- Конструкція сонячного трекера
- Блок управління сонячного трекера
- Тестування, налагодження та доопрацювання сонячного трекера
В наш час Сонячні елементи і сонячні батареї часто використовуються як джерела живлення. Але сонячні панелі виробляють набагато більше енергії, якщо вони спрямовані прямо на сонці весь час, ніж тоді, коли вони перебувають у фіксованому положенні. Для цього потрібне сонячне трекер - поворотний механізм, який змінює положення сонячної батареї відповідно до положення сонця.
Цей матеріал є вільним перекладом сторінки Майка Девіса (Mike Davis) про виготовлення сонячного трекера своїми руками. Майк Девіс розповідає.
Виготовити сонячний трекер своїми руками можна. Ви теж можете це зробити.
Ось мої сонячні батареї на сонячному трекері, для виготовлення якого я використовував старий антенний ротатор, куплений мною за 15 $.
Ось коробка з-під антенного ротатора. Коробка потерта, але ротатор всередині був ще новий і загорнутий в оригінальний пластик. Це старий виріб на основі технологій 1960-х років. Людина купила блок новим, але ніколи не використовував його. Він був в коробці в гаражі протягом багатьох десятиліть, поки господар нарешті вирішив позбутися від нього і віддав в комісійний магазин.
В основному я просто викинув майже всю електроніку блоку, зберіг лише те, що мало відношення до приводу двигуна, і приєднав свою систему управління. Детальніше про це буде мова нижче.
Перш за все потрібно було придумати спосіб кріплення приводного двигуна і сонячної батареї. Я вирішив зробити систему стеження, яка була б простий, недорогий, і легко розбиралася для транспортування. Це було зроблено в основному з дерев'яних брусків 2x4 і стандартних фітингів, скріплених болтами.
Конструкція сонячного трекера
Це пристрій був розроблений, щоб бути портативним: легко розбиратися і легко знову збиратися за допомогою декількох інструментів. Ядро блоку складається всього з п'яти основних частин: північна боковина, південна, що обертається вузол, і дві дужки, щоб тримати все разом.
Перед використанням в природних умовах базовий блок трекера буде вирівняним по осі схід-захід і осі північ-південь (за допомогою компаса).
Ось фото північній збоку трекера сонячних батарей. Вона має 48 дюймів в ширину біля основи і 43 1/2 дюйма у висоту. Майте на увазі, що ці розміри правильні для використання на 34,6 градуса північної широти. Якщо ви значно далі на північ або на південь, то вам потрібно змінити розміри цієї частини. Детальніше про це нижче. Боковина виготовлена з брусків 2x4, нарізаних і склеєних. Зверніть увагу, що є дві маленькі ніжки внизу. Вони допомагають вирівняти пристрій при його установці. Проміжок між вертикальними брусками 2x4 дорівнює товщині бруска (близько 1 1/2 дюйма).
Ось фото південного боку трекера сонячних батарей. Ця сторона має 24 дюйма в ширину і 13 1/2 дюйма у висоту. Вона також зроблена з брусків 2x4, приклеєних і прикручених. Ця частина також має маленькі ніжки, щоб допомогти у вирівнюванні всього блоку при установці. Ця частина, ймовірно, є більш-менш універсальної і буде працювати на різних широтах. Знову ж, зазор між вертикальними брусками 2x4 рівний товщині бруска 2x4 (приблизно 1 1/2 дюйма).
Горизонтальна скоба 2х4, яка з'єднує нижню частину північної боковини сонячного трекера з нижньою частиною південної боковини, становить 48 дюймів в довжину. Воно вписується між стійками і кріпиться болтами через них. Це також потрібно буде розраховувати на вашій конкретній широті, так як відстань між північною і південною опорами зміниться при зміні кута осі північ-південь.
Розкіс (шматок 1x4) було додано, щоб взяти більшу частину навантаження від обертового вузла (встановлений на болти, що утримують обертається вузол на місці).
Ось серце трекера сонячних батарей. Це приводний двигун і обертається вузол. Антена двигуна і пов'язані з ним монтажні конструкції знаходяться зліва. Однодюймовий сталева труба 4 фути завдовжки приводиться в рух ротатором і буде нести сонячні батареї. Підшипники і кріплення конструкції перебувають на правому торці. Подробиці нижче.
