DIY Solar Tracker: 27 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:56

Úvod

Našim cieľom je zoznámiť mladých študentov s inžinierstvom a naučiť ich o slnečnej energii; tým, že ich nechajú postaviť Helios ako súčasť učebných osnov. V strojárstve je snaha vytlačiť výrobu energie od využívania fosílnych palív a smerovať k ekologickejším alternatívam. Jednou z možností ekologickejšej energie je použiť zariadenie nazývané heliostat, ktoré pomocou zrkadla nasmeruje slnečné svetlo na cieľ počas celého dňa. Takéto zariadenie je možné použiť na mnoho aplikácií, od koncentrácie slnečnej energie do tepelného zásobníka elektrárne až po osvetlenie oblastí, ktoré sú blokované od slnka.

Okrem počtu použití tejto technológie existuje aj rozmanitá škála štruktúr, ktoré boli navrhnuté tak, aby umožňovali sledovanie slnka. Fyzická štruktúra dizajnu Heliosu, rovnako ako ostatné dizajny heliostatu, slúži na pripevnenie zrkadla na dve ovládateľné osi. Mechanizmus bude sledovať slnko pomocou programu na výpočet umiestnenia hviezdy na oblohe, ktorý si v daný deň myslel, na základe globálnej polohy Heliosu. Na spustenie programu a ovládanie dvoch servomotorov bude použitý mikrokontrolér Arduino.

Úvahy o dizajne

Aby sa zabezpečilo, že tento projekt bude široko rozptýlený, vynaložilo sa značné úsilie na navrhnutie Heliosu, ktorý sa má postaviť pomocou bežných nástrojov a lacných materiálov. Prvá voľba dizajnu bola postaviť telo takmer výhradne z penového jadra, ktoré je pevné, cenovo dostupné, ľahko sa získava a dá sa ľahko rezať. Tiež kvôli maximálnej pevnosti a tuhosti sa dbalo na to, aby bolo telo navrhnuté tak, aby všetky penové časti boli buď v ťahu alebo v tlaku. To sa urobilo s cieľom využiť pevnosť jadra peny v ťahu a stlačení a pretože použité lepidlo je účinnejšie pri podpore zaťaženia v ťahu než v ohybe. Hriadeľ pripevnený k zrkadlu je navyše napájaný rozvodovým remeňom, čo umožňuje malú chybu zarovnania medzi motorom a zrkadlom, servomotory sú presné s presnosťou 1 stupeň a platforma beží na open source Arduino plošina. Tieto možnosti dizajnu spolu s niekoľkými ďalšími úvahami robia z prezentovaného dizajnu trvanlivý a cenovo dostupný vzdelávací nástroj.

Náš sľub open-source

Cieľom Heliosu je propagácia inžinierskeho vzdelávania. Pretože je to naše hlavné zameranie, naša práca je chránená licenciou GNU FDL. Používatelia majú plné právo reprodukovať a zlepšovať to, čo sme urobili, pokiaľ to budú naďalej vykonávať pod rovnakou licenciou. Dúfame, že používatelia vylepšia dizajn a budú Helios naďalej vyvíjať na efektívnejší vzdelávací nástroj.

Epilog Challenge Via Epilog Zing 16 Laser by mi umožnil dokončiť projekty vyššej kvality a zvýšiť vplyv, ktorý s nimi mám. Budovať zaujímavé rozsiahle veci a vo všeobecnosti efektívnejšie hrať. Epliog Laser by mi tiež umožnil stavať zaujímavejšie veci a písať zaujímavejšie návody, ako napríklad tento o kajaku, ktorý som zrekonštruoval. Mojím ďalším cieľom je postaviť kajak z preglejky rezanej laserom, ktorá je vystužená uhlíkovými alebo sklenenými vláknami, ako aj z kartónovej surfovacej dosky, ktorá je obalená štrukturálnym vláknom.

Tento návod som tiež zadal do súťaží Tech a Teach It. Ak sa vám tento príspevok páčil, hlasujte!

Krok 1: Obsah

Obsah:

• Úvod: DIY Solar Tracker
• Obsah
• Nástroje a kusovník
• Krok 1-16 Zostavenie hardvéru
• Krok 17-22 Zostavenie elektroniky
• Odkazy na nákup
• Citované práce
• Ďakujem za tvoju podporu!!!

