DIY Solar Tracker: 27 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Invoering

We willen jonge studenten kennis laten maken met techniek en ze leren over zonne-energie; door ze een Helios te laten bouwen als onderdeel van hun curriculum. Er is een inspanning in engineering om energieopwekking weg te duwen van het gebruik van fossiele brandstoffen en naar groenere alternatieven. Een optie voor groenere energie is het gebruik van een apparaat dat een heliostaat wordt genoemd en dat een spiegel gebruikt om het zonlicht de hele dag op een doel te richten. Zo'n apparaat kan voor veel toepassingen worden gebruikt, van het concentreren van zonne-energie op het warmtereservoir van een elektriciteitscentrale tot het verlichten van gebieden die zijn afgeschermd van de zon.

Naast het aantal toepassingen van deze technologie, is er ook een breed scala aan structuren die zijn ontworpen om zonne-tracking mogelijk te maken. De fysieke structuur van het ontwerp van Helios, zoals bij andere heliostaatontwerpen, functioneert om een spiegel op twee bestuurbare assen te monteren. Het mechanisme zal de zon volgen door een programma te gebruiken om de locatie van de ster aan de hemel te berekenen, dacht de dag, op basis van de globale positie van de Helios. Een Arduino-microcontroller wordt gebruikt om het programma uit te voeren en de twee servomotoren te besturen.

Ontwerp Overwegingen

Om ervoor te zorgen dat dit project wijdverbreid zou zijn, werd er veel moeite gedaan om de Helios te ontwerpen om te bouwen met gemeenschappelijk gereedschap en goedkope materialen. De eerste ontwerpkeuze was om de carrosserie bijna volledig uit schuimkern te bouwen, die stijf, betaalbaar, gemakkelijk te verkrijgen en gemakkelijk te snijden is. Voor maximale sterkte en stijfheid is er ook voor gezorgd dat het lichaam zo is ontworpen dat alle schuimonderdelen onder spanning of compressie staan. Dit werd gedaan om te profiteren van de sterkte van de schuimkern bij trek en compressie, en omdat de gebruikte lijm effectiever is in het ondersteunen van een belasting onder spanning dan bij buigen. Bovendien wordt de as die aan de spiegel is bevestigd, aangedreven door een distributieriem, wat zorgt voor een kleine uitlijnfout tussen de motor en de spiegel, de servomotoren zijn nauwkeurig tot op 1 graad en het platform draait op de open source Arduino platform. Deze ontwerpkeuzes, samen met een paar andere overwegingen, maken het gepresenteerde ontwerp een duurzaam en betaalbaar, educatief hulpmiddel.

Onze open-sourcebelofte

Het doel van Helios is het bevorderen van technisch onderwijs. Omdat dit onze belangrijkste focus is, is ons werk gelicentieerd onder de GNU FDL-licentie. Gebruikers hebben het volledige recht om te reproduceren en te verbeteren wat we hebben gedaan, zolang ze dit onder dezelfde licentie blijven doen. We hopen dat gebruikers het ontwerp zullen verbeteren en Helios zullen blijven ontwikkelen tot een effectiever leermiddel.

Epilog-uitdaging VIAn Epilog Zing 16 Laser zou me in staat stellen projecten van hogere kwaliteit te voltooien en de impact die ik ermee heb te vergroten. Interessante grootschalige dingen bouwen en in het algemeen effectiever sleutelen. Een Epliog Laser zou me ook in staat stellen om interessantere dingen te bouwen en meer coole Instructables te schrijven, zoals deze over een kajak die ik heb opgeknapt. Mijn volgende doel is om een kajak te bouwen van lasergesneden multiplex dat is versterkt met koolstofvezel of glasvezel, evenals een kartonnen surfplank die is gewikkeld in structurele vezels.

Ik heb dit instructable ook ingevoerd in de Tech en de Teach It wedstrijden. Als je dit bericht leuk vond, stem dan alsjeblieft!

Stap 1: Inhoudsopgave

Inhoudsopgave:

• Inleiding: DIY Solar Tracker
• Inhoudsopgave
• Gereedschap en stuklijst
• Stap 1-16 Hardwaremontage
• Stap 17-22 Elektronica-assemblage
• Inkooplinks
• Geciteerde werken
• Bedankt voor uw steun!!!

