DIY Solar Tracker: 27 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

Bevezetés

Célunk, hogy megismertessük a fiatal diákokat a mérnöki tudással, és megtanítsuk őket a napenergiára; azáltal, hogy tantervük részeként Helios -t építenek. A mérnöki tevékenységben törekszenek arra, hogy az energiatermelés elmozduljon a fosszilis tüzelőanyagok használatától a zöldebb alternatívák felé. A zöldebb energia egyik lehetősége a heliosztát nevű eszköz használata, amely egy tükör segítségével irányítja a napfényt egy célpontra egész nap. Egy ilyen eszköz számos alkalmazásra használható, a napenergia koncentrálásától az erőmű hőtartályán át a naptól elzárt területek megvilágításáig.

A technológia számos felhasználása mellett sokféle szerkezet létezik, amelyeket úgy terveztek, hogy lehetővé tegyék a napelemes nyomkövetést. A Helios tervezésének fizikai szerkezete, akárcsak a többi heliostat, a tükröt két vezérelhető tengelyre szereli fel. A mechanizmus nyomon követi a napot egy program segítségével, amely kiszámítja a csillag helyét az égbolton, a Helios globális helyzete alapján. A program futtatásához és a két szervomotor vezérléséhez Arduino mikrovezérlőt használnak.

Tervezési szempontok

Annak biztosítása érdekében, hogy ez a projekt széles körben elterjedjen, jelentős erőfeszítéseket tettek a Helios megtervezésére, amelyet közös szerszámokkal és olcsó anyagokkal kell felépíteni. Az első tervezési választás az volt, hogy a karosszériát szinte teljes egészében habmagból építették, amely merev, megfizethető, könnyen beszerezhető és könnyen vágható. Ezenkívül a maximális szilárdság és merevség érdekében gondosan megtervezték a karosszériát úgy, hogy az összes habrész vagy feszültségben vagy összenyomódásban legyen. Ezt azért tették, hogy kihasználják a habmag szilárdságát a feszítésben és a nyomásban, és mivel a felhasznált ragasztó hatékonyabban támogatja a feszültséget, mint a hajlítást. Ezenkívül a tükörhöz rögzített tengelyt vezérműszíj hajtja, amely lehetővé teszi a kis igazítási hibát a motor és a tükör között, a szervomotorok 1 fokon belül pontosak, és a platform a nyílt forráskódú Arduino -n fut felület. Ezek a tervezési döntések, valamint néhány egyéb megfontolás, a bemutatott dizájnt tartós és megfizethető oktatási eszközzé teszik.

Nyílt forráskódú ígéretünk

A Helios célja a mérnöki oktatás népszerűsítése. Mivel ez a fő célunk, munkánkat a GNU FDL licenc alapján engedélyezzük. A felhasználóknak teljes joguk van arra, hogy reprodukálják és javítsák az általunk végzett tevékenységeket, amennyiben ugyanazt a licencet követik. Reméljük, hogy a felhasználók javítják a tervezést, és tovább fejlesztik a Helios -t egy hatékonyabb tanulási eszközzé.

Epilog Challenge VIAn Az Epilog Zing 16 Laser lehetővé tenné számomra, hogy magasabb színvonalú projekteket fejezzek be, és növeljem a velük való hatás mértékét. Érdekes nagyméretű dolgokat építhetek fel, és általában hatékonyabban bánhatok. Egy Epliog lézer lehetővé tenné számomra, hogy érdekesebb dolgokat építsek, és több klassz Instructable -t írjak, például ezt a felújított kajakról. A következő célom egy kajak építése lézervágott rétegelt lemezből, amelyet szénszállal vagy üvegszállal erősítenek meg, valamint egy szerkezeti szálba csomagolt karton szörfdeszkát.

A Tech és a Teach It versenyeken is beírtam ezt az oktathatót. Ha tetszett ez a bejegyzés, kérlek szavazz!

