Трекер устройство слежения за солнцем своими руками. Система слежения за солнцем для солнечных батарей. Описание принципиальной схемы системы слежения за солнцем

На вопрос, чем отличается металлическая печь от каменной, многие отвечают с улыбкой и без малейших колебаний – материалом изготовления. За такой ответ можно поставить тройку по пятибалльной системе оценки знаний. Чтобы получить более высокий балл, ознакомьтесь с главными и принципиальными отличиями, эти знания вам очень пригодятся во время изготовления своими руками металлической печки для бани.

Каменная печь сложена из тяжелых кирпичей, следовательно, имеет большую массу. А все тела с большой массой характеризуются значительной инерцией – они долго нагреваются и долго отдают тепло. Для бани это неплохо, но только при одном условии – устройство топки должно обеспечивать максимальную температуру горения дров, в противном случае придется длительное время протапливать помещения.

Металлическая печь наоборот, имеет малую массу, быстро нагревается и столь же быстро остывает. Эти особенности выдвигают принципиально новые требования к топке, дрова в ней должны гореть как можно дольше. Только таким образом можно длительное время поддерживать печь в горячем состоянии.

Еще одно важное требование к топке связано с особенностями стали. При нагреве всего до +150°С начинает происходить распад мартенсита, он рекристаллизует и полигонизует, изменяются физические свойства металла.

Посмотрите на таблицу, при такой температуре металлическая печь не изменяет цвет, нам кажется, что все нормально, а это уже не так. Низкотемпературный отпуск происходит при температуре металла до +250°, сталь теряет устойчивость к динамическим нагрузкам.

Темно-коричневый цвет печи указывает, что металл нагрелся до температуры +550°С, а при этих показателях начинается среднетемпературный отпуск стали, мартенсит превращается в феррит и цементит. Кристаллические превращения металла изменяют его линейные характеристики. Вы обращали внимание, что листовое железо после сильного нагрева и остывания не возвращается к первоначальным размерам? Оно может вспучиться, потерять линейность и т. д. Внешний вид печки становится «очень оригинальным» и далеким от первоначального.

Но довольно часто металлическая печь нагревается еще больше и становится ярко-красной. Такой цвет появляется при температуре нагрева +900°С. А это уже высокий отпуск, металл становится очень мягким и пластичным, значительно увеличиваются явления остаточной деформации. Печь может перекосить, сварные швы могут не выдержать появившихся статических усилий. Как предупредить такие негативные явления? Полностью избавиться от них не удастся, но есть способы минимизации. Они помогут увеличить время эксплуатации металлической печки и улучшить комфортность банных процедур за счет увеличения времени поддержания благоприятной температуры в помещении.

Уверены, что эти знания помогут вам минимизировать негативные последствия слишком сильного нагрева металлической печи. Сделать это можно двумя способами: специальной подготовкой металла и особенностями устройства топки.

Предварительная подготовка металла

После того как вырезаны все отдельные элементы печи, наиболее нагревающиеся детали предварительно отпустите. Сильнее всего греются боковые и верхние части и дверка топки. Нагрейте их любым способом до красного цвета и медленно охлаждайте. После отпуска листы могут немного покоробиться, это не страшно, молотком подровняйте их до первоначального состояния. Еще раз проверьте размеры, если они изменились в заметных пределах, отрежьте до нужных параметров. Этот простой способ исключит коробление печки во время ее эксплуатации.

Особенности конструкции топки металлической печи

Большинство металлических печей выдают максимальное количество тепла за минимальное время, дрова очень быстро перегорают, поверхности нагреваются до высоких температур. Поддерживать нормальную и стабильную температуру в парной невозможно – приходится часто подкладывать дрова. В помещении то слишком жарко, то холодно. Почему так происходит? Подобные печи в большинстве случаев имеют колосниковые решетки. Их наличие оправданно в каменных печах, мы уже упоминали, что эти печи нужно быстро нагревать. Сильное горение пламени обеспечивается большим количеством воздуха, попадающим сквозь колосники в пламя.

Колосники делаются из металлических прутков, листового металла многочисленными просверленными отверстиями или литого чугуна, отличаются размерами отверстий и т. д.

Дрова лежат на решетке, поступление воздуха ничем не регулируется, наоборот, принимаются все меры для увеличения тяги, что автоматически ускоряет процесс горения. Больше всего нагревается верхняя часть печи, чуть меньше боковины, а низ и фронтальная часть нагреваются незначительно.

Цены на листовую сталь

листовая сталь

Такой режим горения крайне негативно сказывается как на длительности эксплуатации печки, так и на комфортности пребывания в парной. Приходится огонь периодически заливать водой, если мало воды – пламя быстро вновь разгорается, если много – горение может вообще прекратиться. Одним словом, банный день вместо удовольствия приносит головную боль.

Что предлагаем мы? Решение очень простое – не делайте колосники с поддувалом, пусть дрова лежат на дне печки, а не на колоснике. Дверку топки максимально герметизируйте, можно по периметру использовать асбестовый шнур или минеральную вату.

В дверке топки проделайте отверстия с обыкновенной подвижной заслонкой для регулирования количества подаваемого воздуха. Одна закладка дров в такой печи будет гореть более часа, есть возможность регулировать температуру нагрева поверхностей. Кроме того, прогреваться будет вся площадь печки. Работы по изготовлению печи за счет отсутствия колосника и зольника упростились, а эффективность и удобство пользования увеличилось.

