Show HN: Konsentrator surya otomatis buatan sendiri
(github.com/remipch)- Solar Concentrator adalah konsentrator surya otomatis buatan sendiri yang terdiri dari panel cermin yang dapat diarahkan, target tetap, dan perangkat kontrol elektronik, saat ini menggunakan 48 cermin pemusat dengan total area 1m²
- Pada 26 Juni 2024, setelah menambahkan aluminium foil di dalam oven untuk meningkatkan isolasi, suhu oven naik hingga 210°C setelah 30 menit
- Perangkat ini mengonsumsi 3,8W daya sambil dapat menghasilkan hingga sekitar 1000W panas, dan dapat dibuat dari komponen serta material standar yang murah dan mudah didapat
- Versi saat ini belum memiliki lapisan keselamatan, panel harus diarahkan secara manual sebelum pelacakan otomatis, hanya mengendalikan satu panel, dan tidak berfungsi saat cuaca berawan
- Langkah berikutnya adalah mengendalikan jumlah panel berapa pun untuk mendapatkan output beberapa kW, yang dapat dimanfaatkan untuk pemanasan cairan dalam jumlah besar, desalinasi·sterilisasi, memasak·sterilisasi, peleburan material, dan peningkatan output pembangkit listrik tenaga surya terkonsentrasi
Komposisi dan cara kerja proyek
- Solar Concentrator adalah proyek konsentrator surya otomatis buatan sendiri
- Konfigurasi saat ini terbagi menjadi tiga bagian
- Panel cermin yang dapat diarahkan: saat ini 48 cermin pemusat, total 1m²
- Target tetap: saat ini oven beton sederhana dengan pelat logam hitam dan kaca tempered
- Perangkat supervisor: perangkat kontrol elektronik yang mengukur target, menghitung, lalu mengirim perintah motor
- Video operasi pada 8 Juli 2024 terdiri dari dua bagian
- Bagian pertama menampilkan proses perakitan dalam kecepatan 10x
- Bagian kedua menampilkan pelacakan matahari otomatis selama sekitar 7 jam dalam kecepatan 600x
Kinerja dan arah pembuatan
- Pada 26 Juni 2024, setelah menambahkan aluminium foil di dalam oven untuk meningkatkan isolasi, suhu oven naik hingga 210°C setelah 30 menit
- Fitur utamanya adalah sebagai berikut
- Dapat menghasilkan hingga sekitar 1000W panas sambil mengonsumsi 3,8W daya
- Menggunakan komponen dan material standar yang murah serta mudah didapat
- Tidak memerlukan pembuatan presisi tinggi dan dapat dirakit dengan tangan menggunakan alat umum
- Mudah dirakit dan dibongkar
- Mudah dipahami dan dimodifikasi
- Dirilis sebagai open source
Peringatan keselamatan dan keterbatasan saat ini
- Proyek ini dapat menyebabkan kebutaan permanen, luka bakar kulit, dan benda terbakar pada orang atau hewan di sekitarnya
- Bahkan saat daya dimatikan, sinar matahari tetap dipusatkan 48 kali lipat ke satu area kecil
- Titik fokus terus bergerak mengikuti lintasan yang sulit diprediksi
- Dalam kondisi saat ini, perangkat harus diawasi terus-menerus, dan jika terjadi anomali cermin harus segera ditutup
- Keterbatasan versi saat ini adalah sebagai berikut
- Lapisan keselamatan belum diimplementasikan
- Diperlukan tahap manual awal untuk mengarahkan panel sebelum pelacakan matahari otomatis
- Hanya satu panel yang dapat dikendalikan
- Tidak berfungsi saat cuaca berawan
- Konsumsi daya dapat dikurangi secara signifikan jika berbagai mode daya rendah diimplementasikan
Komponen yang digunakan dan produk yang didaur ulang
- Beberapa produk digunakan untuk tujuan yang berbeda dari fungsi aslinya
- Kaca tempered oven diambil dari rak Ikea
- Cermin menggunakan cermin kamar mandi dekoratif
- Motor menggunakan motor model yang murah
Susunan teknis
- Struktur proyek mencerminkan susunan teknisnya
- Subkomponen utamanya adalah sebagai berikut
- Mechanics: model 3D komponen yang digunakan pada panel surya
- Electronics: skematik dan tata letak papan supervisor kustom
- Simulator: mengevaluasi daya teoretis yang diterima target pada konfigurasi perangkat keras tertentu
- Supervisor controller: firmware ESP32-CAM berbasis framework Espressif ESP32
- Supervisor component: mendefinisikan logika tingkat atas perangkat supervisor
