جهاز تعقب الطاقة الشمسية DIY: 27 خطوة (مع صور)

2025 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2025-01-23 12:53

مقدمة

نهدف إلى تعريف الطلاب الشباب بالهندسة وتعليمهم الطاقة الشمسية ؛ من خلال جعلهم يبنون هيليوس كجزء من مناهجهم الدراسية. هناك جهد في الهندسة لدفع توليد الطاقة بعيدًا عن استخدام الوقود الأحفوري ونحو بدائل أكثر مراعاة للبيئة. يتمثل أحد خيارات الطاقة الأكثر اخضرارًا في استخدام جهاز يسمى heliostat ، والذي يستخدم مرآة لتوجيه ضوء الشمس إلى هدف على مدار اليوم. يمكن استخدام مثل هذا الجهاز في العديد من التطبيقات ، من تركيز الطاقة الشمسية على الخزان الحراري لمحطة توليد الطاقة إلى إضاءة المناطق المحجوبة من الشمس.

بالإضافة إلى عدد استخدامات هذه التقنية ، هناك أيضًا مجموعة متنوعة من الهياكل التي تم تصميمها لتمكين تتبع الطاقة الشمسية. يعمل الهيكل المادي لتصميم هيليوس ، كما هو الحال مع تصميمات الهليوستات الأخرى ، على تركيب مرآة على محورين يمكن التحكم فيهما. ستقوم الآلية بتتبع الشمس باستخدام برنامج لحساب موقع النجم في السماء حسب ظن اليوم ، بناءً على الموقع العالمي لهليوس. سيتم استخدام وحدة تحكم Arduino الصغيرة لتشغيل البرنامج والتحكم في محركي المؤازرة.

متطلبات التصميم

لضمان توزيع هذا المشروع على نطاق واسع ، تم بذل جهد كبير في تصميم هيليوس ليتم بناؤها بأدوات شائعة ومواد رخيصة. كان خيار التصميم الأول هو بناء الجسم بالكامل تقريبًا من لب الرغوة ، وهو صلب ، وبأسعار معقولة ، ويسهل الحصول عليه ، وسهل القطع. أيضًا ، لتحقيق أقصى قدر من القوة والصلابة ، تم الحرص على تصميم الجسم بحيث تكون جميع أجزاء الرغوة إما في حالة توتر أو ضغط. تم إجراء ذلك للاستفادة من قوة قلب الرغوة في التوتر والضغط ، ولأن المادة اللاصقة المستخدمة أكثر فاعلية في دعم الحمل في حالة التوتر أكثر من الانحناء. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تشغيل العمود المتصل بالمرآة من خلال حزام توقيت ، مما يسمح بحدوث خطأ محاذاة صغير بين المحرك والمرآة ، ومحركات المؤازرة دقيقة في حدود درجة واحدة ، وتعمل المنصة على مصدر مفتوح من Arduino برنامج. تجعل اختيارات التصميم هذه ، إلى جانب بعض الاعتبارات الأخرى ، التصميم المقدم أداة تعليمية متينة وبأسعار معقولة.

وعدنا مفتوح المصدر

هدف هيليوس هو تعزيز التعليم الهندسي. لأن هذا هو تركيزنا الرئيسي ، عملنا مرخص بموجب ترخيص GNU FDL. يتمتع المستخدمون بكامل الحقوق لإعادة إنتاج ما قمنا به وتحسينه ، طالما استمروا في القيام بذلك بموجب نفس الترخيص. نأمل أن يقوم المستخدمون بتحسين التصميم والاستمرار في تطوير هيليوس إلى أداة تعليمية أكثر فاعلية.

