Rastreador solar de bricolaje: 27 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Introducción

Nuestro objetivo es introducir a los jóvenes estudiantes a la ingeniería y enseñarles sobre la energía solar; haciéndoles construir un Helios como parte de su plan de estudios. Hay un esfuerzo en ingeniería para alejar la generación de energía del uso de combustibles fósiles hacia alternativas más ecológicas. Una opción para obtener energía más ecológica es utilizar un dispositivo llamado helióstato, que utiliza un espejo para dirigir la luz del sol hacia un objetivo durante todo el día. Un dispositivo de este tipo se puede utilizar para muchas aplicaciones, desde concentrar energía solar en el depósito de calor de una planta de energía hasta iluminar áreas que están bloqueadas por el sol.

Además de la cantidad de usos de esta tecnología, también existe una amplia gama de estructuras que han sido diseñadas para permitir el seguimiento solar. La estructura física del diseño de Helios, al igual que con otros diseños de helióstatos, funciona para montar un espejo en dos ejes controlables. El mecanismo rastreará el sol utilizando un programa para calcular la ubicación de la estrella en el cielo durante el día, basándose en la posición global de Helios. Se utilizará un microcontrolador Arduino para ejecutar el programa y controlar los dos servomotores.

Consideraciones de diseño

Para asegurar que este proyecto esté ampliamente disperso, se hizo un esfuerzo considerable para diseñar el Helios para que se construyera con herramientas comunes y materiales baratos. La primera elección de diseño fue construir el cuerpo casi en su totalidad con un núcleo de espuma, que es rígido, asequible, fácil de adquirir y fácil de cortar. Además, para una máxima resistencia y rigidez, se tuvo cuidado de diseñar el cuerpo de modo que todas las partes de espuma estén en tensión o compresión. Esto se hizo para aprovechar la resistencia del núcleo de espuma en tensión y compresión, y porque el adhesivo que se utilizó es más eficaz para soportar una carga en tensión que en flexión. Además, el eje que está unido al espejo se alimenta a través de una correa de distribución, lo que permite un pequeño error de alineación entre el motor y el espejo, los servomotores tienen una precisión de 1 grado y la plataforma funciona con el Arduino de código abierto. plataforma. Estas opciones de diseño, junto con algunas otras consideraciones, hacen que el diseño presentado sea una herramienta educativa duradera y asequible.

Nuestra promesa de código abierto

El objetivo de Helios es promover la educación en ingeniería. Debido a que este es nuestro enfoque principal, nuestro trabajo tiene la licencia GNU FDL. Los usuarios tienen todos los derechos para reproducir y mejorar lo que hemos hecho, siempre que continúen haciéndolo bajo la misma licencia. Esperamos que los usuarios mejoren el diseño y sigan haciendo que Helios se convierta en una herramienta de aprendizaje más eficaz.

Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 Laser me permitiría completar proyectos de mayor calidad y aumentar la cantidad de impacto que tengo con ellos. Construir cosas interesantes a gran escala y jugar de manera más efectiva en general. Un láser Epliog también me permitiría construir cosas más interesantes y escribir Instructables más interesantes, como este sobre un kayak que restauré. Mi próximo objetivo es construir un kayak de madera contrachapada cortada con láser reforzada con fibra de carbono o fibra de vidrio, así como una tabla de surf de cartón envuelta en fibra estructural.

También ingresé a este instructivo en los concursos Tech y Teach It. Si te gustó esta publicación, ¡vota!

Paso 1: tabla de contenido

Tabla de contenido:

• Introducción: rastreador solar de bricolaje
• Tabla de contenido
• Herramientas y lista de materiales
• Paso 1-16 Montaje de hardware
• Paso 17-22 Ensamblaje de componentes electrónicos
• Enlaces de compra
• Trabajos citados
• ¡¡¡Gracias por su apoyo!!!

Paso 2: Herramientas y lista de materiales

Todas estas herramientas se pueden comprar en las tiendas locales o en los enlaces de la sección de referencia. El costo total de estos materiales es de aproximadamente $ 80, si se compran todos en línea en los enlaces indicados.