Показаний двигун крупним планом. Цей антенний ротатор призначений бути закріпленим на нерухомій щоглі і обертати коротшу щоглу з антеною, прикріпленою до неї. Так що я створив псевдо фіксовану щоглу, щоб прикріпити його. Короткий шматок труби в 1 дюйм вгорі (під проводом) служить точкою кріплення для ротатора. Короткий відрізок труби кріпиться фланцем, який, в свою чергу, прикріплений болтами до 3 1/2 х 3 1/2 дюйма квадратного шматка дерева, приклеєного прикрученого шурупами до шматка бруска 2х4 в 12 дюймів завдовжки. Цей брусок 2х4 проходить між стійками північній боковини і утримується на місці болтами.
Ось крупним планом показаний підшипник на нижньому кінці труби довжиною 4 фути, яка несе сонячні батареї. Перехід зроблений за допомогою фланців.
У перший раз, коли я зібрав прилад, я затиснув всі частини великими зажимами. Як тільки я отримав правильний кут осі, затискачі були затягнуті. Тоді я просвердлив отвори для довгих болтів, щоб з'єднати всі частини разом.
Я повинен поговорити трохи про те, як я визначив кут осі (обертання трекера) північ-південь. Пристрій повинен бути виставленим за широтою місцевості, де буде експлуатуватися. Я не робив його регульованим. Це буде правильний кут навесні і восени, коли я зазвичай перебуваю на моїй власності. Це буде трохи занадто високо влітку, і трохи низько взимку. Проте, сонячні батареї будуть давати значно більше енергії, ніж тоді, коли вони фіксовані.
Кут осі обертання щодо землі встановлюється відповідно широті місця, де буде використовуватися сонячний трекер. Подумайте про це таким чином. Якщо він був використаний на екваторі, де широта 0, кут щодо землі буде 0, так що вісь буде горизонтальною. При використанні на одному з полюсів, 90 або -90 градусів широти, кут щодо землі буде вертикальним. З цього випливає, що правильний кут завжди відповідає широті місця, де трекер буде експлуатуватися. Моя ділянка землі має близько 34,6 градуса північної широти, так що цей кут я використовував.
Отже, ваш кут, може відрізнятися, але і розміри вашої базової конструкції також будуть відрізнятися. Розміри основи залежать від використовуваного кута. І висота вашої північної та південної сторін, і відстань між південною та північною боковинами повинні бути розраховані.
Регульовані версії конструкції можуть бути легко створені, вони дозволять виставляти нижче кут влітку і більш високий кут в зимовий період. Однак поки я залишу це, як вправу для читача, мене поки влаштовує те, що є.
Ось ще одна фотографія встановленої головки ротатора.
Ця фотографія показує, як нижній кінець підшипника приводний труби вписується в південну боковину і утримується болтами. Інший кінець прикріплений до північної боковині. Нижній кінець діагональної дужки також видно.
Ось крупним планом показано, як підшипник кріпиться за допомогою фітингів.
В принципі, з'єднання просто добре змазано, а не затягнуто до упору. Це дозволяє йому служити досить хорошим підшипником, як показано на відео нижче. Щоб з'єднання не затягувалося або не заїдає при обертанні, два хомута і Z-подібний шматок металу використовуються для фіксації частин по відношенню один до одного. На цій фотографії ви можете просто побачити Z-подібний шматок металу під і між двома хомутами.
Нижче наводиться посилання на коротке відео, яке показує, як з'єднання труб може бути використаний в якості опори. Хомути і г-подібний шматок металу ще не встановлені.
Відео з'єднання труб .
Ця фотографія показує одну з алюмінієвих рам, які на трекері тримають сонячні батареї. Вона зроблена з алюмінієвого куточка, містить 100W панель, і має 47 1/8 на 21 1/2 дюйма внутрішніх розмірів. В основному, це трохи більше, ніж зовнішні розміри панелі сонячних батарей. Панель фіксується на місці за допомогою гвинтів, які проходять через рамки в сторони панелі.
Можна побачити надрізи в рамці для монтажу на трубу трекера.