سيسمح لي Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 Laser بإكمال مشاريع عالية الجودة ، وزيادة مقدار التأثير الذي لدي معهم ، وبناء أشياء مثيرة للاهتمام على نطاق واسع ، والتلاعب بشكل أكثر فعالية بشكل عام. سيسمح لي Epliog Laser أيضًا ببناء أشياء أكثر إثارة وكتابة المزيد من Instructables الرائعة ، مثل هذا عن Kayak الذي قمت بتجديده. هدفي التالي هو بناء قوارب الكاياك من الخشب الرقائقي المقطوع بالليزر والمدعوم بألياف الكربون أو الألياف الزجاجية ، بالإضافة إلى لوح تزلج من الورق المقوى ملفوف بألياف هيكلية.

لقد دخلت أيضًا في هذا التدريب في مسابقات Tech و Teach It. إذا كنت قد استمتعت بهذا المنشور ، يرجى التصويت!

الخطوة 1: جدول المحتويات

جدول المحتويات:

• مقدمة: DIY Solar Tracker
• جدول المحتويات
• الأدوات وفواتير المواد
• الخطوة 1-16 تجميع الأجهزة
• الخطوة 17-22 تجميع الإلكترونيات
• روابط الشراء
• تم الاستشهاد بالأعمال
• شكرا لدعمك!!!

الخطوة 2: الأدوات وقائمة المواد

يمكن شراء كل هذه الأدوات من المتاجر المحلية أو من الروابط الموجودة في قسم المراجع. تبلغ التكلفة الإجمالية لهذه المواد حوالي 80 دولارًا ، إذا تم شراؤها جميعًا عبر الإنترنت على الروابط المحددة.

BOM

• حافر كهربائي
• لقم الثقب (بقطر 1258 بوصة و 18 بوصة و 0.5 بوصة)
• مجموعة مفك البراغي
• حافة مستقيمة
• صندوق القاطع
• نائب كبير القبضات
• صفحتان من الفوم (20 × 30 بوصة ، بسماكة 2 بوصة تقريبًا)
• 9.5 "طويل بمقدار 1/2" قضيب بقطر
• صامولة مربعة (7/16 بوصة - 14 خيط مقاس ، 3/8 بوصة سميك)
• Vigor VS-2A Servo (39.2 جم / 5 كجم / 0.17 ثانية)
• الشريط
• بكرات حزام التوقيت (2) ، 1 بوصة OD
• غسالات
• كريزي غراء
• حزام التوقيت 10 بوصة
• القوالب (الملفات المرفقة)
• لوح أكريليك معكوسة (6 × 6 بوصة)
• جل كريزي جلو
• 8 براغي للماكينة (بطول 4-40 ، 25 مم)
• 8 حبات (4-40)
• مسامير طويلة مقاس 1.5 بوصة
• مجموعة المبتدئين لاردوينو أونو
• وحدة ساعة الوقت الحقيقي
• مصدر طاقة محول الجدار (5VDC 1A)
• بطارية 9 فولت
• 3.3 كيلو أوم المقاوم (2)

الخطوه 3:

اطبع القوالب في الملف المرفق.

ملاحظة: يجب طباعتها بمقياس كامل. قارن المطبوعات بملفات PDF للتأكد من أن طابعتك لم تغير المقياس.

الخطوة الرابعة:

قم بتأمين القوالب بلوحة الملصق كما هو موضح في الشكل 1 ، وباستخدام خطوط المركز كدليل ، قم بحفر الثقوب بقطر 18 بوصة و 0.5 بوصة.

ملاحظة: قم بحفر الثقوب 0.5 بوصة باستخدام مثقاب 18 بوصة أولاً لزيادة الدقة.

الخطوة الخامسة:

باستخدام قاطع صندوق حاد ، قم بقطع المكونات الفردية.

ملاحظة: قم بقص قلب الرغوة بعدة تمريرات لقاطع الصندوق ، سيؤدي ذلك إلى قطع أكثر نظافة. لا تحاول قطع الورقة بأكملها بتمريرة واحدة.

الخطوة السادسة:

قم بلصق القواطع المطابقة معًا كما هو موضح في الشكل 2 ، باستخدام الغراء الفائق. يجب أن تكون قادرًا على النظر من خلال القواطع ومعرفة أن جميع الثقوب محاذاة ، ويجب أن تكون قاعدة الجزأين 1 و 2 مسطحة ، ويجب أن يكون قالب واحد في الجزء 3 متجهًا للخارج.

