DIY Solar Tracker: 27 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Вступление

Мы стремимся познакомить молодых студентов с инженерными науками и научить их солнечной энергии; заставив их построить Helios как часть своей учебной программы. В инженерной сфере предпринимаются усилия по отказу от ископаемого топлива в производстве энергии к более экологичным альтернативам. Один из вариантов более зеленой энергии - использовать устройство, называемое гелиостатом, которое использует зеркало, чтобы направлять солнечный свет на цель в течение дня. Такое устройство можно использовать для многих приложений, от концентрации солнечной энергии на тепловом резервуаре электростанции до освещения участков, заблокированных от солнца.

Помимо множества применений этой технологии, существует также широкий спектр структур, которые были разработаны для отслеживания солнечного излучения. Физическая структура конструкции Гелиоса, как и других конструкций гелиостата, предназначена для установки зеркала на две управляемые оси. Механизм будет отслеживать солнце, используя программу для расчета положения звезды на небе в течение дня на основе глобального положения Гелиоса. Микроконтроллер Arduino будет использоваться для запуска программы и управления двумя серводвигателями.

Соображения по дизайну

Чтобы обеспечить широкое распространение этого проекта, были приложены значительные усилия для создания Helios с использованием обычных инструментов и дешевых материалов. Первым дизайнерским решением было построить корпус почти полностью из пенопласта, который является жестким, доступным по цене, легко приобретается и легко режется. Кроме того, для обеспечения максимальной прочности и жесткости корпус был сконструирован таким образом, чтобы все детали из пенопласта находились либо в состоянии растяжения, либо при сжатии. Это было сделано для того, чтобы воспользоваться преимуществом прочности пенопласта при растяжении и сжатии, а также потому, что использованный клей более эффективно выдерживает нагрузку при растяжении, чем при изгибе. Кроме того, вал, который прикреплен к зеркалу, приводится в действие через ремень привода ГРМ, который допускает небольшую ошибку выравнивания между двигателем и зеркалом, серводвигатели имеют точность в пределах 1 градуса, а платформа работает на Arduino с открытым исходным кодом. Платформа. Эти варианты дизайна, наряду с некоторыми другими соображениями, делают представленный дизайн надежным и доступным обучающим инструментом.

Наше обещание открытого исходного кода

Цель Helios - продвижение инженерного образования. Поскольку это наша основная задача, наша работа находится под лицензией GNU FDL. Пользователи имеют полное право воспроизводить и улучшать то, что мы сделали, пока они продолжают делать это под той же лицензией. Мы надеемся, что пользователи улучшат дизайн и продолжат превращать Helios в более эффективный инструмент обучения.

Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 Laser позволил бы мне выполнять проекты более высокого качества и увеличивать влияние, которое я оказываю на них, создавать интересные крупномасштабные вещи и в целом более эффективно возиться. Лазер Epliog также позволил бы мне создавать больше интересных вещей и писать больше интересных инструкций, таких как этот про байдарку, которую я отремонтировал. Моя следующая цель - построить каяк из вырезанной лазером фанеры, армированной углеродным или стекловолокном, а также картонной доски для серфинга, обернутой структурным волокном.

Я также участвовал в конкурсах Tech и Teach It. Если вам понравился этот пост, проголосуйте, пожалуйста!

Шаг 1: содержание

Оглавление:

• Введение: DIY солнечный трекер
• Оглавление
• Инструменты и ведомость материалов
• Шаг 1-16 Сборка оборудования
• Шаг 17-22 Сборка электроники
• Ссылки для покупок
• Процитированные работы
• Спасибо за поддержку!!!

Шаг 2: инструменты и ведомость материалов

Все эти инструменты можно приобрести в местных магазинах или по ссылкам в справочном разделе. Общая стоимость этих материалов составляет примерно 80 долларов США, если все они приобретены в Интернете по указанным ссылкам.

Спецификация

• Электрическая дрель
• Сверла (диаметр 0,1258, 0,18 и 0,5 дюйма)
• Набор отверток
• Прямая грань
• Канцелярский нож
• Большие тиски
• 2 листа пенопласта (20 "X 30", толщиной ~ 0,2 дюйма)
• Стержень длиной 9,5 дюймов и диаметром 1/2 дюйма
• Квадратная гайка (размер резьбы 7/16 "-14, толщина 3/8")
• Сервопривод Vigor VS-2A (39,2 г / 5 кг / 0,17 сек)
• Лента
• Шкивы зубчатого ремня (2), наружный диаметр 1 дюйм
• Шайбы
• Крейзи Клей
• Ремень ГРМ 10"
• Шаблоны (файлы прикреплены)
• Зеркальный акриловый лист (6 "X 6")
• Krazy Glue Гель
• 8 крепежных винтов (4-40, длина 25 мм)
• 8 гаек (4-40)
• 1,5-дюймовые длинные гвозди
• Стартовый комплект для Arduino Uno
• Модуль часов реального времени
• Блок питания от настенного адаптера (5 В постоянного тока, 1 А)
• Аккумулятор 9В
• Резистор 3.3 кОм (2)

Шаг 3:

Распечатайте шаблоны из прикрепленного файла.

