Show HN: DIY ऑटोमेटेड सोलर कंसंट्रेटर
(github.com/remipch)- Solar Concentrator दिशा-समायोज्य मिरर पैनल, स्थिर टार्गेट और इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल डिवाइस से बना एक DIY ऑटोमेटेड सोलर कंसंट्रेटर है; अभी इसमें 48 कंसंट्रेटिंग मिरर के साथ कुल 1m² क्षेत्र इस्तेमाल हो रहा है
- 26 जून 2024 को ओवन के अंदर एल्यूमिनियम फॉइल जोड़कर इन्सुलेशन बेहतर करने पर, ओवन का तापमान 30 मिनट बाद 210°C तक बढ़ गया
- यह डिवाइस 3.8W बिजली खपत करते हुए अधिकतम करीब 1000W heat बना सकता है, और सस्ते व आसानी से उपलब्ध standard parts और materials से बनाया जा सकता है
- मौजूदा वर्जन में safety layer नहीं है, automatic tracking से पहले पैनल की दिशा मैन्युअली सेट करनी पड़ती है, यह केवल एक पैनल को कंट्रोल करता है और बादल वाले दिन काम नहीं करता
- अगला चरण किसी भी संख्या के पैनल कंट्रोल करके कई kW output हासिल करना है; इसका उपयोग बड़ी मात्रा में liquid heating, desalination और sterilization, cooking और sterilization, materials melting, तथा concentrator photovoltaics output बढ़ाने में हो सकता है
प्रोजेक्ट की बनावट और काम करने का तरीका
- Solar Concentrator एक DIY ऑटोमेटेड सोलर कंसंट्रेटर प्रोजेक्ट है
- मौजूदा सेटअप तीन हिस्सों में बंटा है
- दिशा-समायोज्य मिरर पैनल: अभी 48 कंसंट्रेटिंग मिरर, कुल 1m²
- स्थिर टार्गेट: अभी एक साधारण concrete oven जिसमें काली metal plate और tempered glass है
- supervisor: एक इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल डिवाइस जो टार्गेट को मापता है, motor commands calculate करता है और भेजता है
- 8 जुलाई 2024 का operating video दो हिस्सों में है
- पहला हिस्सा assembly process को 10x speed पर दिखाता है
- दूसरा हिस्सा लगभग 7 घंटे की automatic sun tracking को 600x speed पर दिखाता है
परफॉर्मेंस और निर्माण की दिशा
- 26 जून 2024 को, ओवन के अंदर एल्यूमिनियम फॉइल जोड़कर इन्सुलेशन बेहतर करने पर ओवन का तापमान 30 मिनट बाद 210°C तक बढ़ गया
- मुख्य विशेषताएं इस प्रकार हैं
- 3.8W बिजली खपत करते हुए अधिकतम करीब 1000W heat पैदा कर सकता है
- standard, सस्ते और आसानी से उपलब्ध parts और materials का इस्तेमाल
- high-precision fabrication की जरूरत नहीं, सामान्य tools से हाथ से बनाया जा सकता है
- assemble और disassemble करना आसान
- समझना और modify करना आसान
- open source के रूप में प्रकाशित
सुरक्षा चेतावनी और मौजूदा सीमाएं
- यह प्रोजेक्ट आसपास के लोगों या जानवरों में स्थायी अंधापन, त्वचा की जलन, वस्तुओं में आग लगना पैदा कर सकता है
- power बंद होने पर भी sunlight एक छोटे क्षेत्र में 48 गुना concentrate होती है
- focal point लगातार ऐसे path पर चलता रहता है जिसका अनुमान लगाना मुश्किल है
- मौजूदा स्थिति में डिवाइस की लगातार निगरानी करनी होगी, और कोई गड़बड़ी होने पर मिरर को जल्दी से ढकना होगा
- मौजूदा वर्जन की सीमाएं इस प्रकार हैं
- safety layer implement नहीं है
- सूरज को automatically track करने से पहले पैनल की दिशा सेट करने के लिए initial manual step चाहिए
- केवल एक पैनल कंट्रोल कर सकता है
- बादल वाले दिन काम नहीं करता
- अलग-अलग low-power modes implement करने पर बिजली की खपत काफी घटाई जा सकती है
इस्तेमाल किए गए parts और reuse किए गए products
- कुछ products को उनके मूल उपयोग से अलग तरीके से इस्तेमाल किया गया है
- ओवन का tempered glass Ikea shelf से लिया गया है
- मिरर के लिए decorative bathroom mirrors इस्तेमाल किए गए हैं
- motors के लिए सस्ते model engines इस्तेमाल किए गए हैं