- Sun tracker: menghitung perintah motor untuk menjaga sinar matahari tetap di tengah area target
- Target detector: mendeteksi posisi target pada gambar
- Web interface: memungkinkan pengguna berinteraksi dengan perangkat supervisor
- Motors component: kontrol motor dalam aplikasi ESP32
- Image component: menyediakan fungsi pemrosesan gambar umum
- Motors controller: firmware Arduino Pro Mini untuk kontrol motor
Target berikutnya dan lisensi
- Langkah berikutnya adalah mengendalikan jumlah panel berapa pun untuk mendapatkan output beberapa kW
- Pemanfaatan yang mungkin adalah sebagai berikut
- Mendidihkan cairan dalam jumlah besar dengan cepat
- Mendesalinasi atau mensterilkan air dalam jumlah besar
- Memasak atau mensterilkan makanan dalam jumlah besar
- Melelehkan plastik, logam, dan kaca
- Meningkatkan output panel surya dengan concentrator photovoltaics
- Lisensi dibagi menurut komponennya
- Perangkat lunak menggunakan GNU GPL v3
- Desain perangkat keras elektronik dan mekanik didistribusikan dengan CERN Open Hardware Licence v2 Strongly Reciprocal
1 komentar
Pendapat di Hacker News
Kerja yang keren. Saya meneliti nonimaging optics, yaitu optik untuk mendapatkan rasio konsentrasi tinggi atau toleransi galat besar pada konsentrator surya
Bagus bahwa Anda mengimplementasikan kontrol loop tertutup. Di ladang heliostat berskala besar pun ini sekarang menjadi topik utama. Heliostat tradisional kebanyakan memakai kontrol loop terbuka, sehingga menuntut persyaratan yang sangat ketat pada struktur mekanis, aktuator, dan model kinematika; akibatnya diperlukan perangkat yang mahal dan sangat kaku
Karena itu ada pergeseran menuju heliostat yang lebih murah, dengan presisi pelacakan dijamin melalui kontrol loop tertutup. Ini lebih sulit ketika fokus ribuan cermin saling tumpang tindih, tetapi pendekatan seperti kamera di sekitar target yang melihat kembali ke ladang heliostat sedang dikembangkan, dan Heliogen juga menggarap cara semacam ini
Anda juga menyebut kesulitan bahwa cahaya hanya terkonsentrasi selama beberapa jam per hari; ini juga masalah yang sama pada ladang heliostat besar dan merupakan bidang riset yang aktif. Kelompok Prof. Roger Angel di University of Arizona sedang mengembangkan heliostat yang berubah bentuk secara aktif sepanjang hari untuk mempertahankan bentuk optimal, sementara Heliosystems dari Australia membuat heliostat yang berubah bentuk secara pasif oleh gravitasi agar sebisa mungkin mempertahankan bentuk yang benar
Jika hanya memakai satu heliostat seperti proyek ini, Anda juga bisa mempertimbangkan reflektor Scheffler, yang menempatkan target pada sumbu pelacakan yang disejajarkan secara polar pada satu sumbu yang melewati target. Dengan begitu, sepanjang hari hanya diperlukan pelacakan satu sumbu, dan penyesuaian musiman sebagian bisa dilakukan secara manual
Saya juga senang Anda menekankan bahaya inheren dari sinar matahari terkonsentrasi. Ada cukup banyak cerita tentang benda yang terbakar ketika pelacakannya tidak berjalan benar
Bisa dibilang, “kecerdasan” perangkat lunak mengompensasi “kekasaran” mekanis
Ide awal lainnya adalah membuat multipanel dengan beberapa panel yang bisa diarahkan dan satu kamera yang melihat target. Dalam praktiknya itu tidak mudah, jadi akhirnya saya kembali menyelesaikan dan merilis versi panel tunggal
Meski begitu, saya punya ide untuk mewujudkan multipanel dengan memakai beberapa kamera tambahan, dan ingin mengerjakannya dalam waktu dekat. Saya juga akan meluangkan waktu untuk melihat referensi-referensi itu
Ada juga perusahaan yang menggunakan vakum untuk menyesuaikan bentuk cermin; akan saya cari lalu unggah di sini
Proyek ini bukan produk jadi, melainkan proof of concept yang masih berjalan, jadi saya ingin menekankan bahaya inherennya
Jika panel dipasang di sepanjang salah satu sisi prisma setinggi 5 m, bagaimana penyesuaian musiman sudut kemiringan panel bisa diimplementasikan?
