DIY Solar Tracker: 27 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:38

Introduktion

Vi strävar efter att introducera unga studenter till teknik och lära dem om solenergi; genom att få dem att bygga en Helios som en del av deras läroplan. Det finns ett försök inom teknik att driva energiproduktionen bort från användningen av fossila bränslen och mot grönare alternativ. Ett alternativ för grönare energi är att använda en enhet som kallas heliostat, som använder en spegel för att rikta solens ljus mot ett mål hela dagen. En sådan anordning kan användas för många applikationer, från att koncentrera solenergi till värmebehållaren i ett kraftverk till att belysa områden som är blockerade från solen.

Förutom antalet användningsområden för denna teknik finns det också en mängd olika strukturer som har utformats för att möjliggöra solspårning. Den fysiska strukturen i Helios design, liksom med andra heliostatkonstruktioner, fungerar för att montera en spegel på två kontrollerbara axlar. Mekanismen kommer att spåra solen genom att använda ett program för att beräkna stjärnans plats på himlen trodde dagen, baserat på Helios globala position. En Arduino mikrokontroller kommer att användas för att köra programmet och styra de två servomotorerna.

Designhänsyn

För att säkerställa att projektet sprids i stor utsträckning har stora ansträngningar gjorts för att utforma Helios som ska byggas med vanliga verktyg och billiga material. Det första designvalet var att bygga kroppen nästan helt av skumkärna, som är styv, prisvärd, lätt att skaffa och lätt att skära. För maximal styrka och styvhet var man också noga med att utforma kroppen så att alla skumdelar antingen är i spänning eller kompression. Detta gjordes för att dra nytta av skumkärnans styrka i spänning och kompression, och eftersom limet som användes är mer effektivt för att stödja en spänningsbelastning än vid böjning. Dessutom drivs axeln som är fäst vid spegeln genom ett kuggrem, vilket möjliggör ett litet inriktningsfel mellan motorn och spegeln, servomotorerna är exakta inom 1 grad och plattformen körs på Arduino med öppen källkod plattform. Dessa designval, tillsammans med några andra överväganden, gör den presenterade designen till ett hållbart och prisvärt, pedagogiskt verktyg.

Vårt öppen källkodslöfte

Målet med Helios är att främja ingenjörsutbildning. Eftersom detta är vårt huvudfokus är vårt arbete licenserat under GNU FDL -licensen. Användare har full rätt att reproducera och förbättra vad vi har gjort, så länge de fortsätter att göra det under samma licens. Vi hoppas att användarna kommer att förbättra designen och fortsätta utveckla Helios till ett mer effektivt inlärningsverktyg.

Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 Laser skulle tillåta mig att slutföra projekt av högre kvalitet, och öka mängden effekt som jag har med dem. Bygga intressanta storskaliga saker och att pilla mer effektivt i allmänhet. En Epliog Laser skulle också tillåta mig att bygga mer intressanta saker och skriva mer coola instruktioner, till exempel den här om en kajak som jag renoverade. Mitt nästa mål är att bygga en kajak av laserskuren plywood som är förstärkt med kolfiber eller glasfiber, samt en surfplatta av kartong som är insvept i strukturfiber.

Jag har också skrivit detta instruerbart i Tech och Teach It -tävlingarna. Om du gillade det här inlägget, vänligen rösta!

Steg 1: Innehållsförteckning

Innehållsförteckning:

• Introduktion: DIY Solar Tracker
• Innehållsförteckning
• Verktyg och materialförteckning
• Steg 1-16 Hårdvara
• Steg 17-22 Elektronikmontering
• Inköpslänkar
• Citerade verk
• Tack för ditt stöd!!!

Steg 2: Verktyg och materialförteckning

Alla dessa verktyg kan köpas i lokala butiker eller på länkarna i referensavsnittet. Den totala kostnaden för dessa material är cirka $ 80, om de alla köps online på de angivna länkarna.

