该设计项目的目标是为六河特许学校提供光伏系统，该系统能够为电子设备充电，同时也可用作教育设备。该光伏站将供学生为手机充电，并提供有关太阳能、能源效率和消耗的教育。它也将成为学生聚集在一起的社区空间的焦点。
背景
2018 年秋季学期伊始，我们的团队接到六河特许高中的任务，为他们的校园创建一个教育光伏系统。六河特许学校位于加利福尼亚州阿卡塔，地址：1720 M St。他们是一所小型特许高中，其使命宣言是：“通过沟通、协作和批判性思维，六河是一个社区，旨在帮助依赖学习者成为独立和相互依存的人。”学习者。六河重视学生的整体发展，为校内校外的成功提供了机会”（Perry，2016）。他们与阿克塔高中共用校园，并与阿克塔高中合作为学生提供获得高中文凭所需的全部课程（AHS，2015）。罗恩·佩里（Ron Perry），六河特许学校校长，
问题陈述和标准
我们团队要解决的问题是通过创建和安装教育光伏系统来邀请使用六河校园相对未使用的部分。为了最好地确定如何解决这个问题，IO Co. 提出了一系列标准和约束。标准是项目的具体要素，可以主观判断，以找到当前问题的最佳解决方案。约束是标准必须遵循的参数，以确保满足客户的需求。创建这两个列表后，我们的团队根据每个标准在项目最终设计中的重要性为每个标准分配了加权值（1-10，10 是最有价值的）。
| 标准 | 约束条件 | 重量 |
|---|---|---|
| 安全 | 不会让学生震惊或损坏手机 | 10 |
| 耐用性 | 最短寿命 2 年 | 9 |
| 教育 | 提供光伏充电基础知识 | 9 |
| 美学 | 看起来不错，邀请使用 | 7.5 |
| 可维护性 | 可由现有维护人员维修 | 6 |
| 成本 | 最高费用 400 美元 | 2 |
有了这些信息，我们的团队就能够决定最终的项目设计。
最终项目描述
本节描述了标准部分所决定的设计及其在六河特许学校的应用。感兴趣的主题包括最终产品的描述、成本分析以及实施和性能结果。
解决方案描述
我们团队决定的最终设计是“Watts”Up 公告牌。整体设计可分为四个部分：1) 太阳能电池阵列及其安装系统，2) 固定盒的结构，3) 内部电子设备及其与外部 USB 的连接，以及 4) 教育和公告板展示。
太阳能电池阵
用于该应用的太阳能电池阵列是并联的三个光伏太阳能模块系统。每块电池板的额定功率为 35 瓦，最大组合功率为 105 瓦，最大电压输出为 18 伏。安装太阳能电池阵列需要使用由 2×4 木头制成的框架以及各种螺母、螺栓和垫圈，如下所示。
安装前已完成阵列。
挂载阵列。
固定盒
固定盒的底座由 2x5 的板制成，带有（浴室木材名称）背板。底座内部有一个乙烯基衬里，钉在 2x5 上，以防止内部电气元件接触元件。底座边缘周围有挡风雨条，可在门关闭时形成防水密封。红色巴劳框架亚克力门通过两个铰链连接到底座。
公告箱施工中。
已完成的公告栏。
内部电子设备
太阳能公告充电器的内部电子器件首先将正极引线和负极引线从光伏太阳能电池阵列馈入固定盒。选择这种类型的设置而不是带有充电控制器和电池的设置有三个原因：1）它需要最少的维护，在一天之前或结束时不需要打开或关闭任何东西，2）移除充电控制器、电池和逆变器减少了未来维护的机会和成本，3）它通过去除中间组件提供了更高的电源效率，同时仍然可以在一天中学生在场的时候为他们的手机充电。
教育和公告展示
LCD 抄表器下方的面板上将安装一块雕刻标牌。在此标牌上，有关电压、电流、功率和能量的信息将附有视觉效果，以帮助用户更好地了解手机的充电情况。
原型制作
太阳能电池阵列原型制作流程
最初的设计是将 3 个面板阵列以一定角度安装，以最大限度地提高系统效率。在参观沙茨能源研究中心 (SERC) 时，我们拍摄了他们地面太阳能电池阵列安装系统的图像，并将其复制到六河的墙上。然而，由于重量问题，我们决定将阵列平放在墙上。
教育面板原型制作过程
最初的设计是使用 Arduino 系统来测量电压并根据该读数打开 LED 灯。然后，它们会背光显示与给定电压相关的教育简介。然而，由于财务原因，该方案被取消，并被液晶读表器取代。教育原型制作过程
初始教育面板原型。
最终确定的教育面板原型。
成本
| 数量 | 材料 | 来源 | 成本（美元） | 总计（美元） |
|---|---|---|---|---|
