Pelacak Surya DIY: 27 Langkah (dengan Gambar)

2025 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2025-01-23 14:49

pengantar

Kami bertujuan untuk memperkenalkan siswa muda ke bidang teknik dan mengajari mereka tentang energi matahari; dengan meminta mereka membangun Helios sebagai bagian dari kurikulum mereka. Ada upaya di bidang teknik untuk mendorong pembangkit energi menjauh dari penggunaan bahan bakar fosil dan menuju alternatif yang lebih hijau. Salah satu pilihan untuk energi yang lebih hijau adalah dengan menggunakan perangkat yang disebut heliostat, yang menggunakan cermin untuk mengarahkan cahaya matahari ke target sepanjang hari. Perangkat semacam itu dapat digunakan untuk banyak aplikasi, mulai dari pemusatan energi matahari ke reservoir panas pembangkit listrik hingga area penerangan yang terhalang dari matahari.

Selain jumlah penggunaan teknologi ini, ada juga beragam struktur yang telah dirancang untuk memungkinkan pelacakan matahari. Struktur fisik desain Helios, seperti desain heliostat lainnya, berfungsi untuk memasang cermin pada dua sumbu yang dapat dikontrol. Mekanisme tersebut akan melacak matahari dengan menggunakan program untuk menghitung lokasi bintang di langit menurut perkiraan hari, berdasarkan posisi global Helios. Mikrokontroler Arduino akan digunakan untuk menjalankan program dan mengontrol dua motor servo.

Pertimbangan Desain

Untuk memastikan bahwa proyek ini tersebar luas, banyak upaya dilakukan untuk merancang Helios yang akan dibangun dengan alat umum dan bahan murah. Pilihan desain pertama adalah membuat bodi hampir seluruhnya dari inti busa, yang kaku, terjangkau, mudah diperoleh, dan mudah dipotong. Selain itu, untuk kekuatan dan kekakuan maksimum, desain bodi dibuat dengan hati-hati sehingga semua bagian busa dalam keadaan tegang atau tertekan. Hal ini dilakukan untuk memanfaatkan kekuatan inti busa dalam tarik dan tekan, dan karena perekat yang digunakan lebih efektif dalam menahan beban dalam tarik daripada dalam lentur. Selain itu, poros yang terpasang ke cermin ditenagai melalui timing belt, yang memungkinkan kesalahan penyelarasan kecil antara motor dan cermin, motor servo akurat hingga 1 derajat, dan platform berjalan di Arduino open source. platform. Pilihan desain ini, bersama dengan beberapa pertimbangan lainnya, menjadikan desain yang disajikan sebagai alat pendidikan yang tahan lama dan terjangkau.

Janji sumber terbuka kami

Tujuan Helios adalah untuk mempromosikan pendidikan teknik. Karena ini adalah fokus utama kami, pekerjaan kami dilisensikan di bawah lisensi GNU FDL. Pengguna memiliki hak penuh untuk mereproduksi dan meningkatkan apa yang telah kami lakukan, selama mereka terus melakukannya di bawah lisensi yang sama. Kami berharap pengguna akan meningkatkan desain dan terus mengembangkan Helios menjadi alat pembelajaran yang lebih efektif.

Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 Laser akan memungkinkan saya untuk menyelesaikan proyek-proyek berkualitas lebih tinggi,, dan meningkatkan jumlah dampak yang saya miliki dengan mereka. Membangun hal-hal berskala besar yang menarik, dan untuk mengotak-atik lebih efektif secara umum. Laser Epliog juga memungkinkan saya untuk membuat hal-hal yang lebih menarik dan menulis lebih banyak Instruksi yang keren, seperti yang ini tentang Kayak yang saya perbarui. Tujuan saya selanjutnya adalah membuat kayak dari kayu lapis potong laser yang diperkuat dengan serat karbon atau serat kaca, serta papan selancar kardus yang dibungkus dengan serat struktural.