BOM

• Taladro eléctrico
• Brocas (.1258 ",.18" y.5 "de diámetro)
• Juego de destornilladores
• Borde recto
• Cortador de cajas
• Grandes mordazas
• 2 hojas con núcleo de espuma (20 "X 30", ~ 0,2 pulgadas de grosor)
• Varilla de 9.5 "de largo por 1/2" de diámetro
• Tuerca cuadrada (tamaño de rosca de 7/16 "-14, grosor de 3/8")
• Servo Vigor VS-2A (39,2 g / 5 kg / 0,17 s)
• Cinta
• Poleas de correa de distribución (2), 1”DE
• Arandelas
• Pegamento Krazy
• Correa de distribución de 10"
• Plantillas (archivos adjuntos)
• Lámina acrílica espejada (6 "X 6")
• Gel de pegamento Krazy
• 8 tornillos de máquina (4-40, 25 mm de largo)
• 8 nueces (4-40)
• Uñas de 1,5 "de largo
• Kit de inicio para Arduino Uno
• Módulo de reloj en tiempo real
• Fuente de alimentación del adaptador de pared (5VDC 1A)
• Batería de 9V
• Resistencia de 3,3 KOhmios (2)

Paso 3:

Imprime las plantillas en el archivo adjunto.

Nota: Deben imprimirse a escala completa. Compare las impresiones con los PDF para asegurarse de que su impresora no haya cambiado la escala.

Paso 4:

Asegure las plantillas a la cartulina como se muestra en la Figura 1 y, usando las líneas centrales como guías, taladre los orificios de.18 pulgadas y.5 pulgadas.

Nota: Perfore los orificios de.5 pulgadas con la broca de.18 pulgadas primero para una mayor precisión.

Paso 5:

Con un cortador de cajas afilado, corte los componentes individuales.

Nota: corte el núcleo de espuma con varias pasadas del cortador de cajas, esto dará como resultado un corte mucho más limpio. No intente cortar toda la hoja de una sola pasada.

Paso 6:

Pegue los recortes coincidentes juntos como se muestra en la Figura 2, usando el superpegamento. Debería poder mirar a través de los recortes y ver que todos los orificios están alineados, la base de las partes 1 y 2 debe ser plana y una plantilla en la parte 3 debe estar hacia afuera.

Nota: Después de aplicar pegamento a una superficie, una las piezas y presiónelas juntas durante 30 segundos. Luego, deja que el pegamento se asiente durante cinco minutos.

Paso 7:

Usando el gel de superpegamento, pegue las partes 1, 2 y 3 juntas como se muestra en la Figura 3. Asegúrese de que las partes estén dispuestas de manera que los orificios de.5”de diámetro estén más cerca de la sección de la base que está etiquetada como corta, también asegúrese que la plantilla en la base esté hacia abajo / hacia afuera. Deje que el pegamento se asiente durante cinco minutos. Después de que el pegamento se haya asentado, inserte 3 clavos a través de la base y en cada uno de los montantes para mayor soporte.

Paso 8:

Corte la capa superior de ambas vigas transversales e insértelas en el Helios como se muestra en la Figura 4. Aplique gel superglue a las juntas entre las vigas transversales y las paredes del Helios, y la superficie compartida entre las dos vigas transversales, como se indica en azul. Deje que el pegamento se asiente durante cinco minutos.

Paso 9:

Coloque un trozo de cinta adhesiva a lo largo de los cortes, como se muestra en la Figura 5.

Paso 10:

Pegue el espaciador a la base, alineándolo con la plantilla como se muestra en la Figura 6, y deje que el pegamento se asiente durante cinco minutos.

Paso 11:

Centre el cuerno del servo más grande en la base inferior y asegúrelo con el pegamento, como se muestra en la Figura 7. Deje que el pegamento se asiente durante cinco minutos.

Paso 12:

Perfore una de las poleas de la correa de distribución en un orificio de 0,5”de diámetro con la broca de 0,5 pulgadas y compruebe que encaje en el eje de 0,5” de diámetro. Debe presionar o tener un espacio lo suficientemente pequeño como para llenar con superpegamento. Si el orificio perforado es demasiado pequeño, lije el diámetro exterior del eje con la mano.

Paso 13:

Taladre con cuidado dos tuercas cuadradas con orificios de 0,5”de diámetro y compruebe que encajen perfectamente en el eje.

Nota: Sujete la tuerca a una superficie de sacrificio, con un par de mordazas, y aumente progresivamente el diámetro del orificio con varias brocas hasta que quede un orificio de 0,5”de diámetro. Recuerde hundir la broca en la tuerca lentamente.

Paso 14:

Conecte una bocina del servo a la polea de la correa de distribución como se muestra aquí, teniendo cuidado de centrar el eje de la bocina del servo con la polea, como se muestra en la Figura 8.

Paso 15:

Ensamble el eje y el servo, sin pegamento, y alinee las dos poleas de la correa de distribución como se muestra en la Figura 9. Parte de la varilla debe quedar expuesta desde la pared opuesta a la polea.

Nota: Atornille el servo en los montantes, teniendo cuidado de no forzar los tornillos a través del núcleo de espuma, y atornille la bocina del servo en el servo. Puede usar pegamento adhesivo en lugar de tornillos, sin embargo, no podrá desmontar fácilmente la unidad.