Stap 2: Gereedschappen en stuklijst

Al deze tools kunnen worden gekocht bij lokale winkels of via de links in de referentiesectie. De totale kosten van deze materialen bedragen ongeveer $ 80, als ze allemaal online worden gekocht via de gegeven links.

stuklijst

• Boormachine
• Boren (.1258”,.18” en.5” diameter)
• Schroevendraaier set
• Rechte rand
• Stanleymes
• Grote bankschroefgrepen
• 2 schuimkernplaten (20" X 30", ~.2in dik)
• 9,5 "Lange bij 1/2" Diameter Staaf
• Vierkante moer (7/16" -14 draadmaat, 3/8" dik)
• Kracht VS-2A Servo (39,2 g/5 kg/0,17 sec)
• Plakband
• Distributieriemschijven (2), 1” OD
• Sluitringen
• Krazy-lijm
• Distributieriem 10"
• Sjablonen (bestanden bijgevoegd)
• Gespiegelde acrylplaat (6 "X 6")
• Krazy Lijm Gel
• 8 machineschroeven (4-40, 25 mm lang)
• 8 Moeren (4-40)
• 1,5 "lange nagels
• Starterkit voor Arduino Uno
• Realtimeklokmodule
• Voeding voor wandadapter (5VDC 1A)
• 9V batterij
• 3,3 KOhm-weerstand (2)

Stap 3:

Print de sjablonen in het bijgevoegde bestand.

Let op: Deze moeten op ware grootte worden afgedrukt. Vergelijk de afdrukken met de pdf's, om er zeker van te zijn dat uw printer de schaal niet heeft gewijzigd.

Stap 4:

Bevestig de sjablonen aan het posterboard zoals weergegeven in figuur 1 en boor de gaten van 0,18 inch en 0,5 inch met behulp van de middenlijnen als geleiders.

Opmerking: Boor eerst de gaten van 0,5 inch met de boor van 0,18 inch voor een grotere nauwkeurigheid.

Stap 5:

Snijd met een scherpe stanleymes de afzonderlijke onderdelen uit.

Let op: Snijd de schuimkern met meerdere gangen van de stanleymes, dit zal resulteren in een veel schonere snede. Probeer niet het hele vel in één keer door te snijden.

Stap 6:

Lijm de bijpassende uitsparingen aan elkaar zoals weergegeven in figuur 2, met behulp van de superlijm. Je zou door de uitsparingen moeten kunnen kijken en zien dat alle gaten zijn uitgelijnd, de basis van deel 1 en 2 moet vlak zijn en een sjabloon op deel 3 moet naar buiten wijzen.

Opmerking: Nadat u lijm op één oppervlak hebt aangebracht, voegt u de delen samen en drukt u ze gedurende 30 seconden samen. Laat de lijm vervolgens vijf minuten intrekken.

Stap 7:

Gebruik de superlijmgel om delen 1, 2 en 3 aan elkaar te lijmen zoals weergegeven in figuur 3. Zorg ervoor dat de delen zo zijn gerangschikt dat de gaten met een diameter van 0,5 inch zich het dichtst bij het gedeelte van de basis bevinden dat kort is gelabeld, zorg er ook voor dat dat de sjabloon op de basis naar beneden/naar buiten wijst. Laat de lijm vijf minuten intrekken. Nadat de lijm is uitgehard, steekt u 3 spijkers door de basis en in elk van de staanders voor extra ondersteuning.

Stap 8:

Snijd door de bovenste laag van beide dwarsbalken en steek ze in de Helios zoals weergegeven in figuur 4. Breng superlijmgel aan op de verbindingen tussen de dwarsbalken en de wanden van de Helios, en het oppervlak dat wordt gedeeld tussen de twee dwarsbalken, zoals aangegeven in blauw. Laat de lijm vijf minuten intrekken.

Stap 9:

Plaats een stuk tape langs de inkepingen, zoals weergegeven in figuur 5.

Stap 10:

Superlijm de afstandhouder op de basis door deze uit te lijnen met de sjabloon zoals weergegeven in afbeelding 6, en laat de lijm vijf minuten uitharden.

Stap 11:

Centreer de grootste servohoorn op de onderste basis en zet deze vast met de secondelijm, zoals weergegeven in figuur 7. Laat de lijm vijf minuten intrekken.

Stap 12:

Boor een van de tandriemschijven uit tot een gat met een diameter van 0,5 inch met behulp van de boor van 0,5 inch en controleer of deze op de as met een diameter van 0,5 inch past. Het moet ofwel aandrukken of een opening hebben die klein genoeg is om te vullen met superlijm. Als het geboorde gat te klein is, schuur dan de buitendiameter van de as met de hand af.

Stap 13:

Boor voorzichtig twee vierkante moeren uit tot gaten met een diameter van 0,5 inch en controleer of ze goed op de as passen.

Opmerking: Klem de moer vast op een opofferingsoppervlak, met een paar bankschroeven, en vergroot geleidelijk de diameter van het gat met meerdere bits totdat een gat met een diameter van 0,5 inch overblijft. Vergeet niet om de boor langzaam in de moer te steken.

Stap 14:

Bevestig een servohoorn aan de riemschijf van de distributieriem, zoals hier getoond, en zorg ervoor dat de as van de servohoorn met de riemschijf wordt gecentreerd, zoals weergegeven in figuur 8.

