DIY Solar Tracker: 27 Langkah (dengan Gambar)

2025 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2025-01-23 15:00

Pengenalan

Kami berhasrat untuk memperkenalkan pelajar muda ke bidang kejuruteraan dan mengajar mereka mengenai tenaga suria; dengan menyuruh mereka membina Helios sebagai sebahagian daripada kurikulum mereka. Terdapat usaha dalam bidang kejuruteraan untuk mendorong penjanaan tenaga dari penggunaan bahan bakar fosil dan menuju alternatif yang lebih hijau. Salah satu pilihan untuk tenaga yang lebih hijau adalah menggunakan alat yang disebut heliostat, yang menggunakan cermin untuk mengarahkan cahaya matahari ke sasaran sepanjang hari. Peranti seperti itu dapat digunakan untuk banyak aplikasi, mulai dari memusatkan tenaga suria ke takungan panas loji janakuasa hingga menerangi kawasan yang tersekat dari sinar matahari.

Selain jumlah penggunaan teknologi ini, ada juga struktur yang beragam yang telah dirancang untuk memungkinkan penjejakan solar. Struktur fizikal reka bentuk Helios, seperti reka bentuk heliostat lain, berfungsi untuk memasang cermin ke dua paksi yang dapat dikawal. Mekanisme ini akan mengesan matahari dengan menggunakan program untuk mengira lokasi bintang di langit yang difikirkan pada hari itu, berdasarkan kedudukan global Helios. Pengawal mikro Arduino akan digunakan untuk menjalankan program dan mengawal dua motor servo.

Pertimbangan Reka Bentuk

Untuk memastikan projek ini tersebar secara meluas, usaha yang besar dilakukan untuk merancang Helios yang akan dibina dengan alat biasa dan bahan murah. Pilihan reka bentuk pertama adalah membina badan hampir keseluruhan dari teras busa, yang kaku, berpatutan, mudah diperoleh, dan mudah dipotong. Juga, untuk kekuatan dan kekakuan maksimum, perlu dilakukan untuk merancang bodi sehingga semua bagian busa dalam keadaan tegang atau mampatan. Ini dilakukan untuk memanfaatkan kekuatan inti busa dalam ketegangan dan mampatan, dan kerana pelekat yang digunakan lebih efektif menyokong beban dalam ketegangan daripada membongkok. Selain itu, poros yang dilekatkan pada cermin digerakkan melalui timing belt, yang memungkinkan berlaku ralat kecil antara motor dan cermin, motor servo tepat hingga 1 darjah, dan platform berjalan pada sumber terbuka Arduino pelantar. Pilihan reka bentuk ini, bersama dengan beberapa pertimbangan lain, menjadikan reka bentuk yang dipersembahkan sebagai alat pendidikan yang tahan lama dan berpatutan.

Janji sumber terbuka kami

Matlamat Helios adalah untuk mempromosikan pendidikan kejuruteraan. Kerana ini adalah fokus utama kami, kerja kami dilesenkan di bawah lesen GNU FDL. Pengguna mempunyai hak penuh untuk menghasilkan semula dan memperbaiki apa yang telah kita lakukan, selagi mereka terus melakukannya di bawah lesen yang sama. Kami berharap pengguna akan meningkatkan reka bentuk dan terus mengembangkan Helios menjadi alat pembelajaran yang lebih berkesan.

Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 Laser membolehkan saya menyiapkan projek berkualiti tinggi, dan meningkatkan jumlah kesan yang saya miliki dengan mereka. Membina perkara-perkara berskala besar yang menarik, dan bermain lebih berkesan secara umum. Epliog Laser juga membolehkan saya membina lebih banyak perkara menarik dan menulis Instructables yang lebih menarik, seperti ini mengenai Kayak yang saya ubahsuai. Matlamat saya seterusnya adalah membina kayak dari papan lapis potong laser yang diperkuat dengan serat karbon atau gentian kaca, serta papan luncur kadbod yang dibungkus dengan gentian struktur.

Saya juga telah mengikuti arahan ini dalam peraduan Tech and Teach It. Sekiranya anda menikmati siaran ini, sila undi!

