Show HN: El yapımı otomatik güneş ışığı yoğunlaştırıcısı
(github.com/remipch)- Solar Concentrator, yönü ayarlanabilen ayna panelleri, sabit bir hedef ve elektronik kontrol biriminden oluşan el yapımı otomatik bir güneş ışığı yoğunlaştırıcısıdır; şu anda 48 yoğunlaştırıcı ayna ile toplam 1m² alan kullanıyor
- 26 Haziran 2024'te fırının içine alüminyum folyo eklenerek yalıtım iyileştirildiğinde, fırın sıcaklığı 30 dakika sonra 210°C'ye yükseldi
- Bu cihaz 3.8W güç tüketirken en fazla yaklaşık 1000W ısı üretebilir ve ucuz, kolay bulunabilen standart parça ve malzemelerle yapılabilir
- Mevcut sürümde güvenlik katmanı yok, otomatik izleme öncesinde panel yönünün elle ayarlanması gerekiyor, yalnızca tek paneli kontrol ediyor ve bulutlu havada çalışmıyor
- Sonraki adım, rastgele sayıda paneli kontrol ederek birkaç kW çıkış elde etmek; bu, büyük miktarda sıvı ısıtma, tuzdan arındırma ve sterilizasyon, pişirme ve sterilizasyon, malzeme eritme ve yoğunlaştırılmış güneş enerjisi üretiminin çıktısını artırmada kullanılabilir
Proje yapısı ve çalışma şekli
- Solar Concentrator, el yapımı otomatik güneş ışığı yoğunlaştırıcısı projesidir
- Mevcut yapı üç parçaya ayrılıyor
- Yönü ayarlanabilen ayna paneli: şu anda 48 yoğunlaştırıcı ayna, toplam 1m²
- Sabit hedef: şu anda siyah metal plaka ve temperli cam içeren basit bir beton fırın
- Denetleyici cihaz (supervisor): hedefi ölçen, motor komutlarını hesaplayıp gönderen elektronik kontrol birimi
- 8 Temmuz 2024 tarihli çalışma videosu iki bölümden oluşuyor
- İlk bölüm montaj sürecini 10x hızlandırılmış olarak gösteriyor
- İkinci bölüm yaklaşık 7 saatlik otomatik güneş takibini 600x hızlandırılmış olarak gösteriyor
Performans ve üretim yaklaşımı
- 26 Haziran 2024'te, fırının içine alüminyum folyo eklenerek yalıtım iyileştirildiğinde fırın sıcaklığı 30 dakika sonra 210°C'ye yükseldi
- Başlıca özellikler şunlar
- 3.8W güç tüketirken en fazla yaklaşık 1000W ısı üretebilme
- Standart, ucuz ve kolay bulunabilen parça ve malzemeler kullanma
- Yüksek hassasiyetli üretim gerektirmeme, sıradan aletlerle elde yapılabilme
- Kolay montaj ve söküm
- Kolay anlaşılabilir ve değiştirilebilir olma
- Açık kaynak olarak yayımlanmış olması
Güvenlik uyarısı ve mevcut sınırlamalar
- Bu proje, yakındaki insanlar veya hayvanlar için kalıcı körlük, cilt yanıkları ve nesnelerin tutuşmasına neden olabilir
- Güç kapalı olsa bile güneş ışığı tek bir küçük alanda 48 kat yoğunlaştırılır
- Odak noktası, tahmin edilmesi zor bir yol boyunca sürekli hareket eder
- Mevcut durumda cihazın sürekli izlenmesi gerekir ve bir anormallik olursa aynaların hızlıca kapatılması gerekir
- Mevcut sürümün sınırlamaları şunlardır
- Güvenlik katmanı uygulanmış değil
- Güneşi otomatik izlemeye başlamadan önce panel yönünü ayarlayan ilk manuel adım gerekiyor
- Yalnızca tek panel kontrol edilebiliyor
- Bulutlu havada çalışmıyor
- Çeşitli düşük güç modları uygulanırsa güç tüketimi ciddi ölçüde azaltılabilir
Kullanılan parçalar ve yeniden değerlendirilmiş ürünler
- Bazı ürünler başlangıçtaki amaçlarından farklı şekilde kullanılmış
- Fırının temperli camı Ikea rafından alınmış
- Aynalar için dekoratif banyo aynası kullanılmış
- Motor olarak ucuz bir model motoru kullanılmış
