DIY Solar Tracker: 27 kroků (s obrázky)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

Úvod

Naším cílem je seznámit mladé studenty s inženýrstvím a naučit je o sluneční energii; tím, že je v rámci svých osnov nechají postavit Helios. Ve strojírenství existuje snaha vytlačit výrobu energie od používání fosilních paliv a směřovat k ekologičtějším alternativám. Jednou z možností ekologičtější energie je použít zařízení zvané heliostat, které pomocí zrcadla směruje sluneční světlo na cíl po celý den. Takové zařízení lze použít pro mnoho aplikací, od soustředění sluneční energie do zásobníku tepla elektrárny až po osvětlení oblastí, které jsou blokovány sluncem.

Kromě počtu použití této technologie existuje také pestrá škála struktur, které byly navrženy tak, aby umožňovaly sluneční sledování. Fyzická struktura designu Heliosu, stejně jako u jiných návrhů heliostatu, slouží k připevnění zrcadla na dvě řiditelné osy. Mechanismus bude sledovat slunce pomocí programu pro výpočet polohy hvězdy na obloze, kterou si v daný den myslíme, na základě globální polohy Heliosu. Ke spuštění programu a ovládání dvou servomotorů bude použit mikrořadič Arduino.

Úvahy o designu

Aby byl tento projekt široce rozptýlen, vynaložilo se značné úsilí na návrh Heliosu, který bude postaven pomocí běžných nástrojů a levných materiálů. První volbou designu bylo postavit tělo téměř výhradně z pěnového jádra, které je tuhé, cenově dostupné, snadno se získává a snadno řezá. Také pro maximální pevnost a tuhost byla věnována pozornost konstrukci těla tak, aby všechny části pěny byly buď v tahu nebo v tlaku. To bylo provedeno za účelem využití pevnosti jádra pěny v tahu a stlačení, a protože použité lepidlo účinněji nese zatížení v tahu než v ohybu. Kromě toho je hřídel připevněná k zrcátku napájena rozvodovým řemenem, což umožňuje malou chybu zarovnání mezi motorem a zrcátkem, servomotory jsou přesné do 1 stupně a platforma běží na open source Arduino plošina. Tyto možnosti designu spolu s několika dalšími úvahami činí z prezentovaného designu trvanlivý a dostupný vzdělávací nástroj.

Náš slib open-source

Cílem Heliosu je propagace inženýrského vzdělávání. Protože toto je naše hlavní zaměření, naše práce je licencována pod licencí GNU FDL. Uživatelé mají plná práva reprodukovat a zlepšovat to, co jsme udělali, pokud tak činí i nadále pod stejnou licencí. Doufáme, že uživatelé zlepší design a budou Helio nadále vyvíjet na efektivnější výukový nástroj.

Epilog Challenge VIA Epilog Zing 16 Laser by mi umožnil dokončit projekty vyšší kvality a zvýšit míru dopadu, který na ně mám. Budovat zajímavé rozsáhlé věci a efektivněji hrát obecně. Epliog Laser by mi také umožnil stavět více zajímavých věcí a psát více skvělých instruktáží, jako je tento o kajaku, který jsem zrenovoval. Mým dalším cílem je postavit kajak z laserem řezané překližky, která je vyztužena uhlíkovými vlákny nebo skleněnými vlákny, a také lepenkové surfovací prkno, které je zabaleno do strukturálních vláken.

Také jsem zadal tento instruktáž do soutěží Tech a Teach It. Pokud se vám tento příspěvek líbil, hlasujte!

Krok 1: Obsah

Obsah:

• Úvod: DIY Solar Tracker
• Obsah
• Nástroje a kusovník
• Krok 1-16 Sestava hardwaru
• Krok 17-22 Montáž elektroniky
• Odkazy na nákup
• Citované práce
• Děkuji za vaši podporu!!!

Krok 2: Nástroje a kusovník

Všechny tyto nástroje lze zakoupit v místních obchodech nebo pomocí odkazů v referenční části. Celkové náklady na tyto materiály jsou přibližně 80 USD, pokud jsou všechny zakoupeny online na uvedených odkazech.

