Le kiosque solaire est une station de charge dotée d'un "Dual USB Power Charger" qui possède son propre régulateur de volt à l'intérieur et un régulateur de volt pour contrôler les volts sortant des panneaux à environ 24V max et vers un onduleur à 12 volts courant continu (DC). L'onduleur est de 200 watts qui prend en charge deux courant alternatif 120V (AC) et dispose d'un port USB. Il y a aussi un fusible de 20 ampères sur le fil positif provenant des panneaux qui arrêtera le flux d'électricité s'il y a un courant trop élevé qui le traverse.
Ce projet a été mis en œuvre parce que CCAT disposait de deux panneaux solaires de 100 watts qui ne servaient à rien, mais étaient déjà montés sur un mur à un emplacement optimal pour la lumière du soleil. Les panneaux solaires sont conçus pour absorber la lumière du soleil et la convertir en électricité pour notre consommation.
Le CCAT voulait un moyen simple mais amusant pour les gens de voir directement d'où vient leur énergie. Le système ne comprend pas de batterie au plomb , de sorte que le système ne peut fonctionner que s'il y a suffisamment de soleil pour générer suffisamment de courant et de tension. Sans batterie, nous réduisons notre impact carbone et montrons pleinement l'objectif pédagogique du système ; il ne fonctionne qu'avec un ensoleillement suffisant. Cela démontre ce que c'est que d'utiliser de l'énergie hors réseau qui est une source d'énergie renouvelable qui diminue également votre empreinte carbone.
Contents
en arrière-plan
À Cal Poly Humboldt à Arcata, en Californie, le Campus Center for Appropriate Technology ( CCAT ) possède une paire de panneaux solaires photovoltaïques qui ne sont actuellement pas utilisés. Ils étaient à l'origine d'un projet antérieur appelé CCAT Solar Charging Station , qui a été créé comme une station de charge solaire permettant aux étudiants de recharger leurs appareils électroniques à l'extérieur. Il y a une batterie, un boîtier de contrôleur de charge, un convertisseur USB et des cordons de fusibles avec les panneaux solaires, mais ils ne sont pas en état de marche et devront être remplacés pour que les panneaux solaires fonctionnent correctement. Les panneaux sont de 100 watts chacun et en bon état. Pour le cours Engr305 Appropriate Technology ce printemps 2017, les étudiants Ty M. etTyler S. a été chargé d'utiliser les panneaux solaires dans un stand "Kiosque solaire" où les étudiants pourront apprendre le potentiel de l' utilisation solaire hors réseau ainsi que profiter des capacités de chargement de la boîte à musique et du téléphone. . Cela démontrera l'utilisation d'une technologie appropriée, transformant quelque chose d'ancien en une nouvelle utilisation plus appropriée et mise à jour des panneaux solaires pour les besoins du CCAT. Ils aimeraient voir un kiosque solaire fonctionnel prendre vie. Le kiosque sera situé près du mur de démonstration de la pâte à papier CCAT en face de la maison. Le projet sera mis en œuvre à la fin du semestre de printemps 2017.
Kiosque solaire à l'usage
Espace Kiosque Solaire CCAT
Vue intérieure du kiosque
Schéma de dessin animé du système
Façade du kiosque solaire CCAT
Arrière du kiosque solaire CCAT
Régulateur de charge actuel
Énoncé du problème et critères
L'objectif de ce projet est de réactiver les deux panneaux solaires fonctionnels du CCAT afin qu'ils fournissent de l'énergie renouvelable au public et satisfassent une petite partie des besoins énergétiques de la population. Ce projet cherchera à trouver la meilleure application de puissance pour le kiosque compte tenu des limitations possibles.
Les critères suivants seront utilisés pour évaluer le succès du kiosque solaire. Ces critères ont été choisis sur la base des recommandations d'un des directeurs du CCAT ainsi que des étudiants travaillant sur ce projet, Tyler S. et Ty M. Les critères et contraintes suivants sont classés de 1 à 10, indiquant à quel point ils sont cruciaux pour le projet avec 10 étant la priorité absolue.
| Critère | Contraintes | Poids (1-10) |
|---|---|---|
| Matériel réutilisable | Les pièces du précédent projet de kiosque solaire peuvent être réutilisées ainsi que les matériaux locaux utilisés. | 6 |
| AppareilsCC | Seuls certains appareils électroniques sous une quantité spécifique de puissance peuvent être utilisés. | 8 |
| Fonctionnalité | Transforme l'énergie solaire en électricité utilisable. | dix |
| La consommation d'énergie | Essayez de ne pas acheter de nouveaux matériaux, sinon cela va à l'encontre du but de l'énergie autonome. | 9 |
| Accessibilité | Accès disponible/facile au public pour recharger un appareil électronique. | 8 |
| Éducatif | Informe le public sur le potentiel de l'énergie solaire et présente un exemple de système. | 9 |
| Coût | Ne doit pas dépasser le budget | 8 |
| Lisibilité, lisibilité et compréhension | Assurez-vous que le projet est compréhensible pour le grand public. | 9 |
| Esthétique | Professionnel et intéressant pour donner envie aux gens de l'utiliser/de le vérifier. | 7 |
Revue de littérature et références
Pour voir la revue complète de la littérature et la section des références pour ce projet, cliquez ici
Construction
Kiosque solaire
Tout le bois utilisé pour le kiosque solaire a été fourni par le CCAT.
