Dual Axis Tracker V2.0 - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Bereits im Jahr 2015 haben wir einen Simple Dual Axis Tracker für den Einsatz als lustiges Studenten- oder Hobbyprojekt entwickelt. Es war klein, laut, ein wenig kompliziert und provozierte viele wirklich seltsame Community-Kommentare. Davon abgesehen erhalten wir dreieinhalb Jahre später immer noch E-Mails und Anrufe von Leuten aus der ganzen Welt, die ihre eigenen bauen wollen.

Aufgrund des Erfolgs unseres ursprünglichen Projektbeitrags, unseres YouTube-Videos und der von uns verkauften Kits erhielten wir ein breites Feedback von einer Vielzahl von Benutzern. Das meiste davon gut, einiges nervig, und einige davon waren in der Art von "Dieses Ding zu verkabeln ist wirklich verdammt kompliziert, also telefoniere bitte eine Stunde mit uns, um es herauszufinden." Vor diesem Hintergrund haben wir mehrere Monate damit verbracht, das Projekt von Grund auf neu zu gestalten, um es zu einer viel schlankeren und einfacheren Aktivität zu machen.

In diesem Artikel finden Sie Informationen zu unseren Upgrades, zur Funktionsweise von Solartrackern, eine Teileliste, Links zu unserer Open Source-Hardware, Open Source-Code und Links zu den Verkaufsstellen vieler dieser Dinge.

Vollständige Offenlegung: Wir verkaufen dieses Projekt und alle Teile als Bildungspaket. Sie müssen nichts von uns kaufen, um dieses Projekt zu realisieren. Tatsächlich können Sie alle unsere Ressourcen nutzen, um Ihre eigenen Leiterplatten zu konfektionieren, Ihr eigenes Holz in einem lokalen Maker Space oder einer Universität laserzuschneiden oder sogar einfach ein paar Kartons und Heißkleber verwenden, um Ihre eigene fantastische Kreation zu erstellen. Dies ist durch und durch ein Open Source Projekt.

Give Aways: Wir probieren 2019 etwas Neues aus. Folgen Sie uns auf Instructables, Facebook, Instagram und oder YouTube, um einige kostenlose Teile zu gewinnen (nur US-Bürger). Liken und kommentieren Sie einfach unsere Postings und Videos zu diesem Projekt und wir werden im Laufe des nächsten Monats einige Gewinner auswählen. Wir verlosen ein paar Chargen von PCBs und ein paar Kits.

Schritt 1: Warum Solartracker?

Sonnenkollektoren sind überall. Sie sind kostengünstig, leicht verfügbar und sehr einfach zu bedienen. Es gibt Zehntausende von kleinen Solarmodulprojekten auf YouTube und DIY-Websites.

Die meisten Leute haben wahrscheinlich ein paar größere Solaranlagen in ihrer Nachbarschaft, dank der Verbreitung von Solar Group Buys und staatlichen Anreizen. In der überwiegenden Mehrheit dieser Installationen werden Sonnenkollektoren auf dem Dach eines Gebäudes befestigt, das 45 Grad nach Süden zeigt (auf der Nordhalbkugel). Fest installierte Solaranlagen sind bei weitem die einfachste Art, ein Haus oder Gebäude mit Strom zu versorgen, da sie sehr wenig Wartung und Instandhaltung erfordern. Wir sagen häufig Leuten, die uns kontaktieren, dass es viel kostengünstiger ist, KEINEN Solartracker für Ihr Zuhause zu bauen, sondern stattdessen einfach mehr Solarmodule zu Ihrem Array hinzuzufügen.

Die effizienteste Art, Energie aus einem einzelnen Panel zu gewinnen, ist jedoch ein Solartracker. Dadurch kann sich das Solarpanel den ganzen Tag in der optimalen Position befinden, was die Energieerzeugung um über 20% erhöht. Diese Art von System ist perfekt für Gebäude oder Einrichtungen mit wenig Flachdachfläche oder Situationen, in denen die Solarenergie nicht konstant ist.