BOM

• Elektrická vrtačka
• Vrtáky (.1258”,.18” a.5”průměr)
• Sada šroubováků
• Rovná hrana
• Kráječ krabic
• Velké svěráky
• 2 pěnové listy (20”x 30”, tloušťka ~ 0,2 palce)
• Tyč o průměru 9,5 palce a průměru 1/2 palce
• Čtvercová matice (velikost závitu 7/16” -14, tloušťka 3/8”)
• Servo Vigor VS-2A (39,2 g/5 kg/0,17 s)
• Páska
• Řemenice rozvodového řemene (2), 1”OD
• Podložky
• Bláznivé lepidlo
• Ozubený řemen 10"
• Šablony (připojené soubory)
• Zrcadlený akrylový list (6”x 6”)
• Krazy Glue Gel
• 8 strojních šroubů (4-40, 25 mm dlouhých)
• 8 ořechů (4-40)
• 1,5 "dlouhé nehty
• Startovací sada pro Arduino Uno
• Modul hodin v reálném čase
• Napájecí adaptér na stěnu (5VDC 1A)
• 9V baterie
• 3.3 KOhm rezistor (2)

Krok 3:

Vytiskněte šablony v přiloženém souboru.

Poznámka: Musí být vytištěny v plném měřítku. Porovnejte výtisky se soubory PDF, abyste se ujistili, že vaše tiskárna nezměnila měřítko.

Krok 4:

Upevněte šablony k plakátu podle obrázku 1 a pomocí středových čar jako vodítek vyvrtejte otvory 0,18 palce a 0,5 palce.

Poznámka: Pro zvýšení přesnosti vyvrtejte nejprve otvory o průměru 0,5 palce vrtákem 0,18 palce.

Krok 5:

Ostrým vykrajovátkem vyřízněte jednotlivé součásti.

Poznámka: Vystřihněte pěnové jádro vícenásobným průchodem řezačky krabic, výsledkem bude mnohem čistší řez. Nesnažte se proříznout celý list v jednom průchodu.

Krok 6:

Slepte odpovídající výřezy dohromady, jak je znázorněno na obrázku 2, pomocí super lepidla. Měli byste být schopni prohlédnout výřezy a vidět, že všechny otvory jsou zarovnány, základna částí 1 a 2 by měla být plochá a jedna šablona na části 3 by měla směřovat ven.

Poznámka: Po nanesení lepidla na jeden povrch spojte díly a přitlačte je k sobě na 30 sekund. Poté nechte lepidlo pět minut tuhnout.

Krok 7:

Pomocí gelu superglue slepte části 1, 2 a 3 dohromady, jak je znázorněno na obrázku 3. Ujistěte se, že jsou díly uspořádány tak, aby otvory o průměru 0,5 “byly nejblíže k části základny, která je označena krátkou značkou, a také že šablona na základně směřuje dolů/ven. Nechte lepidlo tuhnout pět minut. Poté, co lepidlo ztuhne, vložte 3 hřebíky skrz základnu a do každého ze sloupků pro větší podporu.

Krok 8:

Prořízněte horní vrstvu obou příčných nosníků a vložte je do Heliosu, jak je znázorněno na obrázku 4. Naneste superglue gel na spoje mezi příčníky a stěnami Heliosu a povrchem sdíleným mezi dvěma příčníky, jak je uvedeno v modrý. Nechte lepidlo tuhnout pět minut.

Krok 9:

Umístěte kousek pásky podél řezů, jak ukazuje obrázek 5.

Krok 10:

Přilepte rozpěrku k základně tak, že ji zarovnáte se šablonou podle obrázku 6 a necháte lepidlo tuhnout po dobu pěti minut.

Krok 11:

Vycentrujte největší servo roh na spodní základnu a zajistěte jej lepidlem, jak ukazuje obrázek 7. Nechte lepidlo pět minut zatuhnout.

Krok 12:

Vyvrtejte jednu z řemenic rozvodového řemene do otvoru o průměru 0,5”pomocí vrtáku 0,5 palce a zkontrolujte, zda zapadá na hřídel o průměru 0,5”. Měl by buď přitlačit, nebo mít dostatečně malou mezeru, aby se vyplnil super lepidlem. Pokud je vyvrtaný otvor příliš malý, pískujte vnější průměr hřídele ručně.

Krok 13:

Opatrně vyvrtejte dvě čtvercové matice do otvorů o průměru 0,5 “a zkontrolujte, zda těsně přiléhají k hřídeli.

Poznámka: Upněte matici na obětovaný povrch pomocí dvojice svěráků a postupně zvětšujte průměr otvoru několika bity, dokud nezůstane otvor o průměru 0,5 “. Nezapomeňte ponořit vrták do matice pomalu.

Krok 14:

Připojte servo houkačku k řemenici rozvodového řemene, jak je zde znázorněno, přičemž opatrně vycentrujte osu servo houkačky s kladkou, jak je znázorněno na obrázku 8.

Krok 15:

Sestavte hřídel a servo bez lepidla a vyrovnejte dvě řemenice rozvodového řemene, jak ukazuje obrázek 9. Část tyče by měla být odkryta ze zdi naproti kladce.