Ця фотографія показує, як рама з'єднана по кутах (зварювання кутів також можлива).
Ось великим планом надрізи в рамі для монтажу на трубу трекера. Виїмки такої ж глибини, що й хомути, які використовуються для монтажу.
Ось крупним планом показано, як хомути використовуються для кріплення рами на трубу трекера. Хомут дійсно досить щільно зміцнює раму на трубу. Я був здивований тим, як добре він працював.
Під час першого тестування в приміщенні я встановив поздовжньо тільки одну сонячну батарею на всю приводную трубу (в кінцевому варіанті повинен був встановити дві батареї). Якщо у вас є або потрібна тільки одна батарея, це спосіб встановити її.
Ця фотографія показує дві алюмінієві рами, затиснуті на приводний трубі.
Ця фотографія показує дві сонячні батареї на трекері. Гвинти утримують батареї на місці, так що вітер не може здути їх з рам.
Верхня панель є комерційною, цей 100 Вт блок я купив, тому що отримав дійсно дуже велику знижку на нього. Нижня панель є однією з моїх саморобних 60-ватних сонячних панелей . Перейдіть по посиланню, щоб побачити, як я роблю їх.
160 Вт можуть здатися не надто потужними, але мої потреби в електроенергії мінімальні. трекер і мій саморобний вітрогенератор доповнюють один одного, мої батареї зберігають заряд і у мене є достатньо електроенергії.
Ця фотографія показує трубу противаги. Це шматок дюймової сталевої труби 30 дюймів завдовжки. Вона угвинчується в куточок на верхньому кінці блоку двигуна. Одна труба - більший противагу, ніж потрібно для однієї панелі. Для двох панелей я додав сталевий T-образний фітинг на кінці труби. Антенний ротатор був розроблений, щоб рухатися збалансовано щодо вертикальної щогли. Противагою зменшується величина крутного моменту, який двигун повинен надавати для переміщення панелей, підвішених майже горизонтально щодо щогли. Ваші панелі, ймовірно, мають різну вагу, і потрібно різне розташування противаги. Експериментуйте з різними довжинами труб і / або додаткових фітингів, щоб отримати баланс ближче до ідеалу, наскільки це можливо, і запобігти перевантаженню двигуна або передач.
ось відео робочого варіанту сонячного трекера з докладним поясненням.
Для продовження клацніть на кнопці з цифрою 2
Блок управління сонячного трекера
Ось оригінал принципової схеми антенного ротатора. Все абсолютно електромеханічне. Дуже стара школа, майже примітивно. З іншого боку, він як і раніше працює після десятиліть зберігання. Однією з особливостей цього старого блоку є те, що двигун, що обертає головки, працює на 24 В змінного струму. Це зробило проектуванні нової системи управління для нього складним. Я шукав способи для зміни або автоматизації оригінального блоку управління, але не міг придумати, як змусити її працювати. Тому я відмовився від наміру використовувати колишнє управління, розібрав його на частини, і почалося проектування нового.
Я не зміг повторно використовувати багато з цих частин. Фактично головка ротатора використовується. Але від блоку управління я зберіг тільки трансформатор з 120V до 24V (# 110), і мотор конденсатор (# 107).
Ось схема контролера електроніки, яку я придумав після декількох випробувань. повнорозмірна схема тут . Схема заснована на MBED, платформі швидкого прототипування. Модуль MBED може бути запрограмований на C за допомогою онлайн IDE. MBED є досить потужним, є безліч можливостей IO. Це дійсно дуже для цього проекту, але я був знайомий з MBEDs, оскільки використовував їх в проектах на роботі. Ви можете легко замінити його на Arduino, Raspberry Pi, або інше, щоб зробити те ж саме.
Серцем схеми є MBED. Він зчитує значення напруги (за допомогою двох своїх аналогових входів) з двох невеликих сонячних батарей, встановлених під прямим кутом один до одного. Двигун ротатора антени переміщається так, що підтримує напругу двох сонячних батарей майже рівним, тримаючи їх спрямованими на сонці.
