Show HN: 自作の自動化ソーラー集光器

 (github.com/remipch)
2 ポイント 投稿者 GN⁺ 2024-08-31 | 1件のコメント | WhatsAppで共有

概要

  • 方向調整可能なミラーパネル（現在は48枚の集光ミラー、合計1m²）
  • 固定されたターゲット（現在は黒い金属板と強化ガラスを備えたシンプルなコンクリート製オーブン）
  • 監督装置: ターゲットを測定し、モーターへ命令を送る電子制御装置

2024年6月26日、オーブン内部にアルミホイルを追加して断熱を改善した後、オーブンの温度は30分後に210°Cまで上昇した。

2024年7月8日の動画:

  • 前半は組み立て工程（速度 x10）
  • 後半は約7時間にわたる自動太陽追跡（速度 x600）

注意事項

⚠️⚠️ このプロジェクトは周囲の人や動物に危害を及ぼす可能性がある ⚠️⚠️

  • 永久的な失明、皮膚のやけど、または物体の発火を引き起こす可能性がある
  • 電源が切れていても、太陽光は48倍に集光されて小さな領域に集まる
  • この焦点は予測しにくい経路に沿って動き続ける
  • 現状では継続的な監視が必要で、異常が発生した場合はミラーをすばやく覆う必要がある

主なポイント

  • 3.8ワットの電力を消費しながら最大約1000ワットの熱を生成できる 💰
  • 標準的で安価かつ入手しやすい部品と材料のみを使用 🧱 🔩
  • 高精度な工作を必要とせず、一般的な工具で簡単に製作可能 📏 🪚
  • 組み立てと分解が簡単 🪛
  • 理解しやすく改造しやすい 🔎
  • オープンソース 🔓

このバージョンの制限:

  • 安全レイヤーが実装されていない（上の警告を参照 ⚠️）
  • パネルが自動で太陽を追跡する前に、初期の手動ステップが必要
  • 1枚のパネルしか制御できない
  • 曇りの日には動作しない（ユーザーが空から雲を取り除く必要がある 😄）
  • さまざまな低消費電力モードを実装すれば、電力消費を大幅に減らせる可能性がある

このプロジェクトを構築するために本来の用途から転用された製品:

  • オーブンに使われた強化ガラスはIkeaの棚から流用
  • ミラーは浴室装飾用の鏡
  • モーターは安価な模型用エンジン

技術的分析

プロジェクトの構成は技術的分析を反映している。詳細情報は対応するサブフォルダで確認できる:

  • 機械 ⚙️: ソーラーパネルに使用された部品の3Dモデル
  • 電子 🔌: カスタム監督ボードの回路図とレイアウト
  • ソフトウェア 💾:
    • シミュレーター: 特定のハードウェア構成に対してターゲットが受け取る理論上の電力を評価
    • 監督コントローラー: Espressif ESP32フレームワークベースのESP32-CAMファームウェア
    • 監督コンポーネントは高水準ロジックを定義
    • 太陽追跡器は、太陽光をターゲット領域の中心に保つためのモーター命令を計算
    • ターゲット検出器は画像内のターゲット位置を検出
    • Webインターフェースは、ユーザーが監督装置と対話できるようにする
    • モーターコンポーネントはESP32アプリケーションでモーターを制御
    • 画像コンポーネントは一般的な画像処理機能を提供
    • モーターコントローラー: モーター制御のためのArduino Pro Miniファームウェア

次のステップ

次の段階は複数のパネルを制御して数キロワットの出力を得ること。これにより、次のような可能性が開ける:

  • 大量の液体を素早く沸騰させる
  • 大量の水を淡水化または殺菌する
  • 大量の食品を調理または殺菌する
  • プラスチック、金属、またはガラスを溶かす
  • 集光型太陽光発電によってソーラーパネルの出力を増加させる

ライセンス

2024年 Rémi Peuchot 著作権所有

  • electronics フォルダはCreative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0ライセンスに基づいて配布
  • mechanics フォルダはCreative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0ライセンスに基づいて配布
  • software フォルダはGNU GPL 3ライセンスに基づいて配布

GN⁺の要約

この記事は、自作の自動ソーラー集光器について扱っている。 このプロジェクトは、安価な部品で高効率の熱エネルギーを生み出せる可能性を示している。 ただし、安全上の問題や初期の手動設定が必要であるなど、いくつかの制限がある。 このプロジェクトは太陽エネルギー活用に関心のある人に役立つ可能性があり、同様の機能を持つ商用ソーラー集光器と比較する価値がある。

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1件のコメント

 
GN⁺ 2024-08-31
Hacker Newsのコメント

  • 非結像光学の研究者が、太陽光集光装置に閉ループ制御を実装している点を高く評価している

    • 従来のヘリオスタットは開ループ制御を使うため、機械的要件が厳しい
    • 閉ループ制御は追尾精度を高め、より安価なヘリオスタットを可能にする
    • Heliogen のような企業は、カメラを使った閉ループ制御を開発中である
    • 光が1日のうち数時間しか集光されない問題は、依然として研究が続いている
    • University of Arizona と Heliosystems は、ヘリオスタットの形状を維持する方法を研究している
    • 単一のヘリオスタットを使う場合は、Scheffler reflector を検討できる
    • 集中した太陽光の危険性を強調することが重要である

  • 太陽光収集に関する興味深い実験を紹介している

  • 集中した太陽光の強力さに言及している

    • 小さな虫眼鏡で紙や木を燃やした経験を共有している
    • Fresnel lens でアスファルトを燃やした経験を語っている

  • 濡れた砂で大きな曲面を作り、太陽光をさらに集光する方法を提案している

  • 非結像型太陽光コレクターのほうが効率的かもしれないという意見を示している

  • スペースがあれば、小型の熱機関を駆動できる太陽光集光器を作ってみたいという意見を共有している

  • 各ミラー片と背面板の間の角度が固定されているのかと質問している

  • 光を拡散させる層を使って危険を減らせるかと質問している

  • 安価な太陽電池の登場により、この技術の将来性を悲観的に見ている

    • 固定傾斜角のパネルでさえ、コスト面から疑問を呈している
    • 太陽光集光式の温水器は過去には有用だったが、現在では置き換えられている

  • このプロジェクトのエネルギー比較が印象的だと述べている

    • 1m²から1kWのエネルギーを得られる点を強調している
    • 小型の太陽光集光器で溶融塩原子炉を動かせるかと質問している
    • 関連リンク: Solar power tower, Solar-powered Stirling engine, [Dish-stirling-at-odeillo](https://en.wikipedia.org/wiki/File:Dish-stirling-at-odeillo.jpg)
    • 小規模エネルギー生成の代替案としての可能性を示しつつ、コストの問題を指摘している