DIY Solar Tracker: 27 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Panimula

Nilalayon naming ipakilala ang mga batang mag-aaral sa engineering at turuan sila tungkol sa solar energy; sa pamamagitan ng pagbuo sa kanila ng isang Helios bilang bahagi ng kanilang kurikulum. Mayroong isang pagsisikap sa engineering upang itulak ang pagbuo ng enerhiya na malayo sa paggamit ng mga fossil fuel at patungo sa mga greener na kahalili. Ang isang pagpipilian para sa berdeng enerhiya ay ang paggamit ng isang aparato na tinatawag na isang heliostat, na gumagamit ng isang salamin upang idirekta ang ilaw ng araw sa isang target sa buong araw. Ang nasabing aparato ay maaaring magamit para sa maraming mga aplikasyon, mula sa pagtuon ng enerhiya ng solar papunta sa reservoir ng init ng isang planta ng kuryente hanggang sa nag-iilaw na mga lugar na naharang mula sa araw.

Bilang karagdagan sa bilang ng mga gamit ng teknolohiyang ito, mayroon ding magkakaibang hanay ng mga istraktura na idinisenyo upang paganahin ang pagsubaybay sa solar. Ang pisikal na istraktura ng disenyo ni Helios, tulad ng iba pang mga disenyo ng heliostat, ay gumagana upang i-mount ang isang salamin sa dalawang kontroladong palakol. Susubaybayan ng mekanismo ang araw sa pamamagitan ng paggamit ng isang programa upang makalkula ang lokasyon ng bituin sa kalangitan na naisip ang araw, batay sa pandaigdigang posisyon ng mga Helios. Ang isang Arduino micro-controller ay gagamitin upang patakbuhin ang programa at makontrol ang dalawang servo motor.

considerasyon sa disenyo

Upang matiyak na ang proyektong ito ay malawak na nakakalat, ang malaking pagsisikap ay nagpunta sa pagdidisenyo ng Helios na itatayo na may mga karaniwang tool at murang materyales. Ang unang pagpipilian ng disenyo ay upang buuin ang katawan halos buong labas ng foam core, na kung saan ay matibay, abot-kayang, madaling makuha, at madaling gupitin. Gayundin, para sa pinakamataas na lakas at tigas, inalagaan ang pagdidisenyo ng katawan upang ang lahat ng mga bahagi ng bula ay nasa tensyon o pag-compress. Ginawa ito upang samantalahin ang lakas ng foam core sa pag-igting at pag-compress, at dahil ang adhesive na ginamit ay mas epektibo sa pagsuporta sa isang load sa pag-igting kaysa sa baluktot. Bilang karagdagan, ang baras na nakakabit sa salamin ay pinalakas sa pamamagitan ng isang timing belt, na nagbibigay-daan para sa isang maliit na error sa pag-align sa pagitan ng motor at ng salamin, ang mga motor na servo ay tumpak sa loob ng 1 degree, at tumatakbo ang platform sa bukas na mapagkukunan ng Arduino platform. Ang mga pagpipilian sa disenyo na ito, kasama ang ilang iba pang pagsasaalang-alang, ay ginagawang isang matibay at abot-kayang, pang-edukasyon na tool ang ipinakitang disenyo.

Ang aming open-source na pangako

Ang layunin ng Helios ay upang itaguyod ang edukasyon sa engineering. Dahil ito ang aming pangunahing pokus, ang aming trabaho ay lisensyado sa ilalim ng lisensya ng GNU FDL. Ang mga gumagamit ay may ganap na mga karapatang magparami at pagbutihin sa kung ano ang aming nagawa, hangga't magpapatuloy silang gawin ito sa ilalim ng parehong lisensya. Inaasahan namin na mapabuti ng mga gumagamit ang disenyo at patuloy na magbabago ng Helios sa isang mas mabisang tool sa pag-aaral.