Как видите, все знания нам пригодились, их можно использовать не только во время изготовления печки для бани. С теорией мы разобрались, пора переходить к практике.

Краткое описание и размеры металлической печки

Наша конструкция будет иметь отдельный бак для нагрева воды и встроенную в верхнюю часть печи каменку. Пламя со всех сторон нагревает каменку, это значительно повышает коэффициент полезного действия печи. Размеры можете брать произвольные, учитывайте параметры парной и количество одновременно моющихся людей. Мы для примера даем размеры своей печки.

1. Внешняя каменка. Ширина 50 см, длина 50 см, высота 80 см.
2. Внутренняя каменка. Ширина 40 см, длина 40 см, высота 50 см. Расстояние между стенками внутренней и внешней каменки составляют пять сантиметров по периметру.
3. Печь. Ширина 50 см, длина 90 см, высота 50 см. Длину печки можете изменять, делать ее только под внешнюю каменку длиной 50 см (тогда бачок воды придется крепить со стороны на упорах) или увеличивать длину для увеличения объема бачка.
4. Бачок для воды. Ширина 40 см, длина 50 см, высота 60 см. В бачок помещается 120 литров воды, что вполне достаточно для помывки трех-четырех человек. Конечно, горячую воду нужно разбавлять холодной.

Инструкция по изготовлению металлической печи

Шаг 1. Заготовьте материалы. Для изготовления нужна листовая сталь, толщина чем больше, тем лучше. Но это может быть очень дорого, мы рекомендуем использовать листы толщиной 1,5÷2,0 мм.

Металлические листы 2 мм

Шаг 2. Сделайте эскиз печи с указанием всех размеров и частей. Подсчитайте количество деталей и их общую площадь. Это поможет вам определиться с потребностью листового железа.

Схема – пример банной печи

Шаг 3. Перенесите размеры на металл, вырежьте все элементы печи. Строго соблюдайте углы, они должны равняться 90°, противоположные боковины сделайте максимально одинаковыми. Резать металл нужно круглошлифовальной машиной, соблюдайте правила техники безопасности. Болгарка – очень опасный инструмент, шутить с ней не стоит, слишком тяжелые травмы в итоге можно получить. Заусеницы после обрезания заготовок следует убрать. Перед началом сваривания еще раз проверьте количество и размеры всех деталей.

Сваривание печи

Работы выполняйте на ровной площадке, освободите рабочее место от посторонних предметов. Начнем с изготовления каменки для печки.

Шаг 1. Поставьте на ребро две боковины под прямым углом, начинайте делать прихватки.

Отрегулируйте силу тока, электрическая дуга не должна перегревать металл – шов получится неравномерным и непрочным. Прихватывайте по несколько миллиметров, на один угол достаточно 4÷5 прихваток. Постоянно контролируйте положение боковин. Сварной шов после остывания ведет листы в сторону, выравнивайте их положение. Проверьте угольником углы. Таким же образом прихватите две оставшиеся боковины каменки.

Шаг 2. Поставьте две подготовленные заготовки вместе, при необходимости откорректируйте углы и прихватите противоположные грани каменки. У вас получился короб каменки, осталось сделать дно и крышку.

Четыре соединенных листа-заготовки, образующих короб

Шаг 3. Прихватите дно и крышку. Во время вырезания вручную заготовок добиться идеальных размеров невозможно, всегда будут отклонения. Это не страшно, перед прихватыванием дна и крышки устанавливайте их таким способом, чтобы разбежность размеров были со всех сторон приблизительно одинаковыми. Щели в несколько миллиметров без проблем заварятся. Чтобы крышка не упала в короб, кладите одну строну на любую подставку, главное, чтобы она была тонкой и не нарушала нужное положение детали. С каждой стороны каменки сделайте по несколько прихваток, как и всегда, обращайте внимание на положение элементов и при необходимости исправляйте отклонения.

Для дна внутренней каменки лучше взять лист толщиной 10 мм. На него приходится главный «улар» пламени, слишком тонкое дно может довольно быстро прогореть и дым начнет поступать в парную. Когда короб каменки полностью прихвачен, наложите полноценные швы.

Шаг 4 . Проделайте дверку в каменке. Положите короб горизонтально и сделайте разметку. Вырезать отверстие можно болгаркой или сваркой.

В нашем варианте каменка состоит из двух частей: внутренней и внешней. Внешняя должна иметь размеры по периметру больше внутренней примерно на 10 сантиметров для прохода пламени и дыма в дымоход. Внутренняя каменка устанавливается во внешнюю на трубах, диаметр труб произвольный.

Шаг 5 . Проделайте в нижней части внешней каменки отверстия под трубы, на них будет стоять внутренняя каменка. Если у вас нет труб, можете использовать металлические прутки или арматуру. Следите, чтобы отверстия были горизонтальными и на одной высоте с двух сторон боковин внешней каменки.

Таким же способом прихватите внешнюю каменку, топку печи и бак для воды. В топке вырежьте отверстия под дрова. Рекомендуем делать отверстия с таким расчетом, чтобы отрезанные части листа можно было использовать в качестве дверок. Для этого в топке делайте на 1 см отверстия больше, чем в каменке, из этой заготовки можно будет сделать к ней дверку – экономится материал.

Видео – Изготовление печи из металла для бани (часть 1)

Сборка отдельных элементов печи в единую конструкцию

Шаг 1. Заготовьте четыре пластины для сваривания двух каменок. Размеры пластин по длине должны отвечать размерам отверстия внешней каменки.