Poznámka: Zašroubujte servo do sloupků, dávejte pozor, abyste šrouby neprotlačili přes pěnové jádro, a zašroubujte servo houkačku do serva. Místo šroubů můžete použít superglue, ale jednotku nebudete moci snadno rozebrat.

Krok 16:

Jakmile je kladka hřídele zarovnána s řemenicí serva, posuňte vnitřní sadu podložek ke každé stěně a přilepte je k hřídeli pomocí gelu superglue. Zajistí, aby se hřídel neposunula ze zarovnání. Kladku také přilepte k hřídeli pomocí super lepidla. Nechte lepidlo tuhnout pět minut.

Krok 17:

Zkraťte rozvodový řemen na správnou délku, přibližně 7,2 palce, a pomocí gelu ze superglue vytvořte smyčku, která spojuje řemenici hřídele s řemenicí serva, jak je vidět na obrázku 10. Nejprve obtočte řemen kolem obou řemenic a vyjměte ochablý. Nyní přestřihněte řemen těsně za zuby na obou koncích, přičemž konce pásu se dostanou jen k sobě. Nyní odřízněte asi 0,5”pásu z kusu, který jste právě odstranili. Nakonec spojte oba konce k sobě a přilepte je touto extra délkou pásu, obrázek 2. Jakmile lepidlo zaschne, položte pás kolem kladek. Mělo by to být tak přiléhavé, že budete muset odpojit řemenici od serva, aby na ni pasoval řemen. Pokud se hodí, umístěte jej na stranu na později.

Krok 18:

Nalepte šablonu zrcadla na zadní stranu zrcadla nebo nakreslete středovou čáru ručně. Poté pomocí čáry jako vodítka přilepte hranaté matice na zrcadlo pomocí superlepicího gelu. Zajistěte, aby se zrcadlo dokázalo otočit o 180 stupňů od přímého směru nahoru k obrácenému přímému směru dolů, aniž by do něčeho zasahovalo, a poté přilepte hranaté matice k hřídeli gelem superglue.

Poznámka: Spodní okraj čtvercových podložek by měl být zarovnán s tečkovanou čarou na šabloně.

Krok 19:

Nainstalujte závěrečné servo, zajistěte spodní základnu ke koncovému servu šroubem přes servo houkačku a nasaďte rozvodový řemen na řemenice, čímž dokončíte Helios.

Poznámka: Jakmile porozumíte fungování elektroniky a softwaru, přečtením níže si můžete Helios upravit tak, aby se zvýšila jeho přesnost.

Krok 20:

Zapojte serva podle obrázku, napájení odpojte od DC konektoru. (Obrázek 12)

Poznámka: Připojte 9voltovou baterii přímo k Arduinu pomocí konektoru na desce a připojte Arduino k počítači pomocí USB portu. NEPŘIPOJUJTE 9voltovou baterii k prototypové desce, mohlo by dojít k poškození hodin reálného času.

Krok 21:

Odtud si stáhněte a nainstalujte Arduino verze 1.0.2.

Poznámka: Toto stažení obsahuje řídicí kód Heliosu a všechny knihovny, které budete ke spuštění potřebovat. Chcete -li nainstalovat, stáhněte si složku a rozbalte ji. Program Arduino běží přímo z adresáře, není nutná žádná formální instalace. Obecné pokyny k instalaci a pokyny k instalaci ovladačů pro váš Arduino najdete zde.

Krok 22:

Spusťte Blink Arduino Sketch podle pokynů zde. Jakmile tento krátký náčrt začne fungovat, můžete si být jisti, že jste správně připojili svůj Arduino k počítači.

Krok 23:

Otevřete ovládací program (ArduinoCode> Helios_2013), nastavte čas a umístění Heliostatu a nahrajte program do Arduina.

1) Vyberte, zda chcete, aby se Helios choval jako solární panel a sledoval slunce (nastavte proměnnou heliostat = 0) nebo heliostat (nastavte proměnnou heliostat = 1)

A. Poznámka: Doporučujeme nejprve vyzkoušet solární panel, abyste se ujistili, že se pohybuje tak, jak očekáváte. Pokud se zdá, že jedna z os je vypnutá, možná jste vložili jedno ze serv zpět.

2) Jemně otáčejte Heliosem po směru hodinových ručiček až na doraz. Poté namiřte celý stroj na východ.

3) Zadejte souřadnice vaší polohy.

A. Vyhledejte souřadnice místa vyhledáním adresy Google. Dále klikněte pravým tlačítkem na místo a vyberte „Co je tady?“. Souřadnice se zobrazí ve vyhledávacím poli se zeměpisnou šířkou a délkou.

b. Změňte výchozí hodnoty zeměpisné šířky a délky v programu na hodnoty zeměpisné šířky a délky Heliosu.