Epilog Hamon VIAn Papayagan ako ng Epilog Zing 16 Laser na makumpleto ang mas mataas na kalidad na mga proyekto,, at taasan ang dami ng epekto na mayroon ako sa kanila. Bumuo ng mga kagiliw-giliw na malalaking sukat na bagay, at upang mabisang mabisa sa pangkalahatan. Papayagan din ako ng isang Epliog Laser na magtayo ng mas kawili-wiling mga bagay at magsulat ng mas cool na Mga Instructionable, tulad ng isang ito tungkol sa isang Kayak na binago ko. Ang aking susunod na layunin ay upang bumuo ng isang kayak mula sa laser cut playwud na pinalakas ng carbon fiber o glass fiber, pati na rin isang karton na surf board na nakabalot sa istruktura na hibla.

Pinasok ko rin ang itinuturo na ito sa mga paligsahan sa Tech at the Teach It. Kung nasiyahan ka sa post na ito, mangyaring bumoto!

Hakbang 1: Talaan ng Mga Nilalaman

Talaan ng nilalaman:

• Panimula: DIY Solar Tracker
• Talaan ng nilalaman
• Mga Kasangkapan at Bill ng Mga Materyales
• Hakbang 1-16 Hardware Assembly
• Hakbang 17-22 Electronics Assembly
• Mga Link sa Pagbili
• Mga Binanggit na Gawa
• Salamat sa iyong suporta!!!

Hakbang 2: Mga Tool at Bill ng Mga Materyales

Ang lahat ng mga tool na ito ay maaaring mabili sa mga lokal na tindahan o sa mga link sa seksyon ng sanggunian. Ang kabuuang halaga ng mga materyal na ito ay humigit-kumulang na $ 80, kung ang lahat ay binili online sa mga ibinigay na link.

BOM

• Power Drill
• Mga Drill Bits (.1258 ",.18", at.5 "Diameter)
• Itakda ng Screwdriver
• Tuwid na gilid
• Box Cutter
• Malaking Vice Grips
• 2 Foam Core Sheets (20 "X 30", ~.2in makapal)
• 9.5 "Mahaba ng 1/2" Diameter Rod
• Square Nut (7/16 "-14 Sukat ng Thread, 3/8" Makapal)
• Vigor VS-2A Servo (39.2g / 5kg / 0.17 sec)
• Tape
• Mga Pulley ng Timing-Belt (2), 1”OD
• Mga panghugas
• Krazy Glue
• Timing-Belt 10"
• Mga Template (Nakalakip na mga file)
• Mirrored Acrylic Sheet (6 "X 6")
• Krazy Glue Gel
• 8 Mga Machine Screw (4-40, 25mm ang haba)
• 8 Nuts (4-40)
• 1.5 "mahabang Kuko
• Starter Kit para sa Arduino Uno
• Modyul ng Oras ng Real Time
• Pag-supply ng Lakas ng Wall Adapter (5VDC 1A)
• 9V na baterya
• 3.3 KOhm Resistor (2)

Hakbang 3:

I-print ang mga template sa nakalakip na file.

Tandaan: Ang mga ito ay kailangang mai-print sa buong sukat. Ihambing ang mga printout sa mga PDF, upang matiyak na hindi binago ng iyong printer ang sukat.

Hakbang 4:

I-secure ang mga template sa poster board tulad ng ipinakita sa Larawan 1 at, gamit ang mga gitnang linya bilang mga gabay, i-drill ang.18 pulgada at.5 pulgada na mga butas.

Tandaan: I-drill ang.5 pulgada na mga butas gamit ang.18inch drill bit muna para sa nadagdagan na kawastuhan.

Hakbang 5:

Sa isang matalim na pamutol ng kahon, gupitin ang mga indibidwal na bahagi.

Tandaan: Gupitin ang core ng foam na may maraming pass ng box cutter, magreresulta ito sa isang mas malinis na hiwa. Huwag subukang gupitin ang buong sheet sa isang pass.