Шаг 2. В верхней части внешней каменки вырежьте отверстия под дымоходную трубу. Размеры отверстия должны отвечать имеющейся у вас трубе и обеспечивать необходимую тягу в топке.

Цены на дымоходные трубы

дымоходная труба

Шаг 3. По периметру отверстия в печке под каменку приварите металлические полосы высотой примерно 2 сантиметра, размеры проема должны отвечать размерам внешней каменки.

Изнутри топки приварите уголок 45×45 м, одна сторона уголка должна выходить в отверстие под каменку и образовывать квадрат. Сторона квадрата должна быть на 0,5÷1 см меньше размеров каменки. На эти полки в отверстии печи будет упираться конструкция. Для увеличения герметизации мета установки каменки используйте листовой асбест, вырежьте из него полоски шириной два сантиметра и положите между дном каменки и упорами из уголка. Разъемное соединение облегчит установку печки в парной. Конструкции печи изготовлены из толстой стали, имеют большие размеры и вес, приварить каменку к печи нецелесообразно. Намного удобнее сделать ее сборно/разборной, это облегчит транспортировку и установку.

Шаг 4. На петлях приварите дверку топки. Двойным швом проварите все предварительно сделанные конструкции. Шов лучше класть снаружи и изнутри.

Шаг 5. Вставьте внутреннюю каменку на место, она должна стоять на трубах и иметь вертикальное положение. С помощью заготовленных пластин соедините отверстия внутренней и внешней каменки. Если крепление внутренней каменки вызывает сомнения – закрепите ее сверху отрезками металла, угольниками или арматурой. Эти крепления будут скрытыми, можете использовать любые отходы металла.

Отверстие закрыто дверцей. По периметру дверцы асбестовый шнур, крышка крепится болтами

Шаг 6. Приварите верхнюю крышку внешней каменки. Прорежьте в ней отверстие под трубу дымохода. Проверьте качество всех швов, при необходимости поправьте пропуски.

Каменка почти готова. Отсталость только сделать технологическое отверстие для очистки сажи, падающей из трубы и продумать установку печи. Сажа будет накапливаться на крышке внутренней каменки. Сбоку внешней стенки каменки сделайте отверстие, закрывайте его крышкой на болтах, для герметизации используйте асбестовый шнур. Аккуратно отшлифуйте болгаркой все углы, снимите заусеницы.

Устанавливать печь мы предлагаем на металлические ножки. Высота ножек не менее 40 сантиметров, внизу обязательно следует класть асбест, сверху металлический лист. Это правила пожарной безопасности.

Видео – Печка для бани (этапы сборки двойной каменки и установки ее на сваренную топочную камеру)

Видео – Печка для бани (заключительная часть)

Мы уже упоминали, что каждый мастер по ходу изготовления печи может вносить свои изменения и корректировки с учетом собственных предпочтений и индивидуальных характеристик парной. Изменения касаются не только размеров печи, но и ее конструкции. Даем несколько подсказок для возможного использования.

Ножки лучше делать в виде продольных салазок – значительно уменьшается давление на половое покрытия, нагрузки распределяются равномерно на несколько половых досок. Это очень важно, сама печь довольно тяжелая, а еще нужно иметь в виду вес камней и воды. Для изготовления ножек подойдет любой имеющийся металл подходящих размеров, а для салазок можно взять угольник 50×50 мм. Концы салазок не должны выступать за периметр печки, в противном случае можно травмировать ноги.

На дно и по бокам печки можно положить огнеупорные кирпичи – меньше греется металл и дольше держится тепло. Огнеупорные кирпичи бывают двух видов: проводящие тепло (тяжелые) и изолирующие тепло (легкие). Вторые используются для кладки плавильных печей, они сохраняют поверхности холодными, несмотря на огромную температуру внутри. Не ошибитесь, не берите такие материалы. Огнестойкий кирпич для печки бани должен хорошо проводит тепло, обращайте на это внимание. Если планируете класть кирпичи, то увеличьте размеры топки на размеры кирпича.

Цены на огнеупорный кирпич

огнеупорный кирпич

Дверки топки и каменки можно изготовить из пластин, получаемых после вырезания отверстий. Для этого делайте срезы максимально ровными, для уменьшения ширины прореза пользуйтесь тонкими дисками. Работать с ними труднее и дольше, но в итоге у вас все равно будет экономия времени – не придется его терять на изготовление отдельных дверок. Само собой разумеется, что экономится и металл.

Размеры дверок будут меньше размеров отверстий на ширину среза, дверки могут «проваливаться» внутрь топки или каменки. Чтобы исключить такие ситуации следует приварить с обратной стороны отверстий упоры для дверок. Можете использовать неширокие полоски металла. Желательно упоры приваривать по всему периметру отверстий, а не в нескольких точках, таким образом вы увеличите герметичность закрывания дверок.

Лучше делать из нержавейки, для сварки нержавейки нужно пользоваться специальными электродами. Настраивайте ток сварочного аппарата специально под нержавейку, помните, что ее варить сложнее, требуется определенный опыт.

Цены на баки из нержавеющей стали

бак из нержавеющей стали

Если в бане моются маленькие дети – обязательно сделайте вокруг печки защитное ограждение. Оно может быть переносным или стационарным, не имеет значения. Главное, чтобы ограждение гарантировало безопасность детей.