- Faites un cube sans le devant avec les dimensions suivantes ; Profondeur = 20 pouces, Largeur = 17,25 pouces et Hauteur = 23,25 pouces.
- Réalisez un deuxième cube sans la façade puis placez et vissez dessus le premier cube aux dimensions suivantes ; Profondeur = 20 pouces, Largeur = 18,25 pouces et Hauteur 6 pouces.
- Créez deux portes (une pour le cube inférieur et une pour le cube supérieur) et fixez des charnières et des serrures pour chaque porte. Les dimensions de la porte du bas sont ; Profondeur = 0,5 pouces, largeur 16,25 pouces et hauteur 22,25 pouces. Les dimensions de la porte supérieure sont ; Profondeur = 0,5 pouces, largeur 15,25 pouces et hauteur 5 pouces.
- Pour la teinture, nous avons utilisé Redwood Stain Latex que nous avons acheté chez Ace Hardware. Nous avons utilisé des pinceaux et commencé à teindre avec le grain du bois. Nous avons appliqué deux couches de lasure.
Prototype de kiosque solaire
Tache partielle
Teinture terminée
Banc
Le volume du banc prendrait est; Profondeur = 12 pouces, Largeur = 30 pouces et Hauteur est de 16 pouces.
- Au-dessus du banc, il y a 4 planches de 2 pouces de haut et 6 pouces de large avec une profondeur de 15 pouces.
- La hauteur de toutes les jambes est d'environ 14 pouces, avec une largeur et une longueur de 2 par 4 pouces.
- Les 4 poutres de renfort perpendiculaires aux pattes mesurent environ 2 pouces de largeur sur 4 pouces de hauteur avec une profondeur de 6 pouces.
- Les 2 poutres de renforcement reliées aux 4 poutres de renforcement mesurent environ 2 pouces de haut et 6 pouces de large avec une profondeur de 13
- La planche finale ajoute un renfort à l'endroit où les gens s'assoient sur le banc avec une largeur de 6 pouces, une hauteur de 2 pouces et une profondeur de 15 pouces.
Câblage
La construction du câblage de ce projet s'est déroulée comme suit :
- Localisez l'extrémité positive et négative du cordon sortant des panneaux solaires et localisez les fils positifs et négatifs sortant de l'entrée du régulateur de tension.
- Câblez un fusible entre les deux bornes positives, l'une des panneaux et l'autre du régulateur de tension.
- Une fois les deux bornes positives câblées, connectez la borne négative (panneau solaire) à la borne négative du régulateur de tension sous l'endroit où il est indiqué entrée.
- Où se trouve la sortie sur le régulateur de tension, câblez la borne positive (régulateur de tension) à la borne positive (périphérique USB) et la borne négative (régulateur de tension) à la borne négative (périphérique USB).
- Connectez la borne positive (périphérique USB) à la borne positive (onduleur) et la borne négative (périphérique USB) à la borne négative (onduleur).
- Une fois votre câblage effectué, testez l'onduleur pour vous assurer qu'il fonctionne. Si cela fonctionne, soudez les fils ensemble dans le même ordre que les étapes 1 à 5 décrites.
Chronologie
la chronologie proposée
| Objectifs | Date de début | Date d'achèvement |
|---|---|---|
| Photos/dessins prototypes | 14/02/2017 | 19/02/2017 |
| Collecter le matériel réutilisable | 16/02/2017 | 26/02/2017 |
| Acheter des composants de projet | 20/02/2017 | 01/03/2017 |
| Collecter des appliancesDC testables | 20/02/2017 | 02/03/2017 |
| Conception de projet | 27/02/2017 | 07/03/2017 |
| Mise en œuvre du système solaire | 09/03/2017 | 01/05/2017 |
| Créer une signalisation interprétative | 21/04/2017 | 05/05/2017 |
| Projet d'essai | 02/05/2017 | 12/05/2017 |
la chronologie réelle
| Objectifs | Date de début | Date d'achèvement |
|---|---|---|
| Photos/dessins prototypes | 14/02/2017 | 19/02/2017 |
| Construire un cadre de kiosque solaire | 05/03/2017 | 02/04/2017 |
| Dessinez le schéma de câblage et recevez l'approbation du CCAT | 05/04/2017 | 05/04/2017 |
| Construire un banc | 08/04/2017 | 15/04/2017 |
| Tache | 23/04/2017 | 28/04/2017 |
| Achat d'un onduleur, d'un fusible et d'un support et d'un régulateur de tension | 29/042017 | 29/04/2017 |
| Mettre en œuvre le système de câblage | 06/05/2017 | 06/05/2017 |
| Projet d'essai | 08/05/2017 | 08/05/2017 |
Coût
Ce qui suit montre les matériaux utilisés dans notre projet ainsi que leur provenance et leur prix. Le CCAT a déjà fait don de deux panneaux solaires et de bois, le reste de la technologie sera acheté dans des magasins en ligne ou locaux. Le matériel pour la création du kiosque solaire sera utilisé et récupéré dans divers magasins locaux et en ligne.
