estigui apagat uns minuts i causaria un canvi imperceptible en el comportament d’Helios.

b. Quan la predicció de Helios sobre la ubicació del sol sigui exacta, substituïu el "//" per comentar el codi que defineix el rellotge. El rellotge en temps real només s’ha d’establir una vegada, de manera que no s’haurà d’actualitzar a mesura que pengeu esbossos nous o canvieu d’objectiu.

6) Traieu l'USB i l'alimentació de l'Arduino i torneu a connectar els servomotors.

Pas 24:

Si Helios s’ha muntat correctament, hauria d’apuntar cap a l’objectiu que maneu i mantenir allà la reflexió del sol quan s’apliqui una vegada més l’arduino. Helios corregirà la reflexió del sol cada grau. Això significa que la refecció del sol es desplaçarà fins que el sol s’hagi mogut un grau, en aquest moment Helios es mourà per corregir la reflexió. Un cop hàgiu entès el funcionament del programa, és possible que vulgueu jugar amb les variables "offset_Elv" (Elevació) i "offset_Az" (Azimut) per compensar qualsevol error de muntatge. Aquestes variables controlen l’orientació del sistema de coordenades d’Helios.

Pas 25: compra d'enllaços

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+ escuma + nucli

Vareta: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (Número de peça: 8528K32)

Tallador de caixes:

Servo:

Cinta: 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= invisible + cinta

Plantilles: imprimiu les pàgines al final d’aquest document. El paper es pot comprar en línia a:

Femella quadrada: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (Número de peça: 98694A125)

Super cola:

Gel de super cola: 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+ instantània + krazy + cola

Straight Edge:

Trepant elèctric:

Cargols: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (Número de peça: 90272A115)

Fruits secs: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (Número de peça: 90480A005)

Mirall: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (Número de peça: 1518T18)

Conjunt de tornavisos:

2 politges de corretja de distribució: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (Número de peça: A 6M16-040DF25)

Cinturó de distribució: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (Número de peça: 7887K82)

Drill Bits:

Rentadores: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (Número de peça: 95630A246)

Grips vice grans:

Ungles: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (Número de peça: 97850A228)

Kit Arduino:

Mòdul de rellotge en temps real:

Font d'alimentació:

Bateria:

Resistències:

Pas 26: obres citades

4 fotos. (2112, 07 07). Navegació en brúixola 3D. Recuperat el 6 de juny de 2013, de 4 fotografies:

Commons, C. (2010, 1 de gener). Mòdul de rellotge en temps real. Recuperat el 28 de maig de 2013, de Sparkfun:

Commons, C. (2011, 1 de gener). Adaptador de presa de barril de DC: compatible amb taulers de pa. Recuperat el 28 de maig de 2013, de Sparkfun:

Commons, C. (2013, 16 de maig). Biblioteca Ethernet. Recuperat el 28 de maig de 2013 a Arduino:

ElmarM. (2013, 24 de març). Nina encantada. Recuperat el 28 de maig de 2013, de instructables: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -configuració /

Gaze, M. (nd). STEPsss. Recuperat el 28 de maig de 2013, de kennyviper:

botiga sonlines. (2012, 1 de gener). Resistència 2.2K Ohm. Recuperat el 28 de maig de 2013, a

Pas 27: Gràcies pel vostre suport !

Volem donar un enorme agraïment a Alexander Mitsos, el nostre assessor solidari, i a totes les persones que ens van donar suport durant tot aquest projecte:

• 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 anglès
• 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 Meléndez

Accèssit al concurs de tecnologia

Subcampionat a l’Epilog Challenge VI