DIY Solar Tracker: 27 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Wstęp

Naszym celem jest zapoznanie młodych studentów z inżynierią i nauczenie ich o energii słonecznej; każąc im zbudować Heliosa w ramach ich programu nauczania. W inżynierii dokłada się starań, aby odsunąć wytwarzanie energii od wykorzystywania paliw kopalnych na rzecz bardziej ekologicznych alternatyw. Jedną z możliwości uzyskania bardziej ekologicznej energii jest użycie urządzenia zwanego heliostatem, które wykorzystuje lustro do kierowania światła słonecznego na cel przez cały dzień. Takie urządzenie może być wykorzystywane do wielu zastosowań, od koncentracji energii słonecznej na zbiorniku ciepła elektrowni, po oświetlanie obszarów zasłanianych przed słońcem.

Oprócz wielu zastosowań tej technologii istnieje również zróżnicowana gama konstrukcji, które zostały zaprojektowane w celu umożliwienia śledzenia słońca. Fizyczna struktura projektu Heliosa, podobnie jak w przypadku innych konstrukcji heliostatów, polega na zamontowaniu lustra na dwóch sterowanych osiach. Mechanizm będzie śledzić słońce za pomocą programu do obliczania położenia gwiazdy na niebie przez cały dzień, w oparciu o globalną pozycję Heliosa. Do uruchomienia programu i sterowania dwoma serwomotorami zostanie użyty mikrokontroler Arduino.

Rozważania projektowe

Aby zapewnić szerokie rozproszenie tego projektu, wiele wysiłku włożono w zaprojektowanie Heliosa, który miałby być zbudowany przy użyciu zwykłych narzędzi i tanich materiałów. Pierwszym wyborem projektu było zbudowanie korpusu prawie całkowicie z rdzenia piankowego, który jest sztywny, niedrogi, łatwy do nabycia i łatwy do cięcia. Ponadto, aby zapewnić maksymalną wytrzymałość i sztywność, zadbano o zaprojektowanie nadwozia tak, aby wszystkie części z pianki były albo rozciągane, albo ściskane. Dokonano tego, aby wykorzystać wytrzymałość rdzenia piankowego na rozciąganie i ściskanie, a także ponieważ zastosowany klej jest bardziej skuteczny w podnoszeniu obciążenia podczas rozciągania niż podczas zginania. Dodatkowo wałek przymocowany do lustra zasilany jest przez pasek rozrządu, co pozwala na niewielki błąd współosiowości pomiędzy silnikiem a lustrem, serwosilniki są dokładne z dokładnością do 1 stopnia, a platforma pracuje na Arduino open source Platforma. Te wybory projektowe, wraz z kilkoma innymi względami, sprawiają, że prezentowany projekt jest trwałym i niedrogim narzędziem edukacyjnym.

Nasza obietnica open source

Celem Helios jest promowanie edukacji inżynierskiej. Ponieważ to jest nasz główny cel, nasza praca jest licencjonowana na licencji GNU FDL. Użytkownicy mają pełne prawa do powielania i ulepszania tego, co zrobiliśmy, o ile nadal to robią na tej samej licencji. Mamy nadzieję, że użytkownicy poprawią projekt i nadal będą ewoluować Helios w bardziej efektywne narzędzie do nauki.

Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 Laser pozwoli mi realizować projekty o wyższej jakości i zwiększyć siłę oddziaływania, jakie przy nich wywieram. Budować ciekawe rzeczy na dużą skalę i ogólnie bardziej efektywnie majsterkować. Laser Epliog pozwoliłby mi również budować ciekawsze rzeczy i pisać więcej fajnych instrukcji, takich jak ten o odnowionym kajaku. Moim kolejnym celem jest zbudowanie kajaka z wycinanej laserowo sklejki wzmocnionej włóknem węglowym lub włóknem szklanym oraz tekturowej deski surfingowej owiniętej włóknem strukturalnym.

Uczestniczyłem również w tej instrukcji w konkursach Tech i Teach It. Jeśli podobał Ci się ten post, zagłosuj!