| Quantité | Matériel | Source | Coût ($) |
|---|---|---|---|
| 1 | Papier abrasif 4.5x11F 5PK et papier abrasif 4x4.5 CRS 60Grit | Matériel d'as | $8.12 |
| 1 | Porte-fusible en ligne AGC | Matériel d'as | 4,87 $ |
| 1 | Connecteur de fil 158 pièces ASST et fusible automatique en verre AGC 60 pièces | Outils de fret portuaire | 12,99 $ |
| 3 | Teinture Latex Redwood Quart | Matériel d'as | $19.08 |
| 1 | Vis WD PH CS6X1-5/8 et Charnière Narrow2-1/2 BB CD2 | Matériel d'as | 13,00 $ |
| 2 | Barrel Bolt 4 pouces | Matériel d'as | 13,98 $ |
| 1 | Pull Utility 6-1/2 pouces et Sash Lift and Hinge Narrow 2 | Matériel d'as | 16,57 $ |
| 2 | Panneaux solaires de 100 watts | CCAT | 0,00 $ |
| 1 | Onduleur 200W/400W | Outils de fret portuaire | 21,69 $ |
| 1 | Régulateur de volts 24V | Amazone | 19,98 $ |
| 34 | Toutes les pièces de bois et les vis ont été fournies par le CCAT | CCAT | 0,00 $ |
| 1 | 127 PC HS Tube ASST W/CA et pistolet à souder avec Stan | Outils de fret portuaire | 9,00 $ |
| 1 | Panneau d'information | FedEx | 17,00 $ |
| Coût total | 156,28 $ | ||
Exploitation et maintenance
Opération
Comme ce système n'a pas de batterie au plomb , il doit être ensoleillé pour que le kiosque solaire fonctionne. Cela étant dit, voici les instructions de fonctionnement :
- Arrivez devant le CCAT et dirigez-vous vers les deux panneaux solaires au-dessus du mur de démonstration en béton de papier du CCAT
- Vous verrez un banc et une borne de recharge
- Ouvrez la plus petite armoire sur le dessus
- Allumer l'onduleur
- Branchez un appareil CA à trois broches ou connectez-vous aux prises USB
- Éteignez l'onduleur avant de partir et fermez le tiroir
Maintenance
Les pièces suivantes seront vérifiées pour ce projet :
- L'onduleur s'allume-t-il, un voyant vert doit apparaître et charge un appareil
- Vérifiez la présence d'eau dans les tiroirs du kiosque. Cela peut signifier qu'il y a une fuite quelque part
- Assurez-vous que le panneau informatif est visible/propre
- Nettoyer la surface des panneaux solaires
- Vérifiez le bas du kiosque et les pieds du banc pour voir comment il tient
Planifier
Vérifiez toutes les deux semaines :
- Surtout avant qu'il ne commence à pleuvoir, assurez-vous que les fils qui descendent des panneaux vers le kiosque forment une forme de "U" afin d'empêcher l'eau de couler dans l'onduleur
- Si l'onduleur s'allume et charge un appareil
- Pour bûche à eau à l'intérieur des tiroirs du kiosque
- Pour s'assurer que le panneau informatif est visible/propre
Chaque mois:
- Nettoyer la surface des panneaux solaires
- Vérifiez le bas du kiosque et les pieds du banc pour voir comment il tient
Discussion
Conclusion
Les panneaux solaires qui nous ont été fournis par le CCAT nous permettent de convertir la lumière du soleil en électricité en utilisant les éléments suivants ; panneaux solaires, fusible, régulateur de volt et un onduleur. Cependant, aucun appareil CA ne fonctionnera lorsqu'il est branché à l'onduleur, il doit être de 200 watts ou moins lorsqu'il est branché à l'onduleur. Certains appareils que nous avons utilisés sur notre onduleur étaient un chargeur d'iPhone et un cordon de charge pour ordinateur portable. Avec les bons matériaux, il est relativement simple de concevoir votre propre système solaire et vous pourrez produire de l'électricité en très peu de temps.
REMARQUE : Nous avons laissé deux fusibles de 20 ampères collés sur le dessus du tiroir supérieur en cas de besoin.
Leçons apprises
Voici quelques leçons que j'ai apprises lors de la création de ce système solaire :
- On ne peut pas être négligent lors de la conception d'un système électrique. Par exemple, si la sortie d'un système solaire est de 24 volts, l'onduleur doit être sous 24 volts pour qu'il fonctionne. Ou obtenir le régulateur de tension de la bonne taille, qui devrait être supérieur à ce que les panneaux solaires produisent, pour maintenir une tension constante qui est fournie à l'onduleur. Construire le banc et le kiosque en bois devrait représenter le minimum de nos efforts, même s'il a en fait fallu plus de temps pour couper et construire. Déterminer la taille d'une vis ou d'un morceau de planche n'a finalement aucune importance. En fin de compte, s'assurer que la partie électrique est correctement dimensionnée est le plus 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.