ملاحظة: بعد وضع الغراء على سطح واحد ، قم بربط الأجزاء واضغط عليها معًا لمدة 30 ثانية. ثم اترك الصمغ يثبت لمدة خمس دقائق.

الخطوة السابعة:

باستخدام هلام superglue ، قم بغراء الأجزاء 1 و 2 و 3 معًا كما هو موضح في الشكل 3. تأكد من ترتيب الأجزاء بحيث تكون الثقوب بقطر 0.5 بوصة أقرب إلى قسم القاعدة الذي يحمل علامة قصيرة ، تأكد أيضًا أن القالب الموجود على القاعدة متجه لأسفل / للخارج. اترك الصمغ يثبت لمدة خمس دقائق. بعد أن يتم تثبيت الغراء ، أدخل 3 مسامير من خلال القاعدة وفي كل من القوائم للحصول على دعم إضافي.

الخطوة الثامنة:

قطع من خلال الطبقة العليا من كل من العوارض المتقاطعة وأدخلها في هيليوس كما هو موضح في الشكل 4. ضع هلام superglue على المفاصل بين الحزم المتقاطعة وجدران هيليوس ، والسطح المشترك بين العارضتين المتصالبتين ، كما هو موضح في أزرق. اترك الصمغ يثبت لمدة خمس دقائق.

الخطوة 9:

ضع قطعة من الشريط اللاصق على طول الجروح ، كما هو موضح في الشكل 5.

الخطوة 10:

قم بإلصاق الفاصل بالقاعدة ، عن طريق تبطينه بالقالب كما هو موضح في الشكل 6 ، والسماح للغراء بالتثبيت لمدة خمس دقائق.

الخطوة 11:

قم بتوسيط أكبر قرن مؤازر على القاعدة السفلية وقم بتثبيته باستخدام الغراء الفائق ، كما هو موضح في الشكل 7. اترك الصمغ يتماسك لمدة خمس دقائق.

الخطوة 12:

قم بإخراج إحدى بكرات حزام التوقيت إلى ثقب بقطر 0.5 بوصة باستخدام مثقاب 0.5 بوصة ، وتأكد من ملاءمته لعمود قطره 0.5 بوصة. يجب أن تضغط أو تحتوي على فجوة صغيرة بما يكفي لملئها بالغراء الفائق. إذا كان الثقب المحفور صغيرًا جدًا ، فقم برمل القطر الخارجي للعمود يدويًا.

الخطوة 13:

احفر بعناية صامولتين مربعتين بقطر 0.5 بوصة وتأكد من ملاءمتهما للعمود.

ملاحظة: قم بتثبيت الجوز على سطح قرباني ، باستخدام زوج من مقابض الرذيلة ، وقم بزيادة قطر الثقب بشكل تدريجي بعدة بتات حتى يتم ترك فتحة بقطر 0.5 بوصة. تذكر أن تغمر ريشة الحفر في الجوز ببطء.

الخطوة 14:

قم بتوصيل قرن مؤازر ببكرة حزام التوقيت كما هو موضح هنا ، مع الحرص على توسيط محور بوق المؤازرة مع البكرة ، كما هو موضح في الشكل 8.

الخطوة 15:

قم بتجميع العمود والمؤازرة ، بدون غراء ، وقم بمحاذاة بكرتي حزام التوقيت كما هو موضح في الشكل 9. يجب كشف بعض القضيب من الجدار المقابل للبكرة.

ملحوظة: قم بربط المؤازرة بالقوائم ، مع الحرص على عدم إجبار البراغي من خلال قلب الرغوة ، وربط قرن المؤازرة في المؤازرة. يمكنك استخدام superglue بدلاً من البراغي ، ولكن لن تتمكن من تفكيك الوحدة بسهولة.