1. lépés: Tartalomjegyzék

Tartalomjegyzék:

• Bevezetés: DIY Solar Tracker
• Tartalomjegyzék
• Eszközök és anyagjegyzék
• 1-16. Lépés A hardver összeszerelése
• 17-22. Lépés Elektronikai összeszerelés
• Vásárlási linkek
• Hivatkozott munkák
• Köszönet a támogatásodért!!!

2. lépés: Eszközök és anyagjegyzék

Mindezek az eszközök megvásárolhatók a helyi üzletekben vagy a referencia szakasz linkjein. Ezeknek az anyagoknak a teljes költsége körülbelül 80 USD, ha mindegyiket online vásárolják meg a megadott linkeken.

BOM

• Villanyfúró
• Fúrószárak (.1258”,.18” és.5”átmérő)
• Csavarhúzó készlet
• Egyenes él
• Doboz vágó
• Nagyméretű fogantyúk
• 2 habmaglap (20”X 30”, ~ 0,2 hüvelyk)
• 9,5”hosszú és 1/2” átmérőjű rúd
• Négyzetes anya (7/16”-14 menetméret, 3/8” vastag)
• Vigor VS-2A szervo (39,2 g/5 kg/0,17 mp)
• Szalag
• Fogasszíj szíjtárcsák (2), 1”OD
• Alátétek
• Krazy ragasztó
• Fogasszíj 10"
• Sablonok (csatolt fájlok)
• Tükrözött akril lap (6”X 6”)
• Krazy ragasztó gél
• 8 gépcsavar (4-40, 25 mm hosszú)
• 8 dió (4-40)
• 1,5 "hosszú körmök
• Kezdőkészlet az Arduino Uno számára
• Valós idejű óra modul
• Fali adapter tápegység (5VDC 1A)
• 9V -os akkumulátor
• 3.3 KOhm ellenállás (2)

3. lépés:

Nyomtassa ki a sablonokat a csatolt fájlban.

Megjegyzés: Ezeket teljes méretarányban kell kinyomtatni. Hasonlítsa össze a nyomatokat a PDF -fájlokkal, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a nyomtató nem változtatta meg a méretarányt.

4. lépés:

Rögzítse a sablonokat a plakát táblához az 1. ábra szerint, és a középső vonalakat használva fúrja ki a 0,18 hüvelykes és.5 hüvelykes lyukakat.

Megjegyzés: A nagyobb pontosság érdekében először fúrja ki a.5 hüvelykes lyukakat.18 hüvelykes fúrószárral.

5. lépés:

Egy éles dobozvágóval vágja ki az egyes alkatrészeket.

Megjegyzés: Vágja le a habmagot a dobozvágó többszörös menetével, ez sokkal tisztább vágást eredményez. Ne próbálja meg egy menetben átvágni az egész lapot.

6. lépés:

Ragassza össze a megfelelő kivágásokat a 2. ábra szerint, a szuperragasztó segítségével. Képesnek kell lennie arra, hogy átnézzen a kivágásokon, és láthassa, hogy az összes lyuk egy vonalban van, az 1. és 2. rész alapja sík, és a 3. rész egyik sablonjának kifelé kell néznie.

Megjegyzés: Miután ragasztót ragasztott az egyik felületre, csatlakoztassa az alkatrészeket és nyomja össze őket 30 másodpercig. Ezután hagyja a ragasztót öt percig kötni.

7. lépés:

A szuperragasztó gél segítségével ragassza össze az 1., 2. és 3. alkatrészt a 3. ábra szerint. Győződjön meg arról, hogy az alkatrészek úgy vannak elrendezve, hogy az.5”átmérőjű lyukak a legközelebb legyenek az alap rövidre jelölt részéhez. hogy az alapon található sablon lefelé/kifelé nézzen. Hagyja a ragasztót öt percig kötni. Miután a ragasztó megszilárdult, illesszen be 3 szöget az alapba, és mindegyik oszlopba a további támogatás érdekében.

8. lépés:

Vágja át mindkét keresztgerenda felső rétegét, és illessze be őket a Heliosba, a 4. ábra szerint. Vigyen fel szuperragasztó gélt a keresztgerendák és a Helios falai közötti illesztésekre, valamint a két keresztgerenda közötti felületre, amint azt a kék. Hagyja a ragasztót öt percig kötni.