На двигун подають енергію шляхом закриття реле і включення інвертора змінного струму. Напрямок обертання двигуна регулюється іншим реле. Я використовував 40 А автомобільні реле, тому що вони дешеві, доступні скрізь, і у мене вже було кілька на руках. Реле збуджується силовими транзисторами TIP120 Дарлінгтона керованими вихідними лініями від MBED. Дві кнопки були додані для ручного переміщення двигуна при тестуванні і для усунення несправностей. Натискання PB1 переміщує двигун на захід. Натискання PB1 і PB2 разом переміщує двигун на схід.
Два кінцеві вимикачі з'єднані з вхідними лініями MBED. Рух починається тільки в заданому напрямку, якщо кінцевий вимикач замкнутий. Рух зупиняється через переривання, якщо кінцеві вимикачі відкриті.
Регулятор LM7809 з +9 забезпечує стабільне живлення для MBED від джерела 12В. MBED засноване на логіці 3,3, і має регулятор на борту і вихідні лінії на 3,3, для узгодження використані резистори.
Список деталей блоку управління сонячного трекера
C1 - 0,33 мкФ
С2 - 0,1 мкФ
C3 - NPО (взяв з оригінальною коробки управління)
D1-D2 - 1N4001 або аналогічні діоди
ECell-WCell - тонкоплівкові мідь-індій-селенід (CIS) сонячні елементи
F1 - 2A інерційний запобіжник
IC1 - LM7809 +9 регулятор напруги
IC2 - NXP LPC1768 MBED
K1-K2 - 40A SPDT Bosch Automotive тип реле
LS1-LS2 - швидкодіючий контакт NC комутатор (див. Нижче)
PB1-PB2 - швидкодіючий контакт NO кнопки
Q1-Q2 - TIP120 NPN силовий транзистор Дарлінгтона
R1-R6 - 1к 1/8 Вт резистори
R7-R8 - 10K Trimpots
T1 - 120VAC до 24VAC 2A понижуючий трансформатор
Інвертор AC - 200-250 Вт 12В постійного струму до 120В змінного струму інвертор
Код (програмне забезпечення) для цього проекту можна знайти на http://mbed.org/users/omegageek64/code/suntracker/ . Це досить проста програма. Як я вже сказав вище, MBED є надмірним для цього проекту. Однак його невикористаний потенціал міг би дозволити додаватися нові функції в майбутньому (можна додати другу моторизовану вісь, можна було б додати контроль заряду і температурну компенсацію).
Електроніка блоку управління розташована в старому ящику від боєприпасів, який я придбав в комісійному за $ 5 Це ідеальний корпус, міцний, захищений від негоди і просторий. У ньому є два 40 Amp автомобільних реле, інвертор, 120В / 24В понижуючий трансформатор, макет, що містить логіку приводу, тримач запобіжника і клемні колодки для проводки.
Ця фотографія була зроблена на самому ранньому етапі проекту сонячного трекера з ранньою версією електроніки на ньому. Невеликий інвертор 100W, показаний на фото, був пізніше замінений більш надійним. Маленький інвертор працював, але я вважав, що це було слабке місце. Тому я купив великий на 250W. Двигун після цього переміщається швидше і плавніше, не можна почути дивні звуки, наче від вмираючого тварини.
Тут я почав монтаж електроніки всередині ящика для патронів. Реле, трансформатор, клемна колодка і одна зі смуг клем були встановлені.
Хоча, схоже, електроніка сонячного трекера є останньою річчю, про яку потрібно говорити на цій веб-сторінці, вона насправді була однією з перших речей, над якими я почав працювати після придбання антенного ротатора. Електроніка пройшла кілька різних версій, перш ніж я зупинився на остаточному варіанті.
Ось вид всередині коробки з-під патронів з усіма встановленими компонентами електроніки. Білий макет з усією логікою в правому верхньому куті. Довгий чорний прямокутник є інвертором. Макет і інвертор утримуються на місці липучкою промислової міцності.
Придивившись, ви побачите, що кабель USB підключений до модуля MBED на платі і йде до мого нетбуку, ледь помітному в верхній частині фото. Ця фотографія була зроблена під час програмування / тестування / налагодження приводний електроніки.