Если во время эксплуатации печи обнаружилось, что ее мощности не хватает для обогрева помещения – не расстраивайтесь. Показатели теплоотдачи печки можно значительно улучшить за счет увеличения эффективной площади. Приварите по бокам и сверху любые металлические пластины, они будут выполнять роль радиаторов-теплообменников. Есть еще один способ увеличения теплоотдачи. Для этого понадобятся изогнутые дугой трубы диаметром примерно 50 сантиметров. Приварите их к боковинам печки, один конец трубы должен располагаться под печкой, а второй над ней. В результате разности температур в трубах появится тяга, холодный воздух втягивается с пола под печкой и выкидывается горячим над ней. Печь будет работать по принципу печки Булерьян.

На дверке топки рекомендуем сделать регулируемую подачу воздуха. Самый простой способ – изготовить поддувало из трубы. Понадобится кусок трубы длиной ≈10 сантиметров и отрезок листового металла такого же размера. Сделайте посредине двери отверстие под диаметр трубы. Из листового металла вырежьте круг с диаметром на несколько миллиметров меньше условного прохода трубы. В стенках трубы просверлите два отверстия, они должны лежать строго на одной лини и на оси трубы. Расстояние отверстий от конца трубы не менее половины диаметра, в противном случае заслонка не будет полностью перекрывать просвет, что ухудшит возможности регулировки количества подачи свежего воздуха.

В отверстия вставьте отрезок катанки соответствующего диаметра, верхний конец согните в виде ручки. К катанке приварите вырезанный из листовой стали кружочек, зафиксируйте изготовленную заслонку к отверстию в дверке топки.

Есть еще один способ изготовления регулируемых отверстий дверки. Просверлите в нижней части отверстия диаметром 10÷20 мм, центры отверстий должны лежать на одной линии. Снизу и сверху отверстий приварите металлическую пластину, расстояние между пластинами и дверкой должно равняться толщине задвижки. Пластины будут служить направляющими для задвижки. По мере надобности во время топки печи открывайте одно или несколько отверстий.

Это еще не все возможные усовершенствования металлической печки, думайте сами и занимайтесь техническим творчеством. Этот процесс приносит настоящее удовольствие, поверьте профессионалам.

Печка в настоящей русской баньке должна быть экономичной и выделять здоровое тепло. По этим критериям дровяные отопители выигрывают у электрических и газовых теплогенераторов. Но есть и третий, не менее важный плюс: сделать металлическую печь для бани вы можете своими руками при условии, что неплохо владеете электросваркой. Кирпичный вариант обогревателя тоже хорош, но не всем доступен из-за цены материалов и сложностей кладки в готовом помещении парной. Так что выбирайте самодельный агрегат из предложенных в нашей публикации моделей и приступайте к изготовлению, пользуясь пошаговой инструкцией и чертежами.

Выбор конструкции банной печи

В идеале источник тепла, сделанный из металла, должен отвечать следующим требованиям:

1. Быстро прогреваться и поднимать температуру в парилке. С этим железные печки справляются отлично.
2. Как можно дольше сохранять тепло. Поскольку сталь быстро нагревается и охлаждается, понадобится устройство каменки, аккумулирующей теплоту, либо увеличение длительности горения топки. Третий вариант – после установки обложить банную печь кирпичом.
3. Занимать в парной минимум полезной площади. Если объем этого помещения слишком мал, то лучше выбрать вертикальную конструкцию с загрузочной дверцей, вынесенной в предбанник.
4. Отопитель должен быть безопасным для моющихся в бане людей. Чтобы уберечься от ожогов, на корпус можно установить конвекционный кожух из тонколистового железа или, опять же, построить вокруг корпуса кирпичную стенку.

Примечание. Длительность горения возрастает вместе с объемом топливной камеры агрегата. Здесь нужно найти разумный баланс между размерами печки и продолжительностью ее работы. Маленький топливник придется постоянно загружать дровами, вместо того, чтобы спокойно мыться, а большая печь отнимет половину площади парной.

Железные печи для бани, изготавливаемые своими руками, бывают следующих конструкций:

• с корпусом, ориентированным в пространстве вертикально или горизонтально;
• растапливаемые прямо из парилки либо из соседней комнаты (делается выносная дверка топливника);
• с баком для воды и без него;
• с наружной или внутренней каменкой.

Каменка вертикального типа

Вертикальный корпус печки, изображенной на фото, дает 1 преимущество – экономию места в бане. Недостатков больше: малая продолжительность горения (из-за того, что пламя охватывает всю закладку дров) и не слишком высокая теплоотдача. По этим важным параметрам горизонтальный банный отопитель выигрывает у вертикального, но в то же время занимает большую площадь.

Горизонтальная печка с каменкой и баком

Если в бане отсутствует электрический водонагреватель, ничего не стоит поставить на печь или дымоход бак нагрева воды, предназначенной для помывки. Его можно сварить из обычного металла, а лучше из нержавейки. Есть и более удобный способ подогрева воды: бачок, расположенный в моечной, соединяется трубами со стальным теплообменником самоварного типа, установленным на дымоходной трубе.

Стальной теплообменник на дымоход

Открытая каменка, доставшаяся нам от финской сауны, нагревается максимум до 400 °С, зато ее можно полить водой с целью «поддать парку». Каменки, закрытые внутри корпуса печки, аккумулируют больше тепла, прогреваясь до 700-800 °С, но при этом загрязняются проходящими дымовыми газами и оттого требуют периодической очистки.

