DIY Solar Tracker - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Einführung

Unser Ziel ist es, junge Studenten an die Ingenieurwissenschaften heranzuführen und ihnen Solarenergie beizubringen; indem sie einen Helios als Teil ihres Lehrplans bauen lassen. Es gibt Bemühungen in der Technik, die Energieerzeugung weg von der Verwendung fossiler Brennstoffe und hin zu umweltfreundlicheren Alternativen zu verschieben. Eine Möglichkeit für umweltfreundlichere Energie ist die Verwendung eines Geräts namens Heliostat, das mithilfe eines Spiegels das Sonnenlicht den ganzen Tag über auf ein Ziel lenkt. Ein solches Gerät kann für viele Anwendungen eingesetzt werden, von der Konzentration von Sonnenenergie auf den Wärmespeicher eines Kraftwerks bis hin zur Beleuchtung von sonnengeschützten Bereichen.

Neben den vielfältigen Einsatzmöglichkeiten dieser Technologie gibt es auch eine Vielzahl von Strukturen, die darauf ausgelegt sind, ein solares Tracking zu ermöglichen. Die physikalische Struktur des Helios-Designs dient wie bei anderen Heliostat-Designs dazu, einen Spiegel auf zwei steuerbare Achsen zu montieren. Der Mechanismus verfolgt die Sonne, indem er ein Programm verwendet, um die Position des Sterns am Himmel zu berechnen, basierend auf der globalen Position des Helios. Ein Arduino-Mikrocontroller wird verwendet, um das Programm auszuführen und die beiden Servomotoren zu steuern.

Überlegungen zum Entwurf

Um sicherzustellen, dass dieses Projekt weit verbreitet ist, wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um den Helios so zu gestalten, dass er mit gängigen Werkzeugen und billigen Materialien gebaut wird. Die erste Wahl beim Design war, die Karosserie fast vollständig aus einem Schaumstoffkern zu bauen, der steif, erschwinglich, leicht zu beschaffen und leicht zu schneiden ist. Für maximale Festigkeit und Steifigkeit wurde außerdem darauf geachtet, die Karosserie so zu gestalten, dass alle Schaumstoffteile entweder unter Zug oder Druck stehen. Dies geschah, um die Zug- und Druckfestigkeit des Schaumkerns zu nutzen, und weil der verwendete Klebstoff eine Zugbelastung effektiver aushält als eine Biegung. Darüber hinaus wird die am Spiegel befestigte Welle über einen Zahnriemen angetrieben, der einen kleinen Ausrichtungsfehler zwischen dem Motor und dem Spiegel ermöglicht, die Servomotoren sind auf 1 Grad genau und die Plattform läuft auf dem Open-Source-Arduino Plattform. Diese Designentscheidungen, zusammen mit einigen anderen Überlegungen, machen das vorgestellte Design zu einem langlebigen und erschwinglichen Bildungsinstrument.

Unser Open-Source-Versprechen

Das Ziel von Helios ist die Förderung der Ingenieurausbildung. Da dies unser Hauptaugenmerk ist, ist unsere Arbeit unter der GNU FDL-Lizenz lizenziert. Benutzer haben das volle Recht, das, was wir getan haben, zu reproduzieren und zu verbessern, solange sie dies unter derselben Lizenz tun. Wir hoffen, dass die Benutzer das Design verbessern und Helios zu einem effektiveren Lernwerkzeug weiterentwickeln.

Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 Laser würde es mir ermöglichen, qualitativ hochwertigere Projekte abzuschließen und die Wirkung, die ich damit habe, zu erhöhen. Ein Epliog Laser würde es mir auch ermöglichen, interessantere Dinge zu bauen und mehr coole Instructables zu schreiben, wie diese über ein Kajak, das ich renoviert habe. Mein nächstes Ziel ist es, ein Kajak aus lasergeschnittenem Sperrholz zu bauen, das mit Kohlefaser oder Glasfaser verstärkt ist, sowie ein Surfbrett aus Pappe, das mit Strukturfasern umwickelt ist.

Ich habe dieses instructable auch in die Tech- und Teach-It-Wettbewerbe eingetragen. Wenn Ihnen dieser Beitrag gefallen hat, stimmen Sie bitte ab!

Schritt 1: Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis:

• Einführung: DIY Solar Tracker
• Inhaltsverzeichnis
• Werkzeuge und Stückliste
• Schritt 1-16 Hardware-Montage
• Schritt 17-22 Elektronikmontage
• Einkaufslinks
• Zitierte Werke
• Danke für deine Unterstützung!!!

