DIY Solar Tracker: 27 etapas (com fotos)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-23 15:03

Introdução

Nosso objetivo é apresentar aos jovens estudantes a engenharia e ensiná-los sobre a energia solar; fazendo com que construam um Helios como parte de seu currículo. Há um esforço de engenharia para afastar a geração de energia do uso de combustíveis fósseis e ir para alternativas mais verdes. Uma opção para uma energia mais verde é usar um dispositivo chamado heliostato, que usa um espelho para direcionar a luz do sol para um alvo ao longo do dia. Esse dispositivo pode ser usado para muitas aplicações, desde a concentração de energia solar no reservatório de calor de uma usina de energia até a iluminação de áreas bloqueadas pelo sol.

Além do número de usos dessa tecnologia, há também uma ampla gama de estruturas que foram projetadas para permitir o rastreamento solar. A estrutura física do projeto de Helios, como com outros projetos de heliostato, funciona para montar um espelho em dois eixos controláveis. O mecanismo rastreará o sol usando um programa para calcular a localização da estrela no céu durante o dia, com base na posição global do Helios. Um microcontrolador Arduino será usado para executar o programa e controlar os dois servo motores.

Considerações de design

Para garantir que este projeto seja amplamente disperso, um esforço considerável foi feito para projetar o Helios para ser construído com ferramentas comuns e materiais baratos. A primeira escolha de design foi construir a carroceria quase inteiramente com núcleo de espuma, que é rígido, acessível, fácil de adquirir e cortar. Além disso, para obter resistência e rigidez máximas, foi tomado cuidado ao projetar o corpo de forma que todas as peças de espuma estivessem sob tensão ou compressão. Isso foi feito para aproveitar a força do núcleo de espuma em tensão e compressão, e porque o adesivo que foi usado é mais eficaz no suporte de uma carga em tensão do que na dobra. Além disso, o eixo conectado ao espelho é alimentado por uma correia dentada, o que permite um pequeno erro de alinhamento entre o motor e o espelho, os servomotores têm precisão de 1 grau e a plataforma funciona no Arduino de código aberto plataforma. Essas opções de design, junto com algumas outras considerações, tornam o design apresentado uma ferramenta educacional durável e acessível.

Nossa promessa de código aberto

O objetivo da Helios é promover o ensino de engenharia. Por ser este o nosso foco principal, nosso trabalho está licenciado sob a licença GNU FDL. Os usuários têm todos os direitos para reproduzir e melhorar o que fizemos, desde que continuem a fazê-lo sob a mesma licença. Esperamos que os usuários aprimorem o design e continuem a evoluir o Helios para uma ferramenta de aprendizado mais eficaz.

Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 Laser me permitiria concluir projetos de maior qualidade, e aumentar a quantidade de impacto que tenho com eles. Construir coisas interessantes em grande escala e mexer com mais eficácia em geral. Um laser Epliog também me permitiria construir coisas mais interessantes e escrever Instructables mais legais, como este sobre um caiaque que eu recondicionei. Meu próximo objetivo é construir um caiaque com madeira compensada cortada a laser e reforçada com fibra de carbono ou fibra de vidro, bem como uma prancha de surf de papelão envolta em fibra estrutural.

Eu também entrei neste instrutível nos concursos Tech e Teach It. Se você gostou desse post, por favor vote!

Etapa 1: Índice

Índice:

• Introdução: DIY Solar Tracker
• Índice
• Ferramentas e lista de materiais
• Etapa 1-16 Montagem de Hardware
• Etapa 17-22 Montagem de eletrônicos
• Links de compra
• Trabalhos citados
• Obrigado por seu apoio!!!

Etapa 2: Ferramentas e lista de materiais

Todas essas ferramentas podem ser adquiridas em lojas locais ou nos links na seção de referência. O custo total desses materiais é de aproximadamente US $ 80, se todos eles forem comprados online nos links fornecidos.