Hakbang 6:

Kola ang mga katugmang cutout nang magkasama tulad ng ipinakita sa Larawan 2, gamit ang sobrang pandikit. Dapat mong tingnan ang mga ginupit at makita na ang lahat ng mga butas ay nakahanay, ang base ng mga bahagi na 1 at 2 ay dapat na patag, at ang isang template sa bahagi 3 ay dapat na nakaharap.

Tandaan: Matapos ilapat ang pandikit sa isang ibabaw, sumali sa mga bahagi at pindutin ang mga ito nang 30 segundo. Pagkatapos, payagan ang pandikit na magtakda ng limang minuto.

Hakbang 7:

Gamit ang superglue gel, mga pandikit na bahagi 1, 2 at 3 na magkasama tulad ng ipinakita sa Larawan 3. Siguraduhin na ang mga bahagi ay nakaayos upang ang.5 diameter na mga butas ay pinakamalapit sa seksyon ng base na may label na maikli, siguraduhin din na na ang template sa base ay nakaharap pababa / palabas. Pahintulutan ang pandikit na magtakda ng limang minuto. Matapos maitakda ang pandikit, ipasok ang 3 mga kuko sa pamamagitan ng base at sa bawat isa sa mga upright para sa dagdag na suporta.

Hakbang 8:

Gupitin ang tuktok na layer ng parehong mga cross beam at ipasok ang mga ito sa Helios tulad ng ipinakita sa Larawan 4. Mag-apply ng superglue gel sa mga kasukasuan sa pagitan ng mga cross beam at mga dingding ng Helios, at ang ibabaw na ibinahagi sa pagitan ng dalawang mga cross beam, tulad ng ipinahiwatig sa bughaw. Pahintulutan ang pandikit na magtakda ng limang minuto.

Hakbang 9:

Maglagay ng isang piraso ng tape kasama ang mga hiwa, tulad ng ipinakita sa Larawan 5.

Hakbang 10:

Superglue ang spacer sa base, sa pamamagitan ng paglalagay nito sa template tulad ng ipinakita sa Larawan 6, at payagan ang pandikit na magtakda ng limang minuto.

Hakbang 11:

Isentro ang pinakamalaking servo sungay papunta sa ilalim na base at i-secure ito sa superglue, tulad ng ipinakita sa Larawan 7. Payagan ang pandikit na magtakda ng limang minuto.

Hakbang 12:

Bore ang isa sa mga timing belt-pulleys sa isang.5 "diameter hole gamit ang.5 inch drill bit, at suriin na umaangkop ito sa.5" diameter shaft. Dapat itong alinman sa pagpindot sa, o magkaroon ng isang puwang na sapat na maliit upang punan ng sobrang pandikit. Kung ang drilled hole ay masyadong maliit, buhangin ang panlabas na diameter ng baras sa pamamagitan ng kamay.

Hakbang 13:

Maingat na naglabas ng dalawang parisukat na nuwes sa.5 na mga butas na lapad at suriin na magkakasya ito sa shaft.

Tandaan: I-clamp ang nut sa isang sakripisyo sa ibabaw, na may isang pares ng vice grips, at unti-unting tataas ang diameter ng butas na may maraming mga piraso hanggang sa isang.5 diameter na butas ang natira. Alalahaning isubsob ang drill bit sa nut nang dahan-dahan.

Hakbang 14:

Maglakip ng isang servo sungay sa timing belt pulley tulad ng ipinakita dito, maingat na isentro ang axis ng servo sungay gamit ang pulley, tulad ng ipinakita sa Larawan 8.

Hakbang 15:

Ipunin ang baras at servo, na walang pandikit, at ihanay ang dalawang mga pulley ng sinturon ng oras tulad ng ipinakita sa Larawan 9. Ang ilan sa mga pamalo ay dapat na mailantad mula sa dingding sa tapat ng kalo.

