附錄1SolarTrackerTheSolarTrackerteamwasformedinthefallof2005fromfivestudentsinanMEdesignteam,andaSmartHouseliaison.Wecontinuedtheworkofaprevioussolartrackergroup.Thetaskwastodesignaprototypetrackingdevicetoalignsolarpanelsoptimallytothesunasitmovesoverthecourseoftheday.TheimplementationofsuchasystemdramaticallyincreasestheefficiencyofsolarpanelsusedtopowertheSmartHouse.Thisreportexaminestheprocessofdesigningandconstructingtheprototype,theexperiencesandproblemsencountered,andsuggestionsforcontinuingtheproject.1.IntroductionSolartrackingistheprocessofvaryingtheangleofsolarpanelsandcollectorstotakeadvantageofthefullamountofthesun’senergy.Thisisdonebyrotatingpanelstobeperpendiculartothesun’sangleofincidence.Initialtestsinindustrysuggestthatthisprocesscanincreasetheefficiencyofasolarpowersystembyupto50%.Giventhosegains,itisanattractivewaytoenhanceanexistingsolarpowersystem.Thegoalistobuildarigthatwillaccomplishthesolartrackingandrealizethemaximumincreaseinefficiency.Theultimategoalisthattheprojectwillbecosteffective–thatis,thegainsreceivedbyincreasedefficiencywillmorethanoffsettheonetimecostofdevelopingtherigovertime.Inadditiontothefunctionalgoals,theSmartHousesetforththeotherfollowinggoalsforourproject:itmustnotdrawexternalpower(self-sustaining),itmustbeaestheticallypleasing,anditmustbeweatherproof.Thedesignofoursolartrackerconsistsofthreecomponents:theframe,thesensor,andthedrivesystem.Eachwascarefullyreviewedandtested,institutingchangesandimprovementsalongthedesignprocess.Theframeforthetrackerisanaluminumprismaticframesuppliedbytheprevioussolartrackinggroup.Itutilizesan‘A-frame’designwiththerotatingaxleinthemiddle.Attachedtothebottomofthissquarechannelaxleistheplatformwhichwillhousethemainsolarcollectingpanels.Theframeitselfisatanangletodirectthepanelstowardthesun(alongwiththeinclinationoftheroof).Itsrotationtracksthesunfromeasttowestduringtheday.Thesensordesignforthesystemusestwosmallsolarpanelsthatlieonthesameplaneasthecollectingpanels.Thesesensorpanelshavemirrorsverticallyattachedbetweenthemsothat,unlessthemirrorfacesdonotreceiveanysun,theyareshadingoneofthepanels,whiletheotherisreceivingfullsunlight.Oursensorreliesonthisdifferenceinlight,whichresultsinalargeimpedancedifferenceacrossthepanels,todrivethemotorintheproperdirectionuntilagain,themirrorsarenotseeinganysunlight,atwhichpointbothsolarpanelsonthesensorreceiveequalsunlightandnopowerdifferenceisseen.Afterevaluationofthepreviousdirectdrivesystemforthetracker,wedesignedabeltsystemthatwouldbeeasiertomaintaininthecaseofafailure.Ononeendoftheframeisamotorthathasthedrivepulleyattachedtoitsoutputshaft.Themotorrotatesthedrivebeltwhichthenrotatesthepulleyontheaxle.Thissystemissimpleandeasilydisassembled.Itiseasytointerchangemotorsasneededforfurthertestingandalsoallowsforoptimizationofthefinalgearratioforresponseofthetracker.Aswithanydesignprocesstherewereseveralsetbackstoourprogress.Thefirstandforemostwasinclementweatherwhichdeniedusofvaluabletestingtime.Despitethesetbacks,webelievethisdesignandprototypetobeaveryvaluableproof-of-principle.Duringourtestingwehaveeliminatedmanyoftherepetitiveproblemswiththemotorandwiringsothatfutureworkontheprojectwillgomoresmoothly.Wealsohaveachievedourgoaloftrackingthesunina‘hands-off’demo.Wewereabletohavethetrackerrotateunderitsownpowertotheangleofthesunandstopwithoutanyassistance.ThiswasthemaingoalsetforthtousbytheSmartHousesowebelieveoursensedmotionprototypeforsolartrackingwillbethefoundationastheymoveforwardinthefuturedevelopmentandimplementationofthistechnologytothehouse.2.DefiningtheProblemTheprojectwastocompletethe“REV2”designphaseofthesolartrackertobeusedontheSmartHouse.WhiletheteamwascomprisedofmembersfromtheME160seniordesigncourse,thecustomerforthisprojectwastobetheSmartHouseorganization.JeffSchwane,arepresentativefromtheSmartHouse,wasourliaisonandcommunicatedtoourgroupthedirectionSmartHouseleadershipwishedustoproceed.AtourfirstmeetingwithJeffandTomRose,thefollowingneedswereidentified:TrackthesunduringthedayUsenoexternalpowersourceWeatherproofCosteffectivepowergainMustlookgoodSolarpanelversatilei.e.canfitdifferenttypesofpanelsWiththeseneedsinhand,weconstructedaQualityFunctionDeploymentchart.ThischartcanbefoundinAppendixA.TheQFDshowedthemajorareasofconcernmighthavebeen:numberofpanels/sizeofpanels,internalpowerrequirements,motortorquerequired.Atourfirstmeetingwewerealsoabletosetupourgoalsforthesemester.Havingaworkingprototypecapableoftrackingthesunwastobethemaingoalfortheendofthesemester,butwesoonfoundthatinordertoaccomplishthis,wewouldbeforcedtoomitportionsofthedesigncriteriainhopestheywouldbeworkedoutlater.Thiswouldresultintheoptimizationofplatformspaceontherooftobeirrelevant,withourgoalbeingtohaveoneplatformtrack.Italsoledtotheassumptionthatourbasewouldnotneedtobetestedforstabilityorrequiredtobefastenedtotheroof.Withanideaofwhereweweretobegin,fromscratchwiththepossibilityofusingtheframefromthe“REV1”design,andanideaofwhereweweretofinish,withamovingprototype,weconstructedtheGanttchartthatcanbefoundinAppendixB.OurgroupplannedtomeetwithJeffonceaweektomakesurewewereontrackwiththeneedsoftheSmartHouse.JeffwouldalsomeetwithTomRose,thedirectorofSmartHouse,atleastonceaweekinordertokeepeveryoneonthesamepage.Withourgoalsinmindweembarkedontheprocessofideageneration.3.ConceptsandResearch3.1TrackingTypeOurgroupusedabrainstormingapproachtoconceptgeneration.Wethoughtofideasfordifferentsolartrackingdevices,whichproveddifficultattimesduetotheexistingframeandconceptpresentedtousbySmartHouse.Otherconceptsweregeneratedthroughresearchofpre-existingsolartrackingdevices.OriginallyourconceptgenerationwasgearedtowardscreatingacompletelynewsolartrackeroutsideoftheconstraintsofthepreviousstructuregiventousbySmartHouse.Thisinitialbrainstorminggeneratedmanyconcepts.Thefirstonewasauni-axialtrackingsystemthatwouldtrackthesuneasttowestacrosstheskyduringthecourseofadayandreturnattheendoftheday.Thisconceptpresentedtheadvantageofsimplicityandpresenteduswiththeoptiontousematerialsfromthepreviousstructure(whichwasalsointendedtobeauni-axialtracker)inconstruction.Anothermorecomplexconceptwastotrackthesunbi-axiallywhichwouldinvolvetrackingthesunbotheasttowestandthroughouttheseasons.Theadvantageofthisconceptwasamoreefficientharvestingofsolarenergy.Thethirdconceptwastoonlytrackthroughouttheseasons.Thiswouldprovidesmallefficiencygainsbutnowherenearthegainprovidedbytrackingeasttowest.Thedifferentstructureswecameupwithtoaccomplishtrackingmotionincludedarotatingcenteraxlewithattachedpanels,hydraulicormotorizedliftswhichwouldmovethemainpanelinthedirectionofthesun,andaroboticarmwhichwouldturntofacethesun.Theclearefficiencygainscoupledwiththesimplicityofdesignoftheuni-axialtrackingsystemandtheexistenceofusableparts(i.e.motorandaxle)fortherotatingcenteraxlestructure,ledustothechoiceoftheEasttoWesttracking,rotatingcenteraxleconcept.3.2StructureOncethemethodofmotionwaschosen,itwasnecessarytogenerateconceptsforthestructuralsupportoftheaxle.SupportcouldbeprovidedbythetriangularprismaticstructurewhichwasattemptedbythepreviousSmartHousesolartrackergrouporthroughtheuseofcolumnswhichwouldsupporttheaxisoneitherside.Whiletheprismaticstructurepresentedtheadvantageofmobilityandanexistingframe,thecolumnswouldhaveprovideduswitheaseofconstruction,simplegeometricconsiderations,andeaseofprospectivemountingontheroof.Duetotheheightenedintensityoftimeconsiderations,thepreviousfinancialcommitmenttotheprismaticstructurebySmartHouse,andourlimitedbudget,thepresenceofthepre-existingframeprovedtobethemostimportantfactorindecidingonastructure.DuetothesefactorswedecidedtoworkwithintheframewhichwasprovidedtousfromthepreviousSolarTrackergroup.3.2TrackingMotionOncethestructuralsupportwasfinalizedweneededtodecideonameanstoactualizethismotion.Wedecidedbetweensensedmotion,whichwouldsensethesun’spositionandmovetofollowit,andcontinuousclocktypemotion,whichwouldtrackthesunbasedonitspre-determinedpositioninthesky.Wechosetheconceptofcontinuousmotionbasedonitsperceivedaccuracyandtheexistenceofknowntimingtechnology.Duringtheevaluationstage,however,werealizedthatcontinuousmotionwouldprovedifficult.Onereasonwastheinabilitytodrawconstantvoltageandcurrentfromthesolarpanelsnecessarytosustainconsistentmotion,resultinginthenecessityforsensingtherotationpositiontocompensate.Continuousmotionalsorequirednearlyconstantpowerthroughouttheday,whichwouldrequireamechanismtostorepower.Asidefromtheseconsiderations,theimplementationofatimingcircuitandlocationsensingdeviceseemeddaunting.AfterconsultingDr.RhettGeorge,wedecidedonadeviceusingtwopanelsandshadingforsensedmotion.4.AnalysisandEmbodiment4.1StructureGeometryThegeometryoftheframewascreatedinordertoallowthesolarpanelstoabsorblightefficiently.Thiswasdonebyallowingrotationintheeast-westdirectionfortrackingthesundailyanda36°inclination(Durham’slatitude)towardsthesouth.Becausethisframewasdesignedtobeplacedonaroofwithaslopeof25°,theactualinclineoftheframewasmadetobe11°.Thegeometryoftheexistingplatformstructurewasmodified.ThiswasdoneinordertoincorporatetheresultsfromtheClearDayModelsuppliedtousbyDr.Knight.Thismodelledtotheconclusionthattheplatformshouldtracktoupto60°inbothdirectionsofhorizontal.Thus,theanglerangeoftheframehadtobeincreased.Thesidesoftheframewerebroughtintoincreasetheallowableangleofrotation,andtheywerebroughtinproportionallytomaintaintheinclinationangleof11°.Also,crosspiecesweremovedtotheinsideoftheframetoallowgreaterrotationoftheplatformbeforeitcameintocontactwiththesupportstructure.Thepanelsusedforsensingandpoweringrotationwereplacedontheplaneoftheplatform.Mirrorswereplacedperpendiculartoandinbetweenthepanelstoshadeoneandamplifytheotherinordertoproduceadifferencetopowerthemotor.Thesensingpanelswereplacedoutsidetheplatformareatomaintainthelargestareapossibleforcollectingpanels.Athirdsensingpanelwasmountednearlyverticalandfacingeasttoaidrotationbacktowardsthesuninthemorning.Thispanelwasattachedtotheframeundertheplatform,sothatduringmostoftheday,it’sshadedwithminimaleffectsonsensedrotation.Minimizingthetorquesonthemotorwasamainconcerninordertominimizethemotorpowerneeded.Theplatformdesignedfortheplacementofthecollectingsolarpanelswasplacedundertherotationalshaftsothatthepanelswouldbealignedwithittherotationalaxis.Sincethemainpanelscomprisethemajorityoftheweightputtingtheseintheplaneoftherotationalaxisreducestorqueontheshaft.Thesensingpanelswereplacedsymmetricallyabouttheaxisofrotationinordertopreventadditionaltorqueonthemotor.Thethirdpanelwasattachedtotheframeinsteadoftheplatformorrotationalshaftsoastoalsoavoidanytorque.4.2MaterialsMaterialsselectionformostoftheframewassimplebecauseithadalreadybeenconstructed.Themirrorsusedfortheamplificationandshadingofthesensingpanelswerealsoalreadypurchasedandavailableforuse.Additionalpartsforattachmentofthepanelsandmirrorstotheframeweretakenfromthescrappiecesavailableinthemachineshop.Inourselectionofsensingpanels,sizeandpowerneededtobebalancedeffectively.Thepanelsweretobeassmallaspossibleinordertoaddminimalstressandweighttotheframebutalsoneededtobepowerfulenoughtopowertherotationoftheplatform.Therefore,themostpowerfuloftheintermediatesizedpanelsavailablewereselected.Thepanelspurchasedalsoappearedtobethemostreliableofouroptions.4.3DriveMechanismAfterdesigningaprototypeandtestingit,themotorpurchasedandusedbytheprevioussolartrackergroupwasslipping.Itwasremoved,andtheinstallationofagearsystemwithanothersimplemotorwassuggestedandattempted.ProfessorKnightsuppliedsomegearsaswellassomebeltsandpulleys.Oneendoftheshaftwaslathedsothatoneofthepulleyscouldbesetonit,andspacerswereboughtsothata6Vmotorwehadavailablecouldpoweranotherpulley.Thesepulleysweretobeconnectedbyabelt.Thismotordemonstratedinsufficientstrengthtoturntherotationalshaft.Theoriginalmotor,oncedetached,wastakenapartandexamined.Itappearedtobeworkingagainsoanewpulleywaspurchasedtofititandwasattachedintheplaceofthe6Vmotor.5.DetailedDesign5.1FrameTheframewasdesignedfromoneinchsquarealuminumtubing,andafivefootlong,twoinchsquaretubefortheaxle.Itisconstructedwitharigidbaseandtriangularprismaticframewithsidesupportingbarsthatprovidestability.Theendoftheaxleisattachedtoasystemofpulleyswhicharedrivenbythemotor.Itiseasilytransportedbyremovingthesidesofthebaseandfoldingthestructure.5.2SensorOursensingpanelsareboltedtothebottomofthemainsolarpanelframeandbracedunderneathwithhalfinchL-brackets.ThemirrorsareattachedtotheinsideofthesensingpanelsandbracedbyL-bracketsaswell.Thewholestructureattacheseasilytothemainpanelframewhichisattachedtothemainaxleusingfour2-inchU-bolts.Athirdpanelisboltedtothestructuretoreturnthemainpanelsdirectiontowardsthehorizonofsunrise.5.3HowtheSensorWorksOursensorcreatesmovementofthemotorbyshadingoneofthepanelsandamplifyingtheotherwhenthesystemisnotdirectlyfacingthesun.Thetwosensingpanelsaremountedparalleltothemainpanelssymmetricallyaboutthecenteraxlewithtwomirrorsinbetweenthem.Theshadingononeofthepanelscreateshighimpedance,whiletheamplifiedpanelpowersthemotor.Thishappensuntilthepanelsreceivethesameamountofsunlightandbalanceeachotherout(i.e.whenthesensingpanelsandmainpanelsarefacingthesun.).Weinitiallyattemptedusingaseriesconfigurationtotakeadvantageofthevoltagedifferencewhenoneofthepanelswasshaded(AppendixC).Thisdifference,however,wasnotlargeenoughtodrivethemotor.Wesubsequentlyattemptedaparallelconfigurationwhichwouldtakeadvantageoftheimpedanceoftheshadedpanel(AppendixC)andprovidethecurrentneededtodrivethemotor.Oncethesensingmechanismhasrotatedfromsunrisetosunset,thethirdpanel,whichisusuallyshaded,usessunlightfromthesunriseofthenextdaytopowerthemotortoreturnthepanelstowardsthedirectionofthesun.6.PrototypeTestingInitialtestingwasdoneusingjustthesensingcomponentanda6Vmotor.Thepanelsweretiltedbyhandtocreateshadingandamplification.Aseriesconfigurationofthesensingpanelswasinitiallytestedandprovedineffective.Dataacquisitionshowedamaximumofa2Vdifferenceacrossthemotor,whichwasinsufficienttopowerit.Upontestingthepanelsindividually,itwasdiscoveredthattheopenvoltageacrosseachindividualpanelwouldonlyvarybetween21.5Vand19.5Vwhenfullyamplifiedandfullyshaded,respectively.Thecurrentrunningthrougheachpanel,however,wasseentofluctuatebetweennearly0ampswhenshaded,upto0.65ampswhenfullyamplified.Therefore,inordertotakeadvantageoftheincreaseinimpedanceofthesolarpanelsduetoshading,wechosetoputoursensingpanelsinparallelwitheachotherandthemotor.Testswiththisconfigurationturnedthemotorinonedirection,stoppedwhenthesensingpanelswerenearlyperpendiculartothesun,andreverseddirectionasthepanelsrotatedpastperpendicular.Wefoundtheanglerangenecessarytostopthemotortobeverysmall.Itwasalsoobservedthatthepanelsrotatedtoslightlypastperpendicularwhentheyceasedmotion.Thiserrormaybeduetoadifferenceintheinnateresistanceineachindividualsensingpanel.Whentesteditwasfoundthatonepanelhadaresistanceof52kΩ,andtheotherpanelresistancewas53kΩ.Othertestingfoundthevoltageandcurrentprovidedbythesensingsolarpanelstothemotortobeconsistentatallpoints,excludingwhenthesolarpanelsaredirectlyfacingthesun.Throughtestingitwasconcludedthatresistancemayneedtobeaddedtooneofthepanelstocompensateforthedifferencesintheinternalresistancesoftheindividualpanels,andavoltageregulatorneedstobeaddedtodecreasethevoltageseenacrossthemotor.Theoriginalmotorwaspronetofailureasitsslippagecausedthebreakdownofourinitialprototypeaftertesting.Thisledtotheinstitutionofthepulleyandbeltdrivensystemwhichwouldallowforeasiermaintenancegivenmotorfailureorslippage.Thesuccessofourinitialtestingandprototypeprovedtoustheefficacyofoursolartrackerdesign.7.ConclusionThroughoutthisprojectweenlistedthesupportofmultipleresources(i.e.MEandEEprofessors,previousSmartHouseteams).Welearnedearlyonthataclearproblemdefinitionwasessentialtoefficientdesignandprogress.Westruggledinitiallyaswetriedtodesignatrackingdevicethatwasdifferentfromtheprevioussolartrackergroup’sattempt,withoutfullyweighingthesizeoftheirinvestmentandtheadvantagesofusingtheexistingframeforourpurposes.Asweworkedwiththefixedframeconstructionfromthepreviousgroupwelearnedthatvariabilityofdesigniskey,especiallywhenintheinitialphasesofprototyping.Aftermanysetbacksintestingofthesolarpanels,welearnedthatwhenworkingwithsolarpanels,muchtimeneedstobesetasidefortestingduetotheunpredictabilityoftheweather. TheactualimplementationofusingtheprototypeinitsintendedlocationontheSmartHouseroofrequiresweather-proofingtoprotectthewiringandelectricalconnectionsfromtheelements,housingforthemotor,abracingsystemtoattachthestructuretotheroof,andpossibleredesigntoeliminateexcessheightandsimplifyoverallgeometry.Theefficiencyofthesensorsystemcouldbeimprovedbywideningthemirrorsorbyplacingblindersalongthesidesofthepanelstodecreasetheeffectsofreflectedandrefractedlightincidentontheshadedsensingpanel.