Tracker solaire DIY : 27 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

introduction

Nous visons à initier les jeunes étudiants à l'ingénierie et à leur enseigner l'énergie solaire; en leur faisant construire un Helios dans le cadre de leur programme d'études. Il y a un effort en ingénierie pour éloigner la production d'énergie de l'utilisation de combustibles fossiles et vers des alternatives plus vertes. Une option pour une énergie plus verte consiste à utiliser un appareil appelé héliostat, qui utilise un miroir pour diriger la lumière du soleil sur une cible tout au long de la journée. Un tel dispositif peut être utilisé pour de nombreuses applications, de la concentration de l'énergie solaire sur le réservoir de chaleur d'une centrale électrique à l'éclairage de zones bloquées du soleil.

En plus du nombre d'utilisations de cette technologie, il existe également une gamme diversifiée de structures qui ont été conçues pour permettre le suivi solaire. La structure physique de la conception d'Helios, comme avec d'autres conceptions d'héliostat, fonctionne pour monter un miroir sur deux axes contrôlables. Le mécanisme suivra le soleil en utilisant un programme pour calculer la position de l'étoile dans le ciel pendant la journée, en fonction de la position globale d'Hélios. Un microcontrôleur Arduino sera utilisé pour exécuter le programme et contrôler les deux servomoteurs.

Considérations sur la conception

Pour s'assurer que ce projet soit largement dispersé, des efforts considérables ont été déployés pour concevoir l'Helios à construire avec des outils communs et des matériaux bon marché. Le premier choix de conception a été de construire le corps presque entièrement à partir d'un noyau en mousse, qui est rigide, abordable, facile à acquérir et facile à couper. Aussi, pour une résistance et une rigidité maximales, un soin a été apporté à la conception du corps de manière à ce que toutes les pièces en mousse soient soit en tension, soit en compression. Cela a été fait pour tirer parti de la résistance du noyau de mousse en tension et en compression, et parce que l'adhésif utilisé est plus efficace pour supporter une charge en tension qu'en flexion. De plus, l'arbre qui est attaché au miroir est alimenté par une courroie de distribution, ce qui permet une petite erreur d'alignement entre le moteur et le miroir, les servomoteurs sont précis à 1 degré près et la plate-forme fonctionne sur l'Arduino open source Plate-forme. Ces choix de conception, ainsi que quelques autres considérations, font de la conception présentée un outil éducatif durable et abordable.

Notre promesse open source

L'objectif d'Helios est de promouvoir la formation en ingénierie. Parce que c'est notre objectif principal, notre travail est sous licence GNU FDL. Les utilisateurs ont tous les droits de reproduire et d'améliorer ce que nous avons fait, tant qu'ils continuent à le faire sous la même licence. Nous espérons que les utilisateurs amélioreront la conception et continueront à faire évoluer Helios en un outil d'apprentissage plus efficace.

Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 Laser me permettrait de réaliser des projets de meilleure qualité et d'augmenter l'impact que j'ai avec eux. Construire des choses intéressantes à grande échelle et bricoler plus efficacement en général. Un laser Epliog me permettrait également de construire des choses plus intéressantes et d'écrire des Instructables plus sympas, comme celui-ci sur un kayak que j'ai remis à neuf. Mon prochain objectif est de construire un kayak à partir de contreplaqué découpé au laser et renforcé de fibre de carbone ou de fibre de verre, ainsi qu'une planche de surf en carton enveloppée de fibre structurelle.

J'ai également entré cette instructable dans les concours Tech et Teach It. Si vous avez aimé cet article, n'hésitez pas à voter !

Étape 1: Table des matières

Table des matières:

• Introduction: Tracker solaire bricolage
• Table des matières
• Outils et nomenclature
• Étape 1-16 Assemblage du matériel
• Étape 17-22 Assemblage électronique
• Liens d'achat
• Ouvrages cités
• Merci pour votre aide!!!

