El quiosco solar es una estación de carga que tiene un "Cargador de energía USB dual" que tiene su propio regulador de voltios en el interior y un regulador de voltios para controlar los voltios que salen de los paneles a aproximadamente 24 V máx. y que entran a un inversor a 12 voltios de corriente continua. (CORRIENTE CONTINUA). El inverter es de 200 watts el cual admite dos corrientes alternas (AC) de 120V y tiene un puerto USB. También hay un fusible de 20 amperios en el cable positivo proveniente de los paneles que detendrá el flujo de electricidad si fluye una corriente demasiado alta.
Este proyecto se implementó porque CCAT tenía dos paneles solares de 100 watts que no servían para nada, pero que ya estaban montados en una pared en una ubicación óptima para la luz solar. Los paneles solares están diseñados para absorber la luz del sol y convertirla en electricidad para nuestro consumo.
CCAT quería una manera simple pero divertida para que las personas vieran directamente de dónde proviene su energía. El sistema no consta de batería de plomo ácido , por lo que el sistema solo puede funcionar si hay suficiente sol para generar suficiente corriente y voltaje. Sin batería, estamos reduciendo nuestro impacto de carbono y mostrando el propósito educativo del sistema en toda su extensión; solo funciona con suficiente luz solar. Esto demuestra cómo es usar energía fuera de la red que es una fuente de energía renovable que también reduce su huella de carbono.
Contents
de fondo
En Cal Poly Humboldt en Arcata, California, el Campus Center for Appropriate Technology ( CCAT ) tiene un par de paneles solares fotovoltaicos que actualmente no están en uso. Eran originalmente de un proyecto anterior llamado Estación de carga solar CCAT que se creó como una estación de carga solar para que los estudiantes carguen dispositivos electrónicos mientras están afuera. Hay una batería, una caja del controlador de carga, un convertidor USB y cables fusibles junto con los paneles solares, pero no están en condiciones de funcionamiento y deberán reemplazarse para que los paneles solares funcionen correctamente. Los paneles son de 100 vatios cada uno y están en buenas condiciones. Para el curso Engr305 Tecnología apropiada esta primavera de 2017, los estudiantes Ty M. yA Tyler S. se le ha encomendado la tarea de hacer uso de los paneles solares en un puesto de "quiosco solar" donde los estudiantes podrán aprender el potencial del uso de energía solar fuera de la red , así como disfrutar de posibles capacidades de carga de teléfonos y cajas de música. . Esto demostrará el uso de tecnología apropiada, convirtiendo algo antiguo en un uso nuevo, actualizado y más apropiado de los paneles solares para las necesidades de CCAT. Les gustaría ver un quiosco solar en funcionamiento cobrar vida. El quiosco estará ubicado cerca de la pared de demostración CCAT papercrete clayslip frente a la casa. El proyecto se implementará a fines del semestre de primavera de 2017.
Quiosco solar en uso
Área del Kiosco Solar CCAT
Vista interior del quiosco
Diagrama de dibujos animados del sistema
Frente del quiosco solar CCAT
Parte trasera del quiosco solar CCAT
controlador de carga actual
Enunciado del problema y criterios
El objetivo de este proyecto es reactivar los dos paneles solares funcionales de CCAT para que brinden energía renovable a la población y satisfagan una pequeña porción de la demanda energética de la población. Este proyecto buscará encontrar la mejor aplicación de energía para el quiosco dadas las posibles limitaciones.
Los siguientes criterios se utilizarán para abordar el éxito de Solar Kiosk. Estos criterios se eligieron en base a las recomendaciones de uno de los directores de CCAT , así como de los estudiantes que trabajan en este proyecto, Tyler S. y Ty M. Los siguientes criterios y restricciones están clasificados del 1 al 10, lo que indica cuán cruciales son para el proyecto con 10 siendo la máxima prioridad.