Wir werden einen Active Solar Tracker vorführen, der sich sowohl auf einer X- als auch auf einer Y-Achse bewegt. Diese Art von System verwendet einen Mikrocontroller oder eine gut entwickelte analoge Schaltung und Sensoren, um das Solarpanel in der richtigen Position zu halten. Dies ist zwar eine wirklich glatte Demo, die Sie mit einer Taschenlampe in einem Klassenzimmer vorführen können, sie verbraucht jedoch auch viel Strom und hat viele bewegliche Teile.

Ein datumsbasierter Tracker oder geplanter Tracker verwendet Datums- und Uhrzeitinformationen, um jeden Tag einem festgelegten Pfad zu folgen, da die Bewegung der Sonne zu 100 % vorhersehbar ist. Ein solches Beispiel dafür ist das Projekt von Instructable User pdaniel7 und verwendet zwei Servos in einem neuartigen Design, um die Sonne sehr effizient zu verfolgen. Der Schlüssel zu dieser Art von Design besteht darin, sicherzustellen, dass die Software für Ihren genauen Standort am effizientesten ist.

Ein personenbetriebener Tracker ist ein Tracker, der von Menschen betrieben wird. Dies kann von etwas so Einfachem reichen, wie einer Person, die den Winkel ihrer Sonnenkollektoren ein paar Mal im Jahr ändert, bis hin zum Aufstellen einer Scheibe auf einer rotierenden Plattform, die an einer gewichteten Riemenscheibe befestigt ist, die jeden Morgen zurückgesetzt wird. Zum Beispiel hat ein lokaler Landwirt, den wir kennen, mehrere Sonnenkollektoren, die auf PVC-Rohren in seinem Garten montiert sind. Jeden Monat änderte er leicht die Position und den Winkel von ihnen. Es ist sehr einfach und hilft ihm, ein paar Ampere mehr Energie aus seinem System herauszuholen.

Schritt 2: Upgrades auf das ursprüngliche Design

Unsere ursprüngliche Version beschäftigte sich mehr mit der physikalischen Mechanik als mit der Elektronik und dies erwies sich als ihr größter Nachteil. Als wir mit der Neugestaltung dieses Projekts begannen, entschieden wir uns, unsere Verkabelung von einem "Kabelbündel"-Ansatz zu einem einfachen "Plug-and-Play"-Ansatz zu ändern, da unser Publikum eher Studenten war.

Als erstes haben wir ein benutzerdefiniertes Arduino Shield zum Einstecken der Servos und Sensoren erstellt. Das ursprüngliche Design verwendete ein generisches Arduino Sensor Shield, das für die Servos gut funktionierte, aber nicht für die Sensoren. Unser Shield ist insgesamt nichts Besonderes und es war bei weitem der einfachste Aspekt beim Design. (Wir haben es auch für andere Projekte verwendet, bei denen wir einen einfachen Sensor und ein Servo anschließen mussten.)

Um die Sensoren an Ort und Stelle zu halten, haben wir einen sehr einfachen Sensorhalter entwickelt, der sich leicht mit dem Holz verschrauben lässt. Ein Satz Stiftleisten ermöglichte es uns dann, die Sensorplatine mit weiblichen Jumpern mit der Abschirmung zu verbinden. Die Fehlerbehebung bei diesem Setup ist viel einfacher als bei unserem ursprünglichen "Kabelbündel" oder einem Steckbrett.

Schließlich gingen wir unser Design durch und änderten einiges am Holz von einem Viertel Zoll auf ein Achtel Zoll, um das Gewicht zu reduzieren. Wir hatten zwar nie Berichte über Leute, die Probleme mit ihren 9G-Servos hatten, je weniger Gewicht sie bewegten, desto besser. Dies reduziert für uns auch die Kosten und das Versandgewicht, da wir dazu neigen, viele Kits international zu versenden.