Étape 2: Outils et nomenclature

Tous ces outils peuvent être achetés dans les magasins locaux ou sur les liens dans la section de référence. Le coût total de ces matériaux est d'environ 80 $, s'ils sont tous achetés en ligne sur les liens indiqués.

Nomenclature

• Perceuse électrique
• Forets (0,1258", 0,18" et 0,5" de diamètre)
• Ensemble de tournevis
• Bord droit
• Cutter
• Grandes poignées étau
• 2 feuilles de mousse (20 "X 30", ~.2in d'épaisseur)
• Tige de 9,5" de long sur 1/2" de diamètre
• Écrou carré (taille de filetage 7/16" -14, 3/8" d'épaisseur)
• Servo Vigor VS-2A (39,2 g/5 kg/0,17 s)
• Ruban
• Poulies de courroie de distribution (2), 1" OD
• Rondelles
• Colle Krazy
• Courroie de distribution 10"
• Modèles (Fichiers joints)
• Feuille acrylique miroir (6" X 6")
• Gel de colle Krazy
• 8 vis à métaux (4-40, 25 mm de long)
• 8 noix (4-40)
• Ongles de 1,5" de long
• Kit de démarrage pour Arduino Uno
• Module d'horloge en temps réel
• Alimentation adaptateur mural (5VDC 1A)
• pile 9V
• Résistance de 3,3 KOhms (2)

Étape 3:

Imprimez les modèles dans le fichier joint.

Remarque: Ceux-ci doivent être imprimés à pleine échelle. Comparez les impressions avec les PDF pour vous assurer que votre imprimante n'a pas changé d'échelle.

Étape 4:

Fixez les gabarits au panneau d'affichage comme illustré à la figure 1 et, en utilisant les lignes centrales comme guides, percez les trous de 0,18 pouce et 0,5 pouce.

Remarque: percez d'abord les trous de 0,5 pouce avec le foret de 0,18 pouce pour une précision accrue.

Étape 5:

Avec un cutter bien aiguisé, découpez les composants individuels.

Remarque: Coupez le noyau de mousse avec plusieurs passages du cutter, cela se traduira par une coupe beaucoup plus nette. N'essayez pas de couper toute la feuille en un seul passage.

Étape 6:

Collez les découpes correspondantes ensemble comme indiqué sur la figure 2, à l'aide de la super colle. Vous devriez pouvoir regarder à travers les découpes et voir que tous les trous sont alignés, la base des pièces 1 et 2 doit être plate et un gabarit sur la pièce 3 doit être tourné vers l'extérieur.

Remarque: après avoir appliqué de la colle sur une surface, joignez les pièces et appuyez-les ensemble pendant 30 secondes. Ensuite, laissez la colle durcir pendant cinq minutes.

Étape 7:

À l'aide du gel superglue, collez les pièces 1, 2 et 3 ensemble comme illustré à la figure 3. Assurez-vous que les pièces sont disposées de manière à ce que les trous de 0,5 de diamètre soient les plus proches de la section de la base qui est étiquetée courte, assurez-vous également que le gabarit sur la base est orienté vers le bas/vers l'extérieur. Laissez la colle reposer pendant cinq minutes. Une fois la colle prise, insérez 3 clous à travers la base et dans chacun des montants pour un soutien supplémentaire.

Étape 8:

Coupez à travers la couche supérieure des deux traverses et insérez-les dans l'Helios comme indiqué sur la figure 4. Appliquez du gel superglue sur les joints entre les traverses et les murs de l'Helios, et la surface partagée entre les deux traverses, comme indiqué dans bleu. Laissez la colle reposer pendant cinq minutes.

Étape 9:

Placez un morceau de ruban adhésif le long des coupes, comme illustré à la figure 5.

Étape 10:

Superglue l'entretoise à la base, en l'alignant avec le gabarit comme illustré à la figure 6, et laisser la colle durcir pendant cinq minutes.

Étape 11:

Centrez le plus grand palonnier de servo sur la base inférieure et fixez-le avec de la superglue, comme illustré à la figure 7. Laissez la colle durcir pendant cinq minutes.

Étape 12:

Percez l'une des poulies de courroie de distribution dans un trou de 0,5" de diamètre à l'aide du foret de 0,5" et vérifiez qu'elle s'adapte sur l'arbre de 0,5" de diamètre. Il doit soit appuyer, soit avoir un espace suffisamment petit pour être rempli de super colle. Si le trou percé est trop petit, poncez le diamètre extérieur de l'arbre à la main.

Étape 13:

Percez soigneusement deux écrous carrés jusqu'à des trous de 0,5 de diamètre et vérifiez qu'ils s'adaptent parfaitement à l'arbre.

Remarque: serrez l'écrou sur une surface sacrificielle à l'aide d'une paire de pinces-étau et augmentez progressivement le diamètre du trou avec plusieurs embouts jusqu'à ce qu'il reste un trou de 0,5 po de diamètre. N'oubliez pas de plonger lentement le foret dans l'écrou.

Étape 14:

Fixez un palonnier à la poulie de la courroie de distribution comme illustré ici, en veillant à centrer l'axe du palonnier sur celui de la poulie, comme illustré à la figure 8.

Étape 15:

Assemblez l'arbre et le servo, sans colle, et alignez les deux poulies de courroie de distribution comme illustré à la Figure 9. Une partie de la tige doit être exposée du mur opposé à la poulie.

Remarque: Vissez le servo dans les montants, en faisant attention de ne pas forcer les vis à travers le noyau en mousse, et vissez le palonnier du servo dans le servo. Vous pouvez utiliser de la superglue au lieu de vis, mais vous ne pourrez pas démonter facilement l'unité.

Étape 16:

Une fois que la poulie de l'arbre est alignée avec la poulie du servo, faites glisser le jeu de rondelles intérieures contre chaque mur et collez-les sur l'arbre à l'aide du gel superglue. Ils empêcheront l'arbre de glisser hors de l'alignement. Collez également la poulie sur l'arbre à l'aide de la super colle. Laissez la colle durcir pendant cinq minutes.

Étape 17:

Raccourcissez la courroie de distribution à la bonne longueur, environ 7,2 pouces, et utilisez le gel de superglue pour faire une boucle qui relie la poulie de l'arbre à la poulie du servo, comme le montre la figure 10. Tout d'abord, enroulez la courroie autour des deux poulies et retirez le mou. Maintenant, coupez la ceinture juste après les dents aux deux extrémités, les extrémités de la ceinture pour qu'elles se rejoignent juste. Maintenant, coupez environ 0,5 de ceinture de la pièce que vous venez de retirer. Enfin, rassemblez les deux extrémités et collez-les avec cette longueur de courroie supplémentaire, image 2. Une fois la colle sèche, placez la courroie autour des poulies. Il doit être si bien ajusté que vous devrez détacher la poulie du servo pour installer la courroie. S'il convient, placez-le de côté pour plus tard.

Étape 18:

Collez le gabarit du miroir au dos du miroir ou dessinez la ligne centrale à la main. Ensuite, en utilisant la ligne comme guide, collez les écrous carrés sur le miroir avec le gel super glue. Assurez-vous que le miroir est capable de pivoter à 180 degrés de face vers le haut à face vers le bas sans interférer avec quoi que ce soit, puis collez les écrous carrés à l'arbre avec le gel superglue.

Remarque: Le bord inférieur des rondelles carrées doit être aligné avec la ligne pointillée sur le gabarit.

Étape 19:

Installez le servo final, fixez la base inférieure au servo final avec une vis à travers le palonnier du servo et placez la courroie de distribution sur les poulies pour terminer l'Helios.