9. lépés:

Helyezzen egy darab szalagot a vágások mentén, az 5. ábra szerint.

10. lépés:

Ragassza fel a távtartót az alapra úgy, hogy a 6. ábrán látható módon a sablonhoz illeszti, és hagyja, hogy a ragasztó öt percig megszilárduljon.

11. lépés:

Középre állítsa a legnagyobb szervo kürtöt az alsó alapra, és rögzítse a szuperragasztóval, a 7. ábra szerint. Hagyja a ragasztót öt percig kötni.

12. lépés:

Fúrja ki az egyik vezérműszíj-szíjtárcsát egy 0,5 hüvelyk átmérőjű lyukba a 0,5 hüvelykes fúrószárral, és ellenőrizze, hogy illeszkedik-e a 0,5 hüvelyk átmérőjű tengelyhez. Vagy nyomnia kell, vagy olyan kis résnek kell lennie, hogy kitöltse szuper ragasztóval. Ha a fúrt lyuk túl kicsi, kézzel csiszolja le a tengely külső átmérőjét.

13. lépés:

Óvatosan fúrjon ki két négyzet alakú anyát.5”átmérőjű lyukakba, és ellenőrizze, hogy szorosan illeszkednek -e a tengelyre.

Megjegyzés: Rögzítse az anyát egy áldozati felülethez egy pár satubafogóval, és fokozatosan növelje a furat átmérőjét több bittel, amíg egy.5”átmérőjű lyuk marad. Ne felejtse el lassan belefúrni a fúrót az anyába.

14. lépés:

Csatlakoztasson egy szervo kürtöt a vezérműszíj szíjtárcsájához az itt látható módon, ügyelve arra, hogy a szervo kürt tengelyét a szíjtárcsa tengelyével központosítsa, amint az a 8. ábrán látható.

15. lépés:

Szerelje össze a tengelyt és a szervót ragasztó nélkül, és igazítsa össze a két vezérműszíjtárcsát a 9. ábrán látható módon.

Megjegyzés: Csavarja be a szervót az oszlopokba, ügyelve arra, hogy ne erőltesse át a csavarokat a habmagon, és csavarja be a szervo kürtöt a szervóba. Használhat szuperragasztót csavarok helyett, de nem fogja könnyen szétszerelni az egységet.

16. lépés:

Miután a tengely szíjtárcsa egy vonalba került a szervotárcsával, csúsztassa a belső alátétet minden falhoz, és ragassza fel őket a tengelyre a szuperragasztó gél segítségével. Megakadályozzák, hogy a tengely kicsússzon az igazításból. Ragassza fel a szíjtárcsát a tengelyre a szuperragasztó segítségével. Hagyja a ragasztót öt percig kötni.

17. lépés:

Rövidítse le a vezérműszíjat a megfelelő hosszúságra, körülbelül 7,2 hüvelykre, és a szuperragasztó gél segítségével készítsen egy hurkot, amely összeköti a tengely szíjtárcsát a szervótárcsával, amint az a 10. ábrán látható. Először tekerje körbe a szíjat mindkét szíjtárcsa körül, és vegye ki a laza. Most vágja le az övet közvetlenül a fogak után mindkét végén, hogy az öv végei csak érjék egymást. Most vágjon le kb. 5 hüvelykes övet az éppen eltávolított darabból. Végül hozza össze mindkét végét, és ragassza fel ezzel az extra hosszú övvel, 2. kép. Miután a ragasztó megszáradt, helyezze az övet a szíjtárcsák köré. Olyan szoros illeszkedésnek kell lennie, hogy le kell szerelnie a szíjtárcsát a szervóról, hogy rögzítse az övet. Ha illeszkedik, tegye oldalra később.

18. lépés:

Ragassza fel a tükör sablont a tükör hátoldalára, vagy húzza kézzel a középvonalat. Ezután a zsinórt útmutatóként ragasszuk a szögletes anyákat a tükörre a szuper ragasztó géllel. Győződjön meg arról, hogy a tükör képes elfordulni 180 fokkal az egyenes felől a lefelé néző irányba anélkül, hogy bármi is zavarna, majd a szögletes anyákat ragasztja a tengelyre a szuperragasztó géllel.