Schritt 3: Benötigte Teile

Um dieses Projekt zu erstellen, benötigen Sie die folgenden Elemente:

Werkzeuge:

• Schraubendreher
• Rechner
• Laserschneider oder CNC-Router, wenn Sie die Teile selbst ausschneiden

Elektronik:

• Arduino Uno
• Solar Tracker Shield (Stiftleisten und 10.000 Ohm Widerstände)
• Sensorhalter-PCB (Stiftleisten und Lichterkennungswiderstände)
• Überbrückungskabel von Buchse zu Buchse
• 2 x 9G Metallgetriebe Servos

Hardware:

• Lasergeschnittene oder CNC-Holzteile
• 4 x M3 Schrauben + Muttern in ca. 14-16mm Länge
• 4 x Holzschrauben der Größe 2 mit einer Länge von 1/4 Zoll oder einige M1-Schrauben ähnlicher Länge
• 21 x 8-32 Schrauben bei 1/2 Zoll Länge
• 1 x 8-32 bei 3/4 Zoll
• 1 x 8-32 Schraube mit einer Länge von 2,5 Zoll und eine optionale Mutter
• 24 x 8-32 Muttern
• 4 x Gummifüße

Optional:

• Solarzelle (6V 200mA ist das, was wir verwenden)
• LED-Voltmeter
• Draht, um die beiden miteinander zu verbinden

Die meisten dieser Teile sind ziemlich leicht zu finden. Wenn Sie Ihre eigenen PCBs herstellen lassen möchten, können Sie dies über OSHPark.com oder andere PCB-Dienste tun. Stellen Sie sicher, dass Sie Metal Gear 9G-Servos für den zusätzlichen Drehmoment erhalten, den sie bieten.

Schließlich produzieren und verkaufen wir dafür ein Kit, das alles enthält. Wir verkaufen auch nur die Holzteile und nur die Elektronik, da wir viele Anfragen nach Optionen erhalten haben. Unsere Kits sind bereits verlötet, enthalten alle Teile, die Sie zum Bau dieses Projekts benötigen, und wir bieten Kundensupport.

Aaaaaaaaaund bevor wir viele wütende, seltsame Kommentare von Leuten bekommen, ist dies ein 100% Open Source Projekt. Fühlen Sie sich frei, Ihre eigenen mit unserer Anleitung zu machen.

Schritt 4: Vorbereiten der Leiterplatten

Wenn Sie unsere Bausätze oder Teile verwenden, werden die beiden Leiterplatten bereits für Sie verlötet.

Wenn Sie Ihre eigenen Leiterplatten erstellen möchten, finden Sie unsere PCB-Dateien in unserem GitHub-Repo und nutzen Sie dann einen Dienst wie OSHPark, um einige PCBs fertigzustellen. Sie benötigen auch einige 10.000-Ohm-Widerstände, Stiftleisten und Lichterkennungswiderstände, um die Platinen zu bestücken.

Im Allgemeinen ist dies ziemlich einfach durch das Löten von Löchern. Verwenden Sie unbedingt einen Lötkolben mit einer entsprechenden Spitze am Ende.

Schildlöten: Löten Sie die Servo- und Sensorstiftleisten nach oben und die Arduino-Anschlussstiftleisten nach unten.

Sensorlöten: Lichterkennungswiderstände zeigen nach oben, Stiftleisten zeigen nach unten.

Wir haben auch eine Platine entwickelt, die einen Arduino Nano verwendet, aber es ist nicht getestet. Wenn jemand eines davon herstellt, würden wir es gerne in Aktion sehen!

Schritt 5: Vorbereiten der Holzteile

Wir haben das Glück, sowohl einen Laserschneider als auch einen CNC-Router in unserer Werkstatt zu haben, was das Ausschneiden von Teilen für uns sehr einfach macht. Die meisten Leute werden eine Maschine in ihrem lokalen Maker Space, ihrer Universität oder Bibliothek suchen müssen. Jeder Desktop-Laserschneider oder CNC-Router kann das von uns verwendete 1/8- und 1/4-Zoll-Holz verarbeiten. Wir haben mehrere Studentengruppen dieses Projekt erfolgreich mit handgeschnittenen Schaumstoffplatten oder Karton bauen lassen.