Справка. Некоторые умельцы собирают металлические печи с внутренней кирпичной кладкой, чья схема показана выше. Они долго служат без прогорания стенок, но сложны в изготовлении, да и шамотный кирпич стоит денег. Подробности о различных банных отопителях вы сможете узнать, просмотрев видео:

Подготовка материалов

Лучше всего делать печь в баню из стальной трубы диаметром 300-500 мм или газового баллона. Причин несколько:

• труба – это уже готовый корпус агрегата, что упрощает дело;
• цилиндрическая форма предпочтительнее прямоугольной из соображений аэродинамики (обтекания воздухом) и теплоотдачи;
• сводчатые стенки без швов прослужат дольше плоских;
• круглый топливник проще чистить от золы и сажи.

Совет. Из листового металла толщиной 2 мм сподручнее делать зольник, а на дверцы пойдет железо 3 мм. Старайтесь не использовать высокоуглеродистую сталь марки выше Ст35, которая может прикаливаться от воздействия высокой температуры, деформироваться и лопаться по швам. Правильная печь сваривается из марки Ст3.

Этапы изготовления дверец

Колосниковую решетку можно изготовить из уголков либо арматуры периодического профиля. Бюджетный вариант – лист толстого железа с продольными прорезями, покупной – литые чугунные колосники. Дверцы желательно выполнить двухслойными с прокладкой из базальтового волокна (на фото), чтобы не обжечься при случайном прикосновении.

Печь каменка – руководство по изготовлению

Предлагаем вашему вниманию 3 распространенных конструкции металлических печек для бани:

• простая горизонтальная печь из баллона, растапливаемая внутри парной;
• каменка из трубы 530 мм с выносным топливником;
• вертикальный банный котел «три в одном».

Первый вариант привлекателен простотой в изготовлении, небольшими размерами и мобильностью. Для самоделки потребуется старый пропановый баллон диаметром 300 или 500 мм и обрезки металлопроката. Второй отопитель отличается дополнительной секцией с дверцей, встраиваемой в проем стены парной, и открытой каменкой. Третья модель – это целый котел, состоящий из трех отсеков – топливника, закрытой каменки и бака для нагрева воды.

Совет. Если подыскать хорошую трубу или баллон не удается, варите печку по чертежу из листовой стали толщиной не менее 3 мм (лучше – 5 мм). Сначала вам придется выполнить ряд операций по сборке топки – нарезка заготовок и сваривание их между собой с четким соблюдением углов 90°.

На чертежах — варианты отопительных агрегатов из листового железа

Свариваем простую печку

Первое, что нужно сделать, - правильно отрезать крышку баллона по заводскому шву. Для этого открутите рожковым ключом газовый вентиль и наполните емкость водой, после чего можно работать болгаркой.

Справка. Пропан тяжелее воздуха, а потому неохотно покидает закрытые сосуды. Чтобы не получить взрыв при резании металла, его принято вытеснять оттуда с помощью воды.

Сборку отопителя выполняйте по представленному чертежу, соблюдая такой порядок:

1. Вырежьте в торце крышки проемы для монтажа дверок и в корпусе под дымоходный патрубок. Из полос металла сделайте обрамления загрузочной и зольной дверцы, приварите их к проемам.
2. Соберите на сварке колосниковую решетку и поставьте ее на уголки, закрепленные внутри баллона. Приварите отрезанную крышку на место.
3. Изготовьте створки, как показано на фото. Установите их на петли и прикрепите запоры.
4. Приделайте к корпусу ножки и дымоходный патрубок.

После сборки печка для бани из газового баллона растапливается на улице с целью выжечь всю старую краску. Затем ее можно обезжирить и окрасить заново, используя термостойкий состав серии КО.

Изготовление агрегата с выносной топкой

Чтобы сделать такую печь, нужно заготовить детали из металла и подрезать трубу в размер, ориентируясь по чертежу:

Совет. Подготавливая металл для дополнительной секции обогревателя, замерьте толщину стены между парилкой и предбанником. Так вы узнаете ширину наращиваемой части, которая войдет в проем перегородки.

Дальнейшие работы выполняйте по инструкции:

1. Вырежьте в верхней части трубы отверстие, приварите к нему патрубок дымохода, а снизу топливника - ножки. Поставьте колосники, как описывается в предыдущем разделе.
2. Изготовьте переднюю секцию и сваркой прикрепите ее к топке. К тыльному торцу корпуса приварите глухой диск из металла.
3. Сделайте утепленные базальтовой ватой дверцы с ручками и установите их на место.

Важный момент. Нижняя плоскость выносной топки должна быть заподлицо со стенкой трубы для удобства очистки зольника.

Сверху к готовой печке осталось приварить раму для каменки из уголков, обшитых крупноячеистой металлической сеткой. После обжига, окрашивания и монтажа в бане по месту наполните сетку специальными камнями из списка:

• базальт;
• галька речная;
• габбро-диабаз;
• талькохлорит.

Как на практике изготавливается похожая банная печь, подробно рассказывается на видео:

Делаем вертикальный котел

Особенность круглого агрегата, представленного на чертеже – наличие 3 камер – топливной, каменки и водяного бака. Их величина может варьироваться по вашему желанию, например, чем большие размеры топки вы сделаете, тем дольше будет гореть 1 закладка дров. Увеличение каменки позволит аккумулировать больше тепла, выделяющегося продолжительное время после прогорания топлива.