Paso 16:

Una vez que la polea del eje esté alineada con la polea del servo, deslice el juego interior de arandelas contra cada pared y péguelas al eje con el gel de superpegamento. Evitarán que el eje se desalinee. Además, pegue la polea al eje con el superpegamento. Deje que el pegamento se asiente durante cinco minutos.

Paso 17:

Acorte la correa de distribución a la longitud correcta, alrededor de 7.2 pulgadas, y use el gel de superglue para hacer un bucle que conecte la polea del eje a la polea del servo, como se ve en la Figura 10. Primero, enrolle la correa alrededor de ambas poleas y saque el flojo. Ahora, corte el cinturón justo después de los dientes en ambos extremos, los extremos del cinturón para que se alcancen entre sí. Ahora corte alrededor de.5”de cinturón de la pieza que acaba de quitar. Finalmente, junte ambos extremos y péguelos con este tramo extra de correa, imagen 2. Una vez que el pegamento se seque, coloque la correa alrededor de las poleas. Debe quedar tan ceñido que tendrás que desacoplar la polea del servo para colocar la correa. Si encaja, colóquelo a un lado para más tarde.

Paso 18:

Pegue la plantilla del espejo en la parte posterior del espejo o dibuje la línea central a mano. Luego, usando la línea como guía, pegue las tuercas cuadradas en el espejo con el gel de superpegamento. Asegúrese de que el espejo pueda girar 180 grados de mirar hacia arriba a mirar hacia abajo sin interferir con nada, y luego pegue las tuercas cuadradas al eje con el gel de superpegamento.

Nota: El borde inferior de las arandelas cuadradas debe estar alineado con la línea punteada de la plantilla.

Paso 19:

Instale el servo final, asegure la base inferior al servo final con un tornillo a través de la bocina del servo y coloque la correa de distribución en las poleas para completar el Helios.

Nota: Una vez que comprenda cómo funcionan los componentes electrónicos y el software, al leer a continuación, puede ajustar su Helios para aumentar su precisión.

Paso 20:

Conecte los servos como se muestra, dejando la alimentación desconectada del conector de CC. (Figura 12)

Nota: Conecte la batería de 9 voltios directamente al Arduino a través del conector en la placa y conecte el Arduino a su computadora a través de su puerto USB. NO conecte la batería de 9 voltios a la placa de creación de prototipos, ya que esto puede dañar su reloj de tiempo real.

Paso 21:

Descargue e instale la versión 1.0.2 de Arduino desde aquí.

Nota: Esta descarga incluye el código de control de Helios y todas las bibliotecas que necesitará para ejecutarlo. Para instalar, descargue la carpeta y descomprímala. El programa Arduino se ejecuta directamente desde su directorio, no se requiere una instalación formal. Para obtener instrucciones generales de instalación e instrucciones sobre cómo instalar controladores para su Arduino, diríjase aquí.

Paso 22:

Ejecute Blink Arduino Sketch según las instrucciones aquí. Una vez que consiga que este breve boceto funcione, puede estar seguro de que ha conectado correctamente su Arduino a su computadora.

Paso 23:

Abra el programa de control (ArduinoCode> Helios_2013) para establecer la hora y la ubicación del Heliostato y cargar el programa en Arduino.

1) Elija si desea que Helios actúe como un panel solar y rastree el sol (configure el helióstato variable = 0) o un helióstato (configure el helióstato variable = 1)

una. Nota: Le sugerimos que primero lo pruebe como un panel solar para asegurarse de que se mueva como espera. Si uno de los ejes parece estar apagado, es posible que haya puesto uno de los servos al revés.

2) Gire suavemente Helios en el sentido de las agujas del reloj hasta el final. Luego apunte toda la máquina hacia el este.

3) Ingrese las coordenadas de su ubicación.

una. Encuentra las coordenadas de una ubicación mediante Google buscando la dirección. A continuación, haga clic con el botón derecho en la ubicación y seleccione "¿Qué hay aquí?". Las coordenadas aparecerán en el cuadro de búsqueda, con la latitud y la longitud.

B. Cambie los valores predeterminados de latitud y longitud en el programa a los valores de latitud y longitud de Helios.

4) Si elige usar Helios como panel solar, omita este paso. Si elige usar Helios como helióstato, ingrese la altitud y el ángulo azimutal del objetivo de Helios. El sistema de coordenadas se define en la Figura 15.