तकनीकी संरचना
- प्रोजेक्ट structure तकनीकी संरचना को दर्शाता है
- मुख्य subcomponents इस प्रकार हैं
- Mechanics: solar panel में इस्तेमाल parts के 3D models
- Electronics: custom supervisor board के schematics और layout
- Simulator: दिए गए hardware configuration में टार्गेट को मिलने वाली theoretical power का मूल्यांकन करता है
- Supervisor controller: Espressif ESP32 framework आधारित ESP32-CAM firmware
- Supervisor component: supervisor device की high-level logic define करता है
- Sun tracker: sunlight को target area के center में बनाए रखने के लिए motor commands calculate करता है
- Target detector: image में target position detect करता है
- Web interface: users को supervisor device से interact करने देता है
- Motors component: ESP32 application में motors control करता है
- Image component: general image processing functions प्रदान करता है
- Motors controller: motor control के लिए Arduino Pro Mini firmware
अगले लक्ष्य और लाइसेंस
- अगला चरण किसी भी संख्या के पैनल control करके कई kW output हासिल करना है
- संभावित उपयोग इस प्रकार हैं
- बड़ी मात्रा में liquid को तेजी से boil करना
- बड़ी मात्रा में पानी को desalinate या sterilize करना
- बड़ी मात्रा में food को cook या sterilize करना
- plastic, metal, glass को melt करना
- concentrator photovoltaics से solar panel output बढ़ाना
- license घटक के अनुसार अलग-अलग है
- software GNU GPL v3 है
- electronic और mechanical hardware designs CERN Open Hardware Licence v2 Strongly Reciprocal के तहत वितरित किए गए हैं
1 टिप्पणियां
Hacker News की राय
शानदार काम। मैं nonimaging optics, यानी सौर concentrator में high concentration ratio या error tolerance हासिल करने वाली optics पर काम कर रहा हूँ
closed-loop control लागू करना अच्छा लगा। बड़े heliostat field में भी आजकल यह एक मुख्य विषय है। पारंपरिक heliostat ज़्यादातर open-loop control पर होते हैं, इसलिए mechanical structure, actuator और kinematics model पर बहुत सख्त requirements लगती हैं, और नतीजतन महंगे व बहुत rigid devices की ज़रूरत पड़ती है
इसलिए trend ऐसे सस्ते heliostat की ओर जा रहा है जिनमें tracking precision closed-loop control से हासिल की जाती है। हजारों mirrors के focus overlap होने की स्थिति में यह और मुश्किल है, लेकिन target के आसपास लगे cameras से heliostat field को पीछे मुड़कर देखने जैसे approaches विकसित हो रहे हैं, और Heliogen भी इसी तरह के तरीकों पर काम करता है
आपने यह मुश्किल भी बताई कि दिन में सिर्फ कुछ घंटों के लिए ही light concentrate होती है; बड़े heliostat fields में भी यही समस्या है और यह active research area है। University of Arizona में प्रोफेसर Roger Angel का group ऐसे heliostat विकसित कर रहा है जो दिन भर actively deform होकर optimal shape बनाए रखते हैं, और ऑस्ट्रेलिया की Heliosystems ऐसे heliostat बना रही है जो gravity से passively deform होकर जितना संभव हो सही shape बनाए रखते हैं
अगर इस project की तरह सिर्फ single heliostat इस्तेमाल करना है, तो Scheffler reflector पर भी विचार किया जा सकता है, जिसमें target को polar-axis-aligned tracking axis पर रखा जाता है जो target से गुजरती है। तब दिन भर में सिर्फ single-axis tracking चाहिए होती है, और seasonal adjustment कुछ हद तक manually हो सकता है
concentrated sunlight के intrinsic risk पर ज़ोर देना भी अच्छा लगा। Tracking सही न हो तो चीज़ों में आग लगने की काफी कहानियाँ हैं