Tandaan: I-tornilyo ang servo sa mga pataas, pag-iingat na huwag pilitin ang mga turnilyo sa core ng foam, at i-tornilyo ang servo sungay sa servo. Maaari kang gumamit ng superglue sa halip na mga turnilyo, subalit hindi mo madaling ma-disassemble ang unit.

Hakbang 16:

Kapag ang pulley ng shaft ay nakahanay sa pulley ng servo, i-slide ang panloob na hanay ng mga washer laban sa bawat dingding at idikit ito sa baras gamit ang superglue gel. Mapapanatili nila ang baras mula sa pag-slide sa labas ng pagkakahanay. Gayundin, idikit ang pulley sa baras gamit ang sobrang pandikit. Hayaang itakda ang pandikit sa loob ng limang minuto.

Hakbang 17:

Paikliin ang timing belt sa tamang haba, sa paligid ng 7.2 pulgada, at gamitin ang superglue gel upang makagawa ng isang loop na nag-uugnay sa pulley ng shaft sa pulley ng servo, tulad ng nakikita sa Larawan 10. Una, balutin ang sinturon sa parehong pulley at ilabas ang matamlay Ngayon, gupitin ang sinturon pagkatapos lamang ng ngipin sa magkabilang dulo, ang mga dulo ng sinturon upang maabot lamang ang bawat isa. Gupitin ngayon.5 ang sinturon mula sa piraso na iyong tinanggal. Sa wakas, magkasama ang magkabilang dulo at idikit ang mga ito sa sobrang haba ng sinturon, imahe 2. Kapag ang drue ay dries, ilagay ang sinturon sa paligid ng mga pulley. Dapat itong maging isang masikip na magkasya na kakailanganin mong i-unachach ang pulley mula sa servo upang magkasya ang sinturon. Kung umaangkop ito, ilagay ito sa gilid para sa paglaon.

Hakbang 18:

Idikit ang template ng salamin sa likod ng salamin, o iguhit ang gitnang linya sa pamamagitan ng kamay. Pagkatapos, gamit ang linya bilang isang gabay, kola ang mga square nut sa salamin gamit ang sobrang pandikit na gel. Siguraduhin na ang salamin ay maaaring paikutin ang 180 degree mula sa nakaharap nang diretso hanggang sa nakaharap nang diretso pababa nang hindi makagambala sa anumang bagay, at pagkatapos ay idikit ang mga square nut sa baras na may superglue gel.

Tandaan: Ang ilalim na gilid ng mga square washer ay dapat na nakahanay sa may tuldok na linya sa template.

Hakbang 19:

I-install ang pangwakas na servo, i-secure ang ilalim na base sa pangwakas na servo gamit ang isang tornilyo sa pamamagitan ng sungay ng servo, at ilagay ang belt ng tiyempo sa mga pulley upang makumpleto ang Helios.

Tandaan: Kapag naintindihan mo kung paano gumagana ang electronics at software, sa pamamagitan ng pagbabasa sa ibaba, maaari mong ayusin ang iyong Helios upang madagdagan ang katumpakan nito.

Hakbang 20:

Ikonekta ang mga servo tulad ng ipinakita, na iniiwan ang kuryente na naka-disconnect mula sa DC jack. (Larawan 12)

Tandaan: Ikonekta nang direkta ang baterya na 9 volt sa Arduino sa pamamagitan ng jack sa board at ikonekta ang Arduino sa iyong computer sa pamamagitan ng USB port. HUWAG ikonekta ang baterya na 9 volt sa prototyping board, dahil maaari itong makapinsala sa iyong real time na orasan.

Hakbang 21:

Mag-download at Mag-install ng Bersyon ng Arduino 1.0.2 mula dito.