Remarque: une fois que vous avez compris le fonctionnement de l'électronique et du logiciel, en lisant ci-dessous, vous pouvez ajuster votre Helios pour augmenter sa précision.

Étape 20:

Connectez les servos comme indiqué, en laissant l'alimentation déconnectée de la prise CC. (Illustration 12)

Remarque: connectez la batterie 9 volts directement à l'Arduino via la prise jack de la carte et connectez l'Arduino à votre ordinateur via son port USB. NE PAS connecter la pile 9 volts à la carte de prototypage, car cela pourrait endommager votre horloge temps réel.

Étape 21:

Téléchargez et installez Arduino Version 1.0.2 à partir d'ici.

Remarque: ce téléchargement comprend le code de contrôle Helios et toutes les bibliothèques dont vous aurez besoin pour l'exécuter. Pour installer, téléchargez le dossier et décompressez-le. Le programme Arduino s'exécute directement à partir de son répertoire, aucune installation formelle n'est requise. Pour obtenir des instructions d'installation générales et des instructions sur l'installation des pilotes pour votre Arduino, rendez-vous ici.

Étape 22:

Exécutez le Blink Arduino Sketch en fonction des instructions ici. Une fois que ce court croquis fonctionne, vous pouvez être sûr que vous avez correctement connecté votre Arduino à votre ordinateur.

Étape 23:

Ouvrez le programme de contrôle (ArduinoCode > Helios_2013) pour régler l'heure et l'emplacement de l'héliostat et pour télécharger le programme sur l'Arduino.

1) Choisissez si vous voulez que Helios agisse comme un panneau solaire et suive le soleil (définissez la variable heliostat=0) ou un héliostat (définissez la variable heliostat=1)

une. Remarque: nous vous suggérons de l'essayer d'abord en tant que panneau solaire pour vous assurer qu'il se déplace comme vous le souhaitez. Si l'un des axes semble être éteint, vous avez peut-être installé l'un des servos à l'envers.

2) Tournez doucement Helios dans le sens des aiguilles d'une montre jusqu'au bout. Dirigez ensuite toute la machine vers l'est.

3) Entrez les coordonnées de votre emplacement.

une. Trouvez les coordonnées d'un lieu par Google en recherchant l'adresse. Ensuite, faites un clic droit sur l'emplacement et sélectionnez "Qu'y a-t-il ici ?". Les coordonnées apparaîtront dans le champ de recherche, avec la latitude et la longitude.

b. Remplacez les valeurs de latitude et de longitude par défaut du programme par les valeurs de latitude et de longitude d'Helios.

4) Si vous choisissez d'utiliser Helios comme panneau solaire, ignorez cette étape. Si vous choisissez d'utiliser Helios comme héliostat, entrez l'altitude et l'angle d'azimut de la cible d'Helios. Le système de coordonnées est défini dans la figure 15.

5) Pour régler l'horloge temps réel, déterminez l'heure actuelle en UTC et remplacez les variables correspondantes par ces valeurs, en heure militaire. Supprimez ensuite le "//" à l'endroit indiqué, téléchargez le croquis et remplacez le "//" (par exemple, 18h30 EST correspond à 22h30 UTC. Dans le programme, cela ressemblerait à heure=22, minute=30, et seconde=0)

une. Une fois l'horloge réglée, débranchez les servos et exécutez le code en mode « panneau solaire » (héliostat=0). Vérifiez les angles calculés du suiveur solaire avec quelque chose comme le calculateur de position solaire de sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). "dAzimuth" est l'angle d'azimut du soleil tel que prédit par Helios et "dElevation" est l'angle d'élévation/altitude du soleil. Les prédictions d'Helios et du site Web devraient s'accorder à environ cinq degrés. Tout écart dans cette plage provient de l'heure de téléchargement décalée de quelques minutes et entraînerait un changement imperceptible dans le comportement d'Helios.

b. Une fois que la prédiction d'Helios pour l'emplacement du soleil est exacte, remplacez le "//" pour commenter le code qui règle l'horloge. L'horloge en temps réel n'a besoin d'être réglée qu'une seule fois, elle n'aura donc pas besoin d'être mise à jour lorsque vous téléchargez de nouveaux croquis ou modifiez des cibles.