BOM

• Borrmaskin
• Borrbitar (.1258”,.18” och.5”diameter)
• Skruvmejselsats
• Rak kant
• Kartongkniv
• Stora vice handtag
• 2 skumkärnark (20”X 30”, ~ 0,2 tum tjocka)
• 9,5”lång med 1/2” diameter stång
• Fyrkantig mutter (7/16”-14 trådstorlek, 3/8” tjock)
• Vigor VS-2A Servo (39,2 g/5 kg/0,17 sek)
• Tejp
• Kuggremskivor (2), 1”OD
• Brickor
• Krazy Lim
• Kuggrem 10"
• Mallar (bifogade filer)
• Speglat akrylark (6”X 6”)
• Krazy Limgel
• 8 maskinskruvar (4-40, 25 mm långa)
• 8 nötter (4-40)
• 1,5 "långa naglar
• Startpaket för Arduino Uno
• Klockmodul i realtid
• Väggadapter strömförsörjning (5VDC 1A)
• 9V batteri
• 3.3 KOhm motstånd (2)

Steg 3:

Skriv ut mallarna i den bifogade filen.

Obs! Dessa måste skrivas ut i full skala. Jämför utskrifterna med PDF -filer för att säkerställa att din skrivare inte har ändrat skalan.

Steg 4:

Fäst mallarna på affischbordet enligt figur 1 och borra hålen.18 tum och.5 tum med hjälp av mittlinjerna som guider.

Obs: Borra de 0,5 tum stora hålen med.18 -tums borr först för ökad noggrannhet.

Steg 5:

Skär ut de enskilda komponenterna med en skarp lådskärare.

Obs: Skär skumkärnan med flera passningar av lådskäraren, detta kommer att resultera i ett mycket renare snitt. Försök inte att skära igenom hela arket i ett pass.

Steg 6:

Limma ihop matchande utskärningar som visas i figur 2 med hjälp av superlimet. Du bör kunna titta igenom utskärningarna och se att alla hål är inriktade, basen för delar 1 och 2 ska vara platt och en mall på del 3 ska vara vänd utåt.

Obs! Efter att du har applicerat lim på en yta ska du foga ihop delarna och trycka ihop dem i 30 sekunder. Låt sedan limet stelna i fem minuter.

Steg 7:

Med hjälp av superlimgeln lims delarna 1, 2 och 3 ihop enligt figur 3. Se till att delarna är placerade så att hålen på 0,5”är närmast den del av basen som är märkt kort, var också säker på att att mallen på basen är nedåt/utåt. Låt limmet stelna i fem minuter. Efter att limmet har stelnat, sätt in 3 spikar genom basen och i var och en av stolparna för extra stöd.

Steg 8:

Skär igenom det översta lagret av båda tvärstrålarna och sätt in dem i Helios som visas i figur 4. Applicera superlimgel på fogarna mellan tvärstrålarna och väggarna i Helios, och ytan delas mellan de två tvärstrålarna, som anges i blå. Låt limmet stelna i fem minuter.

Steg 9:

Lägg en bit tejp längs skärningarna, som visas i figur 5.

Steg 10:

Limma distansen på basen genom att fästa den med mallen enligt figur 6 och låt limet stelna i fem minuter.

Steg 11:

Centrera det största servohornet på den nedre basen och fäst det med limet, som visas i figur 7. Låt limet stelna i fem minuter.

Steg 12:

Borra ut en av kuggremskivorna till ett hål på 0,5”med hjälp av en 0,5 tums borrkrona och kontrollera att den passar på axeln med en diameter på 0,5”. Den ska antingen trycka på eller ha ett mellanrum som är tillräckligt litet för att fyllas med superlim. Om det borrade hålet är för litet, slipa ner axelns ytterdiameter för hand.

Steg 13:

Borra försiktigt ut två fyrkantiga muttrar till hål med en diameter på 5”och kontrollera att de sitter tätt på axeln.

Obs: Kläm fast muttern till en offeryta med ett par skruvgrepp och öka successivt diametern på hålet med flera bitar tills ett hål på 0,5”är kvar. Kom ihåg att kasta borrkronan långsamt i muttern.

Steg 14:

Fäst ett servohorn på kuggremskivan som visas här, var noga med att centrera servohornsaxeln med remskivans, som visas i figur 8.

Steg 15:

Montera axeln och servon, utan lim, och rikta in de två kuggremskivorna som visas i figur 9. En del av stången ska exponeras från väggen mittemot remskivan.