附錄2太陽能跟蹤器摘要太陽能跟蹤隊成立于2005年秋季，設計團隊由五名隊員組成，我們還負責與智能家居的聯絡工作。我們的太陽能跟蹤小組繼續以前的工作，現在的任務是設計一個新的跟蹤裝置，因為太陽光的方向是變化的，所以要最大限度地使太陽能電池板向著太陽。實施這種跟蹤，可以大大提高太陽能電池板工作效率，并且使太陽能電池板用來提供智能家居。本報告審查過程中設計和建造的樣機以及所得到經驗和遇到的問題激勵我們繼續這一項目。一、導言改變太陽能電池板的角度，這樣能使太陽能電池板充分利用太陽能。這是通過旋轉面板始終垂直于太陽的入射角實現的。初步測試后，這個過程可以提高太陽能發電系統50％的工作效率。這些測試結果說明這是一個很有吸引力的研究，加強了現有的太陽能發電系統。其目標是建立一個跟蹤機，完成太陽能跟蹤，并實現最高的效率。其終極目標是本項目要符合成本效益，那也就是說隨著時間的推移將大大降低發展跟蹤機的成本。除了上述功能目標，智能家居還為我們的項目提出了以下的其他目標：必須不吸取外部電源（自我維持），必須美觀，而且還要能防水。我們設計的太陽能跟蹤器包括三個組成部分：結構，傳感器和驅動系統。每個都被仔細審查和檢測，實行跟蹤。先前的太陽能跟蹤小組設計的框架是一個鋁棱柱形框架。它采用了一種'格'設計并且旋轉軸在中間，與方形電池板底部相連的是一個用來支撐集熱板的平臺。該框架本身有一個角度，此角度的度數由小組對當地實際情況調查而定，其旋轉的軌道是系統隨太陽從東到西轉動，這一過程在白天進行。該傳感器系統設計采用了兩個小型太陽能電池板作為跟蹤機的采集板。這些傳感器面板采用垂直的反光鏡相連接，除非反光鏡接收不到任何太陽光，不然它會遮擋其中一個面板，而另外一個能夠接收到太陽光。我們的傳感器依靠這種差異繼續研究，結果兩種差異很大的面板都能驅動電機跟蹤的方向，直到反光鏡子再次得不到任何陽光，而此時雙方的太陽能板對傳感器能得到同等陽光。所有我們拭目以待。我們認為以往用于跟蹤直接驅動系統是很容易在跟蹤時失敗。所以我們設計了一個帶系統，系統的一端是一個馬達，具有傳動皮帶輪和輸出的功能。電機旋轉傳動皮帶，然后旋轉滑輪上的輪軸。這個系統簡單，易于拆解，所以很容易根據需要將傳動做進一步的改進和優化。正如任何設計過程中都會遇到問題。我們遇到的首要的問題是天氣惡劣而否認我們寶貴的測試時間。盡管遇到挫折，我們相信，這樣的設計與原型是非常有價值的。在我們的測試中，我們已經消除了許多重復的問題，使今后的工作和該項目的研究更為順利。我們也已將我們的樣機做跟蹤太陽的演示，在沒有任何外部輔助下，我們能讓跟蹤器依靠自己的能量旋轉和停止，演示過程中沒有任何援助。聯合國向我們提出的智能家居的主要目標是：在今后的發展中將這項技術推廣到普通家庭。所以我們相信我們研究一定能使太陽能跟蹤向前邁一步。二、問題設定該項目完成了太陽能跟蹤器設計階段的任務，以用于智能家居。而團隊組成后，成員完成高級程序設計，客戶可以為這個項目進行內部設計。值得提一下的是，杰夫泰森代表智能家居與我們進行聯系和溝通，以及聰明的眾議院領導人也認同我們的研究。在我們的第一次會議上，杰夫和湯姆確定了以下目標：a白天追蹤太陽b不使用任何外部電源c不受天氣影響d符合成本效益e必須外觀好看f太陽能電池板大眾化即能夠適用于不同類型的面板根據這些目標，我們構建了質量功能配置圖。此圖可以發現，其主要關注的領域可能有以下幾個：面板數量，面板尺寸，內部電源要求，電動機的扭矩要求。在我們的第一次會議上，我們設定了我們這一階段的目標：做出一個工作原型，能夠跟蹤太陽。這也是完成該項目的主要標準，但我們很快發現要做到這一點，我們將被迫省略部分的設計，他們希望工作列其后，這將導致在優化平臺空間時是不是屋頂無關重要？我們的目標是要有一個平臺上的軌道，它也說明了為了穩定或需要，我們的原型需要測試。我們開始有一個想法，這一想法從無到有，就是有可能使用幀，舍棄最初的設想即采用REV1設計方案或采用轉動原型方案，我們的設計圖見附件B，以應付與杰夫每周一次的會議，以確保我們在設計時能夠滿足他們的需要。杰夫也將會見湯姆，總之與智能家居的會議每周至少一次，以使每個人都能在同一高度上。從我們的目標開始，我們著手對這一進程的進行構想。三、觀念和研究3.1跟蹤模式我們小組用了一個集思廣益的方法來界定概念。我們的思想理念是為了設計不同條件下使用的太陽能跟蹤裝置，因為它們克服了不同條件下的困難，再把可行的框架和概念介紹給我們的智能家居。其他的概念產生是通過研究事先存在的太陽能跟蹤裝置得到的。原來我們的概念是面向創造一個完全新的太陽能跟蹤裝置，以前的設計結構方法已經給我們的智能家居提供了思路。這一初步獻策產生了許多觀點：第一個觀點是一個單向軸跟蹤系統，該系統將追蹤太陽從東到西橫跨天空的全過程，檢測每一段時間，直到第二天結束。這一概念的提出很簡單，我們選擇使用的結構材料正在制作中；另一種更復雜的概念是雙向軸跟蹤系統，并在整個季節都能從東到西跟蹤太陽。這種概念是較為高效率的利用太陽能；第三個概念是只隨季節跟蹤。這將提供小型效率收益，但遠不及第二個概念提供的從東到西的跟蹤裝置。我們設計的跟蹤裝置結構包括一個旋轉中心軸和附加板以及液壓機或電動升降機，將提供主要方向的跟蹤，還有一個機械臂將使它轉到面對著太陽。清晰的效率收益，再加上設計簡單的單向軸跟蹤系統，以及以電機軸為旋轉中心軸的結構，使我們能夠實現從東到西的跟蹤。3.2結構一旦方法的議案被選擇，有必要使產生的觀念、結構支持車軸。可提供三角棱柱結構，也就是說由前智能家居太陽能跟蹤小組，或通過使用欄目將對任何一方提供支持。而棱柱結構提交的優勢和現有的框架、欄目會為我們提供方便的建設，簡單的幾何考慮，并準確安裝在屋頂上。由于提高了強度的時間考慮，而我們的預算又有限，在加上現有的框架被證明是最重要的因素，由于這些因素，我們決定用過去的太陽能跟蹤組向我們提供的工作框架。