Krok 1: Spis treści

Spis treści:

• Wprowadzenie: DIY Solar Tracker
• Spis treści
• Narzędzia i zestawienie materiałów
• Krok 1-16 Montaż sprzętu
• Krok 17-22 Montaż elektroniki
• Kupowanie linków
• Prace cytowane
• Dziękuję za wsparcie!!!

Krok 2: Narzędzia i zestawienie materiałów

Wszystkie te narzędzia można kupić w lokalnych sklepach lub pod linkami w sekcji referencyjnej. Całkowity koszt tych materiałów wynosi około 80 USD, jeśli wszystkie są zakupione online pod podanymi linkami.

BOM

• Wiertarka elektryczna
• Wiertła (średnica 0,1258”, 0,18” i 0,5”)
• Zestaw wkrętaków
• Prosta krawędź
• Nóż do tektury
• Duże uchwyty imadła
• 2 arkusze rdzenia piankowego (20” X 30”, ~.2 cala grubości)
• Pręt o długości 9,5 cala i średnicy 1/2 cala
• Nakrętka kwadratowa (rozmiar gwintu 7/16” -14, grubość 3/8”)
• Serwo Vigor VS-2A (39,2 g/5 kg/0,17 s)
• Taśma
• Koła pasowe paska rozrządu (2), średnica zewnętrzna 1”
• Podkładki
• Klej Krazy
• Pasek rozrządu 10"
• Szablony (załączone pliki)
• Lustrzany arkusz akrylowy (6” X 6”)
• Krazy Klej Żel
• 8 śrub maszynowych (4-40, długość 25mm)
• 8 orzechów (4-40)
• Gwoździe o długości 1,5 cala
• Zestaw startowy dla Arduino Uno
• Moduł zegara czasu rzeczywistego
• Zasilacz ścienny (5VDC 1A)
• Bateria 9V
• Rezystor 3,3 kiloomów (2)

Krok 3:

Wydrukuj szablony w załączonym pliku.

Uwaga: muszą być wydrukowane w pełnej skali. Porównaj wydruki z plikami PDF, aby upewnić się, że drukarka nie zmieniła skali.

Krok 4:

Przymocuj szablony do tablicy plakatowej, jak pokazano na rysunku 1, i korzystając z linii środkowych jako prowadnic, wywierć otwory o średnicy 18 i 5 cali.

Uwaga: Najpierw wywierć otwory 0,5 cala za pomocą wiertła 0,18 cala, aby zwiększyć dokładność.

Krok 5:

Za pomocą ostrego noża do kartonów wytnij poszczególne elementy.

Uwaga: Wytnij rdzeń piankowy za pomocą wielu przejść noża do kartonów, co spowoduje znacznie czystsze cięcie. Nie próbuj przecinać całego arkusza w jednym przejściu.

Krok 6:

Sklej pasujące wycięcia, jak pokazano na rysunku 2, używając super kleju. Powinieneś być w stanie spojrzeć przez wycięcia i zobaczyć, że wszystkie otwory są wyrównane, podstawa części 1 i 2 powinna być płaska, a jeden szablon na części 3 powinien być skierowany na zewnątrz.

Uwaga: Po nałożeniu kleju na jedną powierzchnię, połącz części i dociśnij je do siebie przez 30 sekund. Następnie pozostaw klej na pięć minut.

Krok 7:

Używając żelu superglue, sklej ze sobą części 1, 2 i 3, jak pokazano na rysunku 3. Upewnij się, że części są ułożone tak, aby otwory o średnicy 0,5 cala znajdowały się najbliżej części podstawy, która jest oznaczona jako krótka. czy szablon na podstawie jest skierowany w dół/na zewnątrz. Pozostaw klej na pięć minut. Po stwardnieniu kleju włóż 3 gwoździe przez podstawę i do każdego ze wsporników, aby uzyskać dodatkowe wsparcie.

Krok 8:

Przetnij górną warstwę obu belek poprzecznych i włóż je do heliosa, jak pokazano na rysunku 4. Nałóż żel superglue na połączenia między belkami poprzecznymi i ścianami heliosa oraz na powierzchnię dzieloną między dwiema belkami poprzecznymi, jak wskazano na niebieski. Pozostaw klej na pięć minut.

Krok 9:

Umieść kawałek taśmy wzdłuż nacięć, jak pokazano na rysunku 5.

