DIY Solar Tracker: 27 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Introduksjon

Vi tar sikte på å introdusere unge studenter for ingeniørfag og lære dem om solenergi; ved å la dem bygge en Helios som en del av læreplanen. Det er et forsøk innen ingeniørkunst for å skyve energiproduksjon bort fra bruk av fossilt brensel og mot grønnere alternativer. Et alternativ for grønnere energi er å bruke en enhet kalt heliostat, som bruker et speil for å rette solens lys mot et mål gjennom dagen. En slik enhet kan brukes til mange bruksområder, fra konsentrering av solenergi til varmebeholderen til et kraftverk til å belyse områder som er blokkert for solen.

I tillegg til antall bruksområder for denne teknologien, er det også et mangfoldig utvalg av strukturer som er designet for å muliggjøre solsporing. Den fysiske strukturen i Helios design, som med andre heliostat -design, fungerer for å montere et speil på to kontrollerbare akser. Mekanismen vil spore solen ved å bruke et program for å beregne stjernens plassering på himmelen trodde dagen, basert på Helios globale posisjon. En Arduino mikrokontroller vil bli brukt til å kjøre programmet og kontrollere de to servomotorene.

Designhensyn

For å sikre at dette prosjektet er vidt spredt, er det lagt ned store anstrengelser for å designe Helios som skal bygges med vanlige verktøy og billige materialer. Det første designvalget var å bygge kroppen nesten helt av skumkjerne, som er stiv, rimelig, lett å skaffe og lett å kutte. For maksimal styrke og stivhet ble det også tatt vare på å utforme kroppen slik at alle skumdelene enten er i spenning eller kompresjon. Dette ble gjort for å dra fordel av skumkjernens styrke i spenning og kompresjon, og fordi limet som ble brukt er mer effektivt for å støtte en belastning i spenning enn i bøyning. I tillegg drives akselen som er festet til speilet gjennom et registerreim, noe som muliggjør en liten justeringsfeil mellom motoren og speilet, servomotorene er nøyaktige til 1 grad, og plattformen går på Arduino med åpen kildekode plattform. Disse designvalgene, sammen med noen andre hensyn, gjør det presenterte designet til et holdbart og rimelig, lærerikt verktøy.

Vårt løfte om åpen kildekode

Målet med Helios er å fremme ingeniørutdannelse. Fordi dette er vårt hovedfokus, er arbeidet vårt lisensiert under GNU FDL -lisensen. Brukere har full rett til å reprodusere og forbedre det vi har gjort, så lenge de fortsetter å gjøre det under samme lisens. Vi håper at brukerne vil forbedre designet og fortsette å utvikle Helios til et mer effektivt læringsverktøy.

Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 Laser ville tillate meg å fullføre prosjekter av høyere kvalitet, og øke mengden innvirkning jeg har med dem. Bygge interessante store ting, og å tinke mer effektivt generelt. En Epliog Laser ville også tillate meg å bygge mer interessante ting og skrive flere kule instrukser, for eksempel denne om en kajakk som jeg pusset opp. Mitt neste mål er å bygge en kajakk av laserskåret kryssfiner som er forsterket med karbonfiber eller glassfiber, samt et surfebrett av papp som er pakket inn i strukturfiber.

Jeg har også lagt inn dette instruerbare i konkurransene Tech and Teach It. Hvis du likte dette innlegget, kan du stemme!

Trinn 1: Innholdsfortegnelse

Innholdsfortegnelse:

• Introduksjon: DIY Solar Tracker
• Innholdsfortegnelse
• Verktøy og materialliste
• Trinn 1-16 Maskinvaremontasje
• Trinn 17-22 Elektronikkmontering
• Innkjøpskoblinger
• Siterte verk
• Takk for støtten!!!

Trinn 2: Verktøy og materialliste

Alle disse verktøyene kan kjøpes i lokale butikker eller på koblingene i referansedelen. Den totale kostnaden for disse materialene er omtrent $ 80, hvis de alle er kjøpt online på de gitte linkene.