BOM

• Furadeira
• Brocas (0,1258 ", 0,18" e 0,5 "de diâmetro)
• Jogo de chaves de fenda
• Straight Edge
• Cortador de caixa
• Grande Vice Grips
• 2 folhas de núcleo de espuma (20 "x 30", ~ 0,2 pol de espessura)
• Haste de 9,5 "de comprimento por 1/2" de diâmetro
• Porca quadrada (tamanho da rosca 7/16 "-14, 3/8" de espessura)
• Servo Vigor VS-2A (39,2g / 5kg / 0,17 seg)
• Fita
• Polias da correia dentada (2), 1 "OD
• Arruelas
• Cola Krazy
• Correia dentada 10"
• Modelos (arquivos anexados)
• Folha de acrílico espelhado (6”x 6”)
• Krazy Glue Gel
• 8 parafusos de máquina (4-40, 25 mm de comprimento)
• 8 nozes (4-40)
• Unhas compridas de 1,5"
• Kit inicial para Arduino Uno
• Módulo de relógio em tempo real
• Fonte de alimentação do adaptador de parede (5VDC 1A)
• Bateria 9V
• 3,3 Resistor KOhm (2)

Etapa 3:

Imprima os modelos no arquivo anexo.

Nota: devem ser impressos em escala real. Compare as impressões com os PDFs, para garantir que sua impressora não mudou a escala.

Passo 4:

Prenda os modelos na cartolina conforme mostrado na Figura 1 e, usando as linhas de centro como guias, faça os orifícios de 0,18 pol. E 0,5 pol..

Nota: Primeiro faça os furos de 0,5 polegadas com a broca de 0,18 polegadas para maior precisão.

Etapa 5:

Com um cortador de caixa afiado, corte os componentes individuais.

Observação: corte o núcleo de espuma com várias passagens do cortador de caixa, o que resultará em um corte muito mais limpo. Não tente cortar a folha inteira de uma só vez.

Etapa 6:

Cole os recortes correspondentes como mostrado na Figura 2, usando a supercola. Você deve conseguir olhar através dos recortes e ver que todos os orifícios estão alinhados, a base das peças 1 e 2 deve ser plana e um modelo na parte 3 deve estar voltado para fora.

Nota: Após aplicar cola em uma superfície, una as partes e pressione-as uma contra a outra por 30 segundos. Em seguida, deixe a cola endurecer por cinco minutos.

Etapa 7:

Usando o gel de supercola, cole as partes 1, 2 e 3 como mostrado na Figura 3. Certifique-se de que as partes estejam dispostas de forma que os orifícios de 0,5”de diâmetro estejam mais próximos da seção da base rotulada como curta. se o gabarito na base está voltado para baixo / para fora. Deixe a cola endurecer por cinco minutos. Depois que a cola tiver endurecido, insira 3 pregos na base e em cada uma das barras para suporte adicional.

Etapa 8:

Corte a camada superior de ambas as vigas transversais e insira-as no Helios conforme mostrado na Figura 4. Aplique gel de supercola nas juntas entre as vigas transversais e as paredes do Helios, e a superfície compartilhada entre as duas vigas transversais, conforme indicado em azul. Deixe a cola endurecer por cinco minutos.

Etapa 9:

Coloque um pedaço de fita adesiva ao longo dos cortes, conforme mostrado na Figura 5.

Etapa 10:

Cole o espaçador na base, alinhando-o com o gabarito, conforme mostrado na Figura 6, e deixe a cola endurecer por cinco minutos.

Etapa 11:

Centralize o chifre servo maior na base inferior e prenda-o com a supercola, conforme mostrado na Figura 7. Deixe a cola endurecer por cinco minutos.

Etapa 12:

Perfure uma das polias da correia dentada em um orifício de 0,5 pol. De diâmetro usando a broca de 0,5 pol. E verifique se ela se encaixa no eixo de 0,5 pol. De diâmetro. Deve pressionar ou ter uma lacuna pequena o suficiente para ser preenchida com super cola. Se o orifício perfurado for muito pequeno, lixe o diâmetro externo do eixo manualmente.

Etapa 13:

Perfure cuidadosamente duas porcas quadradas com furos de 0,5 pol. De diâmetro e verifique se elas se encaixam bem no eixo.

Nota: Prenda a porca em uma superfície de sacrifício, com um par de garras de torno e aumente progressivamente o diâmetro do furo com várias brocas até que um furo de 0,5 pol. De diâmetro seja deixado. Lembre-se de mergulhar a broca na porca lentamente.

Etapa 14:

Anexe uma buzina servo à polia da correia dentada, conforme mostrado aqui, tendo o cuidado de centralizar o eixo da buzina servo com a polia, conforme mostrado na Figura 8.

Etapa 15:

Monte o eixo e o servo, sem cola, e alinhe as duas polias da correia dentada conforme mostrado na Figura 9. Parte da haste deve ser exposta da parede oposta à polia.

