215 DIY solar power box fan air filter/ru

Данные проекта

Тип	Воздушный фильтр Фотоэлектрическая система
Авторы	Хадсон Мирау Джо Розенквист Кайл Вулф
Расположение	Арката , Калифорния , США
Статус	Разработанный Прототип
Проверено	Калифорнийский политехнический университет имени Гумбольдта
Годы	2022
Сделал	Да
Реплицированный	Да
Расходы	413,91 долларов США
Использует	фильтрация воздуха
Манифест ОКХ	Скачать

Солнечный самодельный воздушный фильтр, разработанный компанией Radiant Enterprises, – это проект, направленный на создание доступной и воспроизводимой конструкции воздушного фильтра, которую можно использовать в случае отключения электроэнергии. Он был разработан в весеннем семестре 2022 года в Калифорнийском политехническом университете в Гумбольдте . Целью этого проекта было создание конструкции, которая была бы одновременно полезной в чрезвычайных ситуациях и имела бы более масштабный эффект. Полный технический проект можно найти здесь .

Предыстория

Appropedia — это веб-сайт, на котором тысячи пользователей публикуют решения в области устойчивого дизайна, доступные для копирования. Одна из основных директив Appropedia — «разрабатывать и обмениваться совместными решениями в области устойчивого развития, сокращения бедности и международного развития посредством использования надежных принципов и соответствующих технологий, а также информации об оригинальных исследованиях и проектах». ^{[ 1 ]} Ранее на Appropedia не было проекта системы фильтрации воздуха, которая работала бы в чрезвычайных ситуациях, приводящих к отключению электроэнергии. Исполнительный директор фонда Эмилио Велис обратил внимание на эту проблему и поручил нашей команде Radiant Enterprises заняться ее решением. Эмилио — инженер, чье стремление помогать сообществам решать проблемы путем внедрения соответствующих технологий является одной из движущих сил его работы в Appropedia. Radiant Enterprises состоит из трех студентов факультета экологической инженерии Калифорнийского политехнического университета имени Гумбольдта. Наши участники, Хадсон Мирау , Джо Розенквист и Кайл Вулф, сформировали эту команду весной 2022 года для решения задач по проектированию в рамках курса ENGR215 «Введение в дизайн» . Наш проект основан на фундаменте, заложенном проектом самостоятельного изготовления воздушного фильтра, разработанным Бикашем Прадханом, Николь Салас и Амином Юнесом для отдела инжиниринга 535 и технологий разработки Калифорнийского политехнического университета в Гумбольдте. ^{[ 2 ]} Их страница в Appropedia и проектная документация рекомендуются к прочтению тем, кто хочет получить более подробную информацию о производительности конструкции воздушного фильтра при подключении к источнику бесперебойного питания.

Постановка проблемы и критерии

Целью проекта компании Radiant Enterprises является создание тиражируемого воздухоочистителя, работающего на солнечной энергии. Одной из основных задач было сделать инструкции по сборке этой конструкции легкодоступными на странице Appropedia. Используемые материалы будут доступны по всему миру или могут быть заменены другими аналогичными материалами. Само изделие должно включать в себя аккумулятор, работающий от солнечной энергии, для обеспечения длительного срока службы и индикатор заряда. Самодельный воздушный фильтр на солнечной энергии должен быть приоритетным решением проблем качества воздуха, возникающих в результате стихийных бедствий; однако его можно использовать для фильтрации воздуха в помещениях с целью снижения количества патогенов, таких как возбудители COVID-19.

Критерии были разработаны командой с одобрения клиента. Ниже приведены наши критерии с определениями и степенью важности по шкале от 1 до 10, где 1 — наименее важный, а 10 — практически важный.