Saya juga telah memasukkan instruksi ini dalam kontes Tech dan Teach It. Jika Anda menikmati posting ini, silakan pilih!

Langkah 1: Daftar Isi

Daftar isi:

• Pendahuluan: Pelacak Surya DIY
• Daftar isi
• Alat dan Bill of Material
• Langkah 1-16 Perakitan Perangkat Keras
• Langkah 17-22 Perakitan Elektronik
• Tautan Pembelian
• Karya dikutip
• Terima kasih atas dukunganmu!!!

Langkah 2: Alat dan Bill of Material

Semua alat ini dapat dibeli di toko lokal atau di tautan di bagian referensi. Total biaya bahan-bahan ini adalah sekitar $80, jika semuanya dibeli secara online di tautan yang diberikan.

BOM

• Bor motor
• Mata Bor (Diameter 0,1258”,.18”, dan.5”)
• Set obeng
• Tepi Lurus
• Pemotong Kotak
• Wakil Grip Besar
• 2 Lembar Inti Busa (20” X 30”, ~.2in tebal)
• Batang Diameter 9,5 "Panjang kali 1/2"
• Kacang Persegi (7/16" -14 Ukuran Benang, Tebal 3/8")
• Servo Vigor VS-2A (39.2g/5kg/0.17 dtk)
• Tape
• Katrol Timing-Belt (2), 1” OD
• mesin cuci
• lem krazy
• Timing-Belt 10"
• Template (File terlampir)
• Lembar Akrilik Cermin (6" X 6")
• Gel lem krazy
• 8 Sekrup Mesin (panjang 4-40, 25mm)
• 8 Kacang (4-40)
• Kuku panjang 1,5"
• Kit Pemula untuk Arduino Uno
• Modul Jam Waktu Nyata
• Catu Daya Adaptor Dinding (5VDC 1A)
• Baterai 9V
• 3.3 Resistor KOhm (2)

Langkah 3:

Cetak template dalam file terlampir.

Catatan: Ini harus dicetak dalam skala penuh. Bandingkan hasil cetak dengan PDF, untuk memastikan bahwa printer Anda tidak mengubah skala.

Langkah 4:

Amankan templat ke papan poster seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 dan, dengan menggunakan garis tengah sebagai pemandu, bor lubang.18 inci dan.5 inci.

Catatan: Bor lubang 0,5 inci dengan mata bor 0,18 inci terlebih dahulu untuk meningkatkan akurasi.

Langkah 5:

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

Catatan: Potong inti busa dengan beberapa lintasan pemotong kotak, ini akan menghasilkan potongan yang jauh lebih bersih. Jangan mencoba memotong seluruh lembaran dalam sekali jalan.

Langkah 6:

Rekatkan potongan yang cocok bersama-sama seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, menggunakan lem super. Anda harus dapat melihat melalui potongan dan melihat bahwa semua lubang sejajar, dasar bagian 1 dan 2 harus rata, dan satu pola pada bagian 3 harus menghadap ke luar.

Catatan: Setelah mengoleskan lem ke satu permukaan, gabungkan bagian-bagiannya dan tekan bersama-sama selama 30 detik. Kemudian, biarkan lem mengeras selama lima menit.

Langkah 7:

Dengan menggunakan superglue gel, rekatkan bagian 1, 2 dan 3 bersama-sama seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Pastikan bagian-bagian tersebut diatur sedemikian rupa sehingga lubang berdiameter.5” paling dekat dengan bagian alas yang berlabel pendek, juga pastikan bahwa templat di alasnya menghadap ke bawah/keluar. Biarkan lem mengeras selama lima menit. Setelah lem mengeras, masukkan 3 paku melalui alas dan ke masing-masing rak untuk penyangga tambahan.