Nota: Aparafuse o servo nas colunas, tomando cuidado para não forçar os parafusos através do núcleo de espuma e aparafuse o chifre do servo no servo. Você pode usar supercola em vez de parafusos, no entanto, você não será capaz de desmontar a unidade facilmente.

Etapa 16:

Assim que a polia do eixo estiver alinhada com a polia do servo, deslize o conjunto interno de arruelas contra cada parede e cole-as no eixo usando o gel de supercola. Eles evitarão que o eixo saia do alinhamento. Além disso, cole a polia no eixo usando a super cola. Deixe a cola endurecer por cinco minutos.

Etapa 17:

Encurte a correia dentada para o comprimento correto, cerca de 7,2 polegadas, e use o gel de supercola para fazer um laço que conecta a polia do eixo à polia do servo, como visto na Figura 10. Primeiro, enrole a correia em torno de ambas as polias e retire o folga. Agora, corte a correia logo após os dentes em ambas as pontas, as pontas da correia apenas alcançando uma a outra. Agora corte cerca de 0,5 pol. De cinto da peça que você acabou de remover. Finalmente, junte as duas pontas e cole-as com este comprimento extra de correia, imagem 2. Assim que a cola secar, coloque a correia em volta das polias. Deve ser um ajuste tão confortável que você terá que soltar a polia do servo para encaixar a correia. Se couber, coloque-o de lado para depois.

Etapa 18:

Cole o molde do espelho na parte de trás do espelho ou desenhe a linha central com a mão. Em seguida, usando a linha como guia, cole as porcas quadradas no espelho com o gel supercola. Certifique-se de que o espelho seja capaz de girar 180 graus de frente para cima sem interferir em nada e, em seguida, cole as porcas quadradas no eixo com o gel de supercola.

Observação: a borda inferior das arruelas quadradas deve estar alinhada com a linha pontilhada no modelo.

Etapa 19:

Instale o servo final, prenda a base inferior ao servo final com um parafuso através do chifre do servo e coloque a correia dentada nas polias para completar o Helios.

Nota: Depois de entender como funcionam os componentes eletrônicos e o software, lendo abaixo, você pode ajustar seu Helios para aumentar sua precisão.

Etapa 20:

Conecte os servos conforme mostrado, deixando a alimentação desconectada do conector DC. (Figura 12)

Nota: Conecte a bateria de 9 volts diretamente ao Arduino por meio do conector na placa e conecte o Arduino ao seu computador por meio de sua porta USB. NÃO conecte a bateria de 9 volts à placa de prototipagem, pois isso pode danificar seu relógio de tempo real.

Etapa 21:

Baixe e instale o Arduino versão 1.0.2 aqui.

Observação: este download inclui o código de controle Helios e todas as bibliotecas de que você precisará para executá-lo. Para instalar, baixe a pasta e descompacte-o. O programa Arduino é executado diretamente de seu diretório, nenhuma instalação formal é necessária. Para obter instruções gerais de instalação e instruções sobre como instalar drivers para seu Arduino, clique aqui.

Etapa 22:

Execute o Blink Arduino Sketch com base nas instruções aqui. Depois de fazer este pequeno esboço funcionar, você pode ter certeza de que conectou corretamente o Arduino ao computador.

Etapa 23:

Abra o programa de controle (ArduinoCode> Helios_2013) para definir a hora e a localização do Heliostat e para fazer o upload do programa para o Arduino.

1) Escolha se deseja que Helios atue como um painel solar e rastreie o sol (defina a variável heliostático = 0) ou um heliostato (defina a variável heliostato = 1)

uma. Nota: Sugerimos que você experimente primeiro como um painel solar para ter certeza de que se move como você espera. Se um dos eixos parece estar fora do lugar, então você pode ter colocado um dos servos ao contrário.

2) Gire suavemente Helios no sentido horário até o fim. Em seguida, aponte a máquina inteira para o leste.

3) Insira as coordenadas da sua localização.

uma. Encontre as coordenadas de um local pelo Google pesquisando o endereço. Em seguida, clique com o botão direito no local e selecione “O que há aqui?”. As coordenadas aparecerão na caixa de pesquisa, com a latitude e a longitude.

b. Altere os valores padrão de latitude e longitude no programa para os valores de latitude e longitude de Helios.

4) Se você escolher usar Helios como painel solar, pule esta etapa. Se você escolher usar Helios como um heliostático, insira a altitude e o ângulo de azimute do alvo de Helios. O sistema de coordenadas é definido na Figura 15.