Obs! Skruva in servon i stolparna, var försiktig så att du inte tvingar skruvarna genom skumkärnan och skruva in servohornet i servon. Du kan använda superlim istället för skruvar, men du kommer inte att enkelt kunna ta isär enheten.

Steg 16:

När axelns remskiva är i linje med servos remskiva, skjut den inre uppsättningen brickor mot varje vägg och limma dem på axeln med hjälp av superlimgel. De kommer att hindra axeln från att glida ut ur inriktningen. Lim också remskivan på axeln med hjälp av superlimet. Låt limet stelna i fem minuter.

Steg 17:

Förkorta kuggremmen till rätt längd, cirka 7,2 tum, och använd superlimgelen för att göra en ögla som förbinder axelns remskiva med servos remskiva, som visas i figur 10. Vik först remmen runt båda remskivorna och ta ut slak. Klipp nu bältet strax efter tänderna i båda ändarna, så att bältets ändar bara når varandra. Klipp nu runt 0,5 cm av bältet från det du just tog bort. Slutligen samman båda ändarna och limma dem med denna extra remslängd, bild 2. När limmet torkat, placera remmen runt remskivorna. Det ska vara så pass passformigt att du måste lossa remskivan från servon för att montera bältet. Om det passar, placera det åt sidan för senare.

Steg 18:

Limma spegelmallen på spegelns baksida, eller rita mittlinjen för hand. Limma sedan de fyrkantiga muttrarna på spegeln med superlimgelén. Se till att spegeln kan rotera 180 grader från att vända rakt upp till rakt nedåt utan att störa något, och limma sedan de fyrkantiga muttrarna på axeln med superlimgel.

Obs! De fyrkantiga brickornas nedre kant ska vara i linje med den streckade linjen på mallen.

Steg 19:

Installera den slutliga servon, fäst den nedre basen till den slutliga servon med en skruv genom servohornet och placera tandremmen på remskivorna för att slutföra Helios.

Obs: När du förstår hur elektroniken och mjukvaran fungerar, kan du genom att läsa nedan justera Helios för att öka dess noggrannhet.

Steg 20:

Anslut servona enligt bilden och lämna strömmen från DC -uttaget. (Figur 12)

Obs! Anslut 9 -voltsbatteriet direkt till Arduino via uttaget på kortet och anslut Arduino till din dator via dess USB -port. Anslut INTE 9 -voltsbatteriet till prototypkortet, eftersom detta kan skada din realtidsklocka.

Steg 21:

Ladda ner och installera Arduino Version 1.0.2 härifrån.

Obs! Denna nedladdning innehåller Helios -kontrollkoden och alla bibliotek som du behöver för att köra den. För att installera, ladda ner mappen och packa upp den. Arduino -programmet körs direkt ur katalogen, ingen formell installation krävs. För allmänna installationsanvisningar och anvisningar om hur du installerar drivrutiner för din Arduino, gå hit.

Steg 22:

Kör Blink Arduino Sketch baserat på anvisningarna här. När du väl fått den här korta skissen att fungera kan du vara säker på att du har anslutit din Arduino till din dator.

Steg 23:

Öppna kontrollprogrammet (ArduinoCode> Helios_2013) för att ställa in tid och plats för Heliostat och för att ladda upp programmet till Arduino.

1) Välj om du vill att Helios ska fungera som en solpanel och spåra solen (ställ in variabeln heliostat = 0) eller en heliostat (ställ in variabeln heliostat = 1)

a. Obs: Vi föreslår att du först provar det som en solpanel för att se till att det rör sig som du förväntar dig. Om en av axlarna verkar vara avstängd kan du ha lagt in en av servona bakåt.

2) Vrid försiktigt Helios medsols hela vägen. Rikta sedan hela maskinen österut.

3) Ange koordinaterna för din plats.

a. Hitta koordinaterna för en plats genom att Google söker i adressen. Högerklicka sedan på platsen och välj "Vad är här?". Koordinaterna visas i sökrutan, med latitud och longitud.

b. Ändra standardvärdena för latitud och longitud i programmet till Helios latitud- och longitudvärden.