BOM

• Bormaskin
• Drill Bits (.1258”,.18”, and.5”Diameter)
• Skrutrekkersett
• Rett kant
• Boksåpner
• Store visegrep
• 2 skumkjerneark (20 "X 30", ~.2in tykke)
• 9,5”lang med 1/2” diameter stang
• Firkantmutter (7/16”-14 gjengemål, 3/8” tykk)
• Vigor VS-2A Servo (39,2 g/5 kg/0,17 sek)
• Teip
• Tannremskiver (2), 1”OD
• Skiver
• Krazy Lim
• Registerreim 10"
• Maler (filer vedlagt)
• Speilet akrylark (6 "X 6")
• Krazy limgel
• 8 maskinskruer (4-40, 25 mm lange)
• 8 nøtter (4-40)
• 1,5 "lange negler
• Startsett for Arduino Uno
• Sanntidsklokke modul
• Veggadapter strømforsyning (5VDC 1A)
• 9V batteri
• 3.3 KOhm motstand (2)

Trinn 3:

Skriv ut malene i den vedlagte filen.

Merk: Disse må skrives ut i full skala. Sammenlign utskriftene med PDF -filene for å sikre at skriveren ikke har endret skalaen.

Trinn 4:

Fest malene til plakatbrettet som vist på figur 1, og bruk senterlinjene som guider, bor hullene på 18 tommer og 0,5 tommer.

Merk: Bor de 0,5 tommer hullene med.18 -tommers borekronen først for økt nøyaktighet.

Trinn 5:

Klipp ut de enkelte komponentene med en skarp bokskutter.

Merk: Klipp av skumkjernen med flere passeringer av boksekutteren, dette vil resultere i et mye renere kutt. Ikke prøv å skjære gjennom hele arket i ett pass.

Trinn 6:

Lim de matchende utskjæringene sammen som vist i figur 2, ved hjelp av superlimet. Du bør kunne se gjennom utskjæringene og se at alle hullene er på linje, bunnen av delene 1 og 2 skal være flate, og en mal på del 3 skal vende ut.

Merk: Etter at du har påført lim på en overflate, fester du delene og presser dem sammen i 30 sekunder. La deretter limet stivne i fem minutter.

Trinn 7:

Ved hjelp av superlimgelen limes delene 1, 2 og 3 sammen som vist i figur 3. Sørg for at delene er plassert slik at hullene på 0,5”diameter er nærmest delen av basen som er merket som kort, og vær sikker på at at malen på basen vender ned/ut. La limet stivne i fem minutter. Etter at limet har stivnet, setter du 3 spiker gjennom basen og inn i hver av stolpene for ekstra støtte.

Trinn 8:

Skjær gjennom det øverste laget av begge tverrbjelkene og sett dem inn i Helios som vist på figur 4. Påfør superlim gel på leddene mellom tverrbjelkene og veggene i Helios, og overflaten delt mellom de to tverrbjelkene, som angitt i blå. La limet stivne i fem minutter.

Trinn 9:

Legg et stykke tape langs kuttene, som vist i figur 5.

Trinn 10:

Lim avstandsstykket på basen ved å legge det på linje med malen som vist i figur 6, og la limet stivne i fem minutter.

Trinn 11:

Sentrer det største servohornet på bunnen og fest det med limet, som vist på figur 7. La limet stivne i fem minutter.

Trinn 12:

Bor en av tannremskivene til et hull på 0,5”med en 0,5-tommers borekrone, og kontroller at den passer på akselen med en diameter på 0,5”. Den skal enten trykke på, eller ha et mellomrom som er lite nok til å fylle med superlim. Hvis det borede hullet er for lite, slipes ned ytterdiameteren på akselen for hånd.

Trinn 13:

Bor forsiktig ut to firkantede muttere til hull med en diameter på 5”og kontroller at de sitter godt på akselen.

Merk: Fest mutteren til en offeroverflate, med et par skruer, og øk gradvis hullet med flere biter til et hull på 0,5”er igjen. Husk å dytte borekronen sakte ned i mutteren.

Trinn 14:

Fest et servohorn til tannremskiven som vist her, og vær forsiktig med å sentrere servohornets akse med remskiven, som vist i figur 8.

Trinn 15:

Monter akselen og servoen, uten lim, og juster de to registerremskivene som vist på figur 9. Noe av stangen skal eksponeres fra veggen overfor remskiven.