Krok 2: Nástroje a kusovník

Všetky tieto nástroje je možné zakúpiť v miestnych obchodoch alebo prostredníctvom odkazov v referenčnej sekcii. Celkové náklady na tieto materiály sú približne 80 dolárov, ak sú všetky zakúpené online na uvedených odkazoch.

BOM

• Elektrická vŕtačka
• Vrtáky (.1258 ",.18" a.5 "priemer)
• Sada skrutkovačov
• Rovný okraj
• Rezačka na krabice
• Veľké zveráky
• 2 dosky z penového jadra (20 palcov x 30 palcov, hrubé ~ 0,2 palca)
• Tyč 9,5 palca dlhá a 1/2 palca
• Štvorhranná matica (veľkosť závitu 7/16” -14, hrúbka 3/8”)
• Servo Vigor VS-2A (39,2 g/5 kg/0,17 s)
• Páska
• Remenice ozubeného remeňa (2), 1”OD
• Podložky
• Bláznivé lepidlo
• Ozubený remeň 10"
• Šablóny (priložené súbory)
• Zrkadlový akrylový list (6 palcov x 6 palcov)
• Krazy Glue Gel
• 8 strojných skrutiek (4-40, 25 mm dlhých)
• 8 orechov (4-40)
• 1,5 "dlhé nechty
• Štartovacia sada pre Arduino Uno
• Modul hodín v reálnom čase
• Napájanie na nástenný adaptér (5VDC 1A)
• 9V batéria
• Rezistor 3,3 KOhm (2)

Krok 3:

Vytlačte si šablóny v priloženom súbore.

Poznámka: Tieto musia byť vytlačené v plnom rozsahu. Porovnajte výtlačky s dokumentmi PDF, aby ste sa uistili, že vaša tlačiareň nezmenila mierku.

Krok 4:

Zaistite šablóny k tabuli s plagátmi podľa obrázku 1 a pomocou stredových čiar ako vodítok vyvŕtajte otvory s priemerom 0,18 palca a 0,5 palca.

Poznámka: Aby sa zvýšila presnosť, vyvŕtajte otvory s priemerom 0,5 palca najskôr pomocou vrtáka s priemerom 0,18 palca.

Krok 5:

Ostrým vykrajovátkom vyrežeme jednotlivé súčiastky.

Poznámka: Penové jadro odrežte viacnásobným prechodom škatuľovej frézy, výsledkom bude oveľa čistejší rez. Nesnažte sa prerezať celý list v jednom priechode.

Krok 6:

Zlepte zodpovedajúce výrezy dohromady, ako je znázornené na obrázku 2, pomocou superlepidla. Mali by ste byť schopní pozrieť sa cez výrezy a vidieť, že všetky otvory sú zarovnané, základňa častí 1 a 2 by mala byť plochá a jedna šablóna na časti 3 by mala smerovať von.

Poznámka: Po nanesení lepidla na jeden povrch spojte diely a pritlačte ich k sebe na 30 sekúnd. Potom nechajte lepidlo stuhnúť päť minút.

Krok 7:

Pomocou gélu na superlepidlo zlepte časti 1, 2 a 3 dohromady, ako je znázornené na obrázku 3. Uistite sa, že sú diely usporiadané tak, aby otvory s priemerom 0,5 palca boli najbližšie k časti základne, ktorá je označená ako krátka, a tiež že šablóna na základni smeruje nadol/von. Nechajte lepidlo stuhnúť päť minút. Po vytvrdnutí lepidla vložte 3 klince cez základňu a do každého zo stĺpikov, aby ste získali väčšiu podporu.

Krok 8:

Odrežte hornú vrstvu obidvoch priečnych nosníkov a vložte ich do Heliosu, ako je znázornené na obrázku 4. Na spoje medzi priečnymi nosníkmi a stenami Heliosu a povrchom zdieľaným medzi týmito dvoma priečnymi nosníkmi naneste superglue gel. Modrá. Nechajte lepidlo stuhnúť päť minút.

Krok 9:

Umiestnite kúsok pásky pozdĺž rezov, ako je znázornené na obrázku 5.