Примечание: они должны быть напечатаны в полном масштабе. Сравните распечатки с PDF-файлами, чтобы убедиться, что ваш принтер не изменил масштаб.

Шаг 4:

Прикрепите шаблоны к плакату, как показано на Рисунке 1, и, используя центральные линии в качестве направляющих, просверлите отверстия 0,18 и 0,5 дюйма.

Примечание. Просверлите отверстия диаметром 0,5 дюйма сверлом 0,18 дюйма для повышения точности.

Шаг 5:

Вырежьте отдельные детали острым ножом для коробок.

Примечание. Отрежьте пенопластовую сердцевину за несколько проходов ножом для коробок, это приведет к более чистому сечению. Не пытайтесь разрезать весь лист за один проход.

Шаг 6:

Склейте соответствующие вырезы вместе, как показано на рисунке 2, с помощью суперклея. Вы должны увидеть вырезы и увидеть, что все отверстия выровнены, основание частей 1 и 2 должно быть плоским, а один шаблон на части 3 должен быть обращен наружу.

Примечание: после нанесения клея на одну поверхность соедините детали и прижмите их на 30 секунд. Затем дайте клею застыть в течение пяти минут.

Шаг 7:

Используя суперклей, склейте детали 1, 2 и 3 вместе, как показано на рисунке 3. Убедитесь, что детали расположены так, что отверстия диаметром 0,5 дюйма находятся ближе всего к короткой части основания, также убедитесь, что что шаблон на основании обращен вниз / наружу. Дайте клею застыть в течение пяти минут. После того, как клей застынет, вставьте 3 гвоздя через основание и в каждую из стоек для дополнительной поддержки.

Шаг 8:

Вырежьте верхний слой обеих поперечных балок и вставьте их в Helios, как показано на рисунке 4. Нанесите суперклей на стыки между поперечными балками и стенками Helios, а также на поверхность, разделяемую между двумя поперечными балками, как показано на синий. Дайте клею застыть в течение пяти минут.

Шаг 9:

Оберните отрезок ленты вдоль разрезов, как показано на рисунке 5.

Шаг 10:

Приклейте прокладку к основанию, совместив ее с шаблоном, как показано на рисунке 6, и дайте клею застыть в течение пяти минут.

Шаг 11:

Отцентрируйте самый большой рог сервопривода на нижнем основании и закрепите его суперклеем, как показано на рисунке 7. Дайте клею застыть в течение пяти минут.

Шаг 12:

Просверлите один из ременных шкивов ГРМ до отверстия диаметром 0,5 дюйма с помощью сверла 0,5 дюйма и убедитесь, что он подходит к валу диаметром 0,5 дюйма. Он должен либо давить, либо иметь достаточно маленький зазор, чтобы его можно было заполнить суперклеем. Если просверленное отверстие слишком маленькое, отшлифуйте внешний диаметр вала вручную.

Шаг 13:

Осторожно просверлите две квадратные гайки до отверстий диаметром 0,5 дюйма и убедитесь, что они плотно прилегают к валу.

Примечание. Зажмите гайку на жертвенной поверхности парой тисков и постепенно увеличивайте диаметр отверстия с помощью нескольких насадок, пока не останется отверстие диаметром 0,5 дюйма. Не забывайте медленно погружать сверло в гайку.

Шаг 14:

Присоедините рог сервопривода к шкиву ремня газораспределительного механизма, как показано здесь, соблюдая осторожность, чтобы отцентрировать ось звукового сигнала сервопривода относительно шкива, как показано на рисунке 8.

Шаг 15:

Соберите вал и сервопривод без клея и выровняйте два шкива зубчатого ремня, как показано на Рисунке 9. Часть штока должна быть открыта от стены напротив шкива.

Примечание. Вкрутите сервопривод в стойки, соблюдая осторожность, чтобы не протолкнуть винты через пенопласт, и ввинтите рог сервопривода в сервопривод. Вы можете использовать суперклей вместо шурупов, однако вам не удастся легко разобрать блок.