Merk: Skru servoen inn i stolpene, vær forsiktig så du ikke tvinger skruene gjennom skumkjernen, og skru servohornet inn i servoen. Du kan bruke superlim i stedet for skruer, men du vil ikke enkelt kunne demontere enheten.

Trinn 16:

Når akselens remskive er på linje med servoens remskive, skyver du det indre settet med skiver mot hver vegg og limer dem på akselen med superlimgelen. De vil forhindre at skaftet glir ut av justeringen. Lim også remskiven til akselen ved hjelp av superlimet. La limet stivne i fem minutter.

Trinn 17:

Forkort registerreim til riktig lengde, rundt 7,2 tommer, og bruk superlimgelen til å lage en sløyfe som forbinder akselens remskive med servos remskive, som vist på figur 10. Først vikler du beltet rundt begge remskivene og tar ut slapp. Klipp nå beltet like etter tennene i begge ender, så ender på beltet for å nå hverandre. Klipp nå rundt 0,5 cm belte fra stykket du nettopp fjernet. Ta til slutt sammen begge ender og lim dem med denne ekstra lengden på beltet, bilde 2. Når limet tørker, plasserer du beltet rundt remskivene. Den skal passe såpass at du må koble remskiven fra servoen for å montere beltet. Hvis den passer, legg den til siden for senere.

Trinn 18:

Lim speilmalen på baksiden av speilet, eller tegn senterlinjen for hånd. Lim deretter de firkantede mutrene på speilet med superlimgelen ved å bruke linjen som en guide. Sørg for at speilet er i stand til å rotere 180 grader fra vendt rett opp til vendt rett ned uten å forstyrre noe, og lim deretter de firkantede mutrene til akselen med superlim gel.

Merk: Den nedre kanten av de firkantede skivene skal være på linje med den stiplede linjen på malen.

Trinn 19:

Installer den siste servoen, fest den nederste sokkelen til den endelige servoen med en skrue gjennom servohornet, og legg tannremmen på remskivene for å fullføre Helios.

Merk: Når du forstår hvordan elektronikken og programvaren fungerer, kan du ved å lese nedenfor justere Helios for å øke nøyaktigheten.

Trinn 20:

Koble servoene som vist, og la strømmen være frakoblet DC -kontakten. (Figur 12)

Merk: Koble 9 volt batteriet direkte til Arduino gjennom kontakten på kortet og koble Arduino til datamaskinen din via USB -porten. IKKE koble 9 -voltsbatteriet til prototypekortet, da dette kan skade sanntidsklokken din.

Trinn 21:

Last ned og installer Arduino versjon 1.0.2 herfra.

Merk: Denne nedlastingen inkluderer Helios -kontrollkoden og alle bibliotekene du trenger for å kjøre den. For å installere, last ned mappen og pakk den ut. Arduino -programmet kjører direkte ut av katalogen, ingen formell installasjon er nødvendig. For generelle installasjonsanvisninger og instruksjoner for hvordan du installerer drivere for din Arduino, gå til her.

Trinn 22:

Kjør Blink Arduino Sketch basert på instruksjonene her. Når du får denne korte skissen til å fungere, kan du være sikker på at du har koblet Arduino til datamaskinen.

Trinn 23:

Åpne kontrollprogrammet (ArduinoCode> Helios_2013) for å angi tid og plassering av Heliostat, og for å laste opp programmet til Arduino.

1) Velg om du vil at Helios skal fungere som et solcellepanel og spore solen (sett variabelen heliostat = 0) eller en heliostat (sett variabelen heliostat = 1)

en. Merk: Vi foreslår at du prøver det som et solcellepanel først for å sikre at det beveger seg slik du forventer. Hvis en av aksene ser ut til å være av, kan det hende du har satt inn en av servoene bakover.

2) Vri Helios forsiktig med klokken hele veien. Rett deretter hele maskinen østover.

3) Skriv inn koordinatene til posisjonen din.

en. Finn koordinatene til et sted ved å søke på adressen i Google. Høyreklikk deretter på plasseringen og velg "Hva er her?". Koordinatene vil vises i søkeboksen, med breddegrad og lengdegrad.

b. Endre standard breddegrad og lengdegrad verdier i programmet til breddegrad og lengdegrad verdiene til Helios.