| Criterios | Restricciones | Peso (1-10) |
|---|---|---|
| Material Reutilizable | Las partes del proyecto Solar Kiosk anterior se pueden usar nuevamente, así como los materiales locales usados. | 6 |
| Electrodomésticosde CC | Solo se pueden usar ciertos dispositivos electrónicos con una cantidad específica de vataje. | 8 |
| Funcionalidad | Transforma la energía solar en electricidad utilizable. | 10 |
| Uso de energía | Trate de no comprar nuevos materiales o de lo contrario anulará el propósito de la energía autosuficiente. | 9 |
| Accesibilidad | Disponible/fácil acceso al público para cargar un dispositivo electrónico. | 8 |
| Educativo | Informa al público sobre el potencial de la energía solar y demuestra un sistema de ejemplo. | 9 |
| Costo | No debe exceder el presupuesto | 8 |
| Legibilidad, Legibilidad y Comprensión | Asegúrese de que el proyecto sea comprensible para el público en general. | 9 |
| Estética | Profesional e interesante para que la gente quiera usarlo/comprobarlo. | 7 |
Revisión de literatura y referencias
Para ver la revisión completa de la literatura y la sección de referencias de este proyecto, haga clic aquí
Construcción
Quiosco solar
Toda la madera que se utilizó para el quiosco solar fue utilizada por CCAT.
- Haz un cubo sin el frente con las siguientes dimensiones; Profundidad = 20 pulgadas, ancho = 17,25 pulgadas y altura = 23,25 pulgadas.
- Haga un segundo cubo sin el frente, luego colóquelo y atorníllelo encima del primer cubo con las siguientes dimensiones; Profundidad = 20 pulgadas, ancho = 18,25 pulgadas y altura 6 pulgadas.
- Cree dos puertas (una para el cubo inferior y otra para el cubo superior) y adjunte bisagras y cerraduras para cada puerta. Las dimensiones de la puerta inferior son; Profundidad = 0,5 pulgadas, ancho 16,25 pulgadas y altura 22,25 pulgadas. Las dimensiones de la puerta superior son; Profundidad = 0,5 pulgadas, ancho 15,25 pulgadas y altura 5 pulgadas.
- Para teñir, usamos Redwood Stain Latex que compramos en Ace Hardware. Usamos cepillos y comenzamos a teñir con la veta de la madera. Aplicamos dos capas de tinte.
Prototipo de quiosco solar
Mancha parcial
tinción terminada
de banco
El volumen que ocuparía el banco es; Profundidad = 12 pulgadas, Ancho = 30 pulgadas y Altura es de 16 pulgadas.
- Encima del banco hay 4 tablas que miden 2 pulgadas de alto y 6 pulgadas de ancho con una profundidad de 15 pulgadas.
- La altura de todas las patas es de aproximadamente 14 pulgadas, con un ancho y una longitud de 2 por 4 pulgadas.
- Las 4 vigas de refuerzo perpendiculares a las patas miden aproximadamente 2 pulgadas de ancho por 4 pulgadas de alto con una profundidad de 6 pulgadas.
- Las 2 vigas de refuerzo conectadas a las 4 vigas de refuerzo tienen aproximadamente 2 pulgadas de alto y 6 pulgadas de ancho con una profundidad de 13
- La tabla final agrega refuerzo donde las personas se sientan en la parte superior del banco con un ancho de 6 pulgadas, una altura de 2 pulgadas y una profundidad de 15 pulgadas.
Cableado
La construcción del cableado de este proyecto fue como sigue:
- Ubique el extremo positivo y negativo del cable que sale de los paneles solares y ubique los cables positivo y negativo que salen de la entrada del regulador de voltaje.
- Conecte un fusible entre los dos terminales positivos, uno de los paneles y otro del regulador de voltaje.
- Después de conectar los dos terminales positivos, conecte el terminal negativo (panel solar) al terminal negativo del regulador de voltaje debajo de donde dice entrada.
- Donde dice salida en el regulador de voltios, conecte el terminal positivo (regulador de voltios) al terminal positivo (dispositivo USB) y el terminal negativo (regulador de voltios) al terminal negativo (dispositivo USB).
- Conecte el terminal positivo (dispositivo USB) al terminal positivo (inversor) y el terminal negativo (dispositivo USB) al terminal negativo (inversor).
- Una vez que haya terminado el cableado, pruebe el inversor para asegurarse de que funciona. Si funciona, suelde los cables en el mismo orden que se describe en los pasos 1 a 5.