Schritt 2: Werkzeuge und Stückliste

Alle diese Tools können in lokalen Geschäften oder über die Links im Referenzbereich erworben werden. Die Gesamtkosten dieser Materialien betragen ca. $80, wenn sie alle online über die angegebenen Links gekauft werden.

Stückliste

• Bohrmaschine
• Bohrer (0,1258", 0,18" und 0,5" Durchmesser)
• Schraubenzieher set
• Gerade Kante
• Teppichmesser
• Große Schraubstockgriffe
• 2 Schaumstoffkernplatten (20 "X 30", ~ 0,2 Zoll dick)
• 9,5" lang und 1/2" Durchmesser Stange
• Vierkantmutter (7/16” -14 Gewindegröße, 3/8” dick)
• Vigor VS-2A Servo (39,2 g/5 kg/0,17 Sek.)
• Band
• Zahnriemenscheiben (2), 1” AD
• Unterlegscheiben
• Krazy Kleber
• Zahnriemen 10"
• Vorlagen (Dateien angehängt)
• Verspiegelte Acrylglasplatte (6 "X 6")
• Krazy Kleber Gel
• 8 Maschinenschrauben (4-40, 25mm lang)
• 8 Nüsse (4-40)
• 1,5" lange Nägel
• Starter-Kit für Arduino Uno
• Echtzeituhr-Modul
• Netzteil für Wandadapter (5VDC 1A)
• 9V Batterie
• 3.3 KOhm Widerstand (2)

Schritt 3:

Drucken Sie die Vorlagen in der angehängten Datei aus.

Hinweis: Diese müssen maßstabsgetreu ausgedruckt werden. Vergleichen Sie die Ausdrucke mit den PDFs, um sicherzustellen, dass Ihr Drucker den Maßstab nicht verändert hat.

Schritt 4:

Befestigen Sie die Schablonen wie in Abbildung 1 gezeigt an der Postertafel und bohren Sie mit Hilfe der Mittellinien als Führungen die 0,18-Zoll- und 0,5-Zoll-Löcher.

Hinweis: Bohren Sie die 0,5-Zoll-Löcher zuerst mit dem 0,18-Zoll-Bohrer, um die Genauigkeit zu erhöhen.

Schritt 5:

Schneiden Sie die einzelnen Komponenten mit einem scharfen Cutter aus.

Hinweis: Schneiden Sie den Schaumstoffkern mit mehreren Durchgängen des Kartonschneiders ab, dies führt zu einem viel saubereren Schnitt. Versuchen Sie nicht, das gesamte Blatt in einem Durchgang durchzuschneiden.

Schritt 6:

Kleben Sie die passenden Ausschnitte wie in Abbildung 2 gezeigt mit dem Sekundenkleber zusammen. Sie sollten in der Lage sein, durch die Ausschnitte zu sehen und zu sehen, dass alle Löcher ausgerichtet sind, die Basis von Teil 1 und 2 sollte flach sein und eine Schablone von Teil 3 sollte nach außen zeigen.

Hinweis: Nach dem Auftragen von Klebstoff auf eine Oberfläche die Teile zusammenfügen und 30 Sekunden lang zusammendrücken. Dann lassen Sie den Kleber fünf Minuten lang aushärten.

Schritt 7:

Kleben Sie die Teile 1, 2 und 3 mit dem Sekundenkleber-Gel zusammen, wie in Abbildung 3 gezeigt dass die Schablone auf der Basis nach unten/außen zeigt. Lassen Sie den Kleber fünf Minuten lang aushärten. Nachdem der Kleber ausgehärtet ist, stecken Sie 3 Nägel durch die Basis und in jeden der Pfosten für zusätzlichen Halt.

Schritt 8:

Schneiden Sie die oberste Schicht beider Querträger durch und setzen Sie sie in den Helios ein, wie in Abbildung 4 gezeigt. Tragen Sie Sekundenklebergel auf die Fugen zwischen den Querträgern und den Wänden des Helios und auf die zwischen den beiden Querträgern geteilte Fläche auf, wie in gezeigt Blau. Lassen Sie den Kleber fünf Minuten lang aushärten.

Schritt 9:

Legen Sie ein Stück Klebeband entlang der Schnitte, wie in Abbildung 5 gezeigt.

Schritt 10:

Kleben Sie den Abstandshalter mit Sekundenkleber auf die Basis, indem Sie ihn mit der Schablone ausrichten, wie in Abbildung 6 gezeigt, und lassen Sie den Kleber fünf Minuten lang aushärten.