Megjegyzés: A négyzet alakú alátétek alsó szélét a sablon szaggatott vonalához kell igazítani.

19. lépés:

Szerelje be a végső szervót, rögzítse az alsó alapot a végső szervóhoz egy csavarral a szervókürtön keresztül, és helyezze a vezérműszíjat a szíjtárcsákra a Helios befejezéséhez.

Megjegyzés: Miután megértette az elektronika és a szoftver működését, az alábbi olvasással beállíthatja Helios készülékét a pontosság növelése érdekében.

20. lépés:

Csatlakoztassa a szervókat az ábrán látható módon, és hagyja lekapcsolva az áramellátást a DC aljzatról. (12. ábra)

Megjegyzés: Csatlakoztassa a 9 voltos akkumulátort közvetlenül az Arduino -hoz az alaplapon található aljzaton keresztül, és csatlakoztassa az Arduino -t a számítógéphez az USB -porton keresztül. NE csatlakoztassa a 9 voltos akkumulátort a prototípus -panelhez, mert ez károsíthatja a valós idejű órát.

21. lépés:

Töltse le és telepítse az Arduino 1.0.2 verzióját innen.

Megjegyzés: Ez a letöltés tartalmazza a Helios vezérlőkódot és a futtatásához szükséges összes könyvtárat. A telepítéshez töltse le a mappát, és bontsa ki. Az Arduino program közvetlenül a könyvtárából fut, nincs szükség hivatalos telepítésre. Az általános telepítési és az Arduino illesztőprogramok telepítésével kapcsolatos útmutatókért látogasson el ide.

22. lépés:

Futtassa a Blink Arduino vázlatot az itt található utasítások alapján. Miután elkészítette ezt a rövid vázlatot, biztos lehet benne, hogy megfelelően csatlakoztatta az Arduino -t a számítógéphez.

23. lépés:

Nyissa meg a vezérlőprogramot (ArduinoCode> Helios_2013) a Heliostat idejének és helyének beállításához, és töltse fel a programot az Arduino -ra.

1) Válassza ki, hogy szeretné -e, hogy a Helios napelemként viselkedjen, és kövesse a napot (állítsa be a változó heliosztátot = 0) vagy heliosztátot (állítsa be a változó heliosztátot = 1)

a. Megjegyzés: Javasoljuk, hogy először próbálja ki napelemként, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a kívánt módon mozog. Ha úgy tűnik, hogy az egyik tengely ki van kapcsolva, akkor lehet, hogy visszafelé helyezte be az egyik szervót.

2) Óvatosan forgassa el a Helios -t teljesen az óramutató járásával megegyező irányba. Ezután irányítsa az egész gépet kelet felé.

3) Adja meg tartózkodási helye koordinátáit.

a. Keresse meg a hely koordinátáit a Google keresésével. Ezután kattintson a jobb gombbal a helyre, és válassza a „Mi van itt?” Lehetőséget. A koordináták megjelennek a keresőmezőben, a szélességi és hosszúsági fokokkal együtt.

b. Módosítsa a programban a szélességi és hosszúsági értékeket a Helios szélességi és hosszúsági értékeire.

4) Ha a Helios napelemként való használatát választja, hagyja ki ezt a lépést. Ha úgy dönt, hogy heliostátként használja a Helios -t, akkor adja meg Helios célpontjának magasságát és azimutszögét. A koordináta -rendszert a 15. ábra határozza meg.