Krok 10:

Przyklej przekładkę do podstawy, wyrównując ją z szablonem, jak pokazano na rysunku 6, i pozostaw klej do stwardnienia przez pięć minut.

Krok 11:

Wyśrodkuj największy serwomechanizm na dolnej podstawie i zabezpiecz go superklejem, jak pokazano na rysunku 7. Pozwól klejowi stwardnieć na pięć minut.

Krok 12:

Wywiercić jedno z kół pasowych paska rozrządu do otworu o średnicy 0,5 cala za pomocą wiertła o średnicy 0,5 cala i sprawdzić, czy pasuje do wału o średnicy 0,5 cala. Powinien albo docisnąć, albo mieć szczelinę wystarczająco małą, aby wypełnić super klejem. Jeśli wywiercony otwór jest zbyt mały, należy ręcznie wyszlifować zewnętrzną średnicę wału.

Krok 13:

Ostrożnie wywiercić dwie kwadratowe nakrętki do otworów o średnicy 0,5 cala i sprawdzić, czy są dobrze dopasowane do wału.

Uwaga: Zamocuj nakrętkę do powierzchni protektorowej za pomocą pary uchwytów imadła i stopniowo zwiększaj średnicę otworu wieloma wiertłami, aż pozostanie otwór o średnicy 0,5 cala. Pamiętaj, aby powoli wbijać wiertło w nakrętkę.

Krok 14:

Przymocuj klakson serwomechanizmu do koła pasowego paska rozrządu, jak pokazano tutaj, uważając, aby wyśrodkować oś serwomechanizmu z osią koła pasowego, jak pokazano na rysunku 8.

Krok 15:

Zamontuj wałek i serwo bez kleju i wyrównaj dwa koła pasowe paska rozrządu, jak pokazano na rysunku 9. Część pręta powinna być odsłonięta od ściany naprzeciwko koła pasowego.

Uwaga: Przykręć serwomechanizm do wsporników, uważając, aby nie wciskać śrub w rdzeń z pianki, i wkręć klakson serwa w serwomechanizm. Możesz użyć superglue zamiast śrub, jednak nie będziesz w stanie łatwo zdemontować urządzenia.

Krok 16:

Gdy koło pasowe wału zostanie wyrównane z kołem pasowym serwomechanizmu, nasuń wewnętrzny zestaw podkładek na każdą ścianę i przyklej je do wału za pomocą żelu superglue. Utrzymają wałek przed wysunięciem się z osi. Przyklej również koło pasowe do wału za pomocą super kleju. Pozostaw klej na pięć minut.

Krok 17:

Skróć pasek rozrządu do odpowiedniej długości, około 7,2 cala i użyj superglue gel, aby wykonać pętlę łączącą koło pasowe wału z kołem pasowym serwomechanizmu, jak pokazano na rysunku 10. Najpierw owinąć pasek wokół obu kół pasowych i wyjąć luźny. Teraz odetnij pasek tuż za zębami na obu końcach, końce paska tak, aby się stykały. Teraz odetnij około 0,5 cala paska z kawałka, który właśnie zdjąłeś. Na koniec połącz oba końce razem i sklej je za pomocą dodatkowej długości paska, obrazek 2. Po wyschnięciu kleju umieść pasek wokół kół pasowych. Powinien być tak dobrze dopasowany, że będziesz musiał odczepić koło pasowe od serwomechanizmu, aby założyć pasek. Jeśli pasuje, odłóż na bok na później.

Krok 18:

Przyklej szablon lustra z tyłu lustra lub ręcznie narysuj linię środkową. Następnie, korzystając z linii jako prowadnicy, przyklej kwadratowe nakrętki do lustra za pomocą żelu super kleju. Upewnij się, że lustro może się obracać o 180 stopni, od ustawienia prosto w górę do zwrócenia prosto w dół, bez ingerencji, a następnie przyklej kwadratowe nakrętki do wału za pomocą żelu superglue.

Uwaga: Dolna krawędź podkładek kwadratowych powinna być wyrównana z linią przerywaną na szablonie.

Krok 19:

Zainstaluj ostatnie serwo, przymocuj dolną podstawę do ostatniego serwa śrubą przez klakson serwa i umieść pasek rozrządu na kołach pasowych, aby ukończyć Helios.