الخطوة 16:

بمجرد محاذاة بكرة العمود مع بكرة المؤازرة ، حرك المجموعة الداخلية من الغسالات مقابل كل جدار وألصقها في العمود باستخدام هلام superglue. سوف يمنعون العمود من الانزلاق خارج المحاذاة. أيضًا ، قم بلصق البكرة على العمود باستخدام الغراء الفائق. اترك الصمغ لمدة خمس دقائق.

الخطوة 17:

قم بتقصير حزام التوقيت إلى الطول الصحيح ، حوالي 7.2 بوصات ، واستخدم هلام superglue لعمل حلقة تربط بكرة العمود ببكرة المؤازرة ، كما هو موضح في الشكل 10. أولاً ، لف الحزام حول كلتا البكرتين وأخرجه. تثاقل. الآن ، قم بقص الحزام بعد الأسنان على كلا الطرفين مباشرة ، بحيث تصل أطراف الحزام إلى بعضها البعض. الآن قم بقص حوالي 0.5 بوصة من الحزام من القطعة التي أزلتها للتو. أخيرًا ، اجمع كلا الطرفين معًا وألصقهما بهذا الطول الإضافي للحزام ، الصورة 2. بمجرد أن يجف الغراء ، ضع الحزام حول البكرات. يجب أن يكون مناسبًا بشكل مريح بحيث يتعين عليك فصل البكرة من المؤازرة لتناسب الحزام. إذا كان مناسبًا ، ضعه على الجانب لوقت لاحق.

الخطوة 18:

الصق قالب المرآة على ظهر المرآة أو ارسم خط الوسط يدويًا. ثم ، باستخدام الخط كدليل ، قم بلصق المكسرات المربعة على المرآة باستخدام جل الغراء الفائق. تأكد من أن المرآة قادرة على الدوران 180 درجة من المواجهة المستقيمة لأعلى إلى المواجهة المستقيمة لأسفل دون التداخل مع أي شيء ، ثم قم بلصق المكسرات المربعة على العمود باستخدام هلام superglue.

ملاحظة: يجب محاذاة الحافة السفلية للحلقات المربعة مع الخط المنقط في القالب.

الخطوة 19:

قم بتثبيت المؤازرة النهائية ، وثبّت القاعدة السفلية بالمؤازرة النهائية بمسمار من خلال بوق المؤازرة ، ثم ضع حزام التوقيت على البكرات لإكمال هيليوس.

ملاحظة: بمجرد أن تفهم كيفية عمل الإلكترونيات والبرامج ، يمكنك من خلال القراءة أدناه ضبط Helios لزيادة دقتها.

الخطوة 20:

قم بتوصيل الماكينات كما هو موضح ، وترك الطاقة مفصولة عن مقبس التيار المستمر. (الشكل 12)

ملاحظة: قم بتوصيل البطارية 9 فولت مباشرة بـ Arduino من خلال المقبس الموجود على اللوحة وتوصيل Arduino بجهاز الكمبيوتر الخاص بك من خلال منفذ USB الخاص به. لا تقم بتوصيل البطارية 9 فولت بلوحة النماذج الأولية ، حيث قد يؤدي ذلك إلى إتلاف ساعة الوقت الفعلي.

الخطوة 21:

قم بتنزيل وتثبيت Arduino الإصدار 1.0.2 من هنا.

ملاحظة: يتضمن هذا التنزيل كود تحكم Helios وجميع المكتبات التي ستحتاجها لتشغيله. للتثبيت ، قم بتنزيل المجلد وفك ضغطه. يعمل برنامج Arduino مباشرة خارج دليله ، ولا يلزم تثبيت رسمي. للحصول على إرشادات التثبيت العامة والتوجيهات حول كيفية تثبيت برامج تشغيل Arduino ، توجه هنا.

الخطوة 22:

قم بتشغيل Blink Arduino Sketch بناءً على الاتجاهات هنا. بمجرد تشغيل هذا المخطط القصير ، يمكنك التأكد من أنك قمت بتوصيل Arduino بجهاز الكمبيوتر الخاص بك بشكل صحيح.