5) A valós idejű óra beállításához határozza meg az aktuális időt UTC -ben, és cserélje ki a megfelelő változókat ezekkel az értékekkel, katonai időben. Ezután törölje a „//” karaktert, feltéve, ahol feltüntették, töltse fel a vázlatot, és cserélje ki a „//” karaktert (pl. 18:30 EST: 22:30 UTC). második = 0)

a. Az óra beállítása után húzza ki a szervókat és futtassa a kódot „napelemes” módban (heliostat = 0). Ellenőrizze a szolárkövető számított szögeit a sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php) segítségével, például a szoláris pozíció számológéppel. A „dAzimuth” a nap azimutszögét jelenti, amint azt Helios megjósolta, a „dElevation” pedig a nap magassági /magassági szöge. Mind a Helios, mind a webhely előrejelzéseinek körülbelül öt fokon belül kell megegyezniük. Bármilyen eltérés ezen a tartományon belül van a feltöltött idő néhány perces leállása óta, és észrevehetetlen változást okozna Helios viselkedésében.

b. Ha a Helios előrejelzése a nap helyéről pontos, akkor cserélje ki a „//” karaktert az óra beállításához. A valós idejű órát csak egyszer kell beállítani, így nem kell frissíteni, amikor új vázlatokat tölt fel vagy módosítja a célokat.

6) Húzza ki az USB -t és a tápellátást az Arduino -ból, és csatlakoztassa újra a szervomotorokat.

24. lépés:

Ha a Helios -t helyesen szerelték össze, akkor az általad parancsolt célpont felé kell mutatnia, és ott kell tartani a nap visszaverődését, amikor ismét áramot kap az Arduino. Helios minden fokban korrigálja a nap visszaverődését. Ez azt jelenti, hogy a nap telítettsége addig változik, amíg a nap egy fokkal el nem mozdult, ekkor Helios elmozdul, hogy kijavítsa a tükröződést. Miután megértette a program működését, érdemes játszani az „offset_Elv” (magasság) és az „offset_Az” (Azimuth) változókkal, hogy kompenzálja az összeszerelési hibákat. Ezek a változók szabályozzák a Helios koordináta -rendszer orientációját.

25. lépés: Linkek vásárlása

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+ hab+mag

Rúd: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (cikkszám: 8528K32)

Dobozvágó:

Szervó:

Szalag: 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= láthatatlan+szalag

Sablonok: Nyomtassa ki a dokumentum végén található oldalakat. A papír online megvásárolható:

Négyzetes anya: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (Cikkszám: 98694A125)

Szuper ragasztó:

Szuper ragasztó gél: 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+ragasztó

Egyenes él:

Teljesítményfúró:

Csavarok: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (cikkszám: 90272A115)

Dió: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (Cikkszám: 90480A005)

Tükör: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (cikkszám: 1518T18)

Csavarhúzó készlet:

2 fogasszíj szíjtárcsa: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (Cikkszám: A 6M16-040DF25)

Fogasszíj: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (cikkszám: 7887K82)

Fúrószárak:

Alátétek: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (cikkszám: 95630A246)

Nagyméretű markolatok:

Körmök: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (cikkszám: 97850A228)

Arduino Kit:

Valós idejű óra modul:

Tápegység:

Akkumulátor:

Ellenállások:

26. lépés: Idézett művek

4 fénykép. (2112, 07 07). 3D iránytű navigáció. Letöltve: 2013. június 6, 4photos:

Commons, C. (2010, január 1.). Valós idejű óra modul. Letöltve: 2013. május 28, a Sparkfun webhelyről:

Commons, C. (2011, január 1.). DC Barrel Jack adapter - Breadboard kompatibilis. Letöltve: 2013. május 28, a Sparkfun webhelyről:

Commons, C. (2013, május 16.). Ethernet könyvtár. Letöltve: 2013. május 28, az Arduino -tól:

ElmarM. (2013, március 24.). Kísértetjárta baba. Letöltve: 2013. május 28, az utasításokból: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -beállít/

Gaze, M. (n.d.). LÉPÉSEK. Letöltve: 2013. május 28, a kennyviper webhelyéről:

sonlineshop. (2012, január 1.). Ellenállás 2,2K Ohm. Letöltve: 2013. május 28,

27. lépés: Köszönöm a támogatást !

Ezúton szeretnénk megköszönni Alexander Mitsosnak, támogató tanácsadónknak és mindazoknak, akik támogattak minket a projekt során:

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

Második hely a technikai versenyen

Második helyezett az Epilog Challenge VI