Krok 10:

Rozperu prilepte k základni tak, že ju zarovnáte so šablónou podľa obrázku 6 a necháte lepidlo stuhnúť päť minút.

Krok 11:

Vycentrujte najväčší servo roh na spodnú základňu a zaistite ho superglue, ako je znázornené na obrázku 7. Nechajte lepidlo stuhnúť päť minút.

Krok 12:

Vyvŕtajte jednu z remeníc rozvodového remeňa do otvoru s priemerom 0,5 palca pomocou vrtáka 0,5 palca a skontrolujte, či zapadá na hriadeľ s priemerom 0,5 palca. Malo by buď pritlačiť, alebo mať dostatočne malú medzeru na vyplnenie super lepidlom. Ak je vyvŕtaný otvor príliš malý, ručne obrúste vonkajší priemer drieku.

Krok 13:

Opatrne vyvŕtajte dve štvorhranné matice do otvorov s priemerom 0,5 palca a skontrolujte, či tesne priliehajú k hriadeľu.

Poznámka: Upnite maticu na obetný povrch pomocou pár zverákov a postupne zväčšujte priemer otvoru niekoľkými bitmi, až kým nezostane otvor s priemerom 0,5 palca. Nezabudnite vrták pomaly ponoriť do matice.

Krok 14:

Pripojte servo klaksón k remenici rozvodového remeňa, ako je tu znázornené, pričom dávajte pozor na vycentrovanie osi klaksónu serva s kladkou, ako je znázornené na obrázku 8.

Krok 15:

Zostavte hriadeľ a servo bez lepidla a zarovnajte obe remenice rozvodového remeňa podľa obrázku 9. Časť tyče by mala byť odkrytá od steny oproti kladke.

Poznámka: Poskrutkujte servo do stojok, dávajte pozor, aby ste skrutky nevytlačili cez penové jadro, a zaskrutkujte servo klaksón do serva. Namiesto skrutiek môžete použiť superlepidlo, jednotku však nebudete môcť ľahko rozobrať.

Krok 16:

Akonáhle je kladka hriadeľa zarovnaná s kladkou serva, posuňte vnútornú sadu podložiek proti každej stene a prilepte ich k hriadeľu pomocou gélu na superlepidlo. Zabránia kĺzaniu hriadeľa z vyrovnania. Kladku tiež nalepte na hriadeľ pomocou superlepidla. Nechajte lepidlo stuhnúť päť minút.

Krok 17:

Skráťte rozvodový remeň na správnu dĺžku, približne 7,2 palca, a zo superlepiaceho gélu vytvorte slučku, ktorá spája remenicu hriadeľa s kladkou serva, ako je to znázornené na obrázku 10. Najprv previňte remeň okolo oboch remeníc a vyberte flákač. Teraz prerezajte pás tesne po zuboch na oboch koncoch, konce pásu tak, aby sa k sebe dostali. Teraz odrežte asi 0,5 palca pásu z kúska, ktorý ste práve odstránili. Nakoniec spojte oba konce k sebe a prilepte ich touto extra dĺžkou pásu, obrázok 2. Keď lepidlo zaschne, položte pás okolo kladiek. Malo by to byť také priliehavé, že budete musieť odpojiť kladku od serva, aby ste na ňu nasadili pás. Ak sa zmestí, položte ho nabok na neskôr.

Krok 18:

Prilepte šablónu zrkadla na zadnú stranu zrkadla alebo nakreslite ručne stredovú čiaru. Potom pomocou linky ako vodidla prilepte hranaté matice na zrkadlo supergél lepiacim gélom. Zaistite, aby sa zrkadlo dalo otočiť o 180 stupňov od smeru nahor nahor k smeru priamo nadol bez toho, aby vám čokoľvek prekážalo, a potom prilepte štvorhranné matice na hriadeľ gélom na superlepidlo.

Poznámka: Spodný okraj štvorcových podložiek by mal byť zarovnaný s bodkovanou čiarou na šablóne.

Krok 19:

Nainštalujte konečné servo, zaistite spodnú základňu k koncovému servu pomocou skrutky cez klaksón serva a položte rozvodový remeň na kladky, aby ste dokončili Helios.