Teknik yapı
- Proje yapısı teknik bileşimi yansıtıyor
- Başlıca alt bileşenler şunlar
- Mechanics: güneş panelinde kullanılan parçaların 3D modelleri
- Electronics: özel denetleyici kartın şemaları ve yerleşimi
- Simulator: verilen donanım yapılandırmasında hedefin aldığı teorik gücü değerlendirir
- Supervisor controller: Espressif ESP32 framework tabanlı ESP32-CAM firmware'i
- Supervisor component: denetleyici cihazın üst düzey mantığını tanımlar
- Sun tracker: güneş ışığını hedef alanın merkezinde tutmak için motor komutlarını hesaplar
- Target detector: görüntüde hedef konumunu algılar
- Web interface: kullanıcının denetleyici cihazla etkileşim kurmasını sağlar
- Motors component: ESP32 uygulamasında motor kontrolü
- Image component: genel görüntü işleme işlevleri sağlar
- Motors controller: motor kontrolü için Arduino Pro Mini firmware'i
Sonraki hedefler ve lisans
- Sonraki adım, rastgele sayıda paneli kontrol ederek birkaç kW çıkış elde etmektir
- Olası kullanım alanları şunlardır
- Büyük miktarda sıvıyı hızlıca kaynatmak
- Büyük miktarda suyu tuzdan arındırmak veya sterilize etmek
- Büyük miktarda yiyeceği pişirmek veya sterilize etmek
- Plastik, metal ve camı eritmek
- Concentrator photovoltaics ile güneş paneli çıktısını artırmak
- Lisans, bileşenlere göre ayrılıyor
- Yazılım GNU GPL v3
- Elektronik ve mekanik donanım tasarımları CERN Open Hardware Licence v2 Strongly Reciprocal ile dağıtılıyor
1 yorum
Hacker News yorumları
Harika bir çalışma. Görüntülemeyen optik (nonimaging optics), yani güneş yoğunlaştırıcılarında yüksek yoğunlaştırma oranı veya hata toleransı sağlayan optikler üzerinde çalışıyorum.
Kapalı çevrim kontrolü uygulamış olmanız çok iyi. Bu, büyük ölçekli heliostat alanlarında da bugünlerde temel konulardan biri. Geleneksel heliostatlar çoğunlukla açık çevrim kontrollü olduğu için mekanik yapı, tahrik elemanları ve kinematik model üzerinde çok sıkı gereksinimler oluşuyor; bunun sonucu da pahalı ve yüksek rijitlikte cihazlar oluyor.
Bu yüzden izleme hassasiyetini kapalı çevrim kontrolle sağlayan daha ucuz heliostatlara yönelim var. Binlerce aynanın odağının çakıştığı durumlarda daha zor olsa da, hedef çevresindeki kameranın heliostat alanına geri baktığı yöntemler gibi yaklaşımlar geliştiriliyor ve Heliogen da bu tür yöntemleri kullanıyor.
Günde yalnızca birkaç saat ışığın yoğunlaşması sorunundan da bahsetmişsiniz; bu, büyük heliostat alanlarında da aynı sorun ve aktif bir araştırma konusu. University of Arizona'dan Prof. Roger Angel'ın grubu, gün boyunca aktif olarak şekil değiştirip en uygun formu koruyan heliostatlar geliştiriyor; Avustralyalı Heliosystems ise yerçekimiyle pasif olarak şekil değiştirip mümkün olduğunca doğru formu koruyan heliostatlar yapıyor.
Bu projedeki gibi yalnızca tek bir heliostat kullanılıyorsa, hedefi kutupsal hizalı izleme ekseninin üzerinden geçen tek eksen üzerine yerleştiren bir Scheffler reflektörü de düşünülebilir. Böylece gün içinde yalnızca tek eksenli izleme gerekir, mevsimsel ayarlar da kısmen elle yapılabilir.
Yoğunlaştırılmış güneş ışığının doğası gereği tehlikeli olduğunu vurgulamanız da sevindirici. İzleme düzgün çalışmadığında eşyaların tutuştuğuna dair epey hikâye var.