Ballast yang dapat disetel atau yang dapat dikembangkan tampaknya paling sederhana
Proyek yang keren. Saya terutama suka perbandingan dayanya. Siapa sangka 1 m² bisa menghasilkan energi 1 kW
Pertanyaan ke arah serupa: apakah mungkin memanaskan reaktor garam cair yang menggerakkan mesin turbin dengan konsentrator surya? Tetap dalam skala yang relatif kecil sehingga bisa dibuat di halaman belakang
Penjelasan di atas adalah pemahaman saya berdasarkan ingatan; yang sebenarnya ingin saya maksud adalah ini: https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_power_tower
Setelah sedikit menggali, akhirnya saya menemukan hal seperti ini tentang pembangkitan listrik skala kecil menggunakan konsentrasi surya
https://en.wikipedia.org/wiki/Solar-powered_Stirling_engine
[https://en.wikipedia.org/wiki/File:Dish-stirling-at-odeillo....](https://en.wikipedia.org/wiki/File:Dish-stirling-at-odeillo.jpg)
Ini mungkin bisa menjadi alternatif panel surya yang setengah viable. Namun karena panel surya dan perangkat keras pendukungnya sudah sangat komoditas, dari sisi biaya sekarang mungkin cukup mahal
Ada juga mesin Stirling besar yang bekerja dengan oli panas. Jika diameter pistonnya besar, selisih suhu kecil saja bisa menghasilkan torsi yang cukup besar. Oli bisa dipanaskan tanpa konsentrasi cahaya seperti pemanas air tenaga surya konvensional, dan menambahkan konsentrasi cahaya juga tidak ada ruginya
Namun saya kurang tahu apakah itu viable sebagai metode pembangkitan listrik skala kecil. Efisiensi termodinamika tinggi membutuhkan perbedaan suhu yang besar, sementara panel surya diproduksi massal dan efisiensinya terus meningkat
Secara pribadi, saya melihat surya termal terkonsentrasi skala kecil paling berguna untuk aplikasi yang langsung membutuhkan panas, seperti memasak, desalinasi, dan pengecoran. Dalam kasus seperti ini, pembangkitan listrik tenaga surya efisiensinya rendah dan umurnya juga lebih pendek
Saat memulai proyek, kami mengira keekonomiannya lebih baik daripada pembangkit listrik tenaga surya, tetapi menjelang akhir tahun ajaran harga panel surya sudah turun separuh. Itu masa ketika Jerman dan Tiongkok bersaing lewat subsidi surya
Sekarang, pembangkitan listrik dengan konsentrasi surya rasanya akan sangat mahal dibandingkan panel surya
Mesin tidak akan berjalan bertahun-tahun tanpa penggantian suku cadang
Sinar matahari yang terkonsentrasi jauh lebih kuat daripada kelihatannya. Kebanyakan orang mungkin pernah memfokuskan matahari menjadi titik kecil dengan kaca pembesar bergagang kecil untuk membakar kertas atau potongan kayu kecil
Saat kecil, saya punya lensa Fresnel berdiameter sekitar 2 kaki dari semacam proyektor lama, dan itu bisa menyalakan aspal hampir seketika. Mungkin tidak praktis, tetapi rasanya baja pun bisa dilas dengan sinar matahari
https://www.youtube.com/watch?v=ptUj8JRAYu8
Secara teori, jika bisa membuat lensa dan serat optik, kita dapat mencetak struktur bertenaga surya dengan 3D printing di mana pun yang mendapat cukup sinar matahari. Bisa dibayangkan mencetak 3D sebuah taman botol kecil di Mars yang dilengkapi pengumpul air menggunakan sirkulasi silika gel yang dipanaskan secara lokal. Tekanan atmosfernya tetap rendah, tetapi akan menjadi lebih hangat dan lebih lembap