5) Para configurar o Relógio de Tempo Real, determine a hora atual em UTC e substitua as variáveis correspondentes por esses valores, em horário militar. Em seguida, exclua o “//” onde indicado, carregue o esboço e substitua o “//” (Ex. 18h30 EST é 22h30 UTC. No programa seria semelhante a hora = 22, minuto = 30 e segundo = 0)

uma. Após acertar o relógio, desconecte os servos e execute o código no modo “painel solar” (heliostato = 0). Verifique os ângulos calculados do rastreador solar com algo como a calculadora de posição solar de sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). “DAzimuth” é o ângulo de azimute do sol conforme previsto por Helios e “dElevation” é o ângulo de elevação / altitude do sol. As previsões de Helios e do site devem concordar em cerca de cinco graus. Qualquer discrepância dentro deste intervalo é devido ao tempo de upload estar atrasado por alguns minutos e causaria uma mudança imperceptível no comportamento de Helios.

b. Assim que a previsão de Helios para a localização do sol for precisa, substitua o "//" para comentar o código que acerta o relógio. O relógio em tempo real só precisa ser definido uma vez, portanto, não será necessário atualizá-lo à medida que você carrega novos esboços ou altera os alvos.

6) Remova o USB e a alimentação do Arduino e conecte os servo motores novamente.

Etapa 24:

Se o Helios foi montado corretamente, ele deve apontar para o alvo que você comanda e manter o reflexo do sol estacionário lá quando a energia for aplicada ao Arduino mais uma vez. Helios corrigirá o reflexo do sol em todos os graus. Isso significa que o reflexo do sol mudará até que o sol se mova um grau, neste ponto, Helios se moverá para corrigir o reflexo. Depois de entender como o programa funciona, você pode querer brincar com as variáveis “offset_Elv” (Elevation) e “offset_Az” (Azimute) para compensar qualquer erro de montagem. Essas variáveis controlam a orientação do sistema de coordenadas de Helios.

Etapa 25: compra de links

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

Rod: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (Número da peça: 8528K32)

Cortador de caixa:

Servo:

Fita: 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= invisível + fita

Modelos: imprima as páginas no final deste documento. O papel pode ser comprado online em:

Porca quadrada: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (Número da peça: 98694A125)

Supercola:

Supercola em gel: 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+ cola + instantânea + krazy

Straight Edge:

Furadeira:

Parafusos: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (Número da peça: 90272A115)

Nozes: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (Número da peça: 90480A005)

Espelho: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (Número da peça: 1518T18)

Conjunto de chave de fenda:

2 polias da correia dentada: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (Número da peça: A 6M16-040DF25)

Correia dentada: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (Número da peça: 7887K82)

Drill Bits:

Arruelas: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (Número da peça: 95630A246)

Large Vice Grips:

Unhas: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (Número da peça: 97850A228)

Kit Arduino:

Módulo de relógio em tempo real:

Fonte de alimentação:

Bateria:

Resistores:

Etapa 26: Trabalhos citados

4 fotos. (2112, 07 07). Navegação de bússola 3D. Recuperado em 6 de junho de 2013, de 4photos:

Commons, C. (2010, 1º de janeiro). Módulo de relógio em tempo real. Recuperado em 28 de maio de 2013, em Sparkfun:

Commons, C. (2011, 1º de janeiro). Adaptador DC Barrel Jack - compatível com placa de ensaio. Recuperado em 28 de maio de 2013, em Sparkfun:

Commons, C. (2013, 16 de maio). Biblioteca Ethernet. Recuperado em 28 de maio de 2013, do Arduino:

ElmarM. (2013, 24 de março). Boneca Assombrada. Recuperado em 28 de maio de 2013, em instructables: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -configurar/

Gaze, M. (n.d.). STEPsss. Recuperado em 28 de maio de 2013, de kennyviper:

sonlineshop. (2012, 1º de janeiro). Resistor 2.2K Ohm. Recuperado em 28 de maio de 2013, em

Etapa 27: Obrigado pelo seu apoio !

Gostaríamos de estender um grande agradecimento a Alexander Mitsos, nosso consultor de apoio, e a todas as pessoas que nos apoiaram ao longo deste projeto:

• 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 e Liz
• Walter Lickteig
• Andrew Heine
• Rich Ramsland
• Bryan Miller
• Netia McCray
• Roberto Melendez

Vice-campeão no concurso de tecnologia

Vice-campeão no Epilog Challenge VI