【導讀】DavidCrowe,JeffMcCormick,JoelMitchell,A-frame?isseen.

　　

【正文】 部電源自我維持，必須美觀而且 還要能防水。 我們設計的太陽能跟蹤器包括三個組成部分：結構，傳感器和驅動器。每個都被仔細審查和檢測，實行跟蹤。先前的太陽能跟蹤小組設計的框架是一個鋁棱柱型框架。它采用了一種‘格’設計并且旋轉軸在中間，與方形電池板底部相連的是一個用來支撐集熱板的平臺。該框架本身有一個角度，此角度的度數由小組對當地的實際情況調查而定，其旋轉的軌道是系統隨太陽從東到西的轉動，這一過程在白天進行。 該傳感器系統設計采用了兩個小型太陽能電池板作為跟蹤機的采集板。這些傳感器面板采用垂直的反光鏡相連接，除非反光鏡接收不到任何陽光，不然它 會遮擋其中一面板，而另外一個能夠接收到太陽光。我們的傳感器依靠這種差異繼續(xù)研究，結果兩種差異很大的面板都能驅動電機 跟蹤方向，知道反光鏡子再次得不到任何陽光，而此時雙方的太陽能板對傳感器能得到同等陽光。 我們認為以往用于跟蹤直接驅動系統很容易在跟蹤時失敗。所以我們設計了一個帶系統，系統的一端是馬達，具有傳動皮帶輪和輸出的功能。電機旋轉傳動皮帶，然后旋轉滑輪上的輪軸。這個系統簡單，易于拆解，所以很容易根據需要將傳動做進一步改進和優(yōu)化。 正如任何涉及過程中都會遇到問題。我們遇到的首問題是天氣惡劣二耽誤我們寶貴的 測試時間。盡管遇到挫折，我們相信，這樣的設計與原型是非常有價值的。在我們的測試中，我們已經消除了許多重復的問題，使今后的工作和該項目的研究更為順利。我們也已將我們的樣機做跟蹤太陽的演示，在沒有任何外部輔助下，我們能讓跟蹤器依靠自己的能量旋轉和停止，演示過程中沒有任何援助。聯合國向我們提出的智能家居的主要目標是：在今后的發(fā)展中將這項技術推廣到普通家族。所以我們相信我們研究一定能使太陽能跟蹤向前邁一步。 二、 問題設定 該項目完成了太陽能跟蹤器設計階段的任務，以用于智能家居。而團隊組成后，成員完成高級程序設計， 客戶可以為這個項目進行內部設計。智能提一下的是，杰夫泰森代表智能家居與我們進行聯系和溝通，以及聰明的眾議院領導也認同我們的研究。在我們的第一次會議上，杰夫和湯姆確定了以下目標： a 白天追蹤太陽 b 不使用任何外部電源 c 不受天氣影響 d 符合成本效益 e 必須外觀好看 f 太陽能電池板大眾化即能夠適用于不同類型的面板 根據這些目標，我們構建了質量功能配置圖。此圖可以發(fā)現，其主要關注的領域可能有以下幾個：面板數量，面板尺寸，內部電源要求，電動機的扭矩要求。 在我們的第一次會議上，我們設定了我們這一階段的目 標：做出一個工作原型，能夠跟蹤太陽。這也是完成該項目的主要標準，但我們很快發(fā)現要做到這一點，我們將被迫省略部分的設計，他們希望工作列其后，這將導致在優(yōu)化平臺空間時是不是屋頂無關重要。我們的目標要有一個平臺上的軌道，它也說明了為了穩(wěn)定或需要，我們的原型需要測試。我們開始有個想法，這一想法從無到有，就是有可能使用幀，舍棄最初的設想即采用 REV1設計方案或者采用轉動原型方案， 我們的設計圖見附件 B，以應付與杰夫每周一次的會議，以確保我們在設計時能夠滿足他們的需要。杰夫也將會見湯姆，總之與智能家居的會議每周至少一次， 以使每個人都能在同一高度上。從我們的目標開始，我們著手對這一進程進行構想。 三、 觀念和研究 跟蹤模式 我們小組用了一個集思廣益的方法來界定概念。我們的思想理念是為了設計不同條件下使用的太陽能跟蹤裝置，因為它們克服不了不同條件下的困難，再把可行的框架和概念介紹給我們的智能家居。其他的概念產生式通過研究實現存在的太陽能跟蹤裝置得到的。原來我們的概念是面向創(chuàng)造一個完全新的太陽能跟蹤裝置，以前的設計結構方法已經給我們的智能家居提供了思路。這一初步獻策產生了許多觀點：第一個觀點是一個單軸跟蹤系統，該系統將追蹤 太陽從東到西橫跨天空的全過程，檢測每一段時間，知道第二天結束。