Schritt 11:

Zentrieren Sie das größte Servohorn auf der unteren Basis und befestigen Sie es mit dem Sekundenkleber, wie in Abbildung 7 gezeigt. Lassen Sie den Kleber fünf Minuten lang aushärten.

Schritt 12:

Bohren Sie eine der Zahnriemenscheiben mit dem 0,5-Zoll-Bohrer in ein Loch mit einem Durchmesser von 0,5 Zoll und prüfen Sie, ob sie auf die Welle mit einem Durchmesser von 0,5 Zoll passt. Es sollte entweder darauf drücken oder eine Lücke haben, die klein genug ist, um sie mit Sekundenkleber zu füllen. Wenn das Bohrloch zu klein ist, den Außendurchmesser der Welle von Hand abschleifen.

Schritt 13:

Bohren Sie vorsichtig zwei Vierkantmuttern auf Löcher mit einem Durchmesser von 0,5 Zoll und überprüfen Sie, ob sie fest auf der Welle sitzen.

Hinweis: Klemmen Sie die Mutter mit einem Paar Schraubzwingen an einer Opferfläche fest und vergrößern Sie den Durchmesser des Lochs schrittweise mit mehreren Bits, bis ein Loch mit einem Durchmesser von 0,5 Zoll übrig bleibt. Denken Sie daran, den Bohrer langsam in die Mutter einzutauchen.

Schritt 14:

Befestigen Sie ein Servohorn wie hier gezeigt an der Zahnriemenscheibe und achten Sie darauf, die Achse des Servohorns mit der Riemenscheibe zu zentrieren, wie in Abbildung 8 gezeigt.

Schritt 15:

Bauen Sie Welle und Servo ohne Klebstoff zusammen und richten Sie die beiden Zahnriemenscheiben aus, wie in Abbildung 9 gezeigt. Ein Teil der Stange sollte von der Wand gegenüber der Riemenscheibe freiliegen.

Hinweis: Schrauben Sie das Servo in die Pfosten, achten Sie darauf, dass die Schrauben nicht durch den Schaumstoffkern gedrückt werden, und schrauben Sie das Servohorn in das Servo. Sie können Sekundenkleber anstelle von Schrauben verwenden, aber Sie können das Gerät nicht leicht demontieren.

Schritt 16:

Sobald die Riemenscheibe der Welle mit der Riemenscheibe des Servos ausgerichtet ist, schieben Sie den inneren Satz Unterlegscheiben gegen jede Wand und kleben Sie sie mit dem Sekundenklebergel auf die Welle. Sie verhindern, dass die Welle aus der Ausrichtung rutscht. Kleben Sie auch die Riemenscheibe mit dem Sekundenkleber auf die Welle. Lassen Sie den Kleber fünf Minuten einwirken.

Schritt 17:

Kürzen Sie den Zahnriemen auf die richtige Länge, etwa 7,2 Zoll, und verwenden Sie das Sekundenklebergel, um eine Schlaufe zu bilden, die die Riemenscheibe der Welle mit der Riemenscheibe des Servos verbindet, wie in Abbildung 10 gezeigt. Wickeln Sie zuerst den Riemen um beide Riemenscheiben und nehmen Sie die. heraus locker. Schneiden Sie nun den Riemen kurz nach den Zähnen an beiden Enden ab, so dass die Enden des Riemens gerade aneinander reichen. Schneiden Sie nun etwa 0,5 Zoll des Gürtels von dem gerade entfernten Stück ab. Bringen Sie schließlich beide Enden zusammen und kleben Sie sie mit dieser zusätzlichen Riemenlänge zusammen, Bild 2. Sobald der Kleber getrocknet ist, legen Sie den Riemen um die Riemenscheiben. Es sollte so eng anliegen, dass Sie die Riemenscheibe vom Servo lösen müssen, um den Riemen anzubringen. Wenn es passt, legen Sie es für später zur Seite.

Schritt 18:

Kleben Sie die Spiegelschablone auf die Rückseite des Spiegels oder zeichnen Sie die Mittellinie von Hand. Dann kleben Sie die Vierkantmuttern mit dem Sekundenklebergel mit der Linie als Führung auf den Spiegel. Stellen Sie sicher, dass sich der Spiegel um 180 Grad von senkrecht nach oben zu senkrecht nach unten drehen kann, ohne etwas zu stören, und kleben Sie dann die Vierkantmuttern mit dem Sekundenklebergel auf die Welle.