Langkah 8:

Potong melalui lapisan atas kedua balok silang dan masukkan ke dalam Helios seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Oleskan gel superglue ke sambungan antara balok silang dan dinding Helios, dan permukaan yang dibagi di antara dua balok silang, seperti yang ditunjukkan pada biru. Biarkan lem mengeras selama lima menit.

Langkah 9:

Tempatkan selotip di sepanjang potongan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.

Langkah 10:

Rekatkan spacer ke alasnya, dengan melapisinya dengan templat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6, dan biarkan lem menempel selama lima menit.

Langkah 11:

Pusatkan tanduk servo terbesar ke dasar bawah dan kencangkan dengan lem super, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. Biarkan lem mengeras selama lima menit.

Langkah 12:

Bor salah satu puli timing belt ke lubang berdiameter.5” menggunakan mata bor.5 inci, dan periksa apakah pas dengan poros berdiameter.5”. Itu harus menekan, atau memiliki celah yang cukup kecil untuk diisi dengan lem super. Jika lubang yang dibor terlalu kecil, amplas diameter luar poros dengan tangan.

Langkah 13:

Bor dengan hati-hati dua mur persegi hingga lubang berdiameter.5” dan periksa apakah terpasang dengan pas ke poros.

Catatan: Jepit mur ke permukaan korban, dengan sepasang pegangan, dan secara bertahap tingkatkan diameter lubang dengan beberapa bit sampai lubang berdiameter.5” tersisa. Ingatlah untuk memasukkan mata bor ke dalam mur secara perlahan.

Langkah 14:

Pasang tanduk servo ke puli timing belt seperti yang ditunjukkan di sini, berhati-hatilah untuk memusatkan sumbu tanduk servo dengan puli, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.

Langkah 15:

Pasang poros dan servo, tanpa lem, dan sejajarkan dua puli timing belt seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9. Beberapa batang harus terbuka dari dinding di seberang puli.

Catatan: Pasang servo ke dalam bagian atas, hati-hati jangan sampai memaksakan sekrup melalui inti busa, dan pasang klakson servo ke dalam servo. Anda dapat menggunakan lem super sebagai pengganti sekrup, namun Anda tidak akan dapat dengan mudah membongkar unit.

Langkah 16:

Setelah puli poros sejajar dengan puli servo, geser set washer bagian dalam ke setiap dinding dan rekatkan ke poros menggunakan gel superglue. Mereka akan menjaga poros dari meluncur keluar dari keselarasan. Juga, rekatkan katrol ke poros menggunakan lem super. Biarkan lem mengeras selama lima menit.

Langkah 17:

Persingkat timing belt ke panjang yang benar, sekitar 7,2 inci, dan gunakan gel superglue untuk membuat lingkaran yang menghubungkan puli poros ke puli servo, seperti yang terlihat pada Gambar 10. Pertama, bungkus sabuk di sekitar kedua puli dan keluarkan kendur. Sekarang, potong sabuk tepat setelah gigi di kedua ujungnya, ujung-ujung sabuk hanya saling menjangkau. Sekarang potong sekitar 0,5” sabuk dari bagian yang baru saja Anda lepaskan. Terakhir, satukan kedua ujungnya dan rekatkan dengan sabuk ekstra panjang ini, gambar 2. Setelah lem mengering, letakkan sabuk di sekitar puli. Itu harus pas sehingga Anda harus melepaskan katrol dari servo agar pas dengan sabuk. Jika cocok, letakkan di samping untuk nanti.

Langkah 18:

Rekatkan templat cermin ke bagian belakang cermin, atau gambar garis tengah dengan tangan. Kemudian, dengan menggunakan garis sebagai panduan, rekatkan mur persegi ke cermin dengan gel lem super. Pastikan cermin dapat berputar 180 derajat dari menghadap lurus ke atas hingga menghadap lurus ke bawah tanpa mengganggu apa pun, lalu rekatkan mur persegi ke poros dengan gel superglue.

Catatan: Tepi bawah ring persegi harus sejajar dengan garis putus-putus pada template.