Шаг 16:

Как только шкив вала будет выровнен со шкивом сервопривода, сдвиньте внутренний набор шайб к каждой стене и приклейте их к валу с помощью суперклея. Они не дадут валу выскользнуть из выравнивания. Также приклейте шкив к валу с помощью суперклея. Дайте клею застыть пять минут.

Шаг 17:

Укоротите ремень ГРМ до нужной длины, примерно 7,2 дюйма, и используйте гель суперклея, чтобы сделать петлю, которая соединяет шкив вала со шкивом сервопривода, как показано на рисунке 10. Сначала оберните ремень вокруг обоих шкивов и выньте фиксатор. слабина. Теперь разрежьте ремень сразу после зубцов на обоих концах, чтобы концы ремня просто касались друг друга. Теперь отрежьте около 0,5 дюйма ремня от только что снятого куска. Наконец, соедините оба конца вместе и склейте их этой дополнительной длиной ремня, изображение 2. Как только клей высохнет, оберните ремень вокруг шкивов. Он должен быть таким плотным, что вам придется отсоединить шкив от сервопривода, чтобы надеть ремень. Если подходит, отложите его в сторону на потом.

Шаг 18:

Приклейте шаблон зеркала к задней части зеркала или проведите центральную линию вручную. Затем, используя линию в качестве ориентира, приклейте квадратные гайки к зеркалу с помощью суперклея. Убедитесь, что зеркало может поворачиваться на 180 градусов, не мешая ничему, а затем приклейте квадратные гайки к валу с помощью суперклея.

Примечание. Нижний край квадратных шайб должен совпадать с пунктирной линией на шаблоне.

Шаг 19:

Установите последний сервопривод, закрепите нижнее основание на последнем сервоприводе винтом через рог сервопривода и наденьте ремень ГРМ на шкивы, чтобы завершить Helios.

Примечание: как только вы поймете, как работают электроника и программное обеспечение, прочитав ниже, вы сможете настроить свой Helios для повышения его точности.

Шаг 20:

Подключите сервоприводы, как показано, оставив питание отключенным от гнезда постоянного тока. (Рисунок 12)

Примечание. Подключите 9-вольтовую батарею напрямую к Arduino через разъем на плате и подключите Arduino к компьютеру через порт USB. НЕ подключайте 9-вольтовую батарею к макетной плате, так как это может повредить ваши часы реального времени.

Шаг 21:

Загрузите и установите Arduino версии 1.0.2 отсюда.

Примечание. Эта загрузка включает управляющий код Helios и все библиотеки, которые вам понадобятся для его запуска. Для установки скачайте папку и разархивируйте ее. Программа Arduino запускается непосредственно из своего каталога, формальная установка не требуется. Общие инструкции по установке и инструкции по установке драйверов для Arduino см. Здесь.

Шаг 22:

Запустите Blink Arduino Sketch в соответствии с указаниями здесь. Как только вы заставите этот короткий набросок работать, вы можете быть уверены, что правильно подключили Arduino к компьютеру.

Шаг 23:

Откройте управляющую программу (ArduinoCode> Helios_2013), чтобы установить время и местоположение гелиостата и загрузить программу на Arduino.

1) Выберите, хотите ли вы, чтобы Helios действовал как солнечная панель и отслеживал солнце (установите переменную heliostat = 0) или гелиостат (установите переменную heliostat = 1)

а. Примечание. Мы рекомендуем сначала попробовать его в качестве солнечной панели, чтобы убедиться, что он двигается так, как вы ожидаете. Если одна из осей кажется отключенной, возможно, вы вставили один из сервоприводов задом наперед.

2) Осторожно поверните Helios до упора по часовой стрелке. Затем направьте всю машину на восток.

3) Введите координаты вашего местоположения.

а. Найдите координаты места с помощью поиска в Google по адресу. Затем щелкните местоположение правой кнопкой мыши и выберите «Что здесь?». Координаты появятся в поле поиска с указанием широты и долготы.

б. Измените значения широты и долготы по умолчанию в программе на значения широты и долготы Helios.

4) Если вы решили использовать Helios в качестве солнечной батареи, пропустите этот шаг. Если вы решите использовать Гелиос в качестве гелиостата, введите высоту и азимутальный угол цели Гелиоса. Система координат определена на рисунке 15.