Uwaga: gdy zrozumiesz, jak działa elektronika i oprogramowanie, czytając poniżej, możesz dostosować swój Helios, aby zwiększyć jego dokładność.

Krok 20:

Podłącz serwa, jak pokazano, pozostawiając zasilanie odłączone od gniazda DC. (Rysunek 12)

Uwaga: Podłącz baterię 9 V bezpośrednio do Arduino przez gniazdo na płycie i podłącz Arduino do komputera przez port USB. NIE podłączaj baterii 9 V do płytki prototypowej, ponieważ może to uszkodzić Twój zegar czasu rzeczywistego.

Krok 21:

Pobierz i zainstaluj Arduino w wersji 1.0.2 stąd.

Uwaga: ten plik do pobrania zawiera kod kontrolny Helios i wszystkie biblioteki, które będą potrzebne do jego uruchomienia. Aby zainstalować, pobierz folder i rozpakuj go. Program Arduino działa bezpośrednio z jego katalogu, nie jest wymagana żadna formalna instalacja. Aby uzyskać ogólne wskazówki dotyczące instalacji i wskazówki dotyczące instalowania sterowników dla Arduino, przejdź tutaj.

Krok 22:

Uruchom Blink Arduino Sketch w oparciu o wskazówki tutaj. Gdy ten krótki szkic zadziała, możesz być pewien, że prawidłowo podłączyłeś Arduino do komputera.

Krok 23:

Otwórz program sterujący (ArduinoCode >Helios_2013), aby ustawić czas i lokalizację Heliostatu oraz wgrać program do Arduino.

1) Wybierz, czy chcesz, aby Helios działał jak panel słoneczny i śledził słońce (ustaw zmienny heliostat=0) czy heliostat (ustaw zmienny heliostat=1)

a. Uwaga: sugerujemy, aby najpierw wypróbować go jako panel słoneczny, aby upewnić się, że porusza się zgodnie z oczekiwaniami. Jeśli jedna z osi wydaje się być niewłaściwa, być może włożyłeś jeden z serwomechanizmów do tyłu.

2) Delikatnie obróć Helios do końca zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Następnie skieruj całą maszynę na wschód.

3) Wprowadź współrzędne swojej lokalizacji.

a. Znajdź współrzędne lokalizacji przez Google wyszukując adres. Następnie kliknij prawym przyciskiem myszy lokalizację i wybierz „Co tu jest?”. Współrzędne pojawią się w polu wyszukiwania wraz z szerokością i długością geograficzną.

b. Zmień domyślne wartości szerokości i długości geograficznej w programie na wartości szerokości i długości geograficznej Helios.

4) Jeśli zdecydujesz się użyć Helios jako panelu słonecznego, pomiń ten krok. Jeśli zdecydujesz się użyć Heliosa jako heliostatu, wprowadź wysokość i kąt azymutu celu Heliosa. Układ współrzędnych jest zdefiniowany na rysunku 15.

5) Aby ustawić zegar czasu rzeczywistego, określ aktualny czas w UTC i zastąp odpowiednie zmienne tymi wartościami, w czasie wojskowym. Następnie usuń „//” tam, gdzie jest to wskazane, prześlij szkic i zastąp „//” (np. 18:30 EST to 22:30 UTC. W programie będzie to wyglądać tak: godzina=22, minuta=30 i drugi=0)

a. Po ustawieniu zegara odłącz serwa i uruchom kod w trybie „panel słoneczny” (heliostat=0). Sprawdź obliczone kąty nasłonecznienia za pomocą czegoś takiego jak kalkulator położenia słońca ze strony sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). „dAzymut” to kąt azymutu słońca zgodnie z przewidywaniami Heliosa, a „dElevation” to kąt elewacji/wysokości Słońca. Prognozy zarówno Heliosa, jak i witryny powinny zgadzać się w granicach około pięciu stopni. Jakakolwiek rozbieżność w tym zakresie wynika z kilkuminutowego odstępu czasu przesyłania i spowodowałaby niezauważalną zmianę w zachowaniu Heliosa.

b. Gdy prognoza Heliosa dotycząca położenia słońca jest dokładna, zastąp „//”, aby skomentować kod, który ustawia zegar. Zegar czasu rzeczywistego należy ustawić tylko raz, więc nie trzeba go aktualizować podczas przesyłania nowych szkiców lub zmiany celów.