Yani bir bakıma yazılımın “akıllılığı”, mekaniğin “kabalığını” telafi ediyor.
Bir diğer ilk fikir de, yönü ayarlanabilen birden fazla panel ve hedefe bakan tek bir kamerayla çok panelli bir düzen kurmaktı. Gerçekte o kadar kolay olmadığı için sonunda tek paneli tamamlayıp yayımlamaya geri döndüm.
Yine de birkaç kamera daha kullanarak çok panelli bir sistemi hayata geçirme fikrim var ve yakın zamanda bunun üzerinde çalışmayı umuyorum. Referanslara da zaman ayırıp bakacağım.
Ayna şeklini ayarlamak için vakum kullanan bir şirket de var, onu bulup buraya eklemeye çalışacağım.
Bu proje bitmiş bir ürün değil, hâlâ ilerlemekte olan bir kavram kanıtı; bu yüzden doğasındaki tehlikeyi özellikle vurgulamak istedim.
5 m yüksekliğinde bir prizmanın bir yüzü boyunca paneller yerleştirilse, panel eğim açısının mevsimsel ayarı nasıl uygulanabilir?
Ayarlanabilir veya şişirilebilir balast en basit seçenek gibi görünüyor.
Harika bir proje. Özellikle güç karşılaştırması çok hoşuma gitti. 1m²'den 1kW enerji elde edilebildiğini kim düşünürdü?
Benzer doğrultuda bir soru: türbin motorunu çalıştıran bir erimiş tuz reaktörünü güneş yoğunlaştırıcıyla ısıtmak mümkün olur mu? Hem de arka bahçede yapılabilecek kadar nispeten küçük bir ölçekte.
Yukarıdaki açıklama hafızama dayalı bir anlayıştı; aslında demek istediğim şey şu: https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_power_tower
Biraz daha araştırınca, güneş yoğunlaştırmayla küçük ölçekli elektrik üretimi hakkında sonunda şunları buldum:
https://en.wikipedia.org/wiki/Solar-powered_Stirling_engine
[https://en.wikipedia.org/wiki/File:Dish-stirling-at-odeillo....](https://en.wikipedia.org/wiki/File:Dish-stirling-at-odeillo.jpg)
Güneş panellerine yarı yarıya viable bir alternatif olabilir. Ama güneş panelleri ve yardımcı donanımları o kadar yaygınlaştı ki, maliyet açısından şu anda epey pahalı olabilir.
Sıcak yağla çalışan büyük Stirling motorları da var. Piston çapı büyükse, küçük sıcaklık farklarıyla bile oldukça yüksek tork üretilebilir. Yağ, klasik güneş termal su ısıtıcılarında olduğu gibi yoğunlaştırma olmadan da ısıtılabilir; yoğunlaştırma eklemek de elbette kötü olmaz.
Ama bunun küçük ölçekli elektrik üretimi için viable olup olmadığından emin değilim. Yüksek termodinamik verim için büyük sıcaklık farkları gerekiyor ve güneş panelleri seri üretildikçe hem ucuzluyor hem de verimleri artıyor.
Bana göre küçük ölçekli yoğunlaştırılmış güneş termali; yemek pişirme, tuzdan arındırma ve döküm gibi doğrudan ısı gerektiren uygulamalarda en faydalı. Bu gibi durumlarda güneşten elektrik üretimi daha düşük verimli ve daha kısa ömürlü oluyor.
Projeye başladığımda bunun güneş panellerinden daha ekonomik olacağını düşünüyordum, ama akademik yılın sonunda güneş paneli fiyatları çoktan yarıya inmişti. O dönem Almanya ile Çin'in güneş enerjisi teşvikleri üzerinden yarıştığı zamandı.
Bugün itibarıyla, güneş yoğunlaştırmalı elektrik üretimi güneş panellerine kıyasla inanılmaz pahalı olurdu.
Sonuçta motorlar, parça değişimi olmadan yıllarca çalışmaz.