Критерии проектирования

Прототипирование

Прототип функции вентилятора

Для нашего первого раунда прототипирования мы решили собрать блок вентилятора/фильтра нашей конструкции, чтобы увидеть, насколько легко его собрать. Другой целью этого прототипа было проверить потребляемую мощность самого вентилятора. Мы обнаружили, что эта конструкция хорошо подойдет для нашего конечного продукта, поэтому мы продолжили использовать ее для остальной части нашего проекта с одной дополнительной модификацией: кожухом вентилятора. Кожух вентилятора увеличивает чистый направленный поток воздуха за счет уменьшения противотока в углах вентилятора без увеличения потребления энергии. ^{[ 3 ]} В зависимости от модели используемого вентилятора, кожух вентилятора может увеличить эффективность воздушного потока на 38-47%. ^{[ 4 ]} Для нашего вентилятора Lasko был использован вырез диаметром 15 дюймов, поскольку он был определен как оптимальный размер. Руководство по определению размера кожуха вентилятора можно найти здесь .

Прототип компоновки электрических компонентов

В дальнейшем мы хотели создать прототип сборки наших электрических компонентов. Это было сделано с использованием подручных материалов, таких как небольшие коробки, ткань, клейкая лента и другие материалы, чтобы имитировать каждый электрический компонент. Мы обнаружили, что при наличии соответствующих инструкций такую схему подключения будет относительно легко воспроизвести любому человеку.

Описание конечного продукта

Окончательный проект получил простое название «Самостоятельный солнечный воздушный фильтр». Он состоит из двух устройств: одно с вентилятором и фильтрами, собранными в воздушный фильтр, и второе с электрическими компонентами. Электрические компоненты, включая солнечную панель, аккумулятор, контроллер заряда и инвертор, размещаются снаружи, а удлинитель подаёт питание на устройство воздушного фильтра внутри здания. Электронный таймер прибора включает и выключает вентилятор с заданными интервалами, обеспечивая фильтрацию воздуха в помещении и экономя электроэнергию.

Результаты

Для оценки эффективности нашей разработки были проведены два испытания. В первом испытании измерялось время автономной работы системы, полностью питаемой от аккумулятора. Начиная с полностью заряженного аккумулятора напряжением 13,0 В, вентилятор работал на минимальной скорости, а рабочий цикл таймера был установлен на 1/4 (1 минута включена, 3 минуты выключена). В этих условиях система проработала 27,6 часа, прежде чем отключиться при низком напряжении 11,5 В.

Во втором тесте измерялось время зарядки с использованием солнечной панели без нагрузки. За 8 часов рассеянного солнца и облаков напряжение аккумулятора увеличилось на 0,8 В, чего хватило бы для автономного питания системы ещё на 24 часа. Если бы нагрузка была подключена в течение этого времени зарядки, система могла бы работать непрерывно и при этом иметь достаточно заряда для ещё 16 часов без солнца. Учитывая эти результаты, конструкция теоретически должна быть способна работать непрерывно без перерывов. Однако количество солнечного света во время периода зарядки является наиболее существенной переменной, которая может повлиять на состояние системы, поэтому периоды в течение дня с очень малым солнечным светом из-за погодных условий могут привести к простою в работе воздушного фильтра.

Хотя эффективность фильтрации фильтра не измерялась напрямую, мы смоделировали качество воздуха в помещении с работающим фильтром, используя эту модель Excel, созданную доктором Питером Алстоуном, Элизабет Оделл, Малкольмом Мончером и Таней Гарсией из Исследовательского центра энергии Шатца в Калифорнийском политехническом университете в Гумбольдте. ^{[ 5 ]} Использовались следующие параметры. Размер комнаты 220 квадратных футов с потолком 8 футов (1760 кубических футов), что является размером с главную спальню. Концентрация PM2.5 в наружном воздухе 250 микрограммов на кубический метр, что оценивается Агентством по охране окружающей среды США как очень вредное для здоровья. ^{[ 6 ]} Скорость обмена воздуха была установлена на уровне 0,8 воздухообмена в час, что представляет собой относительно хорошо изолированное помещение. Скорость потока воздуха через воздушный фильтр составляла 300 кубических футов в минуту, что представляет собой среднюю скорость потока для вентилятора на низкой мощности (1200 кубических футов в минуту) с рабочим циклом 1/4. Наконец, эффективность фильтра была установлена на значение 50%. Хотя фильтры MERV 13 теоретически должны фильтровать более 90% частиц размером с дым, низкая скорость воздуха, обеспечиваемая самодельными фильтрами, приводит к снижению эффективности до 48–67%. ^{[ 7 ]} Эти параметры привели к средней концентрации PM2,5 в воздухе помещения 32 микрограмма на кубический метр, что наглядно показано на графике ниже. Эта концентрация соответствует умеренному уровню качества воздуха (AQI), который связан со следующей рекомендацией Агентства по охране окружающей среды США: «Людям с повышенной чувствительностью следует рассмотреть возможность сокращения длительных или тяжелых физических нагрузок». ^{[ 6 ]}