這一概念的提出很簡單，我們選擇使用結構材料正在制作中；另一種更復雜的概念是雙軸跟蹤系統，并在整個季節(jié)都能從東到西跟蹤太陽。這種概念是較為高效率的利用太陽能；第三個概念是只隨季節(jié)跟蹤。這將提供小型效率收益，但遠不及第二個概念提供的從東到西的跟蹤。 我們設計的跟蹤裝置后包括一個旋轉中心軸和附加板以及液壓機或電動升降機，將提供主要方向的跟蹤，還有一個機械臂將使它旋轉面對太陽。清晰的效率收益，再加上設計簡單的單軸單向軸跟蹤系統，以及以電機軸為旋轉中心軸的 結構，使我們能夠實現從動到西的跟蹤。 結構 一旦方法的議案被選擇，有必要使產生的觀念、結構支撐車軸。課提供三角棱柱結構，也就是說由前面的智能家居太陽能跟蹤，或通過使用欄目將對任何一方提供支持。而棱柱結構提交的優(yōu)勢和現有的框架、欄目會為我們提供方便的建設，簡單的幾何考慮，并準確安裝在屋頂上。由于提高了強度的時間考慮，而我們的預算又有限，再加上現有的框架被證明是最重要的因素，由于這些因素，我們決定用過去的太陽能跟蹤器組向我們提供的工作框架。 跟蹤運動 一旦支撐結構確定，最后我們需要一種手段來解決這項 議案，我們決定之后感受這一議案的可行性，這將使太陽能跟蹤器的研究方向和進度向前一步。在連續(xù)討論議案之后，決定在太陽能跟蹤太陽的基礎上，預先確定太陽在天空中的位置，所以我們選擇連續(xù)跟蹤太陽能的議案，就是根據其知覺的準確性和存在的已知定時技術進行。在評估階段我們意識到：連續(xù)跟蹤的議案還需 要近恒定的功率，一天的運作中這將需要一個機制來儲存能量。除了這些因素，實施的時間安排電路和位置傳感裝置似乎是艱巨的。與博士喬治協商后，我們決定對裝置使用兩個模塊和底紋為感受的議案。 四、 分析與體現 結構幾何 創(chuàng)造幾何學 的框架，以使電池板吸收高效的太陽能。之所以能這樣做，是讓輪換在東西方向的電池板始終對南，每天跟蹤太陽一個 360176。傾角（達勒姆的維度）。因為這個框架的目的是擺在屋頂 25176。的斜坡上，但實際的傾斜度是 11176。 對現有的幾何平臺的結構作調整，這樣做事為了博士奈特給我們的晴天模式，這種模式導致的結論是：該平臺應當跟蹤到達到 60176。兩個方向是水平。因此，角度范圍的框架尚待提高。把雙方的幀引入以增加允許的轉動角度，而他們帶來的比例以維持傾角 11176。此外，幀被轉移到里面的框架以允許更大的旋轉平臺來接觸到支持結構。 該面板放在 用于傳感器和驅動平臺上。鏡子垂直放置，并在這兩者之間產生一個差額，帶動功率電機。傳感板放在外面的平臺區(qū)，以保持收集板的最大可能面積。第三個傳感模塊張開近于直立，并且面向東，以確保在早晨亂換時回到太陽升起處。這個模塊被連接到框架下的平臺，因此，在一天的大部分時間里，它的陰影與影響是最小的。 最小力矩馬達是一個主要的關注點，以最大限度的減少電機功率的需要。該平臺設計用于安置太陽能電池板劃歸轉動軸，使該小組模塊符合它的旋轉軸。由于主要有展板組成，其中大部分的重量使這些旋轉軸降低了對軸的扭矩。傳感板置于對稱軸左右旋 轉，以避免額外對馬達的扭矩。第三個模塊是隸屬于該幀而不是平臺或者轉動軸等，以盡量避免任何扭矩。 材料 材料的選擇，大部分的框架很簡單，因此它已經建成。用于擴增和遮陰傳感板的鏡子，也已購買，并已使用。新增部分附著的板和后視鏡框都是廢品，可在車間找到。對于我們選擇的傳感面板的體積和耗電量都需要加以平衡。該模塊將盡可能添加最小應用力和重量，而框架還需要得到足夠強大的力量旋轉平臺，因此世界上最強大的中間尺寸面板可供選擇。該模塊還購買了其他最可靠材料來我們的選擇。 傳動機構 經過重新設計原型和測試，電動機 的購買和使用由先前的太陽能組完成。與會者建議把它拆 除并試圖安裝了一個齒輪系統與另一個簡單的動作。奈特教授提供的一些裝備以及一些皮帶和滑輪與另一端的軸連接，在定這件事期間分別買了一個充電器和電機，我們可以從另一個權力滑輪將這些滑輪接上皮帶。這表明電動機帶動旋轉軸強度不足，原電機軸離被送走去檢驗，這似乎又增加了新的工作，一個新的滑輪需要購買并在所附的地方要適應該 6V 馬達。 