Línea de tiempo
de línea de tiempo propuesta
| Objetivos | Fecha de inicio | Fecha de Terminación |
|---|---|---|
| Prototipos de fotos/dibujos | 14/02/2017 | 19/02/2017 |
| Recoger Material Reutilizable | 16/02/2017 | 26/02/2017 |
| Comprar componentes del proyecto | 20/02/2017 | 3/1/2017 |
| Recopile dispositivosde CC comprobables | 20/02/2017 | 3/2/2017 |
| Diseño de proyecto | 27/02/2017 | 3/7/2017 |
| Implementación del Sistema Solar | 3/9/2017 | 01/05/2017 |
| Crear señalización interpretativa | 21/04/2017 | 5/5/2017 |
| Proyecto de prueba | 02/05/2017 | 12/05/2017 |
de línea de tiempo real
| Objetivos | Fecha de inicio | Fecha de Terminación |
|---|---|---|
| Prototipos de fotos/dibujos | 14/02/2017 | 19/02/2017 |
| Construir marco de quiosco solar | 05/03/2017 | 4/2/2017 |
| Dibuje el esquema de cableado y reciba la aprobación de CCAT | 4/5/2017 | 4/5/2017 |
| Banco de construcción | 4/8/2017 | 15/04/2017 |
| Mancha | 23/04/2017 | 28/04/2017 |
| Compre inversor, fusible y soporte, y regulador de voltaje | 4/292017 | 29/04/2017 |
| Implementar sistema de cableado | 5/6/2017 | 5/6/2017 |
| Proyecto de prueba | 08/05/2017 | 08/05/2017 |
Costo
A continuación se muestran los materiales utilizados en nuestro proyecto, así como su procedencia y precio. CCAT ya ha donado dos paneles solares y madera, el resto de la tecnología se comprará en tiendas online o locales. Se utilizará material para la creación del quiosco solar y material recuperado de varias tiendas locales y en línea.
| Cantidad | Material | Fuente | Costo ($) |
|---|---|---|---|
| 1 | Papel de lija 4.5x11F 5PK y papel de lija 4x4.5 CRS grano 60 | as de hardware | $8.12 |
| 1 | Portafusibles en línea AGC | as de hardware | $4.87 |
| 1 | 158PC Conector de cable ASST y AGC Glass Auto Fuse 60PC | Herramientas de carga portuaria | $12.99 |
| 3 | Tinte Látex Redwood Quart | as de hardware | $19.08 |
| 1 | Tornillo WD PH CS6X1-5/8 y Bisagra Narrow2-1/2 BB CD2 | as de hardware | $13.00 |
| 2 | Perno cilíndrico de 4 pulgadas | as de hardware | $13.98 |
| 1 | Pull Utility 6-1/2 pulgadas y Sash Lift and Hinge Narrow 2 | as de hardware | $16.57 |
| 2 | Paneles solares de 100 vatios | CCAT | $0.00 |
| 1 | Inversor de corriente 200W/400W | Herramientas de carga portuaria | $21.69 |
| 1 | Regulador de voltios de 24 V | Amazonas | $19.98 |
| 34 | Todas las piezas de madera y tornillería fueron proporcionadas por CCAT | CCAT | $0.00 |
| 1 | Tubería HS de 127 piezas ASST con CA y pistola de soldador con Stan | Herramientas de carga portuaria | $9.00 |
| 1 | Panel informativo | Fedex | $17.00 |
| Coste total | $156.28 | ||
Operación y mantenimiento
Operación
Como este sistema no tiene batería de plomo ácido , tiene que estar soleado para que el quiosco solar funcione. Dicho esto, estas son las instrucciones de funcionamiento:
- Llegue frente a CCAT y diríjase hacia los dos paneles solares en la parte superior de la pared de demostración de deslizamiento de arcilla de papel y hormigón de CCAT
- Verá una estación de carga de banco y quiosco.
- Abre el gabinete más pequeño en la parte superior.