Poznámka: Keď pochopíte, ako funguje elektronika a softvér, čítaním nižšie si môžete Helios prispôsobiť tak, aby sa zvýšila jeho presnosť.

Krok 20:

Pripojte servá podľa obrázku, pričom nechajte napájanie odpojené od konektora DC. (Obrázok 12)

Poznámka: Pripojte 9 -voltovú batériu priamo k Arduinu prostredníctvom konektora na doske a Arduino pripojte k počítaču prostredníctvom portu USB. NEPRIPÁJAJTE 9voltovú batériu k doske s prototypmi, pretože by to mohlo poškodiť hodiny v reálnom čase.

Krok 21:

Odtiaľto si stiahnite a nainštalujte Arduino verzie 1.0.2.

Poznámka: Toto sťahovanie obsahuje riadiaci kód Helios a všetky knižnice, ktoré budete potrebovať na jeho spustenie. Ak chcete nainštalovať, stiahnite si priečinok a rozbaľte ho. Program Arduino sa spustí priamo z adresára, nie je potrebná žiadna formálna inštalácia. Všeobecné pokyny k inštalácii a pokyny k inštalácii ovládačov pre Arduino nájdete tu.

Krok 22:

Spustite skicu Blink Arduino podľa pokynov tu. Akonáhle sa dostanete k tejto krátkej skici, môžete si byť istí, že ste svoj Arduino správne pripojili k počítaču.

Krok 23:

Otvorte riadiaci program (ArduinoCode> Helios_2013), nastavte čas a umiestnenie Heliostatu a nahrajte program do Arduina.

1) Vyberte, či má Helios fungovať ako solárny panel a sledovať slnko (nastavte premennú heliostat = 0) alebo heliostat (nastavte premennú heliostat = 1)

a. Poznámka: Odporúčame, aby ste to najskôr vyskúšali ako solárny panel, aby ste sa uistili, že sa pohybuje tak, ako očakávate. Ak sa zdá, že jedna z osí je vypnutá, možno ste zaradili jedno zo servo smerom dozadu.

2) Jemne otáčajte Helioom v smere hodinových ručičiek až na doraz. Potom namierte celý stroj na východ.

3) Zadajte súradnice vašej polohy.

a. Nájdite súradnice miesta vyhľadaním adresy Google. Potom kliknite pravým tlačidlom myši na miesto a zvoľte „Čo je tu?“. Súradnice sa zobrazia vo vyhľadávacom poli spolu so zemepisnou šírkou a dĺžkou.

b. Zmeňte predvolené hodnoty zemepisnej šírky a dĺžky v programe na hodnoty zemepisnej šírky a dĺžky Heliosu.

4) Ak sa rozhodnete používať Helios ako solárny panel, tento krok preskočte. Ak sa rozhodnete používať Helios ako heliostat, zadajte nadmorskú výšku a uhol azimutu Heliosovho cieľa. Súradnicový systém je definovaný na obrázku 15.

5) Ak chcete nastaviť hodiny v reálnom čase, určte aktuálny čas v UTC a nahraďte zodpovedajúce premenné týmito hodnotami vo vojenskom čase. Potom odstráňte znak „//“, ak je to uvedené, nahrajte náčrt a nahraďte znak „//“(napr. 18:30 EST je 22:30 UTC. V programe by to vyzeralo takto: hodina = 22, minúta = 30 a sekunda = 0)

a. Po nastavení hodín odpojte serva a spustite kód v režime „solárny panel“(heliostat = 0). Vypočítané uhly slnečného sledovača overte pomocou niečoho, ako je kalkulačka polohy slnka podľa sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). „DAzimuth“je azimutálny uhol slnka podľa predpovedí Heliosa a „dElevation“je uhol výšky /nadmorskej výšky slnka. Predpovede Heliosu aj webu by sa mali zhodovať do približne piatich stupňov. Akékoľvek odchýlky v tomto rozsahu pochádzajú z vypnutého času nahrávania o niekoľko minút a spôsobili by nepozorovateľnú zmenu v správaní Heliosu.

b. Hneď ako bude Heliosova predpoveď polohy Slnka presná, nahraďte kód „//“komentovaním kódu, ktorý nastavuje hodiny. Hodiny v reálnom čase je potrebné nastaviť iba raz, takže sa nebudú musieť aktualizovať pri odosielaní nových skíc alebo pri zmene cieľov.