Совет. Не стоит сильно наращивать объем бака с водой, иначе он не успеет прогреться к моменту помывки.

Порядок сборки котла выглядит так:

1. Вырежьте заготовки перегородок, дна и крышки из металла толщиной не менее 5 мм. Подготовьте торцы трубы и сварите колосники круглой формы.
2. В корпусе выполните проемы для дверок и люка загрузки камней.
3. Сделайте в перегородках отверстия для дымохода и установите их внутри трубы. Крышку бака закрепите на петлях.
4. Изготовьте дверцы из полукруглых вырезанных кусков и поставьте их на навесы.
5. Установите дымоходный канал и кран для слива воды в нижней части бака.

При желании даже в этой печи можно сделать выносную топку. Для этого нужно нарастить загрузочный и зольный канал, приваривая сбоку к трубе заготовки из металла требуемой ширины, как изображено выше на фото. Правильная сборка подобного теплогенератора детально показана на следующем видео:

Установка печи в бане

Поскольку правильная парилка всегда строится из дерева, главное требование при монтаже дровяного отопителя – пожарная безопасность. Чтобы его выдержать, соблюдайте простые правила:

• печку нельзя ставить прямо на деревянный пол, а только на лист железа, выступающий впереди топки на 70 см;
• обшивку стен из горючих материалов тоже нужно защитить от возгорания листами кровельного железа или минерита;
• при установке обогревателя с выносом топливника проем в деревянной перегородке также обшивается негорючими материалами, как это сделано на фото;
• расстояние от изолированной дымоходной трубы до строительных конструкций из дерева – 38 см.

Канал для отвода продуктов горения на улицу рекомендуется делать из двустенного сэндвича с наполнителем из базальтовой ваты. Нередко для изоляции дымохода применяется тот же водяной бак квадратной формы, встраиваемый прямо в перекрытие. Как правильно устанавливается печка в бане, изображено на схеме:

Важно. Не применяйте внутри помещений бани листовой или шнуровой асбест для тепловой изоляции, он выделяет вредную для здоровья пыль.

Заключение

Когда домовладелец стоит перед выбором – сложить каменную банную печь или поставить металлическую, то большинство склоняется ко второму варианту как более экономному. Самодельная железная печка выйдет еще дешевле, вдобавок она идеально подойдет по всем параметрам, ведь вы сами продумаете ее конструкцию. Не владеете сварочным делом? Сэкономьте иначе, заказав сборку агрегата в специализированной мастерской.

Инженер-конструктор с опытом работы в строительстве более 8 лет..
Закончил Восточноукраинский Национальный Университет им. Владимира Даля по специальности «Оборудование электронной промышленности» в 2011 году.

Похожие записи:

Имеют в том случае, если они перпендикулярно расположены по отношению к лучам Солнца, падающим на них. Когда в конструкции присутствует солнечный трекер, его поворотный механизм позволяет батареям поворачиваться вслед за светилом, не теряя при этом уровня работоспособности.

Солнечный трекер обеспечивает регулярное слежение за Солнцем, позволяющее панелям «ловить» его лучи и вбирать в себя максимальное количество света.

Преимущества устройства и принцип его работы

Безусловно, главное преимущество - повышение КПД гелиосистемы почти на 50% (в среднем, от 40 до 45%). Оптимальный угол падения солнечных лучей - 90°. Именно трекер и обеспечивает такой угол наклона, поворачивая батареи в нужном направлении. Установка такого устройства позволит не беспокоиться о необходимости монтажа дополнительных панелей. Это может быть сопряжено с нехваткой места и иными техническими сложностями.

Благодаря электронной системе, в которую входит специальный приемник с функцией GPS навигации, трекер точно может определить, где находится Солнце. Спутник системы GPS дает сигнал, который система «ловит», и, исходя из этого, контролирует движение батарей в ту или иную сторону. Главный действующий элемент в данном случае - так называемый серводвигатель. Он изменяет то направление, в котором движется вал. Что же касается принципа перемещения, он может быть разным. Исходя из него, конструкции трекеров разделяются на несколько видов.

Виды солнечных трекеров

На основании действия осей вращения, устройства бывают:

• с осью, вращающейся в горизонтальном направлении
• ось вращается вертикально относительно земной поверхности;
• происходит вращение оси «по наклонной» (средний вариант между первыми двумя);
• с осью, ориентированной на Полярную звезду ;
• двуосные трекеры, с большей амплитудой движения и широкими возможностями (обладают самой высокой степенью свободы).

Вопрос стоимости и целесообразность приобретения.

Такое устройство будет стоить очень дорого. Средняя стоимость любого подобного устройства начинается от 200 000 рублей и выше. Более того, его электромеханика довольно сложная и хрупкая. Под влиянием внешней среды с дорогостоящим прибором может случиться любой непредвиденный казус.

Поэтому любители электроники уже давно наловчились изготавливать солнечные трекеры самостоятельно. Это может показаться удивительным, но самодельные устройства чаще всего работают гораздо эффективнее и надежнее, а материальные вложения мастеру нужно будет сделать минимальные.

Безусловно, собранное своими руками устройство не будет таким «презентабельным» внешне, как покупное. Но простая двуосная конструкция, изготовленная самостоятельно, полностью окупит время и усилия. Важно и то, что если она по тем или иным причинам выйдет из строя, домашний мастер будет вполне в состоянии починить.