6) Retirez l'USB et l'alimentation de l'Arduino et connectez à nouveau les servomoteurs.

Étape 24:

Si Helios a été assemblé correctement, il doit alors pointer vers la cible que vous commandez et y maintenir la réflexion du soleil stationnaire lorsque l'alimentation est à nouveau appliquée à l'Arduino. Helios corrigera la réflexion du soleil à chaque degré. Cela signifie que la réflexion du soleil se déplacera jusqu'à ce que le soleil ait bougé d'un degré, à ce stade, Helios se déplacera pour corriger la réflexion. Une fois que vous avez compris le fonctionnement du programme, vous pouvez jouer avec les variables "offset_Elv" (Elevation) et "offset_Az" (Azimut) pour compenser toute erreur d'assemblage. Ces variables contrôlent l'orientation du système de coordonnées d'Helios.

Étape 25: Achat de liens

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+ mousse+noyau

Tige: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (numéro de pièce: 8528K32)

Coupe-boîte:

Servo:

Bande: 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= invisible+ruban

Modèles: imprimez les pages à la fin de ce document. Le papier peut être acheté en ligne sur:

Écrou carré: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (Référence: 98694A125)

Super colle:

Gel super colle: 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+colle

Bord droit:

Perceuse électrique:

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

Écrous: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (numéro de pièce: 90480A005)

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

Jeu de tournevis:

2 poulies de courroie de distribution: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (numéro de pièce: A 6M16-040DF25)

Courroie de distribution: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (numéro de pièce: 7887K82)

Forets:

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

Grandes poignées étau:

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

Kit Arduino:

Module d'horloge en temps réel:

Alimentation:

Batterie:

Résistances:

Étape 26: uvres citées

4photos. (2112, 07 07). Navigation boussole 3D. Extrait le 6 juin 2013 de 4photos:

Commons, C. (2010, 1er janvier). Module d'horloge en temps réel. Extrait le 28 mai 2013 de Sparkfun:

Commons, C. (2011, 1er janvier). Adaptateur DC Barrel Jack - Compatible Breadboard. Extrait le 28 mai 2013 de Sparkfun:

Commons, C. (2013, 16 mai). Bibliothèque Ethernet. Récupéré le 28 mai 2013 sur Arduino:

ElmarM. (2013, 24 mars). Poupée hantée. Récupéré le 28 mai 2013 sur instructables: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -mettre en place/

Regard, M. (n.d.). STEPsss. Extrait le 28 mai 2013 de kennyviper:

boutique en ligne. (2012, 1er janvier). Résistance 2.2K Ohm. Extrait le 28 mai 2013 de

Étape 27: Merci pour votre soutien !

Nous tenons à remercier chaleureusement Alexander Mitsos, notre conseiller de soutien, et toutes les personnes qui nous ont soutenus tout au long de ce projet:

• Whitney Meriwether
• Benjamin Bangsberg
• Walter Bryan
• Radha Krishna Gorle
• Matthieu Miller
• Katharina Wilkins
• Garratt Gallagher
• Rachel Nottelling
• Randall Heath
• Paul cordonnier
• Bruce Bock
• Robert Davy
• Nick Bolitho
• Nick Bergeron
• Paul anglais
• Alexandre Mitsos
• Matt C
• Guillaume Bryce
• Nilton Lessa
• Emerson Yearwood
• Jost Jahn
• Carl Hommes
• Nina
• Michel et Liz
• Walter Lickteig
• André Heine
• Riche Ramsland
• Bryan Miller
• Netia McCray
• Roberto Melendez

Finaliste du concours technique

Finaliste au Epilog Challenge VI