Hinweis: Die Unterkante der quadratischen Unterlegscheiben sollte an der gestrichelten Linie auf der Schablone ausgerichtet sein.

Schritt 19:

Installieren Sie das Endservo, befestigen Sie die untere Basis am Endservo mit einer Schraube durch das Servohorn und legen Sie den Zahnriemen auf die Riemenscheiben, um den Helios zu vervollständigen.

Hinweis: Sobald Sie die Funktionsweise der Elektronik und Software verstanden haben, können Sie Ihr Helios wie unten beschrieben anpassen, um seine Genauigkeit zu erhöhen.

Schritt 20:

Schließen Sie die Servos wie abgebildet an und lassen Sie die Stromversorgung von der DC-Buchse getrennt. (Abbildung 12)

Hinweis: Verbinden Sie die 9-Volt-Batterie direkt mit dem Arduino über die Buchse auf der Platine und verbinden Sie das Arduino über den USB-Anschluss mit Ihrem Computer. Schließen Sie die 9-Volt-Batterie NICHT an das Prototyping-Board an, da dies Ihre Echtzeituhr beschädigen kann.

Schritt 21:

Laden Sie die Arduino-Version 1.0.2 von hier herunter und installieren Sie sie.

Hinweis: Dieser Download enthält den Helios-Steuerungscode und alle Bibliotheken, die Sie zum Ausführen benötigen. Laden Sie zum Installieren den Ordner herunter und entpacken Sie ihn. Das Arduino-Programm läuft direkt aus seinem Verzeichnis, es ist keine formale Installation erforderlich. Allgemeine Installationsanweisungen und Anweisungen zur Installation von Treibern für Ihren Arduino finden Sie hier.

Schritt 22:

Führen Sie die Blink Arduino Sketch basierend auf den Anweisungen hier aus. Sobald Sie diese kurze Skizze zum Laufen gebracht haben, können Sie sicher sein, dass Sie Ihr Arduino richtig an Ihren Computer angeschlossen haben.

Schritt 23:

Öffnen Sie das Steuerungsprogramm (ArduinoCode >Helios_2013), um die Uhrzeit und den Standort des Heliostat einzustellen und das Programm auf den Arduino hochzuladen.

1) Wählen Sie, ob Helios wie ein Sonnenkollektor wirken und der Sonne nachgeführt werden soll (stellen Sie die Variable heliostat=0) oder ein Heliostat (stellen Sie die Variable heliostat=1 ein)

A. Hinweis: Wir empfehlen Ihnen, es zuerst als Solarmodul zu testen, um sicherzustellen, dass es sich so bewegt, wie Sie es erwarten. Wenn eine der Achsen ausgefallen zu sein scheint, haben Sie möglicherweise eines der Servos nach hinten gesteckt.

2) Drehen Sie Helios vorsichtig bis zum Anschlag im Uhrzeigersinn. Richten Sie dann die ganze Maschine nach Osten.

3) Geben Sie die Koordinaten Ihres Standorts ein.

A. Finden Sie die Koordinaten eines Standorts, indem Sie die Adresse von Google durchsuchen. Klicken Sie anschließend mit der rechten Maustaste auf den Ort und wählen Sie "Was ist hier?". Die Koordinaten werden im Suchfeld mit Breiten- und Längengrad angezeigt.

B. Ändern Sie die Standardwerte für Breiten- und Längengrad im Programm in die Breiten- und Längengrade von Helios.

4) Wenn Sie Helios als Solarmodul verwenden möchten, überspringen Sie diesen Schritt. Wenn Sie Helios als Heliostat verwenden möchten, geben Sie die Höhe und den Azimutwinkel des Helios-Ziels ein. Das Koordinatensystem ist in Abbildung 15 definiert.

5) Um die Echtzeituhr einzustellen, bestimmen Sie die aktuelle Zeit in UTC und ersetzen Sie die entsprechenden Variablen durch diese Werte in Militärzeit. Löschen Sie dann das „//“, wo angegeben, laden Sie die Skizze hoch und ersetzen Sie das „//“(Beispiel: 18:30 Uhr EST ist 22:30 Uhr UTC. Im Programm würde dies wie folgt aussehen Stunde = 22, Minute = 30 und Sekunde=0)

A. Nachdem die Uhr eingestellt ist, ziehen Sie die Servos ab und führen Sie den Code im „Solarpanel“-Modus aus (Heliostat = 0). Überprüfen Sie die berechneten Winkel des Solartrackers mit etwas wie dem Sonnenpositionsrechner von sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). „dAzimuth“ist der von Helios vorhergesagte Azimuth-Winkel der Sonne und „dElevation“ist der Elevations-/Höhenwinkel der Sonne. Sowohl die Vorhersagen von Helios als auch die der Website sollten innerhalb von etwa fünf Grad übereinstimmen. Jede Abweichung innerhalb dieses Bereichs ist von der hochgeladenen Zeit um einige Minuten entfernt und würde zu einer unmerklichen Änderung des Verhaltens von Helios führen.