الخطوة 23:

افتح برنامج التحكم (ArduinoCode> Helios_2013) لتعيين وقت وموقع Heliostat ، وتحميل البرنامج على Arduino.

1) اختر ما إذا كنت تريد من هيليوس أن تعمل مثل لوحة شمسية وتتبع الشمس (اضبط المتغير heliostat = 0) أو heliostat (اضبط المتغير heliostat = 1)

أ. ملحوظة: نقترح أن تجربها كلوحة شمسية أولاً للتأكد من أنها تتحرك بالطريقة التي تتوقعها. إذا بدا أن أحد المحاور قد توقف ، فربما تكون قد وضعت إحدى الماكينات للخلف.

2) لف هيليوس برفق في اتجاه عقارب الساعة على طول الطريق. ثم وجه الآلة بأكملها شرقًا.

3) أدخل إحداثيات موقعك.

أ. ابحث عن إحداثيات موقع عن طريق بحث Google في العنوان. بعد ذلك ، انقر بزر الماوس الأيمن فوق الموقع وحدد "ماذا يوجد هنا؟". ستظهر الإحداثيات في مربع البحث مع خطوط الطول والعرض.

ب. قم بتغيير قيم خطوط الطول والعرض الافتراضية في البرنامج إلى قيم خطوط الطول والعرض في Helios.

4) إذا اخترت استخدام هيليوس كلوحة شمسية ، فتخط هذه الخطوة. إذا اخترت استخدام هيليوس كمظلة شمسية ، فقم بإدخال ارتفاع وزاوية سمت هدف هيليوس. يتم تعريف نظام الإحداثيات في الشكل 15.

5) لتعيين Real Time Clock ، حدد الوقت الحالي بالتوقيت العالمي المنسق واستبدل المتغيرات المقابلة بهذه القيم ، في الوقت العسكري. ثم احذف "//" في المكان المشار إليه ، وحمِّل المخطط ، واستبدل "//" (على سبيل المثال ، الساعة 6:30 مساءً بتوقيت شرق الولايات المتحدة هي 10:30 مساءً بالتوقيت العالمي المنسق. في البرنامج ، سيبدو هذا مثل الساعة = 22 ، والدقيقة = 30 ، و الثانية = 0)

أ. بعد ضبط الساعة ، افصل الماكينات وقم بتشغيل الكود في وضع "اللوحة الشمسية" (heliostat = 0). تحقق من الزوايا المحسوبة لمتعقب الطاقة الشمسية بشيء مثل حاسبة الموقع الشمسي من sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). "dAzimuth" هي زاوية سمت الشمس كما تنبأ بها هيليوس و "الارتفاع" هي زاوية ارتفاع / ارتفاع الشمس. يجب أن توافق تنبؤات كل من شركة Helios والموقع الإلكتروني على حوالي خمس درجات. أي تناقض ضمن هذا النطاق يكون من توقف وقت التحميل ببضع دقائق ، وسيؤدي إلى تغيير غير ملحوظ في سلوك هيليوس.

ب. بمجرد أن تكون تنبؤات هيليوس دقيقة لموقع الشمس ، استبدل "//" للتعليق على الكود الذي يضبط الساعة. يجب ضبط ساعة الوقت الحقيقي مرة واحدة فقط ، لذلك لن تحتاج إلى تحديث أثناء تحميل الرسومات الجديدة أو تغيير الأهداف.

6) قم بإزالة USB والطاقة من Arduino وقم بتوصيل محركات المؤازرة مرة أخرى.