Eine Sache, die wir NICHT empfehlen, ist Acryl. Es ist sehr schwer und dicht, was die beiden Servos überwältigen kann.

PDFs mit Vektorlinien finden Sie ganz einfach in unserem GitHub Repo. Werfen Sie diese in Ihre bevorzugte Laserschneider-Software, Inkscape oder eine andere Zeichensoftware. Bitte beachten Sie, dass wir sowohl CUT-Linien als auch ETCHING-Linien in unseren Dateien haben.

Wenn Sie dieses Projekt vereinfachen möchten, können Sie versuchen, den Y-Servo zu entfernen, der die Solarzellenplattform steuert, und dann einfach die Y-Achse manuell einstellen. Dies würde ihn zu einem ziemlich raffinierten Single Axis Tracker machen.

Wir haben viele Anfragen für NUR die lasergeschnittenen Holzteile. Wir verkaufen sie als Option auf unserer Website und stellen sicher, dass auch alle passenden Schrauben mitgeschickt werden.

Schritt 6: Befestigen Sie den X-Servo, die Beine und die Basis

Hinweis: Es gibt viele Möglichkeiten, dieses Projekt zusammenzustellen, und die Reihenfolge, in der Sie es erstellen, spielt keine Rolle. Wenn Sie einige Wegbeschreibungen für Strichzeichnungen anzeigen möchten, können Sie dies mit den Wegbeschreibungen auf unserer Website tun.

Beim Bau ist der erste Schritt, eines der Servos an der Circle Servo Mount zu befestigen.

Verwenden Sie die mit Ihrem Servo gelieferten Schrauben und befestigen Sie sie an der Unterseite des Holzstücks. Dies ist die Seite OHNE Ätzung darauf.

Dann befestigen Sie die vier Beine mit einer 8-32 Schrauben und Muttern. Schrauben Sie sie nicht ganz ein, lassen Sie etwas Spielraum.

Schließlich verbinden Sie die vier Beine mit vier weiteren 8-32 Schrauben und Muttern mit dem großen hölzernen Projektunterteil. Sobald sie sicher sind, ziehen Sie die anderen vier Schrauben an der Circle Servo Mount fest.

Dies wäre auch ein guter Zeitpunkt, um Gummifüße auf die Unterseite Ihres Project Base-Holzstücks zu stellen, damit die Schrauben Ihren Tisch nicht zerkratzen.

Schritt 7: Befestigen Sie den Y-Servo und bauen Sie das Zentrum auf

Verwenden Sie das obige Diagramm, um die Mittelteile zu erstellen.

Befestigen Sie das Servo mit den mitgelieferten Schrauben. Es spielt keine Rolle, welche Seite des Holzstücks Sie verwenden, nur dass der Servokörper nach innen zeigt.

Als nächstes verbinden Sie lose die beiden langen Rechteckstücke und die beiden langen Schraubenführungsstücke.

Schritt 8: Servohörner anbringen

Hinweis: Dies ist bei weitem der nervigste Teil dieses Builds. Wenn Sie ein Servohorn brechen, machen Sie sich keine Sorgen, Sie haben aus gutem Grund zusätzliches.

Befestigen Sie eines der X-förmigen Servohörner, die mit Ihrem Servo geliefert wurden, am großen Mittelkreisstück. Sie werden es in die Unterseite schrauben, die die Seite ohne Ätzen ist. Verwenden Sie dazu zwei der kleinen # 2 Holzschrauben.

Machen Sie dasselbe mit einem der beiden Triangle Wings mit einem anderen Servo Horn.

Schritt 9: Verbinden Sie Center und Base, Home the X Servo

Verbinden Sie das Mittelkreisstück, an dem Sie gerade ein Horn befestigt haben, und verbinden Sie es mit den Y-Servo-Mittelstücken von zuvor. Verbinden Sie die Teile und verwenden Sie vier 8-32 Schrauben und Muttern, um sie zusammenzuhalten.

Setzen Sie es dann mit dem Servohorn als Verbindungspunkt auf die Basis. Schrauben Sie es noch NICHT fest.