五、詳細結構 結構 框架的是以一寸方的方形鋁管為油管，以及 5 英寸長， 2 英寸的方管為輪軸。它是一個剛性基層和三角菱柱型框。輪軸末 端與一個滑輪系統相連，這個系統是靠發(fā)動機驅動的。這是很容易運送消除雙方的基地和折疊結構。 傳感器 我們的傳感面板螺栓到地步的主要太陽能電池板框架，支撐在下面的是一個半英寸的 L支架。鏡子都附在傳感器面板中，同樣由 L支架支撐 。 整個框架用 4 個 2 英寸的 u 型螺栓將主面板框架連接到主軸。第三儀表盤是用螺栓固定在結構上，以此來返還主儀表向著太陽升起的方向。 傳感器如何工作 Our sensor creates movement of the motor by shading one of the panels and amplifying the other when the system is not directly facing the sun. 我們的傳感器電機的運動產生的陰影面板和放大了其他當系統沒有直接面向太陽。兩個傳感版裝在平行主面板左右對稱的中心軸與兩面鏡子之間。陰影對其中的面板造成了高阻抗，這種情況知道面板得到同樣數量的陽光和平衡（即當傳感面板及主要面板都朝外）。我們最初試圖用一系列配置，以充分利用電壓差時，這里又其中一小組的陰影（附錄 C）。這種差異也不是大到足以驅動馬達。從日出到日落一旦感應機制有旋轉，利用太陽光從日出的第二天功率電機歸還板方向的太陽，第三個小組通常會被填滿。 六、 原型測試 測試工作只用傳感元件和 16v 電機。該小組成員經過一系列的配置后，其傳感面板進行最初測試，結果證明是無效的。數據采集顯示，最多不超過 2v 的差異，這是不夠準確的。經測試面板的整體，人們發(fā)現這是一個隨意的電壓，每個小組肯定各不相同，當 和 時應充分補充，并迅速充分填滿。目前這些數據分別由沒一個小組去實驗，憂郁被認為波動中為 0安培之間時被填滿，直至 安培時充分補充，因此，為了充分避免 太陽能電池板被遮光，我們選擇 了把我們的傳感器平行與陽光垂直。測試此配置，使得點擊在一個方向停下時，傳感器幾乎垂直于太陽，如果太陽扭轉了方向同時面板旋轉過去保持與太陽光的垂直。我們調整角度的范圍，要使電動機停止時誤差非常小。也有人指出，面板旋轉稍近垂直時，電機不再工作。這個錯誤可能是由于二個傳感小組的結合。測試時，我們發(fā)現其中一個小組的阻力是 52kw，其他小組的阻力為 53kw。再進行深一步測試，發(fā)現電壓和電流提供傳感太陽能電池板向著太陽，在個點上以保持一致，但不包括當太陽能電池板直接面向太陽時。通過其中一個調 查小組測試結果表明，阻力可能需要補充，以彌補分歧，在內部電阻的個體面板上穩(wěn)壓器需要加以補充，以減少電壓誤差而出現馬達轉動。我們最初的原型測試發(fā)現因為它的工程延誤所造成的崩潰，所以原發(fā)動機容易失敗的。這導致了該機構的滑輪和皮帶驅動系統出現故障，并且將允許故障或延誤繼續(xù)。我們的太陽能跟蹤器的設計初步測試和原型證明了我們的成效。 第七章 結論 整個項目中，我們邀請了許多專家（即我和 EE 教授，以前智能家居隊）。早在前面說過，必須明確定義問題，是至關重要的，這是提高設計效率和進展情況所必需的。我們的奮斗讓我們得到了最 初的一二跟蹤裝置的設計，這是不同于以往太陽能需求者的企圖，但無充分權衡利弊大小，決定利用現有框架，他們的投資和優(yōu)勢為我們的目的提供了幫助。我們了解到，進行部分的設計是關鍵，尤其是當在初始階段的原型設計中。幾經周折，在測試太陽能電池板時我們才知道，憂郁不可預測性天氣，太陽能電板工作需要很多時間去測試是否與太陽垂直有關。 實際執(zhí)行的使用原型在其預定位置對智能家居屋頂的樣機一樣，以保護線路及電氣連接，從傳感，結構到電機，支撐體系，底部結構放于屋頂，并有可能重新設計以消除過剩的高度和簡化整體的幾何形狀。傳感系統可以 加以改進，以得到高效率，使得擴大鏡或配售沿線兩側的面板，以減少折射光對傳感器的影響。