यानी software की “smartness” mechanical “roughness” की भरपाई करती है
एक और शुरुआती idea कई directional panels और target को देखने वाले एक camera से multi-panel setup बनाने का था। असल में यह आसान नहीं था, इसलिए अंत में single panel बनाकर publish करने की दिशा में वापस आ गया
फिर भी कुछ और cameras इस्तेमाल करके multi-panel लागू करने का idea है, और निकट भविष्य में इस पर काम करना चाहता हूँ। reference material भी समय निकालकर देखूँगा
एक company भी है जो mirror shape adjust करने के लिए vacuum इस्तेमाल करती है; उसे ढूँढकर यहाँ post करूँगा
यह project finished product नहीं, बल्कि work-in-progress proof of concept है, इसलिए intrinsic risks पर ज़ोर देना चाहता था
अगर 5m ऊँचे prism के एक side पर panels लगाए जाएँ, तो panels के tilt angle का seasonal adjustment कैसे implement किया जा सकता है
adjustable या inflatable ballast सबसे simple लगता है
शानदार project। खासकर power comparison अच्छा लगा। किसने सोचा था कि 1m² से 1kW energy मिल सकती है
इसी दिशा का सवाल है: क्या turbine engine चलाने वाले molten salt reactor को solar concentrator से heat करना संभव होगा? फिर भी इतना छोटा scale कि backyard में बनाया जा सके
ऊपर का explanation मेरी याददाश्त पर आधारित समझ थी; असल में मैं यह कहना चाह रहा था: https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_power_tower
थोड़ा खोजने पर solar concentration से small-scale power generation के बारे में आखिर यह मिला
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)
यह solar panels का आधा-अधूरा viable alternative हो सकता है। हालांकि solar panels और supporting hardware इतने commoditized हो चुके हैं कि cost के लिहाज़ से अभी यह काफी महंगा होगा
hot oil पर चलने वाले बड़े Stirling engine भी होते हैं। piston diameter बड़ा हो तो छोटे temperature difference से भी काफी torque बनाया जा सकता है। oil को conventional solar water heater की तरह बिना concentration के भी heat किया जा सकता है, और concentration जोड़ने में भी कोई बुराई नहीं
लेकिन small-scale power generation के रूप में यह viable है या नहीं, पक्का नहीं कह सकता। high thermodynamic efficiency के लिए बड़ा temperature difference चाहिए, और solar panels mass-produced हैं व उनकी efficiency लगातार बढ़ रही है
व्यक्तिगत रूप से, small-scale concentrated solar thermal मुझे cooking, desalination, casting जैसे direct heat की ज़रूरत वाले applications में सबसे उपयोगी लगता है। ऐसे मामलों में solar power generation की efficiency कम होती है और lifetime भी छोटी होती है
project शुरू करते समय लगा था कि यह solar power generation से ज़्यादा economical होगा, लेकिन academic year खत्म होते-होते solar panel prices पहले ही आधे हो गए थे। वह समय था जब Germany और China solar subsidies की race में थे
अब तक तो solar concentrator-based power generation, solar panels की तुलना में बेहद महंगा होगा
engine बिना parts replacement के सालों तक नहीं चलते
केंद्रित धूप दिखने से कहीं ज़्यादा ताकतवर होती है। ज़्यादातर लोगों ने छोटे हैंडल वाले magnifying glass से सूरज की रोशनी को एक छोटे बिंदु पर केंद्रित करके कागज़ या लकड़ी के छोटे टुकड़े को जलाया होगा
बचपन में मेरे पास किसी पुराने projector जैसी चीज़ से निकला लगभग 2 फुट व्यास वाला Fresnel lens था, जिससे asphalt में लगभग तुरंत आग लग सकती थी। यह सुविधाजनक तो नहीं होगा, लेकिन लगता है कि धूप से steel welding भी संभव हो सकती है