Строительство

Материалы

Компоненты, используемые в конструкции

Для сборки этой конструкции также потребуется ряд инструментов, включая инструмент для зачистки проводов/кусачки/обжимной инструмент, инструменты для резки выбранного материала корпуса (в нашем случае это ножницы или канцелярский нож для картона), линейка или другой измерительный инструмент/прямая рейка, а также карандаш или ручка. Мультиметр пригодится для диагностики неисправностей соединений при установке электрических компонентов.

Инструкции по сборке

Инструкции по самостоятельной сборке воздушного фильтра для этой конструкции представлены ниже в виде видеоруководства и письменных инструкций. Более подробные инструкции см. в статье «Проект самостоятельного воздушного фильтра» .

Как сделать воздушный фильтр своими руками

Видеоруководство по сборке воздушного фильтра своими руками.

Ключевые слова: воздушный фильтр своими руками , сборка

Авторы: Хадсон Мирау , Джо Розенквист , Кайл Вулф, также известный как Radiant Enterprises

Дата: 03.05.2022

Местоположение: Арката , Калифорния

Язык: английский (en)

Аннотации:

• 0:00 Введение и материалы
• 0:55 Крепление фильтров к вентилятору
• 2:03 Создание картонных вырезов для запечатывания верхней и нижней частей
• 3:47 Как заделать круглые углы картонными скобами
• 5:01 Создание плащаницы
• 7:09 Заметки о заклеивании кожуха лентой

1

Положите вентилятор лицевой стороной вниз (так, чтобы нагнетающая воздух часть была направлена вниз) на ровную поверхность. Совместите нижний край одного фильтра с нижним краем вентилятора, а боковой край фильтра – с правой стороной вентилятора. Заклейте фильтр двумя временными полосками ленты, чтобы он не съезжал, но которые можно снять при необходимости. Поднимите этот фильтр и повторите процедуру со вторым фильтром, совместив нижний край с нижним краем вентилятора, а боковой край – с левой стороной вентилятора.

2

Поверните оба фильтра вверх и выровняйте их свободные стороны по центру вентилятора. Заклейте это место ещё двумя кусками временной ленты.

3

Аккуратно положите вентилятор с фильтром на большой кусок картона и обведите нижнюю часть фильтров. Обведите только контур фильтров, так как картон не должен выступать за пределы вентилятора. Проведите линию до переднего края фильтров, затем остановитесь. Осторожно переместите вентилятор и фильтры и с помощью линейки соедините концы линии. Эта часть будет использоваться для герметизации нижней части устройства. Вырежьте эту часть, затем обведите и вырежьте идентичную копию для верхней части. В обоих случаях вырежьте кусок большего размера, чем вы считаете нужным, так как его всегда можно будет уменьшить позже.

4

Осторожно переверните вентилятор так, чтобы можно было прикрепить нижнюю часть картона. Выровняйте все три края картонного треугольника с краями фильтров и вентилятора как можно точнее. Если какие-либо области выходят слишком далеко за края фильтров или вентилятора, аккуратно обрежьте излишки. Затем, как показано на фотографии, прикрепите эту часть к фильтрам. Сначала используйте небольшие кусочки ленты, чтобы закрепить все на месте, затем пройдитесь одной или двумя более длинными полосками ленты. Обратите внимание, что во всех случаях герметизации лентой рекомендуется делать уплотнения максимально герметичными, чтобы максимизировать эффективность фильтра. Также обратите внимание, что около верхней части рисунка, шнур вентилятора, который крепится к задней части вентилятора, проложен между вентилятором и картонным основанием. Это будет правильно запечатано позже.

