DIY Solar Tracker: 27 korakov (s slikami)

2025 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2025-01-23 15:08

Uvod

Naš cilj je mlade študente seznaniti z inženiringom in jih poučiti o sončni energiji; tako, da bodo v okviru svojega učnega načrta zgradili Helios. Inženiring si prizadeva za odmik proizvodnje energije od uporabe fosilnih goriv in k bolj zelenim alternativam. Ena od možnosti za bolj zeleno energijo je uporaba naprave, imenovane heliostat, ki z ogledalom usmerja sončno svetlobo na tarčo ves dan. Takšno napravo je mogoče uporabiti za številne aplikacije, od koncentriranja sončne energije v toplotni rezervoar elektrarne do osvetljevanja območij, ki so blokirana pred soncem.

Poleg števila uporab te tehnologije obstaja tudi raznolika paleta struktur, ki so bile zasnovane tako, da omogočajo sledenje soncu. Fizična struktura Heliosove zasnove, tako kot pri drugih modelih heliostatov, deluje tako, da zrcalo namesti na dve kontrolirani osi. Mehanizem bo sledil soncu s programom za izračun lokacije zvezde na nebu na dan, ki temelji na globalnem položaju Heliosa. Za zagon programa in krmiljenje dveh servo motorjev bo uporabljen mikrokrmilnik Arduino.

Oblikovanja

Da bi zagotovili široko razpršitev tega projekta, so bili znatni napori vloženi v načrtovanje Heliosa, zgrajenega s skupnimi orodji in poceni materiali. Prva izbira oblikovanja je bila izdelava ohišja skoraj v celoti iz penastega jedra, ki je trdno, cenovno ugodno, enostavno ga je nabaviti in ga je enostavno rezati. Za največjo trdnost in togost je bilo poskrbljeno tudi za oblikovanje telesa tako, da so vsi deli pene napeti ali stisnjeni. To je bilo storjeno za izkoriščanje trdnosti jedra pene pri napetosti in stiskanju ter ker je bilo lepilo, ki je bilo uporabljeno, učinkovitejše pri prenašanju obremenitve kot pri upogibanju. Poleg tega je gred, pritrjena na ogledalo, napajana z jermenom, ki omogoča majhno napako pri poravnavi med motorjem in ogledalom, servo motorji so natančni do 1 stopinje, platforma pa deluje na odprtokodnem Arduinu platformo. Te izbire oblikovanja skupaj z nekaj drugimi premisleki naredijo predstavljeno zasnovo trajno in cenovno ugodno izobraževalno orodje.

Naša odprtokodna obljuba

Cilj Heliosa je spodbujati inženirsko izobraževanje. Ker je to naš glavni poudarek, je naše delo licencirano pod licenco GNU FDL. Uporabniki imajo polne pravice, da reproducirajo in izboljšajo tisto, kar smo storili, dokler to počnejo pod isto licenco. Upamo, da bodo uporabniki izboljšali zasnovo in Helios še naprej razvijali v učinkovitejše učno orodje.

Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 Laser bi mi omogočil dokončanje kakovostnejših projektov in povečanje vpliva, ki ga imam z njimi. Graditi zanimive stvari velikega obsega in na splošno učinkoviteje delati. Epliog laser bi mi omogočil tudi ustvarjanje bolj zanimivih stvari in pisanje bolj kul Instructables, kot je ta o kajaku, ki sem ga prenovil. Moj naslednji cilj je izdelati kajak iz lasersko rezane vezane plošče, ojačane z ogljikovimi vlakni ali steklenimi vlakni, pa tudi iz kartonske deske, ki je ovita v strukturna vlakna.

To navodilo sem prijavil tudi na tekmovanjih Tech and the Teach It. Če vam je bila objava všeč, glasujte!

1. korak: Kazalo

Kazalo:

• Uvod: DIY Solar Tracker
• Kazalo
• Orodja in gradivo
• Korak 1-16 Sestavljanje strojne opreme
• Korak 17-22 Montaža elektronike
• Nakup povezav
• Navedena dela
• Hvala za tvojo podporo!!!

2. korak: Orodja in gradivo

Vsa ta orodja lahko kupite v lokalnih trgovinah ali na povezavah v referenčnem razdelku. Skupni stroški teh materialov so približno 80 USD, če so vsi kupljeni na spletu na danih povezavah.