Referenzieren des X-Servos

Verwenden Sie das Servohorn, das jetzt mit Ihrem Servo verbunden ist, und drehen Sie das Servo im Uhrzeigersinn. (Sie können dafür auch eines Ihrer übrig gebliebenen Servohörner verwenden.)

Heben Sie das Zentrum auf und legen Sie es in die Position, die am weitesten gegen den Uhrzeigersinn ist. Verwenden Sie die Ecke der Projektbasis als Referenzpunkt.

Verwenden Sie zuletzt die sehr kleine Schraube, die mit Ihrem Servo geliefert wurde, um das Horn in das Servo zu schrauben. Es hilft, wenn Sie können, einen Schraubendreher mit magnetischer Spitze zu haben.

Schritt 10: Bauen Sie das Gesicht, Home den Y-Servo und verbinden Sie alles

Schrauben Sie zuerst die Sensorplatine mit Ihrer 8-32-Mutter und Schraube mit einem halben Zoll (oder einem 3/4 Zoll) in die Frontplatte. Befestigen Sie dann die beiden Trennwände um ihn herum mit weiteren 8-32 Schrauben.

Schrauben Sie als nächstes die beiden Dreiecksflügel in die Frontplatte.

Stellen Sie sicher, dass der Flügel mit dem Servohorn mit Ihrem Y-Achsen-Servo übereinstimmt.

Referenzieren des Servos

Wir machen hier dasselbe. Drehen Sie das Servo mit einem Servohorn ganz im Uhrzeigersinn.

Bringen Sie dann die gesamte Frontplatte so an, dass sie fast senkrecht steht, aber nicht an andere Holzteile stößt.

Alles verbinden

Die 2,5-Zoll-Schraube verbindet eine Seite der Frontplatte mit dem Zentrum über das große lasergeschnittene Loch.

Verwenden Sie dann die andere sehr kleine Servoschraube, um das Horn in den Y-Achsen-Servo zu schrauben.

Schritt 11: Befestigen Sie das Arduino und verbinden Sie die Drähte

Schließlich müssen wir unseren Arduino mit einigen der M3-Schrauben und Muttern in die Grundplatte schrauben. Wir verwenden normalerweise nur zwei Schrauben, aber wir haben Löcher für vier hinzugefügt. Dann befestigen Sie das Schild am Arduino.

Stecken Sie die Servos in das Schild. Achten Sie darauf, den Horizontal-Servo an den X-Achsen-Anschluss und den Vertikal-Servo an den Y-Achsen-Anschluss anzuschließen.

Passen Sie die fünf Verbindungen zwischen der Sensorplatine und dem Schild an, sie sind beide beschriftet. Schließen Sie alle vier Drähte an.

Hinweis: Wenn Probleme auftreten, liegt dies daran, dass Sie etwas falsch verkabelt haben. Überprüfen Sie im Zweifelsfall die Sensorkabel und überprüfen Sie, ob sich Ihre Servos an der richtigen Stelle befinden.

Schritt 12: Code hochladen

Unser Code ist ganz einfach. Es vergleicht das Licht, das auf jeden der vier Lichterkennungswiderstände trifft, und versucht, sie gleich zu machen. Dies ist auch eine sehr ineffiziente Art und Weise, Dinge zu tun, und dies würde sich keinesfalls für größere Projekte eignen. Der größte Vorteil dieses Codes ist, dass er interessant anzusehen ist. Der Tracker wird einer Taschenlampe sehr leicht folgen. Der größte Nachteil ist, dass es nicht besonders genau ist und wenn Sie den ganzen Tag in der Sonne stehen, bewegt es sich nicht sehr oft. Sie können den Code optimieren, um ihn sensibler zu machen, aber es ist eine Menge Versuch und Irrtum.

Wenn Sie Ihren eigenen Code schreiben oder etwas anderes ausprobieren möchten, großartig! Stellen Sie sicher, dass Sie einen Link dazu in den Kommentaren teilen.

Laden Sie diesen Code mit der offiziellen Arduino-Software auf den Arduino hoch.