5

Перевернув вентилятор, можно аналогичным образом прикрепить к нему картонную крышку. Эта деталь должна совпадать с краями фильтров и задней частью вентилятора. Поскольку фильтры короче вентилятора, картонная крышка окажется ниже его высоты, что вполне нормально. Это будет запечатано позже. Пока что заклейте картонную крышку двумя фильтрами и тщательно загерметизируйте стык между ними.

6

Из-за круглой формы вентилятора и квадратных кромок фильтров в герметизации блока по углам будут зазоры. Чтобы заделать эти зазоры, положите блок лицевой стороной вниз на кусок картона, обводя его по изгибу. Убедитесь, что между обводкой и краями картона достаточно места для полной герметизации этих углов (нескольких сантиметров будет достаточно; всегда оставляйте больше, чем нужно, и обрезайте по размеру позже). На изображении показана эта обводка. Вырежьте эту деталь и обведите 3 аналогичные детали для 3 других углов.

7

Обрезав кусок картона по размеру зазора, который он заполняет, он должен плотно прилегать к углу вентилятора. Обратите внимание, что картон не будет плотно прилегать к находящемуся за ним воздушному фильтру, поскольку фильтр расположен под углом. Обрежьте этот край, чтобы ширина была примерно равна ширине выступающего за ним фильтра.

8

Эта деталь крепится на место с помощью клейкой ленты. Обратите внимание, что для обеспечения максимальной герметичности используется несколько полосок ленты, так как заклеивать изогнутый край одной лентой сложнее. Повторите то же самое с тремя другими угловыми деталями. После этого осмотрите блок и убедитесь, что все соединения между двумя компонентами герметичны. Это может включать соединения вентилятора с картонной верхней/нижней частью, а также левой и правой стороны вентилятора с каждым фильтром. Если в уплотнении есть какие-либо разрывы, заклейте их дополнительной лентой.

9

Кожух можно собрать из оставшегося картона от упаковки вентилятора. Измерьте диаметр выреза в зависимости от марки вентилятора (15 дюймов для Lasko, 14,5 дюймов для Utilitech), оставив достаточно места по бокам, чтобы полностью закрыть лицевую поверхность вентилятора. Отметьте центр и создайте разметку, измерив расстояние от центра до радиуса.

10

Если у вас есть циркуль, используйте его, чтобы сделать круговую разметку от центра к направляющим. Если нет, просто прикрепите к центральной разметке отрезок гибкого материала, например, верёвки или проволоки, приложите его конец к направляющей и вращайте вокруг центра.

11

Используя круглую разметку, аккуратно надрежьте и проколите окружность ножом или кончиком ножниц.

12

Теперь этот картон с надрезами можно легко разрезать по перфорации. Удалите круглую сердцевину и обрежьте края, чтобы они соответствовали лицевой стороне вентилятора.

13

Наконец, приклейте кожух к вентилятору по краям картона.

Инструкции по подключению электрических компонентов солнечной энергосистемы приведены ниже в виде видеоруководства и письменных инструкций.

Сборка электроники

Видеоруководство о том, как подключить электрические компоненты к самодельному воздушному фильтру на солнечной энергии.

Ключевые слова: солнечная энергия , электрика , проводка , сборка

Авторы: Хадсон Мирау , Джо Розенквист , Кайл Вулф, также известный как Radiant Enterprises

Дата: 03.05.2022

Местоположение: Арката , Калифорния

Язык: английский (en)

Аннотации:

• 0:00 Материалы
• 2:35 Подключение аккумулятора
• 5:30 Подключение аккумулятора к контроллеру заряда
• 6:39 Крепление разъемов MC4 к солнечной панели
• 8:36 Подключение солнечной панели к контроллеру заряда
• 8:56 Разборка инверторной вилки
• 9:45 Подключение инвертора к контроллеру заряда

1

На этом этапе сборки вероятность ошибок выше, чем на предыдущем, поэтому внимательно следуйте инструкциям. Отрежьте два фута (60 см) провода 14-го калибра и зачистите его концы.