BOM

• Električni vrtalnik
• Vrtalniki (.1258”,.18” in.5”premer)
• Komplet izvijačev
• Raven rob
• Rezalnik škatel
• Veliki vice ročaji
• 2 penaste folije (20 "X 30", debeline ~ 0,22 cm)
• 9,5”dolga in 1/2” prečna palica
• Kvadratna matica (7/16 "-14 velikost navoja, 3/8" debela)
• Servo Vigor VS-2A (39,2 g/5 kg/0,17 sekunde)
• Trak
• Zobati jermen (2), 1”OD
• Podložke
• Noro lepilo
• Zobati jermen 10"
• Predloge (priložene datoteke)
• Zrcaljen akrilni list (6 "X 6")
• Krazy Glue Gel
• 8 strojnih vijakov (4-40, 25 mm dolgih)
• 8 orehov (4-40)
• 1,5 "dolgi nohti
• Začetni komplet za Arduino Uno
• Modul ure v realnem času
• Napajalnik za stenski adapter (5VDC 1A)
• 9V baterija
• 3.3 KOhm upor (2)

3. korak:

Natisnite predloge v priloženi datoteki.

Opomba: Te je treba natisniti v polnem obsegu. Primerjajte izpise z datotekami PDF, da se prepričate, da vaš tiskalnik ni spremenil obsega.

4. korak:

Predloge pritrdite na plakatno ploščo, kot je prikazano na sliki 1, in z uporabo sredinskih črt kot vodila izvrtajte luknje dolžine 18 cm in 0,5 palca.

Opomba: Za večjo natančnost najprej izvrtajte 0,5 -palčne luknje s 18 -palčnim svedrom.

5. korak:

Z ostrim rezalnikom izrežite posamezne sestavne dele.

Opomba: Penasto jedro prerežite z več prehodi rezalnika, kar bo povzročilo veliko čistejši rez. Ne poskušajte prerezati celotnega lista v enem prehodu.

6. korak:

Ustrezne izreze zlepite skupaj, kot je prikazano na sliki 2, s pomočjo super lepila. Morali bi pogledati skozi izreze in videti, da so vse luknje poravnane, podlaga delov 1 in 2 ravna, ena predloga na delu 3 pa obrnjena navzven.

Opomba: Ko nanesete lepilo na eno površino, spojite dele in jih pritisnite 30 sekund skupaj. Nato pustite, da se lepilo strdi pet minut.

7. korak:

S pomočjo gela za superlepilo lepite dele 1, 2 in 3 skupaj, kot je prikazano na sliki 3. Prepričajte se, da so deli razporejeni tako, da so luknje premera 0,5 cm najbližje odseku podlage, ki je označen kot kratek, prav tako se prepričajte da je predloga na dnu obrnjena navzdol/navzven. Pustite, da se lepilo strdi pet minut. Ko se lepilo strdi, vstavite 3 žeblje skozi podlago in v vsako od stojal za dodatno oporo.

8. korak:

Prerežite zgornjo plast obeh prečnih nosilcev in ju vstavite v Helios, kot je prikazano na sliki 4. Nanesite superlepilni gel na spoje med prečnimi nosilci in stenami Heliosa ter površino, ki je deljena med obema prečnima nosilcema, kot je prikazano v modra. Pustite, da se lepilo strdi pet minut.

9. korak:

Na reze položite kos traku, kot je prikazano na sliki 5.

10. korak:

Distančnik superlepite na podlago tako, da ga poravnate s šablono, kot je prikazano na sliki 6, in pustite, da se lepilo strdi pet minut.

11. korak:

Največji servo rog centrirajte na spodnjo podlago in ga pritrdite s superlepilom, kot je prikazano na sliki 7. Pustite, da se lepilo strdi pet minut.

12. korak:

Izvrtite enega od jermenic zobatega jermena v luknjo s premerom 0,5 palca s svedrom dolžine 0,5 palca in preverite, ali se prilega gredi s premerom 0,5 palca. Moral bi pritisniti ali imeti dovolj majhno vrzel, da jo zapolni s super lepilom. Če je izvrtana luknja premajhna, ročno obrusite zunanji premer gredi.

13. korak:

Previdno izvrtajte dve kvadratni matici v luknje premera 0,5 palca in preverite, ali se tesno prilegata gredi.

Opomba: Matico pritrdite na žrtveno površino s parom primežev in postopoma povečujte premer luknje z več nastavki, dokler ne ostane luknja premera 0,5 cm. Ne pozabite počasi vstaviti svedra v matico.

14. korak:

Na jermenico jermena pritrdite servo rog, kot je prikazano tukaj, pri tem pazite, da os servo roga centrirate z jermenico, kot je prikazano na sliki 8.

15. korak:

Sestavite gred in servo, brez lepila, in poravnajte dva jermenice zobatega jermena, kot je prikazano na sliki 9. Nekatere palice morajo biti izpostavljene od stene nasproti jermenice.

Opomba: Servo privijte v stojala, pri tem pazite, da vijakov ne potisnete skozi penasto jedro, in servo rog privijte v servo. Namesto vijakov lahko uporabite superlepilo, vendar enote ne boste mogli enostavno razstaviti.