6) Odłącz USB i zasilanie z Arduino i ponownie podłącz serwosilniki.

Krok 24:

Jeśli Helios został zmontowany poprawnie, powinien wskazywać na cel, który dowodzisz i utrzymywać tam odbicie słońca, gdy Arduino jest ponownie zasilane. Helios poprawi odbicie słońca w każdym stopniu. Oznacza to, że odbicie słońca będzie się przesuwać, aż słońce przesunie się o jeden stopień, w tym momencie Helios przesunie się, aby skorygować odbicie. Gdy zrozumiesz, jak działa program, możesz poeksperymentować ze zmiennymi „offset_Elv” (wysokość) i „offset_Az” (azymut), aby skompensować wszelkie błędy montażu. Te zmienne kontrolują orientację układu współrzędnych Heliosa.

Krok 25: Kupowanie linków

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+ pianka + rdzeń

Pręt: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (numer części: 8528K32)

Obcinak do pudełek:

Serwo:

Taśma: 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= niewidoczne+taśma

Szablony: Wydrukuj strony na końcu tego dokumentu. Papier można kupić online pod adresem:

Nakrętka kwadratowa: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (numer części: 98694A125)

Super klej:

Super klej żelowy: 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+ błyskawiczne+krazy+klej

Prosta krawędź:

Wiertarka elektryczna:

Śruby: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (numer części: 90272A115)

Orzechy: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (numer części: 90480A005)

Lustro: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (numer części: 1518T18)

Zestaw śrubokrętów:

2 koła pasowe paska rozrządu: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (numer części: A 6M16-040DF25)

Pasek rozrządu: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (numer części: 7887K82)

Wiertła:

Podkładki: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (numer części: 95630A246)

Duże uchwyty imadła:

Gwoździe: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (numer części: 97850A228)

Zestaw Arduino:

Moduł zegara czasu rzeczywistego:

Zasilanie:

Bateria:

Rezystory:

Krok 26: Cytowane prace

4zdjęcia. (2112, 07 07). Nawigacja kompasem 3D. Pobrano 6 czerwca 2013 z 4photos:

Commons, C. (2010, 1 stycznia). Moduł zegara czasu rzeczywistego. Pobrano 28 maja 2013 ze Sparkfun:

Commons, C. (2011, 1 stycznia). Adapter DC Barrel Jack - kompatybilny z płytą do krojenia chleba. Pobrano 28 maja 2013 ze Sparkfun:

Commons, C. (2013, 16 maja). Biblioteka Ethernet. Pobrano 28 maja 2013 z Arduino:

ElmarM. (2013, 24 marca). Nawiedzona lalka. Pobrano 28 maja 2013 z instrukcji: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -Ustawiać/

Spojrzenie, M. (b.d.). KROKI Pobrano 28 maja 2013 z kennyviper:

sklep internetowy. (2012, 1 stycznia). Rezystor 2,2K Ohm. Pobrano 28 maja 2013 z

Krok 27: Dziękujemy za wsparcie!

Chcielibyśmy bardzo podziękować Alexandrowi Mitsosowi, naszemu wspierającemu doradcy, oraz wszystkim osobom, które wspierały nas podczas tego projektu:

• Whitney Meriwether
• Benjamin Bangsberg
• Walter Bryan
• Radha Kryszna Gorle
• Mateusz Miller
• Katharina Wilkins
• Garratt Gallagher
• Rachel Notting
• Randall Heath
• Paweł Szewc
• Bruce Bock
• Robert Davy
• Nick Bolithos
• Nick Bergeron
• Paweł angielski
• Aleksander Mitsos
• Matt C
• William Bryce
• Nilton Lessa
• Emerson Yearwood
• Jost Jahn
• Carl Men
• Nina
• Michael i Liz
• Walter Lickteig
• Andrzeja Heinego
• Bogaty Ramsland
• Bryan Miller
• Netia McCray
• Roberto Melendez

Drugie miejsce w konkursie technicznym

Drugie miejsce w VI wyzwaniu Epilog