الخطوة 24:

إذا تم تجميع هيليوس بشكل صحيح ، فيجب أن يشير إلى الهدف الذي تأمر به ويبقي انعكاس الشمس ثابتًا هناك عند توصيل الطاقة إلى Arduino مرة أخرى. سوف تقوم هيليوس بتصحيح انعكاس الشمس في كل درجة. هذا يعني أن انعكاس الشمس سوف يتغير حتى تتحرك الشمس بدرجة واحدة ، وعند هذه النقطة سيتحرك هيليوس لتصحيح الانعكاس. بمجرد فهم كيفية عمل البرنامج ، قد ترغب في اللعب بالمتغيرين "offset_Elv" (الارتفاع) و "offset_Az" (السمت) للتعويض عن أي خطأ في التجميع. تتحكم هذه المتغيرات في اتجاه نظام إحداثيات هيليوس.

الخطوة 25: روابط الشراء

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+ رغوة + لب

قضيب: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (رقم الجزء: 8528K32)

قاطع الصندوق:

المؤازرة:

الشريط: 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= شريط + غير مرئي

القوالب: اطبع الصفحات الموجودة في نهاية هذا المستند. يمكن شراء الورق عبر الإنترنت على:

صامولة مربعة: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (رقم الجزء: 98694A125)

الغراء الفائق:

جل الغراء الفائق: 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+ غراء + كريزي + فوري

حافة مستقيمة:

Power Drill:

البراغي: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (رقم الجزء: 90272A115)

المكسرات: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (رقم الجزء: 90480A005)

المرآة: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (رقم القطعة: 1518T18)

مجموعة مفكات البراغي:

2 بكرات حزام التوقيت: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp؟GroupID=218 (رقم الجزء: A 6M16-040DF25)

توقيت الحزام: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (رقم الجزء: 7887K82)

لقم الثقب:

الغسالات: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (رقم القطعة: 95630A246)

قبضة نائب كبيرة:

الأظافر: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (رقم القطعة: 97850A228)

Arduino Kit:

وحدة الساعة في الوقت الفعلي:

مزود الطاقة:

البطارية:

المقاومات:

الخطوة 26: تم الاستشهاد بالأعمال

4 صور. (2112 ، 07 07). الملاحة بوصلة ثلاثية الأبعاد. تم الاسترجاع في 6 يونيو 2013 من 4 صور:

كومنز ، سي (2010 ، 1 يناير). وحدة ساعة الوقت الحقيقي. تم الاسترجاع في 28 مايو 2013 من Sparkfun:

كومنز ، سي (2011 ، 1 يناير). محول DC برميل جاك - متوافق مع اللوح. تم الاسترجاع في 28 مايو 2013 من Sparkfun:

كومنز ، سي (2013 ، 16 مايو). مكتبة إيثرنت. تم الاسترجاع في 28 مايو 2013 من Arduino:

إلمار. (2013 ، 24 مارس). دمية مسكون. تم الاسترجاع في 28 مايو 2013 ، من التعليمات: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -اقامة/

جيز ، م (بدون تاريخ). خطوات. تم الاسترجاع في 28 مايو 2013 ، من kennyviper:

sonlineshop. (2012 ، 1 يناير). مقاوم 2.2 كيلو أوم. تم الاسترجاع في 28 مايو 2013 من

الخطوة 27: شكرا لدعمكم !

نود أن نتقدم بجزيل الشكر إلى ألكسندر ميتسوس ، مستشارنا الداعم ، وجميع الأشخاص الذين دعمونا طوال هذا المشروع:

• ويتني ميريويذر
• بنيامين بانجسبرج
• والتر بريان
• رادها كريشنا غورلي
• ماثيو ميلر
• كاثرينا ويلكينز
• جارات غالاغر
• راشيل نوتلينج
• راندال هيث
• بول شوميكر
• بروس بوك
• روبرت ديفي
• نيك بوليثو
• نيك بيرجيرون
• بول الإنجليزية
• الكسندر ميتسوس
• مات سي
• وليام بريس
• نيلتون لسه
• ايمرسون ييروود
• جوست جان
• كارل مين
• نينا
• مايكل وليز
• والتر ليكتيج
• أندرو هاين
• ريتش رامسلاند
• بريان ميلر
• نيتيا ماكراي
• روبرتو ميلينديز

الوصيف في مسابقة Tech

الوصيف في Epilog Challenge VI