Langkah 19:

Pasang servo terakhir, kencangkan alas bawah ke servo terakhir dengan sekrup melalui tanduk servo, dan tempatkan timing belt ke puli untuk menyelesaikan Helios.

Catatan: Setelah Anda memahami cara kerja elektronik dan perangkat lunak, dengan membaca di bawah ini, Anda dapat menyesuaikan Helios Anda untuk meningkatkan akurasinya.

Langkah 20:

Hubungkan servo seperti yang ditunjukkan, biarkan daya terputus dari jack DC. (Gambar 12)

Catatan: Hubungkan baterai 9 volt langsung ke Arduino melalui jack di papan dan sambungkan Arduino ke komputer Anda melalui port USB-nya. JANGAN sambungkan baterai 9 volt ke papan prototipe, karena ini dapat merusak jam waktu nyata Anda.

Langkah 21:

Unduh dan Instal Arduino Versi 1.0.2 dari sini.

Catatan: Unduhan ini menyertakan kode kontrol Helios dan semua pustaka yang Anda perlukan untuk menjalankannya. Untuk menginstal, unduh folder dan unzip. Program Arduino berjalan langsung dari direktorinya, tidak diperlukan instalasi formal. Untuk petunjuk pemasangan umum dan petunjuk tentang cara memasang driver untuk Arduino Anda, kunjungi di sini.

Langkah 22:

Jalankan Blink Arduino Sketch berdasarkan petunjuk di sini. Setelah sketsa singkat ini berfungsi, Anda dapat yakin bahwa Anda telah menghubungkan Arduino dengan benar ke komputer Anda.

Langkah 23:

Buka program kontrol (ArduinoCode >Helios_2013) untuk mengatur waktu dan lokasi Heliostat, dan untuk mengunggah program ke Arduino.

1) Pilih apakah Anda ingin Helios bertindak seperti panel surya dan melacak matahari (atur variabel heliostat=0) atau heliostat (atur variabel heliostat=1)

A. Catatan: Kami menyarankan Anda mencobanya sebagai panel surya terlebih dahulu untuk memastikan bahwa itu bergerak seperti yang Anda harapkan. Jika salah satu sumbu tampaknya mati, maka Anda mungkin telah memasukkan salah satu servo ke belakang.

2) Putar Helios searah jarum jam secara perlahan. Kemudian arahkan seluruh mesin ke timur.

3) Masukkan koordinat lokasi Anda.

A. Temukan koordinat lokasi oleh Google mencari alamat. Selanjutnya, klik kanan lokasi dan pilih “What’s here?”. Koordinat akan muncul di kotak pencarian, dengan garis lintang dan garis bujur.

B. Ubah nilai lintang dan bujur default dalam program ke nilai lintang dan bujur Helios.

4) Jika Anda memilih untuk menggunakan Helios sebagai panel surya, lewati langkah ini. Jika Anda memilih untuk menggunakan Helios sebagai heliostat, maka masukkan ketinggian dan sudut azimut target Helios. Sistem koordinat didefinisikan pada Gambar 15.

5) Untuk menyetel Jam Waktu Nyata, tentukan waktu saat ini dalam UTC dan ganti variabel terkait dengan nilai ini, dalam waktu militer. Kemudian hapus “//” di tempat yang ditunjukkan, unggah sketsa, dan ganti “//” (Mis. 18:30 EST adalah 22:30 UTC. Dalam program ini akan terlihat seperti jam=22, menit=30, dan detik=0)

A. Setelah jam diatur, cabut servos dan jalankan kode dalam mode “panel surya” (heliostat=0). Verifikasi sudut yang dihitung dari pelacak surya dengan sesuatu seperti kalkulator posisi matahari dari sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). “dAzimuth” adalah sudut Azimuth matahari seperti yang diprediksi oleh Helios dan “dElevation” adalah sudut elevasi/ketinggian matahari. Prediksi Helios dan situs web harus setuju dalam sekitar lima derajat. Setiap perbedaan dalam rentang ini berasal dari waktu unggah yang beberapa menit, dan akan menyebabkan perubahan yang tidak terlalu mencolok pada perilaku Helios.