Ось великим планом плата з «мізками» системи на ній. MBED комп'ютерний модуль знаходиться праворуч. Зліва від MBED є два trimpots для регулювання сигналів від сенсорної головки. Нижче них силові транзистори для управління реле. Далі зліва є ручні кнопки корекції (натискаються для переміщення трекера вручну). В крайньому лівому кутку є регулятор напруги 9В.
Макет тимчасовий. Згодом я зроблю правильний друковану плату і встановити її.
Головка датчика складається з двох невеликих тонкоплівкових Copper Indium di Selenide (CIS) сонячних елементів того ж типу, який я використовував в моїй саморобної складаний 15-ватної сонячної батареї. У мене залишилося невикористаними кілька таких елементів.
Два невеликі сонячні елементи встановлені під кутом 90 градусів по відношенню один до одного. Ідея полягала в тому, що, коли один елемент або інший отримуватимуть більше сонця, сонячний трекер буде рухатися, поки освітленість вирівняється.
Тут показаний вид закінченої сенсорної головки сонячного трекера. Вона встановлена на короткий шматок алюмінієвої трубки, яка, в свою чергу, буде встановлена на приводі труби стеження. Я показав деякі розміри для тих, хто завжди просить мене, щоб включити їх. Головка датчика кріпиться хомутом.
Ось вид головки датчика, прикріпленого до сонячного трекера. Вона встановлюється на трубу, що виходить з верхньої частини поворотного пристрою.
Два кінцеві вимикачі встановлені на алюмінієвий куточок, прикріплений до приводний трубі хомутом таким же чином, як і сонячні панелі.
Лопатки перемикачів контактують з керуючими довгими гвинтами, які виступають з дерев'яною несучої конструкції приводного двигуна. Кінцеві вимикачі зупиняють рух електродвигуна з обох (східного і західного) решт ходу. Перемикачі нормально закриті, і відкриваються, коли межа переміщення буде досягнута.
Для продовження клацніть на кнопці з цифрою 3
Тестування, налагодження та доопрацювання сонячного трекера
Ця фотографія була зроблена під час сеансу налагодження в моїй майстерні в останні вихідні перед від'їздом до Арізони. Мій нетбук підключений до MBED блоку управління. Батарея велика, глибокого циклу, забезпечує харчування електроніки та блок трекера (немає в кадрі).
Ще одна фотографія тестування і налагодження блоку управління. Датчик працював добре в приміщенні моєї майстерні.
Після цього, вже в Арізоні, була виявлена проблема. Набагато сильніший природне сонячне світло живив сонячні елементи датчика, навіть якщо вони були під досить гострим кутом до сонця. Це призвело до того, що трекер не стежив за сонцем з потрібною точністю.
Рішення проблеми було знайдено шляхом установки панелі затемнення перед сонячними елементами і використанням чорної ізоляційної стрічки для покриття частини сонячних елементів.
Це перший варіант панелі затемнення, шматок металу вирізали з алюмінієвої банки безалкогольного напою, єдиного тонкого листового металу, який був у мене на руках в той час.
Прототип панелі затемнення працював так добре, що постійна панель затемнення з 1/32 листа алюмінію, купленого в господарському магазині, була зроблена на наступний день. Була зроблена ширше, щоб вона давала більш широку тінь і я міг відмовитися від ізоляційної стрічки на сонячних елементах.
Панель затемнення сонячного трекера встановлена на двох гвинтах, які дозволяють їй повертатися на схід і захід. Це потрібно для тонкої настройки точності наведення трекера. З цією панеллю трекер дійсно почав працювати добре.
На фото ви бачите, як у тіні велика частина східного елементу. Коли відмінність у виході струму між елементами перевищить певну межу, трекер почне рухатися.
Ось фото фінальної версії кріплення затемнення з розмірами.
Панель затемнення прекрасно працює. Ось це фото зроблено пізно вдень, і сонячний трекер подолав майже весь свій шлях до заходу. Пристрій працює дуже добре. Я не міг бути більш задоволеним.