Langkah 1: Jadual Kandungan

Isi kandungan:

• Pengenalan: DIY Solar Tracker
• Isi kandungan
• Alat dan Bil Bahan
• Langkah 1-16 Pemasangan Perkakasan
• Langkah 17-22 Pemasangan Elektronik
• Pautan Pembelian
• Karya Dipetik
• Terima kasih atas sokongan anda!!!

Langkah 2: Alat dan Bil Bahan

Semua alat ini boleh dibeli di kedai tempatan atau di pautan di bahagian rujukan. Jumlah kos bahan-bahan ini adalah kira-kira $ 80, jika semuanya dibeli secara dalam talian di pautan yang diberikan.

BOM

• Gerudi Kuasa
• Mata Bor (Diameter.1258 ",.18", dan.5 ")
• Set Pemutar Skru
• Tepi lurus
• Pemotong kotak
• Cengkaman Naib Besar
• 2 Lembaran Teras Busa (20 "X 30", tebal ~.2in)
• Rod Diameter 9.5 "Panjang dengan 1/2"
• Kacang Persegi (7/16 "-14 Ukuran Benang, Tebal 3/8")
• Vigor VS-2A Servo (39.2g / 5kg / 0.17 saat)
• Pita
• Timing-Belt Pulley (2), 1 "OD
• Mesin basuh
• Lekat Krazy
• Timing-Belt 10"
• Templat (Fail dilampirkan)
• Lembaran Akrilik Bercermin (6 "X 6")
• Gel Gila Krazy
• 8 Skru Mesin (panjang 4-40, 25mm)
• 8 Kacang (4-40)
• Kuku panjang 1.5"
• Starter Kit untuk Arduino Uno
• Modul Jam Masa Nyata
• Bekalan Kuasa Penyesuai Dinding (5VDC 1A)
• Bateri 9V
• 3.3 KOhm Perintang (2)

Langkah 3:

Cetak templat dalam fail yang dilampirkan.

Catatan: Ini mesti dicetak dalam skala penuh. Bandingkan cetakan dengan PDF, untuk memastikan pencetak anda tidak mengubah skala.

Langkah 4:

Kunci templat ke papan poster seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 dan, menggunakan garis tengah sebagai panduan, gerudi lubang.18 inci dan.5 inci.

Catatan: Gerudi lubang.5 inci dengan bit gerudi.18 inci terlebih dahulu untuk meningkatkan ketepatan.

Langkah 5:

Dengan pemotong kotak yang tajam, potong komponen masing-masing.

Catatan: Potong inti busa dengan beberapa bahagian pemotong kotak, ini akan menghasilkan pemotongan yang lebih bersih. Jangan cuba memotong keseluruhan lembaran dalam satu hantaran.

Langkah 6:

Lekatkan potongan yang sepadan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, menggunakan gam super. Anda harus dapat melihat potongan dan melihat semua lubang sejajar, pangkal bahagian 1 dan 2 harus rata, dan satu templat pada bahagian 3 harus menghadap ke luar.

Catatan: Setelah menggunakan gam pada satu permukaan, gabungkan bahagian dan tekan bersama selama 30 saat. Kemudian, biarkan gam terpasang selama lima minit.

Langkah 7:

Dengan menggunakan superglue gel, gam bahagian 1, 2 dan 3 bersama-sama seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Pastikan bahagian-bahagiannya disusun sedemikian rupa sehingga lubang diameter.5 paling dekat dengan bahagian dasar yang berlabel pendek, juga pastikan bahawa templat di pangkalan menghadap ke bawah / keluar. Biarkan gam terpasang selama lima minit. Setelah gam dipasang, masukkan 3 paku melalui pangkal dan ke dalam setiap bahagian atas untuk sokongan tambahan.

Langkah 8:

Potong lapisan atas kedua balok silang dan masukkan ke dalam Helios seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Sapukan gel superglue pada sendi antara balok silang dan dinding Helios, dan permukaan yang dikongsi antara kedua balok silang, seperti ditunjukkan dalam biru. Biarkan gam terpasang selama lima minit.