6) Odpojte USB a napájanie z Arduina a znova pripojte servomotory.

Krok 24:

Ak bol Helios zostavený správne, mal by ukazovať na cieľ, ktorému prikazujete, a nechať tam slnečný odraz stáť, keď sa na Arduino znova aplikuje energia. Helios bude opravovať odraz slnka na každom stupni. To znamená, že slnečná reflexia sa bude posúvať, kým sa slnko nepohne o jeden stupeň, v tomto mieste sa Helios pohne, aby korigoval odraz. Akonáhle pochopíte, ako program funguje, možno budete chcieť hrať s premennými „offset_Elv“(Elevation) a „offset_Az“(Azimuth), aby ste vyrovnali akúkoľvek chybu montáže. Tieto premenné riadia orientáciu súradnicového systému Heliosu.

Krok 25: Nákup odkazov

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+jadro

Tyč: https://www.mcmaster.com/#cast-acryl/=i6zw7m (Číslo dielu: 8528K32)

Krájač na škatule:

Servo:

Páska: 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= neviditeľný+páska

Šablóny: Vytlačte strany na konci tohto dokumentu. Papier je možné zakúpiť online na:

Štvorcová matica: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (číslo dielu: 98694A125)

Super lepidlo:

Super gél na lepidlo: 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+ instantné+bláznivé+lepidlo

Rovná hrana:

Elektrická vŕtačka:

Skrutky: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (Číslo dielu: 90272A115)

Orechy: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (Číslo dielu: 90480A005)

Zrkadlo: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (číslo dielu: 1518T18)

Sada skrutkovačov:

2 remenice ozubeného remeňa: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (číslo dielu: A 6M16-040DF25)

Ozubený remeň: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (číslo dielu: 7887K82)

Vŕtačky:

Podložky: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (číslo dielu: 95630A246)

Veľké zveráky:

Nechty: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (číslo dielu: 97850A228)

Sada Arduino:

Modul hodín v reálnom čase:

Napájací zdroj:

Batéria:

Rezistory:

Krok 26: Citované práce

4 fotografie. (2112, 07 07). 3D kompasová navigácia. Citované 6. júna 2013, zo 4photos:

Commons, C. (2010, 1. januára). Modul hodín v reálnom čase. Získané 28. mája 2013 zo Sparkfun:

Commons, C. (2011, 1. januára). Adaptér DC Barrel Jack - kompatibilný s Breadboard. Získané 28. mája 2013 zo Sparkfun:

Commons, C. (2013, 16. mája). Ethernetová knižnica. Získané 28. mája 2013 z Arduino:

ElmarM. (2013, 24. marca). Strašidelná bábika. Získané 28. mája 2013 z inštrukcií: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -nastaviť/

Gaze, M. (n.d.). KROKY. Získané 28. mája 2013 z kennyviper:

sonlineshop. (2012, 1. január). Rezistor 2,2K Ohm. Získané 28. mája 2013 z

Krok 27: Ďakujeme za vašu podporu !!

Chceme sa veľmi pekne poďakovať Alexandrovi Mitsosovi, nášmu podpornému poradcovi a všetkým ľuďom, ktorí nás počas celého projektu podporovali:

• Whitney Meriwether
• Benjamin Bangsberg
• Walter Bryan
• Radha Krishna Gorle
• Matthew Miller
• Katharina Wilkinsová
• Garratt Gallagher
• Rachel Nottelling
• Randall Heath
• Paul Shoemaker
• Bruce Bock
• Robert Davy
• Nick Bolitho
• Nick Bergeron
• Paul anglicky
• Alexander Mitsos
• Matt C.
• William Bryce
• Nilton Lessa
• Emerson Yearwood
• Jost Jahn
• Carl Men
• Nina
• Michael a Liz
• Walter Lickteig
• Andrew Heine
• Bohatý Ramsland
• Bryan Miller
• Netia McCrayová
• Roberto Melendez

Druhé miesto v technickej súťaži

Druhé miesto v súťaži Epilog Challenge VI