16. korak:

Ko je jermenica gredi poravnana s servo jermenico, potisnite notranji sklop podložk ob vsako steno in jih z gelom za superlepilo prilepite na gred. Preprečili bodo drsenje gredi iz poravnave. Škripec tudi pritrdite na gred s pomočjo super lepila. Pustite, da se lepilo strdi pet minut.

17. korak:

Skrajšajte zobati jermen na pravilno dolžino, okoli 7,2 palca, in z gelom za superlepilo naredite zanko, ki povezuje jermenico gredi s servo jermenom, kot je prikazano na sliki 10. Najprej zavijte jermen okoli obeh jermenic in odstranite ohlapno. Zdaj prerežite pas tik za zobmi na obeh koncih, tako da se konci pasu le segajo drug do drugega. Sedaj odrežite 0,5 cm pasu s kosa, ki ste ga pravkar odstranili. Na koncu zbližajte oba konca in ju zlepite s to dodatno dolžino pasu, slika 2. Ko se lepilo posuši, položite pas okoli jermenic. Moral bi biti tako tesno prilegan, da boste morali jermen odstraniti s servomotorja, da bo pritrjen na jermen. Če se prilega, jo postavite na stran za pozneje.

18. korak:

Zrcalno predlogo prilepite na zadnjo stran ogledala ali pa z roko narišite osrednjo črto. Nato uporabite črto kot vodilo, pritrdite kvadratne matice na ogledalo z gelom za super lepilo. Prepričajte se, da se lahko ogledalo zavrtite za 180 stopinj od naravnost navzgor do naravnost navzdol, ne da bi pri tem kaj posegalo, nato pa kvadratne matice prilepite na gred z gelom za superlepilo.

Opomba: Spodnji rob kvadratnih podložk mora biti poravnan s črtkano črto na predlogi.

19. korak:

Namestite zadnji servo, pritrdite spodnji podstavek na zadnji servo z vijakom skozi servo rog in namestite zobati jermen na jermenice, da dokončate Helios.

Opomba: Ko razumete, kako delujeta elektronika in programska oprema, lahko spodaj preberete, da svoj Helios prilagodite, da povečate njegovo natančnost.

20. korak:

Priključite servomotorje, kot je prikazano, pri čemer pustite napajanje odklopljeno iz vtičnice DC. (Slika 12)

Opomba: 9 -voltno baterijo priključite neposredno na Arduino skozi vtičnico na plošči in povežite Arduino z računalnikom prek vrat USB. 9 -voltne baterije NE priključujte na ploščo za izdelavo prototipov, saj lahko s tem poškodujete uro v realnem času.

21. korak:

Od tu prenesite in namestite Arduino različice 1.0.2.

Opomba: Ta prenos vključuje kontrolno kodo Heliosa in vse knjižnice, ki jih boste potrebovali za zagon. Če želite namestiti, prenesite mapo in jo razpakirajte. Program Arduino teče neposredno iz imenika, uradna namestitev ni potrebna. Za splošna navodila za namestitev in navodila za namestitev gonilnikov za vaš Arduino pojdite sem.

22. korak:

Zaženite Blink Arduino Sketch glede na navodila tukaj. Ko začnete uporabljati to kratko skico, ste lahko prepričani, da ste svoj Arduino pravilno povezali z računalnikom.

23. korak:

Odprite nadzorni program (ArduinoCode> Helios_2013), da nastavite čas in lokacijo Heliostata ter program naložite na Arduino.

1) Izberite, ali želite, da Helios deluje kot sončna celica in sledi soncu (nastavite spremenljivko heliostat = 0) ali heliostat (nastavite spremenljivko heliostat = 1)

a. Opomba: Predlagamo, da ga najprej preizkusite kot sončno celico in se prepričate, da se premika tako, kot pričakujete. Če se zdi, da je ena od osi izklopljena, ste morda vstavili enega od servomotorjev nazaj.

2) Helios nežno obrnite do konca v smeri urinega kazalca. Nato usmerite ves stroj proti vzhodu.

3) Vnesite koordinate vaše lokacije.

a. Poiščite koordinate lokacije tako, da Google išče naslov. Nato z desno tipko miške kliknite lokacijo in izberite »Kaj je tukaj?«. V iskalnem polju bodo prikazane koordinate z zemljepisno širino in dolžino.

b. Spremenite privzete vrednosti zemljepisne širine in dolžine v programu na vrednosti zemljepisne širine in dolžine Heliosa.

4) Če se odločite za uporabo Heliosa kot sončne celice, preskočite ta korak. Če se odločite za uporabo Heliosa kot heliostata, vnesite nadmorsko višino in azimutni kot Heliosove tarče. Koordinatni sistem je definiran na sliki 15.