4) Hvis du velger å bruke Helios som et solcellepanel, hopper du over dette trinnet. Hvis du velger å bruke Helios som heliostat, angir du høyden og asimutvinkelen til Helios mål. Koordinatsystemet er definert i figur 15.

5) For å stille sanntidsklokken, bestem gjeldende tid i UTC og erstatt de tilsvarende variablene med disse verdiene i militær tid. Slett deretter “//” der det er angitt, last opp skissen og erstatt “//” (Eks. 18:30 EST er 22:30 UTC. I programmet vil dette se ut som time = 22, minutt = 30, og andre = 0)

en. Etter at klokken er stilt, koble fra servoene og kjør koden i "solcellepanel" -modus (heliostat = 0). Kontroller de beregnede vinklene til solsporing med noe som solposisjonskalkulatoren fra sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). "DAzimuth" er Azimuth -vinkelen til solen som forutsagt av Helios, og "dElevation" er solens høyde /høydevinkel. Både Helios og nettstedets spådommer bør gå med på rundt fem grader. Enhver uoverensstemmelse innenfor dette området er fra at den opplastede tiden ble av med noen minutter, og ville forårsake en umerkelig endring i Helios oppførsel.

b. Når Helios spådom for solens plassering er nøyaktig, erstatt "//" for å kommentere koden som stiller klokken. Sanntidsklokken trenger bare å stilles inn én gang, så den trenger ikke oppdateres når du laster opp nye skisser eller endrer mål.

6) Fjern USB og strøm fra Arduino og koble servomotorene igjen.

Trinn 24:

Hvis Helios var riktig montert, bør den peke mot målet du kommanderer og holde solens refleksjon stasjonær der når strøm tilføres Arduino igjen. Helios vil korrigere solens refleksjon hver grad. Dette betyr at solens refleksjon vil skifte til solen har beveget seg en grad, på dette tidspunktet vil Helios bevege seg for å korrigere refleksjonen. Når du forstår hvordan programmet fungerer, vil du kanskje spille med variablene "offset_Elv" (Elevation) og "offset_Az" (Azimuth) for å kompensere for eventuelle monteringsfeil. Disse variablene styrer orienteringen til Helios koordinatsystem.

Trinn 25: Innkjøpskoblinger

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+kjerne

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

Boksfres:

Servo:

Tape: 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= usynlig+tape

Maler: Skriv ut sidene på slutten av dette dokumentet. Papir kan kjøpes online på:

Firkantmutter: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (delenummer: 98694A125)

Superlim:

Super limgel: 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+ øyeblikkelig+krazy+lim

Straight Edge:

Power Drill:

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

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

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

Skrutrekkersett:

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

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

Drill Bits:

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

Store visergrep:

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

Arduino Kit:

Klokke -modul i sanntid:

Strømforsyning:

Batteri:

Motstander:

Trinn 26: Siterte arbeider

4 bilder. (2112, 07 07). 3d kompassnavigasjon. Hentet 6. juni 2013 fra 4 bilder:

Commons, C. (2010, 1. januar). Sanntidsklokke modul. Hentet 28. mai 2013 fra Sparkfun:

Commons, C. (2011, 1. januar). DC fat fat adapter - brødbrett kompatibel. Hentet 28. mai 2013 fra Sparkfun:

Commons, C. (2013, 16. mai). Ethernet -bibliotek. Hentet 28. mai 2013 fra Arduino:

ElmarM. (2013, 24. mars). Hjemsøkt dukke. Hentet 28. mai 2013 fra instruktører: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -oppsett/

Gaze, M. (n.d.). STEPsss. Hentet 28. mai 2013 fra kennyviper:

sonlineshop. (2012, 1. januar). Motstand 2.2K Ohm. Hentet 28. mai 2013 fra

Trinn 27: Takk for støtten !

Vi vil rette en stor takk til Alexander Mitsos, vår støttende rådgiver, og alle som støttet oss gjennom dette prosjektet:

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

Runner Up i Tech Contest

Runner Up i Epilog Challenge VI