Langkah 9:

Letakkan sekeping pita di sepanjang potongan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.

Langkah 10:

Letakkan spacer ke pangkal, dengan melampirkannya dengan templat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6, dan biarkan gam dipasang selama lima minit.

Langkah 11:

Pusatkan tanduk servo terbesar ke pangkal bawah dan selamatkan dengan superglue, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. Biarkan gam terpasang selama lima minit.

Langkah 12:

Lubang salah satu timing belt-pulley ke lubang diameter.5 "menggunakan bit gerudi.5 inci, dan periksa apakah itu sesuai dengan batang diameter.5". Ia mesti menekan, atau mempunyai celah yang cukup kecil untuk diisi dengan lem super. Sekiranya lubang yang digerudi terlalu kecil, pasir dengan diameter luar batang dengan tangan.

Langkah 13:

Dengan hati-hati mengeluarkan dua kacang persegi hingga lubang berdiameter.5 dan periksa apakah pas dengan pas ke batang.

Catatan: Pegang mur ke permukaan yang berkorban, dengan sepasang cengkaman maksiat, dan tingkatkan diameter lubang secara beransur-ansur dengan beberapa bit sehingga lubang diameter.5 dibiarkan. Ingat untuk memasukkan bit gerudi ke dalam kacang perlahan-lahan.

Langkah 14:

Pasang tanduk servo ke takal tali masa seperti yang ditunjukkan di sini, berhati-hati untuk memusatkan paksi tanduk servo dengan takal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.

Langkah 15:

Pasang poros dan servo, tanpa lem, dan sejajarkan kedua-dua pulley timing belt seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9. Sebilangan batang mesti terkena dari dinding yang bertentangan dengan takal.

Catatan: Pasang servo ke atas, berhati-hati agar tidak memaksa skru melalui teras busa, dan pasangkan tanduk servo ke servo. Anda mungkin menggunakan superglue dan bukannya skru, namun anda tidak dapat melepaskan unit dengan mudah.

Langkah 16:

Setelah takal poros diselaraskan dengan takal servo, luncurkan set mesin basuh dalaman ke setiap dinding dan tempelkannya ke batang menggunakan gel superglue. Mereka akan mengelakkan poros agar tidak tergelincir. Juga, lekatkan pulley ke poros menggunakan gam super. Biarkan gam set selama lima minit.

Langkah 17:

Pendekkan tali masa ke panjang yang betul, sekitar 7.2 inci, dan gunakan gel superglue untuk membuat gelung yang menghubungkan takal poros ke takal servo, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10. Pertama, bungkus tali pinggang di sekitar kedua takal dan keluarkan kendur. Sekarang, potong tali pinggang tepat setelah gigi di kedua hujungnya, hujung tali pinggang saling bersentuhan. Sekarang potong tali pinggang.5 dari bahagian yang baru anda keluarkan. Akhir sekali, satukan kedua-dua hujungnya dan lekatkan dengan tali pinggang panjang ini, gambar 2. Setelah gam kering, letakkan tali pinggang di sekitar takal. Ia semestinya sesuai sehingga anda perlu melepaskan takal dari servo agar sesuai dengan tali pinggang. Sekiranya sesuai, letakkan di sebelah untuk kemudian.

Langkah 18:

Lekatkan templat cermin ke bahagian belakang cermin, atau lukis garis tengah dengan tangan. Kemudian, gunakan garis sebagai panduan, lekatkan kacang persegi ke cermin dengan gel super lem. Pastikan cermin dapat berputar 180 darjah dari menghadap lurus ke menghadap lurus ke bawah tanpa mengganggu apa-apa, dan kemudian lekatkan kacang persegi ke batang dengan gel superglue.

Catatan: Tepi bawah mesin basuh persegi hendaklah sejajar dengan garis putus-putus pada templat.

Langkah 19:

Pasang servo akhir, pasangkan pangkal bawah ke servo akhir dengan skru melalui tanduk servo, dan letakkan tali masa ke takal untuk menyelesaikan Helios.