Wenn Ihre Servos und Sensoren angeschlossen sind, sehen Sie, wie sie in eine 'Home'-Position rucken, eine Sekunde pausieren und dann erneut bewegen.

Schritt 13: Häufige Fragen und Antworten

Häufige Probleme, mit denen uns die Leute anrufen.

F1) Es steht in der Sonne und funktioniert nicht! Was für eine Abzocke

A1) Ist es an eine USB-Stromquelle angeschlossen? Der Tracker ist nicht selbstversorgend und wird vollständig über das USB-Kabel betrieben, das in den Arduino geht.

Q2) Der Kopf schlägt heftig gegen andere Teile oder den Körper

A2) Sie müssen die Servos erneut 'home'. Wir müssen die Servolimits angeben. (Dies kann auch im Code erfolgen)

F3) Es bewegt sich nicht sehr viel, wie kann ich das ändern?

A3) Versuchen Sie es mit einer Taschenlampe in einem Raum mit schwachem Licht. Es kann überwältigt werden, wenn es draußen in der Sonne ist.

F4) Mein Arduino lädt nicht hoch. Was mache ich falsch?

A4) Stellen Sie sicher, dass Sie Treiber für Ihr Arduino installiert haben, stellen Sie sicher, dass Sie Arduino Uno aus der Board-Liste ausgewählt haben, stellen Sie sicher, dass Sie den richtigen Kommunikationsport ausgewählt haben.

F4) Dies ist eine totale Abzocke! Wie können Sie es wagen, so viel für ein Kit zu verlangen! Ihr seid scheiße

A4) Danke für diesen aufschlussreichen Kommentar, auch wenn es keine Frage ist. Bist du von YouTube hierher gekommen? Ja, wir berechnen Geld für eine Kit-Version, aber wir geben Ihnen alle Komponenten, die Sie benötigen, und bieten Ihnen echten Live-Kundensupport. Wenn Sie es nicht bei uns kaufen möchten, machen Sie es selbst mit unseren Open Source-Dateien und dieser Anleitung.

Schritt 14: Verzierungen

Wenn wir unsere Kit-Version dieses Projekts durchführen, enthalten wir auch eine 6V 200mA-Solarzelle sowie ein kostengünstiges LED-Voltmeter. Diese kleine Solarzelle wird nicht viel tun, aber Sie können einige Daten daraus gewinnen.

Normalerweise befestigen wir die Solarzelle mit Klett- oder Schaumstoffband am Gesicht. Bitte denken Sie daran, dass Sie dieses Projekt zwar technisch gesehen ein riesiges Solarpanel anbringen könnten, es jedoch sofort zerquetschen würden. Eine zu große Solarzelle würde die Servos zusätzlich belasten. (Größere Tracker möchten einen Schrittmotor mit Getriebe verwenden.)

In unseren lasergeschnittenen Dateien finden Sie eine einfache Halterung für das LED Voltmeter, die mit zwei weiteren 8-32 Schrauben an der Basis befestigt werden kann. Wir verwenden Drahtmuttern, um das Voltmeter mit der Solarzelle zu verbinden. Diese Arten von Voltmetern werden von ihrer Quelle gespeist, in diesem Fall der Solarzelle. Schwarzes Kabel an Minus, rotes und weißes Kabel an Plus.

Schritt 15: Genießen Sie

Wir hoffen, dass dieses Update vielen Leuten hilft und noch mehr Leute daran interessiert, ihren Desktop-Solartracker zu entwickeln. Wenn Sie Fragen oder Kommentare haben oder Ihre eigenen erstellen, posten Sie bitte unten einen Kommentar. Wir lieben es zu sehen, welche lustigen Variationen sich die Leute einfallen lassen.

Wenn Sie an einem unserer Teile oder Zubehör interessiert sind, holen Sie es sich bei BrownDogGadgets.com. Und wie bereits mehrfach gesagt, handelt es sich hier um ein Open-Source-Projekt. Sie können also Ihre eigenen Teile und Verbrauchsmaterialien so oft verwenden, wie Sie möchten.