2

Вставьте предохранитель на 20 А в держатель предохранителя, как показано на рисунке. Обратите внимание, что провод держателя предохранителя уже зачищен. Возможно, позже потребуется зачистить дополнительный провод.

3

Соедините эти провода соединительным хомутом. В идеале предохранитель должен располагаться как можно ближе к аккумулятору, поэтому, если конец держателя предохранителя заметно длиннее, подсоедините его к проводу. Затем обожмите кольцевой соединитель на коротком конце держателя предохранителя, как показано на рисунке.

4

Отрежьте ещё один отрезок провода 14 калибра длиной 60 см и зачистите оба конца. Прикрепите к одному из них вторую кольцевую клемму. Затем подсоедините эти провода к аккумулятору, как показано на рисунке 18. Провод с предохранителем подсоединяется к положительному полюсу аккумулятора, а провод без предохранителя — к отрицательному. Будьте осторожны, не прикасайтесь концами этих проводов друг к другу и не допускайте соприкосновения проводящих материалов между ними или между клеммами, так как это может привести к короткому замыканию аккумулятора и травме пользователя или стать причиной пожара.

5

Найдите положительный и отрицательный порты аккумулятора на контроллере заряда. Подключите положительный провод к положительному полюсу, а отрицательный — к отрицательному. Если всё сделано правильно и аккумулятор заряжен, контроллер заряда должен включиться, как показано на рисунке.

6

Чтобы подключить панель к контроллеру заряда, зачистите пару проводов подходящего сечения с обоих концов (мы использовали провода 14 AWG длиной 0,9 метра в каждом направлении) и найдите штекер и гнездо разъёма MC4. В комплекте разъёмов найдите контакты разъёма. Больший из двух контактов — это гнездо, которое подходит к штекеру разъёма MC4, а меньший — это штекер, который подходит к гнезду разъёма MC4. На изображениях показаны разъёмы MC4 и соответствующие им контакты.

7

Наденьте штифты на зачищенные провода и обжмите концы. Без обжима с храповым механизмом эта задача может быть немного сложной. Медленно обжимайте внешние края снизу, пока соединение не станет достаточно прочным, чтобы оно сопротивлялось натяжению и не соскальзывало с провода. Как и при любом другом соединении, перед продолжением работы проверьте электропроводность.

8

Разберите разъём MC4, открутив верхнюю часть. Проденьте обжатый провод и штифт через открученную верхнюю часть разъёма, затем вставьте штифт в нижнюю часть разъёма MC4. При установлении соединения между штифтом и разъёмом MC4 должен быть слышен щелчок. Закрутите верхнюю часть разъёма обратно.

9

Провода, подключенные к разъёмам MC4, теперь можно подключить к разъёмам MC4 солнечной панели. «Мама» к «папа», «мама» к «папе». Обратите внимание, какой разъём панели положительный, а какой — отрицательный. Разъём MC4 «папа» на панели обычно имеет положительный потенциал. Подключите зачищенные концы проводов (противоположные разъёму MC4) к соответствующим положительному и отрицательному контактам контроллера заряда.

10

Инвертор, вероятно, поставляется с двумя наборами проводов: один с зажимными разъёмами, а другой — с разъёмом прикуривателя. На обоих концах должны быть кольцевые клеммы. Обрежьте либо сам штекер прикуривателя, либо зажимы, в зависимости от того, что будет реализовано в конструкции (мы решили обрезать штекер прикуривателя). Для этого откройте штекер прикуривателя и отсоедините провода от всех компонентов, таких как пружины, предохранители и клеммы заземления.

11

Немного отделите провода и снимите с каждого из них изоляцию, достаточную для подключения к клеммам нагрузки контроллера заряда. Запомните, к какому кольцу подключен каждый провод, и убедитесь, что провод, подключенный к положительному выводу контроллера заряда, подключен к положительному выводу инвертора, а отрицательный вывод контроллера заряда — к отрицательному выводу инвертора. Если всё подключено правильно, инвертор должен включиться.