- Enciende el inversor
- Enchufe un dispositivo de CA de tres clavijas o conéctelo a las salidas USB
- Turn OFF the inverter before you leave and close drawer
Maintenance
The following parts will be checked for this project:
- Does the inverter turn on, a green light should appear, and charges a device
- Check for water log inside the drawers of the kiosk. This may mean there is a leak somewhere
- Make sure informative sign is visible/clean
- Clean off the surface of solar panels
- Check the bottom of the kiosk and the bench legs to see how it is holding up
Schedule
Every two weeks check:
- Especially before it starts raining, make sure wires running down from panels to the kiosk are making a "U" shape in order to prevent water from dripping into the inverter
- If the inverter turns on and charges a device
- For water log inside the drawers of the kiosk
- To make sure informative sign is visible/clean
Every month:
- Clean off the surface of solar panels
- Check the bottom of the kiosk and the bench legs to see how it is holding up
Discussion
Conclusion
The solar panels that were provided to us by CCAT allow us to convert sunlight into electricity by using the following items; solar panels, fuse, volt regulator and an inverter. However not any AC appliance will function while plugged into the inverter, it has to be 200 watts or less when plugged into the inverter. Some devices that we used on our inverter were an iPhone charger and a laptop charging cord. With the right materials it is relatively simple to design your own solar system and you will be able to generate electricity in a very short time.
NOTE: We have left two 20 Amp fuses taped to the top of the top drawer when needed.
Lessons learned
Some lessons that I learned while creating this solar system include the following:
- One can not be careless when designing an electric system. For example, if the output of a solar system is 24 volts, the inverter has to be under 24 volts in order for it to work. Or getting the right sized volt regulator, which should be higher than what the solar panels are outputting, to maintain a constant voltage that gets delivered to the inverter. Building the wooden bench and kiosk should be the least amount of our effort, even though it actually took longer to cut and build. Determining the size of a screw or a piece of a board does not matter in the end. In the end, making sure the electrical part is sized right is most important.
- Weather can be difficult to work with when designing a solar power system, because the electrical system relies on the sun to produce energy, we cannot test to see if the system works unless the sun is out. Also, one can not build an electrical system while it is raining.
- Everything will not go according to plan, so start working on a project earlier than later. In addition if there are problems, one can fix them and still be on track.
Next steps
The most important next steps would be to get the wiring completely soldered. Right now the inverter is not soldered and only connected with alligator clips. This also makes the system open to theft so the inverter should be soldered on both sides of connection. Also, if after people start using the system and find they wish the USB dual charger port was more extendable, the wires will need to be replaced with wires for lamps or something of the sort. Also, maintenance check ups and using the system to know first hand if it's still charging. Other then that we will most likely not expand this project any further. Next steps could be to find what the biggest thing the panels could power, and do analysis testing on the system.
Some other important things to do is make the inside of the top drawer, where all the equipment is, more waterproof. This can be done by putting pond liner around the inside of the top drawer. We have left some extra liner in the bottom cabinet. Also, the whole in the back of the box where the wires run into should be sealed up as well with a type of epoxy.
Testing results
After Ty and I connected all the wires together on May 6 (see wiring section under construction) we turned on the inverter and were able to power the following devices with their appropriate cords. First was an iphone and second was an apple laptop. The wattage on both devices were under 200 and that number is the max amount of watts the system can produce.
We found the efficiency of the panels to be 11.1% by using the formula =(Panel Power output)/((1000watt/m^2)(Area of panel)). We connected 200 watts to the inverter and covered one of the panels at 11 a.m. completely causing the inverter light to go red, which means the panels were not able to supply enough power to the inverter. We slowly uncovered the covered solar panel and at about half way uncovered, the inverter light turned green and supplied power once again.
Troubleshooting
- Sun not available — The availability of the sun depends on the weather thus we can not solve this problem.
- Wire damage — The wire can be easily cut with the right equipment, therefore new wiring would need to be purchased.
- Stolen parts — To solve this problem we will screw in the following devices, first screw in a tupperware into the bottom on the top cabinet where the inverter sits in. If this is a major issue, the simple hinge lock on the drawer could be changed to have a lock on it that CCAT could lock at night. Second the solar panels are screwed into the clay slip wall structure. Third the solar kiosk is really heavy to lift so it would be difficult to steal, same as with the bench. And forth, the wires are screwed into the inverter, are fused with the volt regulator and fused with the wires coming from the solar panels.
- Broken parts — If the inverter, wires, volt regulator or the solar panels do not work. We would have to take it apart and use a multi-meter to determine where the voltage is not present.
Update September 2018
The inverter for the solar kiosk has been stolen. The wooden frame of the kiosk is being repurposed to serve as a weighing station for the food production from the gardens. The kiosk allows for food data collection capabilities and has a garden map. The solar charging station will be functional again when a new inverter is put into place.