4) Pokud se rozhodnete používat Helios jako solární panel, tento krok přeskočte. Pokud se rozhodnete používat Helios jako heliostat, zadejte nadmořskou výšku a úhel azimutu Heliosova cíle. Souřadnicový systém je definován na obrázku 15.

5) Chcete -li nastavit hodiny reálného času, určete aktuální čas v UTC a nahraďte odpovídající proměnné těmito hodnotami ve vojenském čase. Poté odstraňte „//“, pokud je uvedeno, nahrajte skicu a nahraďte „//“(Příklad 18:30 EST je 22:30 UTC. V programu by to vypadalo jako hodina = 22, minuta = 30 a sekunda = 0)

A. Po nastavení hodin odpojte serva a spusťte kód v režimu „solárního panelu“(heliostat = 0). Ověřte vypočítané úhly solárního trackeru pomocí něčeho podobného, jako je kalkulačka polohy Slunce od sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). „DAzimuth“je azimutální úhel slunce podle předpovědi Heliosu a „dElevation“je úhel nadmořské výšky /nadmořské výšky. Předpovědi Heliosu i webu by se měly shodovat přibližně do pěti stupňů. Jakékoli nesrovnalosti v tomto rozsahu pocházejí z vypnutého času nahrávání o několik minut a způsobily by nepozorovatelnou změnu v chování Heliosu.

b. Jakmile je Heliova předpověď polohy Slunce přesná, nahraďte kód „//“komentováním kódu, který nastavuje hodiny. Hodiny reálného času stačí nastavit jen jednou, takže je nebude nutné aktualizovat při nahrávání nových skic nebo při změně cílů.

6) Odpojte USB a napájení z Arduina a znovu připojte servomotory.

Krok 24:

Pokud byl Helios sestaven správně, měl by ukazovat na cíl, kterému velíte, a ponechat tam sluneční odraz nehybný, když je na Arduino znovu připojena energie. Helios bude opravovat odraz slunce na každém stupni. To znamená, že sluneční refekce se bude posouvat, dokud se slunce nepohne o jeden stupeň, v tomto okamžiku se Helios pohne, aby korigoval odraz. Jakmile pochopíte, jak program funguje, možná si budete chtít pohrát s proměnnými „offset_Elv“(Elevation) a „offset_Az“(Azimuth), abyste kompenzovali případnou chybu sestavení. Tyto proměnné řídí orientaci souřadnicového systému Heliosu.

Krok 25: Nákup odkazů

Foamcore: Odkaz pěna+jádro

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

Řezačka krabic:

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= neviditelný+páska

Šablony: Vytiskněte stránky na konci tohoto dokumentu. Papír lze zakoupit online na adrese:

Čtvercová matice: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (číslo dílu: 98694A125)

Super lepidlo:

Super lepicí gel: 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+ instantní+bláznivé+lepidlo

Straight Edge:

Elektrická vrtačka:

Šrouby: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (číslo dílu: 90272A115)

Ořechy: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (číslo dílu: 90480A005)

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

Sada šroubováků: Odkaz

2 řemenice rozvodového řemene: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (číslo dílu: A 6M16-040DF25)

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

Vrtáky:

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

Velké svěráky:

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

Sada Arduino:

Modul hodin v reálném čase:

Napájení:

Baterie:

Rezistory:

Krok 26: Citováno dílo

4 fotografie. (2112, 07 07). 3D kompasová navigace. Získáno 6. června 2013 ze 4photos:

Commons, C. (2010, 1. ledna). Modul hodin v reálném čase. Získáno 28. května 2013 ze Sparkfun:

Commons, C. (2011, 1. ledna). Adaptér DC Barrel Jack - kompatibilní s Breadboard. Získáno 28. května 2013 ze Sparkfun:

Commons, C. (2013, 16. května). Ethernetová knihovna. Získáno 28. května 2013 z Arduina:

ElmarM. (2013, 24. března). Strašidelná panenka. Získáno 28. května 2013 z instructables: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -založit/

Pohled, M. (n.d.). KROKY. Získáno 28. května 2013 z kennyviper:

sonlineshop. (2012, 1. ledna). Rezistor 2,2K Ohm. Získáno 28. května 2013 z

Krok 27: Děkujeme za vaši podporu !

Rádi bychom poděkovali Alexandru Mitsosovi, našemu podpůrnému poradci, a všem lidem, kteří nás během 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
• Alexandr 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 místo v technické soutěži

Druhé místo v Epilog Challenge VI