| 3 | 35W太阳能电池板 | 捐赠（国家电力监管委员会） | 0.00 | 0.00 |
| 45 | 12 号线 (50') | 王牌硬件（阿克塔） | 0.69 | 31.05 |
| 1 | 1/4" 热缩管 | 王牌硬件（Sunnybrae） | 2.99 | 2.99 |
| 1 | 3/8" 热缩管 | 王牌硬件（Sunnybrae） | 2.99 | 2.99 |
| 1 | 3/32" 热缩管 | 王牌硬件（阿克塔） | 3.39 | 3.99 |
| 1 | 介电脂 | 王牌硬件（Sunnybrae） | 4.99 | 4.99 |
| 2 | 环形端子 | 王牌硬件（阿克塔） | 3.99 | 7.98 |
| 1 | 女性断开连接 | 王牌硬件（阿克塔） | 3.99 | 3.99 |
| 1 | 防水线螺母 5 件装 | 王牌硬件（阿克塔） | 4.59 | 4.59 |
| 2 | 航海级双 USB 插座 | 亚马逊 | 19.44 | 38.88 |
| 1 | 液晶抄表器 | 亚马逊 | 18.99 | 18.99 |
| 1 | 12V 直流开关 | 皮尔森大厦中心 | 7.49 | 7.49 |
| 1 | 24x30x0.100" 亚克力板 | 王牌硬件（阿克塔） | 17.99 | 17.99 |
| 2 | 可锁拉扣 2 件装 | 王牌硬件（阿克塔） | 6.99 | 13.98 |
| 1 | 铰链 2 件装 | 王牌硬件（阿克塔） | 5.99 | 5.99 |
| 1 | 2x5" 废木料 (10') | 捐赠（团队成员） | 0.00 | 0.00 |
| 1 | 乙烯基板 (3x3') | 王牌硬件阿克塔 | 5.99 | 5.99 |
| 1 | 户外家具清漆 | 捐赠（团队成员） | 0.00 | 0.00 |
| 1 | 木材填缝 | 捐赠（团队成员） | 0.00 | 0.00 |
| 1 | 导管（长度） | 捐赠（SRHS工作人员） | 0.00 | 0.00 |
| 3 | 2x4" 压力处理木材 (8') | 捐赠（SRHS工作人员） | 0.00 | 0.00 |
| 2 | 3/4x4" 红色 balau 甲板 (6') | 阿尔姆奎斯特木材公司 | 12:00 | 24:00 |
| 总成本 | 195.28 | |||
测试结果
在获取并组装所有内部组件和连接器后，我们测试了系统功能。所有 3 个面板都接受充足的阳光照射，并且能够同时为 4 部手机充电。LED 读表器还成功显示电压、电流、功率和电能。
如何建造
维护
为了使“Watts”Up 公告板保持最长的功能，必须进行适当的维护。本节中的材料描述了需要完成什么类型的维护任务、执行这些任务的频率以及如何完成这些任务。
日程
维护任务的细目以及执行频率。
- 日常的
- 打开/关闭系统
- 确保公告箱已上锁并密封
- 每月
- 检查太阳能电池阵列和公告箱是否磨损
- 每年
- 清洁太阳能电池阵列。
- 重新给木材上清漆以防止水损坏。
- 检查内部电线接头是否腐蚀。
指示
如何清洁阵列
步骤1：用干净的淡水冲洗面板，避免将面板暴露于化学品。
步骤 2：如果需要，请使用非研磨布擦洗面板。
如何给木材重新上漆
步骤 1：选择您喜欢的耐候木器清漆。
第二步：用刷子涂抹在盒子的接缝处。当应用于木材表面时，请务必用胶带粘住不应涂清漆的区域（丙烯酸面板、铰链等）。
第 3 步：按照您选择的清漆说明重新涂抹。
如何检查电线接头
第 1 步：目视检查收缩包装的位置，查看是否有腐蚀、电线或管道磨损或电工胶带磨损。
步骤 2：如果切片存在问题，请转动系统并通过切割新的一段电线来修复接头，然后通过焊接或绞合连接电线。
第 3 步：用热收缩膜包裹新接头，并在内部涂上介电油脂，以防止水损坏。
故障排除
手机不充电？
- ) 检查是否有日光。
- ) 确保所使用的充电线没有损坏。
- ) 检查开关是否处于 ON 位置。
液晶抄表器不工作？
请参阅包装盒中的使用说明书或联系客户服务（service@bayite.com）。
产品型号：PZEM-051
对未来变化的建议
我们最终设计的主要改变是制作一个更小的公告栏。最初的设计是为了容纳电池、充电控制器等。盒子建造完成后，我们决定从系统中取出电池，使盒子留有大量的空白空间。另一件需要改变的事情是用更美观的防风雨甲板取代免费的废木材。