Yoğunlaştırılmış güneş ışığı göründüğünden çok daha güçlü. Küçük saplı bir büyüteçle güneşi küçük bir noktada toplayıp kağıt ya da küçük bir tahta parçasını yakmayı çoğumuz denemişizdir
Çocukken eski bir projektörden çıkma, yaklaşık 2 feet çapında bir Fresnel lens vardı; asfaltı neredeyse anında tutuşturabiliyordu. Pek kullanışlı olmazdı ama güneş ışığıyla çelik kaynatmanın bile mümkün olabileceğini düşündürüyor
https://www.youtube.com/watch?v=ptUj8JRAYu8
Teorik olarak lens ve optik fiber üretilebilirse, yeterince güneş alan her yerde güneş enerjisiyle çalışan yapıları 3D yazdırmak mümkün olabilir. Mars yerinde, ısıtılmış silika jel döngüsüyle çalışan su toplayıcısına sahip küçük şişe bahçeleri 3D yazdırdığınızı hayal edebilirsiniz. Atmosfer basıncı yine düşük olurdu ama ortam daha sıcak ve daha nemli hale gelebilirdi
https://youtu.be/8tt7RG3UR4c
Özellikle 1:25 civarından sonrası izlemeye değer
Burada güneş ısısı toplama ile ilgili birçok ilginç deney var: https://www.youtube.com/@sergiyyurko8668/videos
Bazı projeler, küçük kare aynalardan oluşan bir ızgara yapısı fikrini paylaşıyor
Ama orada aynaları yere yerleştirmeyi seçmişler; bu daha basit. Buna karşılık hedefi odak noktasına taşımaları gerekiyor, bu da daha az basit
Güzel bir ilham kaynağı, videolara bakacağım
Islak kumla çapı 1 m'den büyük bir eğrisel kütle yaparsanız, bunun üzerinde fiberglas bir parabol kalıplayıp sertleştikten sonra parabolün iç yüzeyini krom kaplayabilir, boyayabilir ya da başka bir şekilde bitirebilirsiniz
Böylece mevcut 48x sınırından daha fazla güneş ışığını yoğunlaştırmak mümkün olabilir
Yalnız bazı uygulamalarda 20cm x 20cm kare odak daha iyi olabilir
Bir şey pişirecekseniz, ısıyı tüm fırın tepsisine yaymak daha eşit pişirme sağlar
Onu doğru yönde nasıl sabitlediğini pek bilmiyorum. Bu durumda yüzey şeklinin kusursuz olmaması aslında avantajlı bile olmuş olabilir
Paylaşım için teşekkürler. Gerçekten harika. Bir arka bahçem ya da bir şeyler inşa edecek alanım olsaydı, küçük bir ısı motorunu çalıştırmak için böyle bir şey kurmayı denemek isterdim
Kendi elinle yapıp güneşten gelen bedava enerjiyi kullanmak kesinlikle eğlenceli
İlk güneşte yapılmış gratenimi yediğimde özellikle çok mutlu olmuştum
Aslında tek istediğim, havanın kötü olduğu günlerde yatakta daha uzun kalmak için bir bahane
Çok hoş. Görüntü oluşturmayan güneş kollektörü (anidolic solar collector) kavramına baktınız mı merak ettim. Anladığım kadarıyla ayna veya lens tabanlı kollektörlerden pratikte daha verimli, çünkü hassas nişanlama gerektirmiyor ve dolaylı güneş ışığını da toplayabiliyor
Doğru anladıysam temel özelliği ışığı bir odakta toplamak değil, dağıtmak
Bu yüzden projeme uygulanabilir mi emin değilim
Tam olarak nasıl çalıştığını gerçekten anlamak için biraz daha araştırmam gerekecek. İpucu için teşekkürler
Her bir ayna parçası ile arka panel arasındaki açı üretim sırasında bir kez sabitleniyor ve sonrasında dinamik olarak değişmiyor, doğru mu anlıyorum?
Bunun avantajı, her ayna için iki motor gerekmesi yerine tüm panel için yalnızca iki motor gerekmesi
Dezavantajı ise ışığın günün yalnızca birkaç saatinde yoğunlaşması
2000 civarında Directv uydu çanağıyla yapılmış benzer bir şey hatırlıyorum
Oldukça basitti. Uydu çanağının parabolik yüzeyi ayna haline getiriliyor, çanağa bir delik açılıyor, sonra o delikten çatıya düşen ışık huzmesi bir ışık sensörüyle izleniyordu. Birkaç motor ve IC ile çanak güneşin konumuna göre hareket ettiriliyordu