Стоимость материалов

Таблица затрат

Операция

Инструкции по установке солнечной электростанции и эксплуатации самодельного воздушного фильтра приведены ниже в виде видеоруководства и письменных инструкций.

Как эксплуатировать самодельный солнечный воздушный фильтр

Видеоруководство по эксплуатации самодельного воздушного фильтра на солнечной энергии.

Ключевые слова: солнечная энергия , электрика , проводка , сборка

Авторы: Хадсон Мирау , Джо Розенквист , Кайл Вулф, также известный как Radiant Enterprises

Дата: 03.05.2022

Местоположение: Арката , Калифорния

Язык: английский (en)

Аннотации:

• 0:00 Установка солнечной панели
• 0:49 Настройка таймера
• 1:12 Настройка фильтра
• 1:34 Настройка устройства непрерывной подзарядки

Используйте

В периоды, когда в здании, где осуществляется фильтрация, есть электричество, блок воздушного фильтра можно просто подключить к розетке и он будет работать постоянно. Кроме того, держите 12-вольтовый аккумулятор подключенным к зарядному устройству и к розетке, когда есть электричество. В случае отсутствия электричества используйте солнечную панель и другие электрические компоненты для питания блока воздушного фильтра. Ниже приведены инструкции по настройке и работе этого блока от солнечной энергии.

Найдите место на открытом воздухе, где панель будет получать много солнечного света в течение дня. Определите оптимальный угол, под которым панель будет наиболее перпендикулярна солнцу; это зависит от широты, на которой она установлена, и времени года. Предполагая, что панель должна быть установлена для использования летом на широте 30° северной широты, направление панели на юг под углом 15° обеспечит оптимальную выработку энергии в летние месяцы. На любой широте X° оптимальный летний угол будет равен (X - 15)°. Для панелей в северном полушарии они будут обращены на юг и наоборот. Уравнение sin(θ)×P=H можно использовать для определения высоты H, на которой необходимо разместить солнечную панель длиной P, чтобы соответствовать требуемому углу θ.

Остальные компоненты следует аккуратно разместить поблизости. Мы рекомендуем хранить аккумулятор, контроллер заряда и инвертор в контейнере под солнечной панелью. Подключите удлинитель к инвертору и проведите его в здание через приоткрытую дверь или окно. Закройте как можно большую часть приоткрытой двери или окна чистой одеждой, тряпками или клейкой лентой, чтобы максимально предотвратить попадание частиц в здание. В зависимости от места установки солнечной панели может потребоваться несколько удлинителей или более длинных удлинителей.

Протяните удлинитель к желаемому месту установки воздушного фильтра. Подключите таймер прибора к удлинителю, затем подключите удлинитель к фильтрующему устройству. Установите таймер на желаемый рабочий цикл (в наших тестах использовалось 1/4 цикла, 1 минута включена, 3 минуты выключена); таким образом, устройство может эффективно работать только в течение той части времени, которая необходима для поддержания концентрации твердых частиц ниже опасного уровня. Чтобы определить подходящий рабочий цикл для ваших параметров, используйте эту модель Excel, разработанную Alstone et al. ^{[ 5 ]} Введите размер вашей комнаты и значение от 0,5 до 1,0 для кратности воздухообмена в час. 0,5 соответствует почти идеально герметичной комнате, а 1,0 — очень плохо герметичному пространству. Затем установите эффективность фильтра 50%. Изменяйте скорость потока фильтрации, пока средняя концентрация воздуха в помещении не достигнет желаемого уровня. Разделите эту скорость потока модели на скорость потока вашего вентилятора при заданной настройке, чтобы получить рабочий цикл. Это тот рабочий цикл, который вам затем нужно будет установить на таймере вашего прибора для воздушного фильтра.