Основные элементы конструкции и их назначение

Для начала следует определиться, какие основные элементы гелиосистемы нам понадобятся:

• две солнечные панели;
• два сервопривода (или движка);

Прежде всего, понадобятся две простые солнечные панели мощностью от 3 до 5 Вт каждая. На выходе у нее имеется напряжение 6 вольт, что при последовательном соединении двух батарей дает 12 вольт с небольшим. На обратной стороне панели имеется USB-гнездо, а также «пятачки», благодаря которым можно делать пайку.

Из трех сегментов батареи, соответственно, имеется три выхода. Каждый сегмент (выход) генерирует по 2 вольта. Иными словами, при подключении, в зависимости от надобности, можно получить на выходе 2,4 либо 6 вольт.

Следующий необходимый узел - это сервопривод, точнее, два. Один будет поворачивать солнечную батарею по горизонтальной оси, а другой - по вертикальной. Благодаря таким простым движкам можно получить настоящий электропривод гелиоустановки.

Эти движки - непростые, так просто они вращаться не станут. Их необходимо немного доработать. В наборе с каждым приводом идут пластиковые диски, крестовины и винты для их крепления. Для крепления двигателей можно приобрести металлические кронштейны - чтобы закрепить их между собой в единую конструкцию. В наборе с кронштейнами также идут несколько необходимых элементов - в частности, крепежные винты, подшипник и диски.

И последний элемент - контроллер заряда, который будет принимать энергию от солнечных батарей и передавать ее в аккумулятор.

Начинаем работу с электронной начинки. Схема проста и легка для повторения. В ней можно поменять все, что угодно, на свое усмотрение, перебрав в Интернете несколько вариантов и предварительно собрав их воедино. Можно, например, поменять номиналы переменных и постоянных резисторов, спроектировать схему печатной платы на свое усмотрение - и получится работающий и долговечный электропривод гелиоустановки.

Изготовление схемы методом ЛУТ

Для начала схему платы нужно распечатать на специальной бумаге для ЛУТа (лазерно-утюжная технология). Бумага с наружной стороны глянцевая, с внутренней - обычная, матовая. Печатать придется на лазерном принтере, на глянцевой стороне. После контакта с утюгом плате нужно дать остыть, а потом отсоединить ее от матовой основы. Делается это легко, смывать ничего не потребуется.

Далее плата аккуратно переносится с бумаги на текстолит, который предварительно обезжиривается. Лучше всего сделать это мелкой наждачкой. Отрываем маленький кусочек и просто зашкуриваем. Далее прикладываем рисунок к плате и утюжим пару минут. Аккуратно снимаем приклеившуюся к текстолиту глянцевую основу. Если все было сделано аккуратно, схема благополучно будет перенесена на текстолит.

Обычно все переносится аккуратно, вплоть до мелкого текста. После этого главное - чтобы вытравились мелкие детали. При наличии на схеме небольших помарок они исправляются обычным маркером.

Далее плату необходимо вытравить. В качестве раствора для травления применяется персульфат аммония, его можно приобрести в радиотоварах. Один и тот же раствор можно использовать несколько раз. Перед использованием жидкость подогреть до 40-50°С, это значительно ускорит процесс травления. Травить следует минут 20, в специально подобранной пластиковой емкости. По истечении 20 минут нужно снять тонер - с помощью той же мелкой наждачной бумаги либо ацетона.

После этого в схеме аккуратно просверливаются все обозначенные отверстия, и можно приступать к постепенному спаиванию всей конструкции.

«Начинка» электросхемы и сборка

Для сборки понадобятся:

• «сердце» устройства - электронный усилитель LM 324 N;
• панель под усилитель;
• два транзистора типа 40 2С;
• два транзистора типа 40 1С;
• один керамический конденсатор номер 104;
• диоды (можно использовать любые, главное - чтобы они были не менее 3 ампер каждый; их понадобится 4 штуки);
• один резистор на 15 кОм;
• один резистор на 47 кОм;
• два фоторезистора;
• два подстроечных резистора - один на 100 кОм и другой на 10 кОм (резистор на 10 кОм отвечает за чувствительность фотодатчика).

После этого проводится спаивание схемы. При спаивании очень пригодится стандартный набор, состоящий из пластиковых гнезд и штекеров. Он прекрасно подходит для того, чтобы максимально качественно изготавливать любые самодельные схемы. На схеме, как правило, остается несколько перемычек. При всем старании сделать полностью печатную плату, без них все равно обойтись не получится.

В процессе отладки схемы обязательно понадобится такой элемент как концевой выключатель. Обычно их нужно два - чтобы своевременно прекращать вращение концевых двигателей, в том случае, если они начнут бесконтрольное вращение в процессе испытания. После того как устройство будет благополучно испытано, концевые двигатели собираются окончательно.

После отладки схемы следует приступить к вскрытию двигателя. Для этого нужно последовательно открутить четыре винта. Открываем верхнюю крышку двигателя. Внутри находится блок, состоящий из нескольких шестеренок. Все они металлические, вероятнее всего - из латуни. На главной шестерне имеется шпенечек, ограничивающий вращение двигателя. Лучше его сразу выдернуть небольшими плоскогубцами, так как физический ограничитель здесь не потребуется. Вместо ограничителей мы будем использовать те самые концевые выключатели, которые будут эффективно контролировать электропривод гелиоустановки во время его движения.