https://youtu.be/8tt7RG3UR4c
Layak ditonton mulai sekitar menit 1:25
Di sini ada banyak eksperimen menarik terkait pengumpulan panas surya: https://www.youtube.com/@sergiyyurko8668/videos
Beberapa proyek mengikuti ide yang sama, yaitu struktur kisi dari cermin-cermin persegi kecil
Namun mereka memilih menaruh cermin di tanah, yang lebih sederhana. Sebagai gantinya, target digerakkan ke posisi fokus, dan itu kurang sederhana
Ini sumber inspirasi yang bagus, jadi saya harus menonton video-videonya
Jika membuat gumpalan permukaan melengkung besar berdiameter 1 m atau lebih dari pasir basah, di atasnya bisa dicetak permukaan parabola dari fiberglass, lalu setelah mengeras, bagian dalam parabola itu bisa dilapis krom, dicat, atau difinishing dengan cara lain
Dengan begitu, sinar matahari bisa dikonsentrasikan lebih jauh daripada batas 48 kali saat ini
Namun untuk beberapa aplikasi, fokus persegi 20 cm x 20 cm bisa jadi lebih baik
Untuk memasak sesuatu, menyebarkan panas ke seluruh loyang lebih baik agar matang merata
Saya tidak begitu tahu bagaimana ia menahannya ke arah yang benar. Dalam kasus ini, bentuk permukaan yang tidak sempurna mungkin justru membantu
Terima kasih sudah berbagi. Benar-benar keren. Kalau saya punya halaman atau ruang untuk membuatnya, saya ingin merakit satu untuk menggerakkan mesin kalor kecil
Membuatnya sendiri dan memakai energi gratis dari matahari memang menyenangkan
Saya sangat senang terutama saat memakan gratin surya pertama saya
Sebenarnya saya sedang mencari alasan untuk tetap rebahan di tempat tidur saat cuaca buruk
Sangat keren. Penasaran apakah sudah melihat kolektor surya anidolik (anidolic solar collector). Sejauh yang saya pahami, secara praktik ini lebih efisien daripada kolektor berbasis cermin atau lensa, karena tidak perlu pembidikan presisi dan bisa mengumpulkan sinar matahari tidak langsung
Jika saya memahaminya dengan benar, ciri utamanya adalah tidak mengumpulkan cahaya ke fokus, melainkan menyebarkannya
Jadi saya belum yakin apakah itu bisa diterapkan pada proyek saya
Saya perlu menggali lebih jauh agar benar-benar paham cara kerjanya. Terima kasih atas petunjuknya
Apakah pemahaman saya benar bahwa sudut antara tiap potongan cermin dan pelat belakang ditetapkan satu kali saat pembuatan, lalu setelah itu tidak berubah secara dinamis?
Kelebihan pendekatan ini adalah alih-alih membutuhkan dua motor untuk setiap cermin, seluruh panel hanya perlu dua motor
Kekurangannya, cahaya hanya terkonsentrasi selama beberapa jam dalam sehari
Saya ingat sesuatu yang mirip dibuat dari antena parabola Directv sekitar tahun 2000
Sangat sederhana. Permukaan parabola antena dibuat seperti cermin, lalu antena dilubangi, dan berkas cahaya yang jatuh ke atap melalui lubang itu dilacak dengan sensor cahaya. Dengan beberapa motor dan IC, antena digerakkan mengikuti posisi matahari