5) Para configurar el Reloj de Tiempo Real, determine la hora actual en UTC y reemplace las variables correspondientes con estos valores, en hora militar. Luego borre el "//" donde se indica, cargue el boceto y reemplace el "//" (Ej. 6:30 pm EST son 10:30 pm UTC. En el programa esto se vería como hora = 22, minuto = 30, y segundo = 0)

una. Una vez configurado el reloj, desconecte los servos y ejecute el código en modo "panel solar" (helióstato = 0). Verifique los ángulos calculados del seguidor solar con algo como la calculadora de posición solar de sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). "DAzimut" es el ángulo de azimut del sol según lo predicho por Helios y "dElevation" es el ángulo de elevación / altitud del sol. Tanto las predicciones de Helios como las del sitio web deberían coincidir en unos cinco grados. Cualquier discrepancia dentro de este rango se debe a que el tiempo de carga se ha retrasado unos minutos y causaría un cambio imperceptible en el comportamiento de Helios.

B. Una vez que la predicción de Helios para la ubicación del sol sea precisa, reemplace "//" para comentar el código que establece el reloj. El reloj de tiempo real solo debe configurarse una vez, por lo que no tendrá que actualizarse a medida que carga nuevos bocetos o cambia los objetivos.

6) Retire el USB y la alimentación del Arduino y vuelva a conectar los servomotores.

Paso 24:

Si Helios se ensambló correctamente, entonces debe apuntar hacia el objetivo que usted ordena y mantener el reflejo del sol fijo allí cuando se aplique energía al Arduino una vez más. Helios corregirá el reflejo del sol en cada grado. Esto significa que el reflejo del sol cambiará hasta que el sol se haya movido un grado, en este punto Helios se moverá para corregir el reflejo. Una vez que comprenda cómo funciona el programa, es posible que desee jugar con las variables "offset_Elv" (Elevación) y "offset_Az" (Azimut) para compensar cualquier error de ensamblaje. Estas variables controlan la orientación del sistema de coordenadas de Helios.

Paso 25: Compra de enlaces

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+ espuma + núcleo

Varilla: https://www.mcmaster.com/#cast-ac Acrylic/=i6zw7m (Número de pieza: 8528K32)

Cortador de cajas:

Servo:

Cinta: 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= cinta + invisible

Plantillas: imprima las páginas al final de este documento. El papel se puede comprar en línea en:

Tuerca cuadrada: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (Número de pieza: 98694A125)

Súper pegamento:

Gel de súper pegamento: 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+ pegamento + loco + instantáneo

Borde recto:

Taladro eléctrico:

Tornillos: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (Número de pieza: 90272A115)

Tuercas: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (Número de pieza: 90480A005)

Espejo: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (Número de pieza: 1518T18)

Juego de destornilladores:

2 poleas de correa de distribución: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (Número de pieza: A 6M16-040DF25)

Correa de distribución: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (Número de pieza: 7887K82)

Brocas:

Lavadoras: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (Número de pieza: 95630A246)

Mordazas grandes:

Uñas: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (Número de pieza: 97850A228)

Kit Arduino:

Módulo de reloj en tiempo real:

Fuente de alimentación:

Batería:

Resistencias:

Paso 26: Trabajos citados

4fotos. (2112, 07 07). Navegación con brújula 3d. Obtenido el 6 de junio de 2013 de 4photos:

Commons, C. (2010, 1 de enero). Módulo de reloj en tiempo real. Obtenido el 28 de mayo de 2013 de Sparkfun:

Commons, C. (2011, 1 de enero). Adaptador DC Barrel Jack - Compatible con placa de pruebas. Obtenido el 28 de mayo de 2013 de Sparkfun:

Commons, C. (2013, 16 de mayo). Biblioteca de Ethernet. Obtenido el 28 de mayo de 2013 de Arduino:

ElmarM. (2013, 24 de marzo). Muñeca encantada. Obtenido el 28 de mayo de 2013 de instructables: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -configuración/

Mirada, M. (Dakota del Norte). PASOSsss. Obtenido el 28 de mayo de 2013 de kennyviper:

sonlineshop. (2012, 1 de enero). Resistencia 2.2K Ohm. Consultado el 28 de mayo de 2013 en

Paso 27: ¡¡¡Gracias por su apoyo !

Nos gustaría extender un gran agradecimiento a Alexander Mitsos, nuestro asesor de apoyo, y a todas las personas que nos apoyaron a lo largo de este proyecto:

• 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 English
• Alexander Mitsos
• Matt C
• William Bryce
• Nilton Lessa
• Emerson Yearwood
• Jost Jahn
• Carl Men
• Nina
• Michael y Liz
• Walter Lickteig
• Andrew Heine
• Rich Ramsland
• Bryan Miller
• Netia McCray
• Roberto Meléndez

Finalista en el concurso de tecnología

Finalista en el Epilog Challenge VI