Stap 15:

Monteer de as en servo, zonder lijm, en lijn de twee distributieriempoelies uit zoals getoond in figuur 9. Een deel van de stang moet zichtbaar zijn vanaf de muur tegenover de poelie.

Opmerking: Schroef de servo in de staanders, zorg ervoor dat u de schroeven niet door de schuimkern duwt en schroef de servohoorn in de servo. U kunt secondelijm gebruiken in plaats van schroeven, maar u zult het apparaat niet gemakkelijk kunnen demonteren.

Stap 16:

Zodra de poelie van de as is uitgelijnd met de poelie van de servo, schuift u de binnenste set ringen tegen elke muur en lijmt u ze op de as met behulp van de superlijmgel. Ze zorgen ervoor dat de as niet uit de lijn glijdt. Lijm ook de poelie op de as met behulp van de superlijm. Laat de lijm vijf minuten intrekken.

Stap 17:

Kort de distributieriem in tot de juiste lengte, ongeveer 7,2 inch, en gebruik de superlijmgel om een lus te maken die de poelie van de as verbindt met de poelie van de servo, zoals te zien is in figuur 10. Wikkel eerst de riem om beide poelies en haal de slap. Knip nu de riem net na de tanden aan beide uiteinden, zodat de uiteinden van de riem net bij elkaar komen. Knip nu ongeveer 0,5 van de riem van het stuk dat u zojuist hebt verwijderd. Breng tot slot beide uiteinden bij elkaar en lijm ze vast met deze extra lengte riem, afbeelding 2. Zodra de lijm droog is, plaatst u de riem om de poelies. Het moet zo goed passen dat je de poelie van de servo moet losmaken om de riem erop te passen. Als het past, leg het dan aan de kant voor later.

Stap 18:

Lijm de spiegelsjabloon op de achterkant van de spiegel of teken de middellijn met de hand. Gebruik vervolgens de lijn als richtlijn en lijm de vierkante moeren op de spiegel met de superlijmgel. Zorg ervoor dat de spiegel 180 graden kan draaien, van recht omhoog naar recht naar beneden gericht, zonder iets te verstoren, en lijm vervolgens de vierkante moeren op de as met de superlijmgel.

Opmerking: De onderkant van de vierkante ringen moet worden uitgelijnd met de stippellijn op de sjabloon.

Stap 19:

Installeer de laatste servo, bevestig de onderste basis aan de laatste servo met een schroef door de servohoorn en plaats de distributieriem op de katrollen om de Helios te voltooien.

Opmerking: als u eenmaal begrijpt hoe de elektronica en software werken, kunt u, door hieronder te lezen, uw Helios aanpassen om de nauwkeurigheid te vergroten.

Stap 20:

Sluit de servo's aan zoals afgebeeld en laat de stroom losgekoppeld van de DC-aansluiting. (Figuur 12)

Opmerking: sluit de 9 volt batterij rechtstreeks aan op de Arduino via de aansluiting op het bord en sluit de Arduino aan op uw computer via de USB-poort. Sluit de 9 volt-batterij NIET aan op het prototypebord, omdat dit uw realtimeklok kan beschadigen.

Stap 21:

Download en installeer Arduino-versie 1.0.2 vanaf hier.

Opmerking: deze download bevat de Helios-besturingscode en alle bibliotheken die u nodig hebt om deze uit te voeren. Om te installeren, download de map en pak deze uit. Het Arduino-programma wordt rechtstreeks vanuit de directory uitgevoerd, er is geen formele installatie vereist. Voor algemene installatie-instructies en aanwijzingen voor het installeren van stuurprogramma's voor uw Arduino, ga hierheen.

Stap 22:

Voer de Blink Arduino Sketch uit op basis van de aanwijzingen hier. Zodra u deze korte schets aan het werk krijgt, kunt u er zeker van zijn dat u uw Arduino correct op uw computer hebt aangesloten.

Stap 23:

Open het besturingsprogramma (ArduinoCode >Helios_2013) om de tijd en locatie van de Heliostat in te stellen en om het programma naar de Arduino te uploaden.

1) Kies of je wilt dat Helios werkt als een zonnepaneel en de zon volgt (stel de variabele heliostat=0 in) of een heliostaat (stel de variabele heliostat=1 in)

A. Opmerking: we raden u aan het eerst als zonnepaneel te proberen om er zeker van te zijn dat het beweegt zoals u verwacht. Als een van de assen uit lijkt te staan, hebt u mogelijk een van de servo's achteruit geplaatst.

2) Draai Helios voorzichtig helemaal met de klok mee. Richt dan de hele machine naar het oosten.

3) Voer de coördinaten van uw locatie in.