B. Setelah prediksi Helios untuk lokasi matahari akurat, ganti "//" untuk mengomentari kode yang mengatur jam. Jam waktu nyata hanya perlu disetel sekali, sehingga tidak perlu diperbarui saat Anda mengunggah sketsa baru atau mengubah target.

6) Lepaskan USB dan daya dari Arduino dan sambungkan lagi motor servo.

Langkah 24:

Jika Helios dirakit dengan benar, maka Helios harus mengarah ke target yang Anda perintahkan dan menjaga agar pantulan matahari tetap di sana saat daya diterapkan ke Arduino sekali lagi. Helios akan mengoreksi pantulan matahari setiap derajat. Artinya pantulan matahari akan bergeser hingga matahari bergerak satu derajat, pada titik ini Helios akan bergerak untuk mengoreksi pantulannya. Setelah Anda memahami cara kerja program, Anda mungkin ingin bermain dengan variabel "offset_Elv" (Elevation) dan "offset_Az" (Azimuth) untuk mengkompensasi kesalahan perakitan. Variabel-variabel ini mengontrol orientasi sistem koordinat Helios.

Langkah 25: Membeli Tautan

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+ busa + inti

Batang: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (Nomor Bagian: 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= tak terlihat + pita

Template: Cetak halaman di akhir dokumen ini. Kertas dapat dibeli secara online di:

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

Lem super:

Gel lem 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+ instan+krazy+lem

Tepi Lurus:

Bor Listrik:

Sekrup: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (Nomor Bagian: 90272A115)

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

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

Set Obeng:

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

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

Mata Bor:

Mesin cuci: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (Nomor Bagian: 95630A246)

Wakil Grips Besar:

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

Arduino Kit:

Modul Jam Waktu Nyata:

Catu Daya:

Baterai:

Resistor:

Langkah 26: Pekerjaan Dikutip

4 foto. (2112, 07 07). navigasi kompas 3d. Diakses pada 6 Juni 2013, dari 4foto:

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

Commons, C. (2011, 1 Januari). Adaptor Jack Barrel DC - Kompatibel dengan papan tempat memotong roti. Diperoleh 28 Mei 2013, dari Sparkfun:

Commons, C. (2013, 16 Mei). perpustakaan Ethernet. Diperoleh 28 Mei 2013, dari Arduino:

ElmarM. (2013, 24 Maret). Boneka Berhantu. Diakses pada 28 Mei 2013, dari instruksi: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -mempersiapkan/

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

toko online. (2012, 1 Januari). Resistor 2.2K Ohm. Diakses pada 28 Mei 2013, dari

Langkah 27: Terima kasih atas Dukungan Anda!

Kami ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Alexander Mitsos, penasihat pendukung kami, dan semua orang yang mendukung kami selama proyek ini:

• Whitney Meriwether
• Benjamin Bangsberg
• Walter Bryan
• Radha Krishna Gorle
• Matthew Miller
• Katharina Wilkins
• Garratt Gallagher
• Rachel Nottelling
• Randall Heath
• pembuat sepatu paul
• Bruce Bock
• Robert Davy
• Nick Bolitho
• Nick Bergeron
• bahasa inggris paul
• Alexander Mitso
• Matt C
• William Bryce
• Nilton Lessa
• Emerson Yearwood
• Jost Jahn
• Carl Men
• Nina
• Michael dan Lizo
• Walter Lickteig
• Andrew Heine
• Ramsland yang kaya
• Bryan Miller
• Netia McCray
• Roberto Melendez

Runner Up dalam Kontes Teknologi

Runner Up di Epilog Challenge VI