4) Om du väljer att använda Helios som solpanel hoppar du över det här steget. Om du väljer att använda Helios som heliostat anger du höjd- och azimutvinkeln för Helios mål. Koordinatsystemet definieras i figur 15.

5) För att ställa in realtidsklockan, bestäm den aktuella tiden i UTC och ersätt motsvarande variabler med dessa värden under militär tid. Radera sedan "//" där det anges, ladda upp skissen och ersätt "//" (Ex. 18:30 EST är 22:30 UTC. I programmet ser det ut som timme = 22, minut = 30 och andra = 0)

a. När klockan är inställd kopplar du ur servona och kör koden i "solpanel" -läge (heliostat = 0). Verifiera de beräknade vinklarna för solspåraren med något som solpositionskalkylatorn från sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). "DAzimuth" är Azimuth -vinkeln på solen som Helios förutsäger och "dElevation" är solens höjd /höjdvinkel. Både Helios och webbplatsens förutsägelser bör hålla med inom cirka fem grader. Eventuella avvikelser inom detta intervall beror på att den uppladdade tiden är avstängd med några minuter och skulle orsaka en märkbar förändring av Helios beteende.

b. När Helios förutsägelse för solens plats är korrekt, ersätt sedan "//" för att kommentera koden som ställer klockan. Realtidsklockan behöver bara ställas in en gång, så den behöver inte uppdateras när du laddar upp nya skisser eller ändrar mål.

6) Ta bort USB -enheten och strömmen från Arduino och anslut servomotorerna igen.

Steg 24:

Om Helios var korrekt monterad, borde den peka mot målet som du befaller och hålla solens reflektion stationär där när strömmen tillförs Arduino igen. Helios kommer att korrigera solens reflektion varje grad. Det betyder att solens reflex kommer att skifta tills solen har rört sig en grad, vid denna tidpunkt kommer Helios att flytta för att korrigera reflektionen. När du väl förstår hur programmet fungerar kanske du vill spela med variablerna "offset_Elv" (Elevation) och "offset_Az" (Azimuth) för att kompensera för eventuella monteringsfel. Dessa variabler styr orienteringen av Helios koordinatsystem.

Steg 25: Inköpslänkar

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+ skum+kärna

Stång: https://www.mcmaster.com/#cast-acryl/=i6zw7m (artikelnummer: 8528K32)

Boxskärare:

Servo:

Tejp: 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= osynlig+tejp

Mallar: Skriv ut sidorna i slutet av detta dokument. Papper kan köpas online på:

Fyrkantig mutter: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (artikelnummer: 98694A125)

Superlim:

Superlimgel: 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+ omedelbar+krazy+lim

Straight Edge:

Power Drill:

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

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

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

Skruvmejselsats:

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

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

Borrbitar:

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

Stora vice handtag:

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

Arduino Kit:

Klockmodul i realtid:

Strömförsörjning:

Batteri:

Motstånd:

Steg 26: Citerade arbeten

4 foton. (2112, 07 07). 3D kompassnavigering. Hämtad 6 juni 2013, från 4photos:

Commons, C. (2010, 1 januari). Klockmodul i realtid. Hämtad 28 maj 2013 från Sparkfun:

Commons, C. (2011, 1 januari). DC Barrel Jack Adapter - Brödbräda kompatibel. Hämtad 28 maj 2013 från Sparkfun:

Commons, C. (2013, 16 maj). Ethernet -bibliotek. Hämtad 28 maj 2013 från Arduino:

ElmarM. (2013, 24 mars). Haunted Doll. Hämtad 28 maj 2013, från instruktioner: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -uppstart/

Gaze, M. (n.d.). STEGss. Hämtad 28 maj 2013, från kennyviper:

sonlineshop. (2012, 1 januari). Motstånd 2.2K Ohm. Hämtad 28 maj 2013 från

Steg 27: Tack för ditt stöd !!

Vi vill rikta ett stort tack till Alexander Mitsos, vår stödjande rådgivare, och alla människor som stöttade oss under detta projekt:

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

Tvåa i Tech Contest

Tvåa i Epilog Challenge VI