5) Чтобы установить часы реального времени, определите текущее время в формате UTC и замените соответствующие переменные на эти значения в военном времени. Затем удалите «//» в указанном месте, загрузите эскиз и замените «//» (например, 18:30 EST - это 22:30 UTC. В программе это будет выглядеть так: час = 22, минута = 30 и второй = 0)

а. После того, как часы установлены, отключите сервоприводы и запустите код в режиме «солнечная панель» (heliostat = 0). Проверьте рассчитанные углы солнечного трекера с помощью чего-нибудь вроде калькулятора положения Солнца с sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). «DAzimuth» - это азимутальный угол солнца, предсказанный Гелиосом, а «dElevation» - это угол возвышения / высоты солнца. Прогнозы Гелиоса и веб-сайта должны совпадать с точностью до пяти градусов. Любое несоответствие в этом диапазоне связано с тем, что время загрузки отключается на несколько минут, и может вызвать незаметное изменение в поведении Helios.

б. Как только предсказание Гелиоса о местоположении солнца окажется точным, замените "//", чтобы закомментировать код, устанавливающий часы. Часы реального времени необходимо установить только один раз, поэтому их не нужно будет обновлять при загрузке новых эскизов или изменении целей.

6) Отключите USB и питание от Arduino и снова подключите серводвигатели.

Шаг 24:

Если Helios был собран правильно, он должен указывать на цель, которой вы управляете, и удерживать там отражение солнца, когда на Arduino снова будет подано питание. Гелиос будет исправлять отражение солнца на каждом градусе. Это означает, что отражение солнца будет смещаться, пока солнце не переместится на один градус, в этот момент Гелиос переместится, чтобы исправить отражение. Как только вы поймете, как работает программа, вы можете поиграть с переменными «offset_Elv» (высота) и «offset_Az» (азимут), чтобы компенсировать любую ошибку сборки. Эти переменные управляют ориентацией системы координат Helios.

Шаг 25: Покупка ссылок

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+ пена + сердцевина

Стержень: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (номер детали: 8528K32)

Резак для коробок:

Сервопривод:

Лента: 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= невидимый + лента

Шаблоны: распечатайте страницы в конце этого документа. Бумагу можно приобрести в Интернете по адресу:

Квадратная гайка: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (номер детали: 98694A125)

Супер клей:

Суперклей-гель: 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+ растворимый + крейзи + клей

Прямой край:

Электродрель:

Винты: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (номер детали: 90272A115)

Орехи: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (номер детали: 90480A005)

Зеркало: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (номер детали: 1518T18)

Набор отверток:

2 шкива ремня ГРМ: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (номер детали: A 6M16-040DF25)

Ремень ГРМ: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (номер детали: 7887K82)

Сверла:

Шайбы: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (номер детали: 95630A246)

Большие тиски:

Гвозди: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (номер детали: 97850A228)

Комплект Arduino:

Модуль часов реального времени:

Источник питания:

Батарея:

Резисторы:

Шаг 26: цитируемые работы

4фотографии. (2112, 07 07). 3D компас для навигации. Получено 6 июня 2013 г. с сайта 4photos:

Коммонс, К. (1 января 2010 г.). Модуль часов реального времени. Получено 28 мая 2013 г. из Sparkfun:

Коммонс, К. (2011, 1 января). Адаптер для цилиндрического разъема постоянного тока - совместим с макетной платой. Получено 28 мая 2013 г. из Sparkfun:

Коммонс, К. (2013, 16 мая). Библиотека Ethernet. Получено 28 мая 2013 г. из Arduino:

ElmarM. (2013, 24 марта). Кукла с привидениями. Получено 28 мая 2013 г. из инструкций: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard. -настраивать/

Взгляд, М. (нет данных). ШАГИ Получено 28 мая 2013 г. с сайта kennyviper:

sonlineshop. (2012, 1 января). Резистор 2.2КОм. Получено 28 мая 2013 г. с сайта

Шаг 27: Спасибо за вашу поддержку !

Мы хотели бы выразить огромную благодарность Александру Мицосу, нашему советнику, поддерживающему нас, и всем людям, которые поддерживали нас на протяжении всего этого проекта:

• Уитни Мериуэзер
• Бенджамин Бэнгсберг
• Уолтер Брайан
• Радха Кришна Горле
• Мэтью Миллер
• Катарина Уилкинс
• Гарратт Галлахер
• Рэйчел Ноттеллинг
• Рэндалл Хит
• Пол Шумейкер
• Брюс Бок
• Роберт Дэви
• Ник Болито
• Ник Бержерон
• Пол Инглиш
• Александр Мицос
• Мэтт С
• Уильям Брайс
• Нилтон Лесса
• Эмерсон Йервуд
• Йост Ян
• Карл Мэн
• Нина
• Майкл и Лиз
• Вальтер Ликтайг
• Эндрю Гейне
• Рич Рамсленд
• Брайан Миллер
• Нетия МакКрей
• Роберто Мелендес

Финалист в техническом конкурсе

Финалист в Epilog Challenge VI