A. Vind de coördinaten van een locatie door Google op het adres te zoeken. Klik vervolgens met de rechtermuisknop op de locatie en selecteer "Wat is hier?". De coördinaten verschijnen in het zoekvak, met de breedtegraad en de lengtegraad.

B. Wijzig de standaard breedte- en lengtegraadwaarden in het programma in de breedte- en lengtegraadwaarden van Helios.

4) Als u ervoor kiest om Helios als zonnepaneel te gebruiken, sla deze stap dan over. Als je ervoor kiest om Helios als heliostaat te gebruiken, voer dan de hoogte en azimuthoek van het doel van Helios in. Het coördinatensysteem is gedefinieerd in figuur 15.

5) Om de Real Time Clock in te stellen, bepaalt u de huidige tijd in UTC en vervangt u de corresponderende variabelen door deze waarden, in militaire tijd. Verwijder vervolgens de "//" waar aangegeven, upload de schets en vervang de "//" (bijv. 18:30 uur EST is 22:30 uur UTC. In het programma ziet dit eruit als uur = 22, minuut = 30 en seconde=0)

A. Nadat de klok is ingesteld, koppelt u de servo's los en voert u de code uit in de modus "zonnepaneel" (heliostaat = 0). Controleer de berekende hoeken van de zonnetracker met zoiets als de zonnepositiecalculator van sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). "dAzimuth" is de azimuthoek van de zon zoals voorspeld door Helios en "dElevation" is de elevatie-/hoogtehoek van de zon. Zowel de voorspellingen van Helios als de website moeten binnen ongeveer vijf graden overeenkomen. Elke discrepantie binnen dit bereik is dat de uploadtijd een paar minuten afwijkt en zou een onmerkbare verandering in het gedrag van Helios veroorzaken.

B. Zodra de voorspelling van Helios voor de locatie van de zon nauwkeurig is, vervangt u de "//" om de code die de klok instelt te becommentariëren. De realtimeklok hoeft maar één keer te worden ingesteld, dus deze hoeft niet te worden bijgewerkt als u nieuwe schetsen uploadt of doelen wijzigt.

6) Verwijder de USB en voeding van de Arduino en sluit de servomotoren opnieuw aan.

Stap 24:

Als Helios correct is geassembleerd, moet het wijzen naar het doel dat u beveelt en de reflectie van de zon daar stationair houden wanneer de Arduino opnieuw wordt ingeschakeld. Helios corrigeert de reflectie van de zon elke graad. Dit betekent dat de reflectie van de zon zal verschuiven totdat de zon één graad is verplaatst, op dit punt zal Helios bewegen om de reflectie te corrigeren. Als je eenmaal begrijpt hoe het programma werkt, wil je misschien spelen met de variabelen "offset_Elv" (Elevation) en "offset_Az" (Azimuth) om eventuele montagefouten te compenseren. Deze variabelen bepalen de oriëntatie van het coördinatensysteem van Helios.

Stap 25: Links kopen

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+ schuim+kern

Staaf: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (onderdeelnummer: 8528K32)

Doossnijder:

Servo:

Band: 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= onzichtbaar+tape

Sjablonen: druk de pagina's aan het einde van dit document af. Papier kan online worden gekocht op:

Vierkante moer: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (onderdeelnummer: 98694A125)

Superlijm:

Superlijmgel: 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+ instant+krazy+lijm

Rechte rand:

Boormachine:

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

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

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

Schroevendraaierset:

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

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

Boren:

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

Grote bankschroefgrepen:

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

Arduino-kit:

Realtimeklokmodule:

Voeding:

Batterij:

Weerstanden:

Stap 26: Geciteerde werken

4 foto's. (2112, 07 07). 3D-kompasnavigatie. Op 6 juni 2013 opgehaald van 4photos:

Commons, C. (2010, 1 januari). Realtime klokmodule. Opgehaald op 28 mei 2013, van Sparkfun:

Commons, C. (2011, 1 januari). DC Barrel Jack Adapter - Breadboard compatibel. Opgehaald op 28 mei 2013, van Sparkfun:

Commons, C. (2013, 16 mei). Ethernet-bibliotheek. Op 28 mei 2013 opgehaald van Arduino:

ElmarM. (2013, 24 maart). Achtervolgde pop. Opgehaald op 28 mei 2013, van instructables: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -opstelling/

Blik, M. (n.d.). STAPsss. Opgehaald op 28 mei 2013, van kennyviper:

online winkel. (2012, 1 januari). Weerstand 2.2K Ohm. Opgehaald op 28 mei 2013, van

Stap 27: Bedankt voor uw steun!

We willen Alexander Mitsos, onze ondersteunende adviseur, en alle mensen die ons tijdens dit project hebben gesteund enorm bedanken:

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

Tweede plaats in de technische wedstrijd

Tweede plaats in de Epilog Challenge VI