Tandaan: Kasama sa pag-download na ito ang control code ng Helios at lahat ng mga aklatan na kakailanganin mong patakbuhin ito. Upang mai-install, i-download ang folder at i-unzip ito. Direktang tumatakbo ang programa ng Arduino sa direktoryo nito, walang kinakailangang pormal na pag-install. Para sa pangkalahatang mga direksyon at direksyon ng pag-install kung paano mag-install ng mga driver para sa iyong Arduino, magtungo rito.

Hakbang 22:

Patakbuhin ang Blink Arduino Sketch batay sa mga direksyon dito. Sa sandaling makuha mo ang maikling sketch na ito, makakasiguro kang maayos mong naugnay ang iyong Arduino sa iyong computer.

Hakbang 23:

Buksan ang control program (ArduinoCode> Helios_2013) upang maitakda ang oras at lokasyon ng Heliostat, at i-upload ang programa sa Arduino.

1) Piliin kung nais mong kumilos si Helios tulad ng isang solar panel at subaybayan ang araw (itakda ang variable heliostat = 0) o isang heliostat (itakda ang variable heliostat = 1)

a. Tandaan: Iminumungkahi naming subukan mo muna ito bilang isang solar panel upang matiyak na gumagalaw ito kung ano ang inaasahan mo. Kung ang isa sa axis ay tila naka-off, pagkatapos ay maaaring mailagay mo paatras ang isa sa mga servo.

2) Dahan-dahang i-on si Helios nang pakaliwa sa lahat ng mga paraan. Pagkatapos ay ituro ang buong makina sa silangan.

3) Ipasok ang mga coordinate ng iyong lokasyon.

a. Hanapin ang mga coordinate ng isang lokasyon sa pamamagitan ng paghahanap sa Google ng address. Susunod, i-right click ang lokasyon at piliin ang "Ano ang narito?". Lilitaw ang mga coordinate sa box para sa paghahanap, na may latitude at longitude.

b. Baguhin ang mga default na halagang latitude at longitude sa programa sa mga halagang latitude at longitude ng Helios.

4) Kung pinili mong gamitin ang Helios bilang isang solar panel, pagkatapos ay laktawan ang hakbang na ito. Kung pinili mong gamitin ang Helios bilang isang heliostat, pagkatapos ay ipasok ang taas at azimuth na anggulo ng target ni Helios. Ang sistema ng coordinate ay tinukoy sa Larawan 15.

5) Upang maitakda ang Real Time Clock, tukuyin ang kasalukuyang oras sa UTC at palitan ang mga kaukulang variable na may mga halagang ito, sa oras ng militar. Pagkatapos tanggalin ang "//" kung saan nakasaad, i-upload ang sketch, at palitan ang "//" (Ex. 6:30 pm EST ay 10:30 pm UTC. Sa programa ito ay magiging hitsura ng oras = 22, minuto = 30, at pangalawa = 0)

a. Matapos maitakda ang orasan, i-unplug ang mga servos at patakbuhin ang code sa mode na "solar panel" (heliostat = 0). I-verify ang kinakalkula na mga anggulo ng solar tracker na may isang bagay tulad ng calculator ng posisyon ng solar mula sa sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). Ang "dAzimuth" ay ang anggulo ng Azimuth ng araw na hinulaang ni Helios at ang "dElevation" ay ang taas / taas ng anggulo ng araw. Ang parehong mga hula ni Helios at ng website ay dapat na sumang-ayon sa loob ng limang degree. Ang anumang pagkakaiba sa loob ng saklaw na ito ay mula sa na-upload na oras na nai-off ng ilang minuto, at magiging sanhi ng isang hindi napapansin na pagbabago sa pag-uugali ni Helios.

b. Kapag tumpak ang hula ni Helios para sa lokasyon ng araw, pagkatapos ay palitan ang "//" upang magkomento ng code na nagtatakda sa orasan. Ang real time na orasan ay kailangang itakda lamang nang isang beses, kaya't hindi ito kailangang i-update habang nag-a-upload ka ng mga bagong sketch o binago ang mga target.