Catatan: Setelah anda memahami bagaimana elektronik dan perisian berfungsi, dengan membaca di bawah, anda boleh menyesuaikan Helios anda untuk meningkatkan ketepatannya.

Langkah 20:

Sambungkan servo seperti yang ditunjukkan, membiarkan kuasa terputus dari bicu DC. (Gambar 12)

Catatan: Sambungkan bateri 9 volt terus ke Arduino melalui bicu di papan dan sambungkan Arduino ke komputer anda melalui port USB-nya. JANGAN sambungkan bateri 9 volt ke papan prototaip, kerana ini boleh merosakkan jam masa nyata anda.

Langkah 21:

Muat turun dan Pasang Arduino Versi 1.0.2 dari sini.

Catatan: Muat turun ini merangkumi kod kawalan Helios dan semua perpustakaan yang anda perlukan untuk menjalankannya. Untuk memasang, muat turun folder dan buka zip. Program Arduino berjalan langsung dari direktori, tidak diperlukan pemasangan rasmi. Untuk arahan dan arahan pemasangan umum mengenai cara memasang pemacu untuk Arduino anda, pergi ke sini.

Langkah 22:

Jalankan Sketsa Blink Arduino berdasarkan petunjuk di sini. Setelah membuat lakaran pendek ini berfungsi, anda dapat memastikan bahawa anda telah menghubungkan Arduino anda dengan betul ke komputer anda.

Langkah 23:

Buka program kawalan (ArduinoCode> Helios_2013) untuk menetapkan waktu dan lokasi Heliostat, dan untuk memuat naik program ke Arduino.

1) Pilih sama ada anda mahu Helios bertindak seperti panel solar dan jejak matahari (tetapkan heliostat berubah = 0) atau heliostat (tetapkan heliostat berubah = 1)

a. Catatan: Kami mencadangkan agar anda mencubanya sebagai panel solar terlebih dahulu untuk memastikan bahawa ia bergerak seperti yang anda harapkan. Sekiranya salah satu paksi terlepas, maka anda mungkin memasukkan salah satu servo ke belakang.

2) Putar Helios dengan perlahan mengikut arah jam sepanjang masa. Kemudian arahkan seluruh mesin ke arah timur.

3) Masukkan koordinat lokasi anda.

a. Cari koordinat lokasi dengan Google mencari alamat. Seterusnya, klik kanan lokasi dan pilih "Apa yang ada di sini?". Koordinat akan muncul di kotak carian, dengan garis lintang dan garis bujur.

b. Tukar nilai lintang dan garis bujur lalai dalam program ke nilai lintang dan garis bujur Helios.

4) Sekiranya anda memilih untuk menggunakan Helios sebagai panel solar, maka langkau langkah ini. Sekiranya anda memilih untuk menggunakan Helios sebagai heliostat, maka masukkan sudut ketinggian dan azimut sasaran Helios. Sistem koordinat ditakrifkan dalam Rajah 15.

5) Untuk menetapkan Jam Masa Nyata, tentukan masa semasa di UTC dan ganti pemboleh ubah yang sesuai dengan nilai-nilai ini, dalam masa ketenteraan. Kemudian hapus "//" di mana ditunjukkan, muat naik lakaran, dan ganti "//" (Cth. 6:30 pm EST adalah 10:30 pm UTC. Dalam program ini akan kelihatan seperti jam = 22, minit = 30, dan kedua = 0)

a. Setelah jam ditetapkan, cabut servo dan jalankan kod dalam mod "panel suria" (heliostat = 0). Sahkan sudut pengesan suria yang dikira dengan sesuatu seperti kalkulator kedudukan solar dari sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). "DAzimuth" adalah sudut Azimuth matahari seperti yang diramalkan oleh Helios dan "dElevation" adalah sudut ketinggian / ketinggian matahari. Ramalan Helios dan laman web harus dipersetujui dalam jarak sekitar lima darjah. Sebarang perbezaan dalam julat ini adalah dari waktu muat naik dimatikan oleh beberapa minit, dan akan menyebabkan perubahan tingkah laku Helios yang tidak dapat dilihat.

b. Setelah ramalan Helios untuk lokasi matahari tepat, kemudian ganti "//" untuk memberi komen mengenai kod yang menetapkan jam. Jam masa nyata hanya perlu ditetapkan sekali, jadi ia tidak perlu dikemas kini semasa anda memuat naik lakaran baru atau menukar sasaran.