3.3跟蹤運動一旦支撐結構確定，最后我們需要一種手段來決定這項議案，我們決定之后感受到這一議案的可行性，這將使太陽跟蹤器的研究方向和進度向前一步。在連續討論議案后，決定在跟蹤太陽的基礎上，預先確定太陽在天空中的位置，所以我們選擇連續跟蹤太陽能的議案，就是根據其知覺的準確性和存在的已知定時技術進行。在評估階段我們意識到：連續跟蹤太陽能的的議案將被證明是困難的。其中一個原因是無法從太陽帆板提請不斷的電壓和電流，要保持一貫的議案，從而有必要性改變遙感輪換的立場。連續跟蹤的議案還需要近恒定的功率，一天的運作中這將需要一個機制來存儲能量。除了這些因素，實施的時間安排電路和位置傳感裝置似乎是艱巨的。與博士喬治協商后，我們決定對裝置使用兩個小組和底紋為感受的議案。四、分析與體現4.1結構幾何創造幾何學的框架，以使電池板吸收高效率的太陽能。之所以能這樣做，是讓輪換在東西方向的電池板始終對南，每天跟蹤太陽一個360°傾角（達勒姆的緯度）。因為這個框架的目的是擺在屋頂25°的斜坡上，但實際的傾斜度是11°。對現有的幾何平臺的結構作調整，這樣做是為了博士奈特給我們的晴天模式，這種模式導致的結論是：該平臺應當跟蹤到達到60°兩個方向的水平。因此，角度范圍的框架尚待提高。把雙方的幀引入以增加允許的轉動角度，而他們帶來的比例以維持傾角11°。此外，幀被轉移到里面的框架以允許更大的旋轉平臺來接觸到支持結構。該面板放在用于傳感和驅動旋轉的平臺上。鏡子垂直放置，并在這兩者之間產生一個差額，帶動功率電機。傳感板放在外面平臺區，以保持收集板的最大可能面積。第三個傳感小組展開近于直立，并且面向東，以確保在早晨輪換時回到太陽升出處。這個小組被連接到框架下的平臺，因此，在一天的大部分時間里，它的陰影與影響是最小的。最小力矩馬達是一個主要的關注，以最大限度地減少電機功率的需要。該平臺設計用于安置收集太陽能電池板劃歸轉動軸，使該小組符合它的旋轉軸。由于主要有展板組成，其中大部分的重量使這些旋轉軸降低了對軸的扭矩。傳感板置于對稱軸左右旋轉，以避免額外對馬達的扭矩。第三個小組是隸屬該幀而不是平臺或轉動軸等，以盡量避免任何扭矩。4.2材料材料的選擇，大部分的框架很簡單，因此它已經建成。用于擴增和遮蔭傳感面板的鏡子，也已購買，并已使用。新增部分附著的板和后視鏡框都是廢品，可在車間找到。對我們選擇的傳感面板的體積和耗電量都需要加以平衡。該小組將盡可能添加最小應力和重量，而框架還需要得到足夠強大的力量旋轉平臺，因此世界上最強大的中間尺寸面板可供選擇。該小組還購買了其他最可靠材料來供我們的選擇。4.3傳動機構經過重新設計原型和測試，電動機的購買和使用由先前的太陽能跟蹤組完成。與會者建議把它拆除并試圖安裝了一個齒輪系統與另一個簡單動作。奈特教授提供的一些裝備以及一些皮帶和滑輪與另一端的軸連接，在定這件事期間分別買了一個充電器和電機，我們可以從另一個權力滑輪將這些滑輪接上皮帶。這表明電動機帶動旋轉軸強度不足，一旦原電機抽離，被送走和檢驗，這似乎又增加了新的工作，一個新的滑輪需要購買并在所附的地方要適應該6V馬達。五、詳細設計5.1結構框架的是以一英寸的方形鋁管為油管，以及以5英尺長、2英寸的方管為車軸。它是一個剛性基層和三角棱柱形框。年底前輪軸是重視制度的滑輪，其中主要是驅動電動機。這是很容易運送消除雙方的基地和折疊結構。5.2傳感器我們的傳感面板螺栓到底部的主要太陽能電池板框架，硬著頭皮下半英寸L型括號。鏡子都附在里面的傳感面板中，硬著頭皮由L型括號內為好。整個架構重視用4個2英寸的U型螺栓將主面板框連接到主軸。第三小組是螺栓，以結構返回主面板方向的地平線上的日出。5.3如何傳感器工程我們的一個調查小組發現傳感器造成運動的電機遮蔭，并在其他的很多時候，該系統并非直接面向太陽。兩個傳感板裝在平行主面板左右對稱的中心軸與兩面鏡子之間。遮蔭對其中的面板制造了高阻抗，這種情況直到面板得到同樣數額的陽光和平衡（即當傳感面板及主要面板都面臨著外）。我們最初試圖用一系列配置，以充分利用電壓差時，這里有其中一個小組的陰影（附錄C）。這種差異也不是大到足以驅動馬達。其后，我們試圖平行配置，其中將利用阻抗的林蔭道小組（附錄C），并提供所需的電流驅動馬達。從日出到日落一旦感應機制有旋轉，利用太陽光從日出的第二天功率電機歸還板方向的太陽，第三個小組通常會被填滿。六、原型測試初步測試工作只用傳感元件和16V電機。該小組成員經過一系列的配置后，其傳感面板進行最初測試，結果證明是無效的。數據采集顯示，最多不超過2V的差異，這是不夠準確的。經測試該面板的整體，人們發現這是一個隨意的電壓，每個小組肯定各有不同，當21.5v和19.5v時應充分補充，并迅速充分填滿。目前這些數據分別由每一個小組區實驗，由于被認為波動數值為0安培之間時被填滿，直至0.65安培時充分補充，因此，為了充分避免太陽能電池板被遮光，我們選擇了把我們的傳感板平行與陽光垂直。測試此配置，使電機在一個方向停下時，傳感面板幾乎垂直于太陽，如果太陽扭轉了方向，同時面板旋轉過去保持與太陽光的垂直。我們調整角度范圍，要使電動機停止時誤差要非常小。也有人指出，面板旋轉稍近垂直時，電機不再工作。這個錯誤可能是由于二個傳感小組的結合。測試時，我們發現其中一個小組阻力是52kω，其他小組的阻力為53kω。再進行深一步測試，發現電壓和電流提供傳感太陽能電池板向著太陽，在各點上以保持一致，但不包括當太陽能電池板直接面向太陽時。通過其中一個調查小組試驗結果表明，阻力可能需要加以補充，以彌補分歧，在內部電阻的個體面板上穩壓器需要加以補充，以減少電壓誤差而出現馬達轉動。我們最初的原型測試發現因為它的工程延誤所造成的崩潰，所以原發動機是容易失敗的。這導致了該機構的滑輪和皮帶驅動系統出現故障，并且將允許故障或延誤繼續。我們的太陽能跟蹤器的設計初步測試和原型證明了我們的成效。七、結論整個項目中，我們邀請了多種專家（即我和EE教授，以前智能家居隊）。早在前面說過，必須明確定義問題，是至關重要的，這是提高設計的效率和進展情況所必需的。我們的奮斗讓我們得到了最初的一個跟蹤裝置試圖設計，這是不同于以往太陽能需求者的企圖，但無充分權衡利弊大小，決定利用現有的框架，他們的投資和優勢為我們的目的提供了幫助。我們了解到，進行部分的設計是關鍵，尤其是當在初始階段的原型設計中。幾經周折，在測試太陽能電池板時我們才知道，由于不可預測性天氣，太陽能電板工作需要很多的時間去測試是否與太陽垂直有關。實際執行的使用原型在其預定位置對智能家居屋頂需要的樣機一樣，以保