https://www.youtube.com/watch?v=ptUj8JRAYu8
सैद्धांतिक रूप से अगर lenses और optical fibers बनाए जा सकें, तो पर्याप्त धूप वाली किसी भी जगह पर solar energy से चलने वाले structures 3D print किए जा सकते हैं। कल्पना कीजिए कि मंगल पर स्थानीय रूप से heated silica gel circulation का इस्तेमाल करने वाले water collector से जुड़ा एक छोटा bottle garden 3D print किया जा रहा हो। atmospheric pressure अब भी कम रहेगा, लेकिन वह ज़्यादा गर्म और नम होगा
https://youtu.be/8tt7RG3UR4c
लगभग 1 मिनट 25 सेकंड से देखने लायक है
यहाँ solar heat collection से जुड़े कई दिलचस्प experiments हैं: https://www.youtube.com/@sergiyyurko8668/videos
कुछ projects छोटे square mirrors की grid structure वाले उसी आइडिया का पालन कर रहे हैं
हालांकि उन्होंने mirrors को ज़मीन पर रखने का तरीका चुना है, जो ज्यादा सरल है। इसके बदले target को focal position तक हिलाना पड़ता है, जो कम सरल है
अच्छी inspiration source है, videos देखने होंगे
गीली रेत से 1m से ज़्यादा व्यास वाला बड़ा curved mass बनाया जाए, तो उसके ऊपर fiberglass paraboloid mold करके, उसके harden होने के बाद paraboloid के अंदर chrome plating, paint या किसी और तरीके से finish किया जा सकता है
इससे मौजूदा 48x सीमा से ज़्यादा sunlight concentrate की जा सकती है
लेकिन कुछ applications में 20cm x 20cm square focus बेहतर हो सकता है
अगर कुछ पकाना हो, तो heat को पूरी baking sheet में फैलाना समान cooking के लिए बेहतर है
उसने उसे सही दिशा में कैसे fix किया था, यह मुझे ठीक से नहीं पता। इस मामले में शायद surface shape का perfect न होना उल्टा अच्छा रहा होगा
शेयर करने के लिए धन्यवाद। सच में शानदार है। अगर मेरे पास yard या बनाने की जगह होती, तो मैं एक छोटा heat engine चलाने के लिए ऐसा कुछ assemble करके देखना चाहता
खुद बनाना और सूरज से आने वाली मुफ्त energy का इस्तेमाल करना निश्चित रूप से मज़ेदार है
पहला solar gratin खाते समय खास तौर पर खुशी हुई थी
दरअसल मैं खराब मौसम वाले दिन बिस्तर में और देर तक पड़े रहने का बहाना ढूँढ रहा हूँ
बहुत शानदार। सोच रहा हूँ कि क्या आपने non-imaging collector (anidolic solar collector) देखा है। मेरी समझ के मुताबिक यह mirror या lens आधारित collectors से वास्तव में ज्यादा efficient है, क्योंकि इसमें precise aiming की जरूरत नहीं होती और यह indirect sunlight भी collect कर सकता है
अगर मैंने ठीक समझा है, तो इसकी मुख्य विशेषता यह है कि यह light को focus पर इकट्ठा करने के बजाय diffuse करता है
इसलिए मुझे पक्का नहीं कि यह मेरे project पर लागू हो पाएगा
यह ठीक-ठीक कैसे काम करता है, इसे पूरी तरह समझने के लिए और खोजबीन करनी होगी। hint के लिए धन्यवाद
क्या मेरी समझ सही है कि हर mirror piece और backplate के बीच का angle निर्माण के दौरान एक बार fix कर दिया जाता है, और उसके बाद dynamically बदलता नहीं है?
इस तरीके का फायदा यह है कि हर mirror के लिए दो motors चाहिए होने के बजाय पूरे panel के लिए केवल दो motors चाहिए होते हैं
नुकसान यह है कि दिन में केवल कुछ घंटों तक ही light concentrate होती है
मुझे 2000 के आसपास Directv satellite dish से बनी एक मिलती-जुलती चीज़ याद है
बहुत simple थी। satellite dish की parabolic surface को mirror जैसा बनाया गया था, dish में एक छेद किया गया, और उस छेद से छत पर पड़ने वाली light beam को photosensor से track किया जाता था। कुछ motors और ICs से dish को सूरज की position के अनुसार move किया जाता था