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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,

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六河所需的安装位置。

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。

安装并完成“Watts”Up 光伏系统。

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。

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。

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。

内部结构图

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。

来自 SERC 的地面阵列。

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

成本

数量材料来源成本(美元)总计(美元)
335W太阳能电池板捐赠(国家电力监管委员会)0.000.00
4512 号线 (50')王牌硬件(阿克塔)0.6931.05
11/4" 热缩管王牌硬件(Sunnybrae)2.992.99
13/8" 热缩管王牌硬件(Sunnybrae)2.992.99
13/32" 热缩管王牌硬件(阿克塔)3.393.99
1介电脂王牌硬件(Sunnybrae)4.994.99
2环形端子王牌硬件(阿克塔)3.997.98
1女性断开连接王牌硬件(阿克塔)3.993.99
1防水线螺母 5 件装王牌硬件(阿克塔)4.594.59
2航海级双 USB 插座亚马逊19.4438.88
1液晶抄表器亚马逊18.9918.99
112V 直流开关皮尔森大厦中心7.497.49
124x30x0.100" 亚克力板王牌硬件(阿克塔)17.9917.99
2可锁拉扣 2 件装王牌硬件(阿克塔)6.9913.98
1铰链 2 件装王牌硬件(阿克塔)5.995.99
12x5" 废木料 (10')捐赠(团队成员)0.000.00
1乙烯基板 (3x3')王牌硬件阿克塔5.995.99
1户外家具清漆捐赠(团队成员)0.000.00
1木材填缝捐赠(团队成员)0.000.00
1导管(长度)捐赠(SRHS工作人员)0.000.00
32x4" 压力处理木材 (8')捐赠(SRHS工作人员)0.000.00
23/4x4" 红色 balau 甲板 (6')阿尔姆奎斯特木材公司12:0024:00
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。

内部测试

如何建造

1
安装位置

确保提供的空间足够大,可以容纳公告板和太阳能电池阵列。首先检查这个空间,确保收集到必要数量的电线、导管和木材,以使产品正常工作。

2
第2步

确定显示器需要多大,并相应地构建固定盒。制作盒子时需要考虑的一些事情是它需要能够承受天气和学生的日常虐待。这意味着整体设计需要防水且结构坚固。

3
步骤3

对盒子进行防水处理,避免水渗入而腐蚀接线。防水过程是通过在外部木材上涂上海洋级防水清漆,在内部衬上塑料衬里,使用挡风雨条在门和内部之间形成密封,并使用屋顶将水从顶部移走来完成的。盒子的。

4
卸载数组

在将太阳能电池板安装在一起之前,测试太阳能电池阵列以确保其功能正常。一旦确定所有面板均正常工作,请使用经过压力处理的 2x4 将它们安装在一起。至此,太阳能电池阵列已准备好安装。

5
空的公告栏

安装使用亚克力板、红色 balau 2x4 和两个双 USB 端口制成的门。门通过位于门左侧的三个拉扣(通过锁固定)和位于右侧的两个铰链连接。

6
步骤6

安装位于盒子底部的电话柜。确保它一次可以容纳四部手机,并软化边缘,以防止将手放入其中可能造成的伤害。

7
内部测试

制作理论电路并测试所有内部组件,以确保产品能够为手机充电并且仪表在安装产品之前能够显示所需的信息。如果出现任何电路问题,这将节省时间和精力。

8
完整的盒子

将面板安装到盒子内。面板的组成部分包括直流多功能表、内部开关、教育标牌和徽标以及公告部分。至此,产品已准备好安装。

9
瓦特上升

) 在感兴趣的位置安装整个产品,包括阵列和公告箱。吊臂升降机用于协助安装太阳能电池阵列,公告箱安装在吊臂升降机下方大约三英尺处。Watts Up 公告板的最终版本可以在此处查看。

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

1
抽钩

解开盒子侧面的拉扣,取下锁并打开门。

2
离开

将开关拨至开关上标记的“开”或“关”位置。

1
抽钩

检查所有 3 个拉扣是否已锁好以密封盒子。如果不是,请这样做。

2
锁拉力

拉动锁以检查其是否已接合。如果它是免费的,请检查教育面板是否损坏,然后继续完全锁定盒子。

1
磨损盒

目视检查公告箱是否有可能导致防水功能丧失的损坏(例如木材或丙烯酸树脂中的裂缝)或是否有任何水可能进入公告箱的迹象(功能丧失、木材腐烂等)。

2
磨损阵列

从地面目视检查太阳能电池阵列,检查是否有任何明显的破损,例如裂缝。

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?

  1. ) 检查是否有日光。
  2. ) 确保所使用的充电线没有损坏。
  3. ) 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。

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