Техническое обслуживание

Частота, с которой необходимо будет заменять фильтры, будет зависеть от того, как часто используется устройство, на какой скорости работает вентилятор и качество воздуха, который фильтрует самодельный воздушный фильтр. Большинство производителей фильтров рекомендуют заменять фильтры каждые 3 месяца, включая 3M, производителя фильтров Filtrete 2200 MERV 13 в этой конструкции (Filtrete 2022). Однако это предполагает, что фильтры используются в среде HVAC с высоким потоком воздуха при постоянном использовании. Некоторые эксперты по качеству воздуха считают, что блоки вентиляторов с несколькими фильтрами могут прослужить гораздо дольше, от 5 до 6 месяцев ^{[ 8 ]} или даже до года. ^{[ 9 ]} Когда фильтры засоряются твердыми частицами, их необходимо заменять свежими фильтрами, что влечет за собой расходы в размере 53,95 долларов США каждые 5 месяцев или год.

Следующие шаги

Изменения, которые необходимо внести

По ряду причин может быть целесообразно заменить некоторые компоненты данной конструкции более эффективными альтернативами. В этом разделе подробно описывается, что требуется для замены некоторых компонентов конструкции.

Модернизация аккумуляторной батареи

Самый простой способ увеличить емкость аккумулятора — приобрести несколько свинцово-кислотных аккумуляторов и подключить их параллельно. При параллельном подключении аккумуляторов их общая емкость увеличивается; например, если мы купим и подключим параллельно второй аккумулятор емкостью 55 А·ч, общая емкость составит 110 А·ч. Учитывая, что свинцово-кислотные аккумуляторы можно разрядить только на 50% без повреждения, это означает, что для использования доступны только 55 А·ч, но это все равно удваивает текущую емкость аккумулятора.

В качестве альтернативы свинцово-кислотный аккумулятор можно заменить на аккумулятор с большей глубиной разряда. Например, один литий-железо-фосфатный (LiPO4) аккумулятор емкостью 35 Ач сможет разрядить не менее 80%, что означает не менее 28 Ач, доступных от одного аккумулятора, по сравнению с 27,5 полезными Ач от выбранного нами свинцово-кислотного аккумулятора. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы предлагают множество преимуществ, самым большим из которых является их вес. Из-за гораздо более высокой плотности энергии LiPO4, аккумулятор эквивалентной емкости может использоваться при 1/5 веса. Аккумуляторы LiPO4 также обеспечат в 10 раз больший срок службы цикла, требуя меньших затрат на обслуживание, связанных с заменой аккумулятора. ^{[ 10 ]} Недостатком использования аккумулятора LiPO4 является то, что потребуется другой контроллер заряда, чем тот, который используется в нашей текущей конструкции, поскольку наш рассчитан только на использование со свинцово-кислотными аккумуляторами.

Модернизация выходной мощности фотоэлектрических систем

Выходную мощность солнечной панели можно легко увеличить двумя способами: купив панель большей мощности или запустив несколько панелей параллельно, аналогично аккумуляторам. Сложности, связанные с этим, снова связаны с контроллером заряда. Наш контроллер заряда рассчитан на ток короткого замыкания 20 А, и деление на общий коэффициент безопасности 1,25 позволяет безопасно работать с ним солнечной батареей на 16 А. Наша панель мощностью 100 Вт рассчитана на ток короткого замыкания 6,5 А, что вполне укладывается в безопасное значение, но для любой солнечной батареи, превышающей это значение, потребуется контроллер заряда соответствующего номинала. При покупке более мощных панелей проверьте указанный производителем ток короткого замыкания, а при параллельном подключении нескольких панелей сложите их общий ток короткого замыкания. Умножьте это значение на коэффициент безопасности 1,25 и используйте его для поиска контроллера заряда, способного выдержать такой ток. Также обязательно проверьте напряжение холостого хода любой панели, кроме той, которая используется в этой конструкции, и убедитесь, что оно не превышает номинального напряжения контроллера заряда.

Corsi-Rosenthal Design

Один из рассмотренных нами проектов был разработан по проекту Корси-Розенталя ^{[ 11 ]} , который включал два дополнительных воздушных фильтра в корпусе самого фильтра. Мы не стали использовать этот проект в нашем окончательном решении, поскольку это привело бы к превышению бюджета на и без того эффективный воздушный фильтр. Такая конструкция уже существует, и наш разработанный фильтр нужно было бы просто заменить на этот.