6) Keluarkan USB dan kuasa dari Arduino dan sambungkan motor servo sekali lagi.

Langkah 24:

Sekiranya Helios dipasang dengan betul, maka ia harus menunjuk ke arah sasaran yang anda perintahkan dan biarkan pantulan matahari tetap pegun ketika daya diterapkan ke Arduino sekali lagi. Helios akan membetulkan pantulan matahari setiap tahap. Ini bermaksud bahawa pelindung cahaya matahari akan bergeser sehingga matahari bergerak satu darjah, pada ketika ini Helios akan bergerak untuk membetulkan pantulan. Sebaik sahaja anda memahami bagaimana program ini berfungsi, anda mungkin ingin bermain dengan pemboleh ubah "offset_Elv" (Ketinggian) dan "offset_Az" (Azimuth) untuk mengimbangi sebarang kesalahan pemasangan. Pemboleh ubah ini mengawal orientasi sistem koordinat Helios.

Langkah 25: Pautan Pembelian

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+ buih + inti

Batang: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (Nombor Bahagian: 8528K32)

Pemotong kotak:

Servo:

Pita: 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= pita + tidak kelihatan

Templat: Cetak halaman di hujung dokumen ini. Kertas boleh dibeli secara dalam talian di:

Kacang persegi: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (Nombor Bahagian: 98694A125)

Lem super:

Gel gam super: 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+ sekejap + krazy + gam

Straight Edge:

Power Drill:

Skru: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (Nombor Bahagian: 90272A115)

Kacang: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (Nombor Bahagian: 90480A005)

Cermin: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (Nombor Bahagian: 1518T18)

Set Pemutar Skru:

2 Timing-Belt Pulley: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (Nombor Bahagian: A 6M16-040DF25)

Timing-Belt: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (Nombor Bahagian: 7887K82)

Drill Bits:

Pencuci: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (Nombor Bahagian: 95630A246)

Cengkaman Naib Besar:

Kuku: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (Nombor Bahagian: 97850A228)

Kit Arduino:

Modul Jam Masa Sebenar:

Bekalan Kuasa:

Bateri:

Perintang:

Langkah 26: Kerja Dipetik

4 gambar. (2112, 07 07). Navigasi kompas 3d. Diakses pada 6 Jun 2013, dari 4gambar:

Commons, C. (2010, 1 Januari). Modul Jam Masa Sebenar. Diakses pada 28 Mei 2013, dari Sparkfun:

Commons, C. (2011, 1 Januari). Penyesuai Jack Barrel DC - Serat Papan Roti. Diakses pada 28 Mei 2013, dari Sparkfun:

Commons, C. (2013, 16 Mei). Perpustakaan Ethernet. Diakses pada 28 Mei 2013, dari Arduino:

ElmarM. (2013, 24 Mac). Anak patung berhantu. Diakses pada 28 Mei 2013, dari arahan: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -setiap /

Gaze, M. (n.d.). LANGKAH. Diakses pada 28 Mei 2013, dari kennyviper:

kedai emas. (2012, 1 Januari). Perintang 2.2K Ohm. Diakses pada 28 Mei 2013, dari

Langkah 27: Terima kasih atas sokongan anda !

Kami ingin mengucapkan ribuan terima kasih kepada Alexander Mitsos, penasihat sokongan kami, dan semua orang yang menyokong kami sepanjang projek ini:

• 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 Inggeris
• Alexander Mitsos
• Matt C
• William Bryce
• Nilton Lessa
• Emerson Yearwood
• Jost Jahn
• Carl Lelaki
• Nina
• Michael dan Liz
• Walter Lickteig
• Andrew Heine
• Ramsland yang kaya
• Bryan Miller
• Netia McCray
• Roberto Melendez

Naib Johan dalam Peraduan Teknikal

Naib Johan dalam Epilog Challenge VI