6) Alisin ang USB at lakas mula sa Arduino at ikonekta muli ang servo motor.

Hakbang 24:

Kung ang Helios ay binuo nang tama, dapat itong magturo patungo sa target na iyong utos at panatilihing nakatigil ang pagsasalamin ng araw doon kapag ang kapangyarihan ay inilapat muli sa Arduino. Itatama ni Helios ang pagsasalamin ng araw sa bawat degree. Nangangahulugan ito na ang pagtanggi ng araw ay lilipat hanggang sa lumipat ang araw ng isang degree, sa puntong ito ay lilipat si Helios upang iwasto ang salamin. Kapag naintindihan mo kung paano gumagana ang programa, baka gusto mong maglaro kasama ang mga variable na "offset_Elv" (Elevation) at "offset_Az" (Azimuth) upang mabayaran ang anumang error sa pagpupulong. Kinokontrol ng mga variable na ito ang oryentasyon ng coordinate system ng Helios.

Hakbang 25: Mga Link sa Pagbili

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

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

Box cutter:

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= hindi nakikita + tape

Mga Template: I-print ang mga pahina sa dulo ng dokumentong ito. Maaaring mabili ang papel sa online sa:

Square nut: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (Bahagi ng Bahagi: 98694A125)

Super pandikit:

Super glue 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 + pandikit

Straight Edge:

Power Drill:

Mga tornilyo: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (Bahagi ng Bahagi: 90272A115)

Mga Nuts: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (Bahagi ng Bahagi: 90480A005)

Salamin: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (Bahagi ng Bahagi: 1518T18)

Itakda ng Screwdriver:

2 Mga Timing-Belt Pulleys: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (Bahagi ng Bahagi: A 6M16-040DF25)

Timing-Belt: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (Bahagi ng Bahagi: 7887K82)

Mga Drill Bits:

Mga Washer: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (Bahagi ng Bahagi: 95630A246)

Malaking Vice Grips:

Mga Kuko: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (Bahagi ng Bahagi: 97850A228)

Arduino Kit:

Modyul ng Oras ng Real Time:

Power Supply:

Baterya:

Mga Resistor:

Hakbang 26: Sinipi ang Mga Gawa

4 na larawan. (2112, 07 07). 3d nabigasyon ng compass. Nakuha noong Hunyo 6, 2013, mula sa 4 na larawan: https://4photos.net/en/image 43-215776-3d_compass_navigation_images

Commons, C. (2010, Enero 1). Modyul ng Oras ng Oras ng Oras. Nakuha noong Mayo 28, 2013, mula sa Sparkfun:

Commons, C. (2011, Enero 1). DC Barrel Jack Adapter - Tugma sa Breadboard. Nakuha noong Mayo 28, 2013, mula sa Sparkfun:

Commons, C. (2013, May 16). Library ng Ethernet. Nakuha noong Mayo 28, 2013, mula sa Arduino:

ElmarM. (2013, Marso 24). Pinagmumultuhan na Manika. Nakuha noong Mayo 28, 2013, mula sa mga itinuturo: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -setup /

Gaze, M. (n.d.). STEPsss. Nakuha noong Mayo 28, 2013, mula sa kennyviper:

sonlineshop. (2012, Enero 1). Resistor 2.2K Ohm. Nakuha noong Mayo 28, 2013, mula sa

Hakbang 27: Salamat sa Iyong Suporta !!

Nais naming magbigay ng isang malaking salamat sa Alexander Mitsos, ang aming suportang tagapayo, at lahat ng mga tao na sumuporta sa amin sa buong proyektong ito:

• 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
• Si Michael at Liz
• Walter Lickteig
• Andrew Heine
• Mayamang Ramsland
• Bryan Miller
• Netia McCray
• Roberto Melendez

Runner Up sa Tech Contest

Runner Up sa Epilog Challenge VI