Изменения, которые необходимо разработать

При разработке этого дизайна мы задумали ещё несколько изменений, но из-за ограничений по времени и бюджету не смогли полностью их реализовать. Ниже приведены краткие описания этих идей.

Хранение электрических компонентов внутри

При правильном сечении провода аккумулятор, контроллер заряда и инвертор можно разместить внутри. Это снизит риск того, что дети на улице примут компоненты за игрушки, повредят их под воздействием солнца или оставят без присмотра во дворе. Для этого потребуется заменить провод сечением 14 AWG между панелью управления и контроллером заряда на провод большего сечения, зависящего от расстояния от панели до контроллера заряда. Мы не смогли реализовать эту идею, поскольку не могли позволить себе большой толстый провод; однако, при разработке собственного проекта вы можете внести это изменение.

Эту толщину можно определить, используя таблицу токовой нагрузки, например, из книги « Поймать солнце» . ^{[ 12 ]} Измерьте расстояние от солнечной панели до контроллера заряда, а затем удвойте его, чтобы определить длину пути туда и обратно. Эта таблица учитывает расстояние до 90 футов (27,5 м), но другие таблицы, доступные в интернете, учитывают и большую длину. Затем разделите номинальную мощность панели (100 Вт) на напряжение холостого хода (21,6 В). Согласно этому расчёту, наша панель выдаёт примерно 4,6 А; округление до 5 А определяет минимальный ток, который необходимо подобрать, а округление до 10 А обеспечит безопасность в случае перепроизводства панели.

Однако при внесении этого изменения следует учитывать, что толстый провод не пройдёт в порты нашего контроллера заряда. Возможным решением было бы уменьшение толщины провода в месте подключения к контроллеру заряда, но мы не проверяли этот вариант и не можем гарантировать его безопасность. Можно также приобрести другой контроллер заряда, рассчитанный на более толстый провод, но это, вероятно, увеличит стоимость.

Мониторинг качества воздуха

Одна из сложностей, с которой мы столкнулись при разработке нашего устройства, заключалась в регулировании мощности таким образом, чтобы фильтр работал только тогда, когда это необходимо для поддержания безопасного качества воздуха. Мы решили эту проблему с помощью цифрового таймера, который рассчитывает время работы фильтра при заданных условиях для поддержания безопасного качества воздуха.

Альтернативное решение, которое мы рассматривали, заключалось бы в использовании датчика качества воздуха и микроконтроллера Arduino для включения вентилятора при достижении определённого порогового значения качества воздуха в помещении. Мы пришли к выводу, что такая конструкция будет недоступна для широкой аудитории, не знакомой с микроконтроллерами. Если требуется напрямую связать использование фильтра с качеством воздуха, следует изучить этот подход для дальнейших модификаций конструкции.

Обновление за июнь 2022 г.

Этот проект стал победителем весеннего конкурса 3D CAD 2022, организованного SolidProfessor.

Ссылки

Данные страницы

Часть	Engr205 Введение в дизайн
Ключевые слова	солнечный , солнечная энергия , воздушный фильтр , фильтрация воздуха , качество воздуха , своими руками
ЦУР
Авторы	Хадсон Миро , Джо Розенквист , Кайл Вульф
Лицензия	CC-BY-SA-3.0
Организации	Калифорнийский политехнический университет имени Гумбольдта
Производная от	535 FiltAirs самодельный воздушный фильтр
Другие производные	Модель воздушного фильтра
Язык	Английский (en)
Переводы	японский
Связанный	1 подстраница , 24 страницы, ссылка здесь
Перенаправления	Самодельный воздушный фильтр на солнечной энергии
Просмотры	581 просмотр страницы ( аналитика )
Созданный	17 апреля 2022 г. , Кайл Вулф
Последнее редактирование	18 июня 2024 г. Фелипе Шеноне
Цитировать как	Хадсон Мирау , Джо Розенквист , Кайл Вулф (2022–2024). «215 самодельных солнечных электростанций с вентилятором и воздушным фильтром» . Appropedia . Дата обращения: 9 июля 2025 г.
API-запросы	базовый , семантический , html , файлы , другое