B. Sobald die Vorhersage von Helios für den Sonnenstand korrekt ist, ersetzen Sie das „//“, um den Code, der die Uhr einstellt, auszukommentieren. Die Echtzeituhr muss nur einmal eingestellt werden, sodass sie nicht aktualisiert werden muss, wenn Sie neue Skizzen hochladen oder Ziele ändern.

6) Entfernen Sie den USB und die Stromversorgung vom Arduino und schließen Sie die Servomotoren wieder an.

Schritt 24:

Wenn Helios richtig zusammengebaut wurde, sollte es auf das von Ihnen befehligte Ziel zeigen und die Reflexion der Sonne dort stationär halten, wenn das Arduino erneut mit Strom versorgt wird. Helios korrigiert die Sonnenreflexion jedes Grad. Dies bedeutet, dass sich die Reflexion der Sonne verschiebt, bis sich die Sonne um ein Grad verschoben hat, an diesem Punkt bewegt sich Helios, um die Reflexion zu korrigieren. Sobald Sie die Funktionsweise des Programms verstanden haben, können Sie mit den Variablen „offset_Elv“(Elevation) und „offset_Az“(Azimut) spielen, um eventuelle Montagefehler auszugleichen. Diese Variablen steuern die Ausrichtung des Helios-Koordinatensystems.

Schritt 25: Links kaufen

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+ Schaum+Kern

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

Kartonschneider:

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= unsichtbar+band

Vorlagen: Drucken Sie die Seiten am Ende dieses Dokuments. Papier kann online erworben werden unter:

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

Sekundenkleber:

Sekundenklebergel: 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+ sofort+verrückt+kleber

Straight Edge:

Bohrmaschine:

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

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

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

Schraubendreher-Set:

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

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

Bohrer:

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

Große Schraubstockgriffe:

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

Arduino-Kit:

Echtzeituhr-Modul:

Netzteil:

Batterie:

Widerstände:

Schritt 26: Werke zitiert

4fotos. (2112, 07.07). 3D-Kompass-Navigation. Abgerufen am 6. Juni 2013 von 4photos:

Commons, C. (2010, 1. Januar). Echtzeituhr-Modul. Abgerufen am 28. Mai 2013 von Sparkfun:

Commons, C. (2011, 1. Januar). DC Barrel Jack Adapter - Breadboard-kompatibel. Abgerufen am 28. Mai 2013 von Sparkfun:

Commons, C. (2013, 16. Mai). Ethernet-Bibliothek. Abgerufen am 28. Mai 2013 von Arduino:

ElmarM. (2013, 24. März). Gespenstische Puppe. Abgerufen am 28. Mai 2013 von instructables: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -erstellen/

Blick, M. (o. J.). SCHRITTsss. Abgerufen am 28. Mai 2013 von kennyviper:

sononlineshop. (2012, 1. Januar). Widerstand 2,2 kOhm. Abgerufen am 28. Mai 2013 von

Schritt 27: Vielen Dank für Ihre Unterstützung!

Wir möchten Alexander Mitsos, unserem unterstützenden Berater, und allen Menschen, die uns während dieses Projekts unterstützt haben, ein großes Dankeschön aussprechen:

• Whitney Meriwether
• Benjamin Bangsberg
• Walter Bryan
• Radha Krishna Gorle
• Matthew Miller
• Katharina Wilkins
• Garratt Gallagher
• Rachel Nottelling
• Randall Heide
• Paul Schuhmacher
• Bruce Bock
• Robert Davy
• Nick Bolitho
• Nick Bergeron
• Paul Englisch
• Alexander Mitsos
• Matt C
• William Bryce
• Nilton Lessa
• Emerson Jahrholz
• Jost Jahn
• Carl Men
• Nina
• Michael und Lisa
• Walter Leckteig
• Andrew Heine
• Reiches Ramsland
• Bryan Miller
• Netia McCray
• Roberto Melendez

Zweiter Platz im Tech Contest

Zweiter in der Epilog Challenge VI