5) Če želite nastaviti uro realnega časa, določite trenutni čas v UTC in ustrezne spremenljivke zamenjajte s temi vrednostmi v vojaškem času. Nato izbrišite »//«, kjer je označeno, naložite skico in zamenjajte »//« (npr. 18.30 po vzhodnem vzhodnem času je 22.30 po UTC. V programu bi to izgledalo kot ura = 22, minuta = 30 in drugi = 0)

a. Ko je ura nastavljena, odklopite servomotorje in zaženite kodo v načinu "solarna plošča" (heliostat = 0). Izračunane kote sončnega sledilnika preverite z nekaj podobnega kalkulatorjem položaja sonca s spletnega mesta sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). "DAzimuth" je azimutni kot sonca, kot ga napoveduje Helios, in "dElevation" je kot višine /nadmorske višine sonca. Napovedi Heliosa in spletnega mesta bi se morale strinjati v približno petih stopinjah. Vsako odstopanje v tem obsegu izvira iz časa, ko je naloženo nekaj minut časa, in bi povzročilo neopazno spremembo Heliosovega vedenja.

b. Ko je Heliosova napoved lokacije sonca točna, zamenjajte »//«, da komentirate kodo, ki nastavi uro. Ura v realnem času je treba nastaviti le enkrat, zato je ni treba posodabljati, ko naložite nove skice ali spremenite cilje.

6) Odstranite USB in napajanje iz Arduina ter znova priključite servo motorje.

24. korak:

Če je bil Helios pravilno sestavljen, bi moral pokazati proti cilju, ki mu ukažete, in obdržati odsev sonca tam, ko se na Arduino znova uporabi moč. Helios bo vsako stopnjo popravil odboj sonca. To pomeni, da se bo refleksija Sonca premikala, dokler se sonce ne premakne za eno stopinjo, na tej točki se bo Helios premaknil, da bi popravil odsev. Ko razumete, kako program deluje, se boste morda želeli poigrati s spremenljivkama »offset_Elv« (višina) in »offset_Az« (azimut), da kompenzirate vse napake pri sestavljanju. Te spremenljivke nadzorujejo orientacijo Heliosovega koordinatnega sistema.

Korak: Nakup povezav

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+jedro

Palica: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (številka dela: 8528K32)

Rezalnik:

Servo:

Trak: 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= neviden+trak

Predloge: Natisnite strani na koncu tega dokumenta. Papir lahko kupite na spletu na:

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

Super lepilo:

Super lepilni 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+lepilo

Straight Edge:

Električni vrtalnik:

Vijaki: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (številka dela: 90272A115)

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

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

Komplet izvijačev:

2 jermenice jermenskega jermena: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (številka dela: A 6M16-040DF25)

Zobati jermen: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (številka dela: 7887K82)

Vrtalniki:

Podložke: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (številka dela: 95630A246)

Veliki primeži:

Žeblji: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (številka dela: 97850A228)

Komplet Arduino:

Modul ure v realnem času:

Napajanje:

Baterija:

Upori:

Korak 26: Citirano delo

4 fotografije. (2112, 07 07). 3D navigacija s kompasom. Pridobljeno 6. junija 2013, s 4 fotografij:

Commons, C. (2010, 1. januar). Modul ure v realnem času. Pridobljeno 28. maja 2013 iz Sparkfun:

Commons, C. (2011, 1. januar). Adapter DC Barrel Jack - združljiv s ploščami. Pridobljeno 28. maja 2013 iz Sparkfun:

Commons, C. (2013, 16. maj). Knjižnica Ethernet. Pridobljeno 28. maja 2013 iz Arduina:

ElmarM. (2013, 24. marec). Hunt Doll. Pridobljeno 28. maja 2013 iz navodil: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -nastaviti/

Gaze, M. (n.d.). KORAKI. Pridobljeno 28. maja 2013 iz kennyviper:

sonlineshop. (1. januar 2012). Upor 2.2K Ohm. Pridobljeno 28. maja 2013 s spletnega mesta

Korak 27: Hvala za vašo podporo !!

Radi bi se zahvalili Aleksandru Mitsosu, našemu podpornemu svetovalcu, in vsem ljudem, ki so nas podpirali pri tem projektu:

• Whitney Meriwether
• Benjamin Bangsberg
• Walter Bryan
• Radha Krishna Gorle
• Matthew Miller
• Katharina Wilkins
• Garratt Gallagher
• Rachel Nottelling
• Randall Heath
• Paul Čevljar
• Bruce Bock
• Robert Davy
• Nick Bolitho
• Nick Bergeron
• Paul English
• Aleksander Mitsos
• Matt C.
• William Bryce
• Nilton Lessa
• Emerson Yearwood
• Jost Jahn
• Moški Carl
• Nina
• Michael in Liz
• Walter Lickteig
• Andrew Heine
• Rich Ramsland
• Bryan Miller
• Netia McCray
• Roberto Melendez

Drugo mesto na tehničnem tekmovanju

Drugo mesto na Epilog Challenge VI