Калібрування трекера досить проста. У ясний день підключіть портативний комп'ютер до модуля MBED в трекері, відкрийте додаток, щоб побачити інформацію по MBED. Налаштуйте панель затемнення, щоб вона перебувала по центру. Вручну позиціонує трекер, щоб він був спрямований на Сонце, потім вимкніть інвертор, щоб трекер не рушав самостійно. Налаштуйте trimpots, поки показники сходу і Заходу не будуть приблизно рівні Отримайте їх якомога ближчими. Робіть досить швидко, тому що сонце рухається. Ви можете завжди вручну повторно центрировать трекер на сонці і спробувати ще раз. Після того, як ви відрегулюєте, включите інвертор і подивіться, наскільки добре трекер відстежує рух сонця.
Оскільки Сонце рухається повільно, калібрування може зайняти деякий час. Можливо, вам доведеться чекати годину або два, або навіть більшу частину дня для внесення коригування.
Тут трекер спрямований трохи на схід від центру в похмурий день. Навіть через тонкі хмари трекер працює добре. Трекер перестає відстежувати сонце, коли хмари густі і яскравість неба, як правило, досить рівномірна.
Ця фотографія зроблена за часів тестування в Арізоні. Мій саморобний контролер заряду і інвертор для харчування 120В змінного струму приєднані за допомогою помаранчевого подовжувача. Згодом батарея і електроніка будуть в захищеному корпусі, під землею будуть дроти для 120В змінного струму і 12В постійного струму, дистанційний перемикач потужності для інвертора і вольтметр батареї будуть встановлені в салоні. Це є в плані.
На моїй ділянці землі в Арізоні вітряно. У будь-який день ми можемо бачити пориви до 35 миль в годину. Ще гірше, якщо починається буря. Ця фотографія показує дерев'яні кілки на чотирьох кутах бази сонячного трекера, щоб утримувати його на місці. Після того, як я вирішу, де на постійно розмістити трекер, я, ймовірно, буду використовувати сталеві кілочки, щоб утримувати його на місці (вони не будуть гнити в землі).
вісь відео, що показує сонячний трекер в роботі .
UPDATE - Мені здається, я знайшов дешевий і легкий спосіб зробити всепогодної головку датчика. Я розрізав пляшку 2 літри навпіл і поклав її на головку датчика. Довелося зробити кілька прорізів в нижній частині пляшки, щоб вона ковзала навколо квадратної труби в нижній частині голови. Я можу відрегулювати положення панелі затемнення (при необхідності) через кришку отвору.
UPDATE - Я зробив деякі зміни в сонячному трекері. По-перше, як ви можете бачити на цій фотографії, він був пофарбований, щоб захистити деревину від погоди. Він також в даний час встановлено на цеглу, щоб оберегти його від контакту з вологою землею.
Дерев'яні кілки були замінені довгими сталевими колами, вбитими глибоко в землю. Довгі гвинти йдуть через отвори і надійно закріплюють трекер.
Було додано кріплення, щоб стабілізувати батареї і не допустити їх грюкання при сильному вітрі.
Горизонтальна смуга підтримки була укріплена зварюванням муфти 1/2 дюйма сталевої труби до головної однодюймовий несучої трубі. Два 24-дюймові довгі шматки 1/2 дюйма труби потім утворили горизонтальну балку.
UPDATE - Старі кінцеві вимикачі були замінені на нові герметичні для захисту від пилу і вологи.
UPDATE - Я зробив нову, захищену від негоди головку датчика для системи сонячного трекера. Тепер головка встановлена в прозору пластикову банку.
Панель затемнення в даний час знаходиться на зовнішній стороні контейнера для простоти тонкої настройки відстеження і кріпиться на місці простим хомутом. Після того, як нова головка датчика буде встановлена на системі спостереження, силіконовий герметик по всьому краю кришки банки захистить її від вологи.
Ось вид головки датчика з віддаленої банкою. Оригінальна головка мала два сонячних елемента, встановлені під кутом 90 градусів один до одного. Така конструкція не буде поміщатися в цій банці, тому я встановив елементи під більш гострим кутом 60 градусів.
Ця фотографія показує нижню сторону головки датчика. Вона також показує, як монтажна опора нагвинчується на кришку банки. Монтажна опора буде затиснута на головному валі спостереження за допомогою хомута.
Оригінальний текст Майка Девіса можна Прочитати на англомовному сайті www.mdpub.com .