Плата управления находится с обратной стороны сервопривода. Под ней мы обнаруживаем всю «начинку». Провода, которые идут на плату управления, нужно будет отпаять и припаять напрямую на движок сервопривода. Таким образом, он превратится в небольшой двигатель постоянного тока. Он будет вращаться в обе стороны, в зависимости от полярности.

Напряжение и питание платы составляет 9-15 вольт. При желании можно выставить и меньше - например, 6,5 вольт.

При испытании схемы может оказаться так, что новоиспеченный электропривод гелиоустановки сразу начинает греться - по причине чрезмерного потребления тока. Ошибка часто заключается в том, что провода припаивают, прикасаясь к плате. При перепайке провода не должны касаться платы. Также их нельзя оставлять слишком близко к ней.

Предварительное испытание трекера

Готовое самодельное устройство слежения за Солнцем нужно предварительно испытать. Перед подключением оба резистора выкручиваются «в ноль» (против часовой стрелки), на них подается питание в 6,5 вольт, и двигатель, изготовленный из сервопривода, начинает быстро вращаться. При испытании можно сразу надеть на него насадку в виде двухлопастного пропеллера, идущую в комплектации, чтобы отслеживать вращение. При этом фоторезисторы должны иметь одинаковое освещение своих поверхностей.

Вращением 100-килоомного резистора по часовой стрелке (аккуратно, с помощью небольшой отвертки) добиваемся остановки двигателя. Находим то положение, в котором он либо почти останавливается, либо останавливается совсем. Теперь с помощью 10-килоомного резистора следует уменьшить чувствительность механизма, добавив ему немного сопротивления.

В процессе испытания следует время от времени слегка прикрывать пальцем поверхность то одного, то другого фоторезистора. Если на один резистор попадает меньше света, двигатель вращается в одну сторону, если на другой - двигатель вращается в другую сторону. В процессе испытания можно использовать лампу, которая послужит своего рода заменителем Солнца. По мере отворачивания конструкции от лампы двигатель, благодаря фоторезисторам, очень чутко реагирует на недостаток света и поворачивается в ту сторону, где его больше.

Далее проверяется работа концевых выключателей. Таким образом, готово устройство, которое будет вращать солнечную панель по оси Х. Чтобы она вращалась и по оси У, следует изготовить конструкцию, следуя абсолютно такой же схеме. В целом, понадобится два трекера для полноценного функционирования устройства.

Прикрепление трекеров к солнечным панелям

Сборка начинается с кронштейнов: двигатели собираются воедино. Для сопряжения двух частей кронштейна вставляем болтик и собираем «держатель» для двигателя, как и любой другой.
Далее принимаемся непосредственно за батарею. Вскрываем «коробочку» с электронной начинкой внутри и видим простой вариант: «один диод и десять граммов термоклея». Далее берутся два провода: со знаком «плюс» на первой панели, со знаком «минус» - на второй. Полярность, при желании, меняется так, как удобно.

Более надежно панели можно скрепить металлическим каркасом. Все крепится друг к другу с помощью термоклея и герметика. Главное, чтобы конструкция не имела прорех, а между двумя панелями посередине осталось расстояние в несколько сантиметров. Через него будут «выглядывать» фоторезисторы, следящие за Солнцем.

Далее на каркас (там же, посередине, над щелью) прикрепляется металлическая пластина из фольгированного текстолита. Фольгированный текстолит удобен своей практичностью. В отличие от пластика, он не плавится при нагревании на Солнце. Также в нем есть возможность легко проделать «дорожки» для фоторезисторов. На пластинку из текстолита наносятся контуры «дорожек» для светодиодов, по тому же принципу, что и основная схема - с применением специальной бумаги, проглаживанием утюгом и травлением.

Итак, концевой выключатель на движках обеспечивает ограничение их движения на 180 ° как по оси Х, так и по оси У. А высокочувствительные светодиоды «следят» за направлением солнечного света. Далее самодельная система отслеживания помещается в небольшой короб из дерева, предохраняющий провода от воздействия погодных условий и прочих неблагоприятных факторов.

Трекер для солнечных панелей - дорогостоящее и хрупкое устройство. Однако при его изготовлении своими руками оказывается, что есть прекрасная возможность обойтись без серьезных финансовых затрат. Движки, усовершенствованные собственноручно (с помощью концевых выключателей), - вариант более экономичный и надежный, который позволит панелям исправно поворачиваться в сторону Солнца в любую погоду и в любое время года.

Как известно, КПД солнечной панели максимально при попадании на нее прямых солнечных лучей. Но т.к. солнце постоянно движется по горизонту, то КПД солнечных батарей сильно падает, когда солнечные лучи падают на панель под углом. Чтобы повысить КПД солнечных панелей, применяются системы следящие за солнцем и автоматически поворачивающие солнечную панель для попадания прямых лучей.
В данной статье представлена схема устройства слежения за солнцем или по другому трэкер (Solar Tracker).

Схема трэкера проста, компактна и вы легко сможете собрать ее своими руками. Для определения позиции солнца, используются два фоторезистора. Мотор включен по схеме H-моста (H-bridge), который позволяет коммутировать ток до 500 мА при напряжении питания 6-15В. В темноте, устройство также работоспособно и будет поворачивать моторчик на наиболее яркий источник света.

Принципиальная схема устройства слежения за солнцем

Как видно на рисунке ниже, схема проста до безобразия и содержит микросхему операционного усилителя LM1458 (К140УД20), транзисторы BD139 (КТ815Г, КТ961А) и BD140 (КТ814Г,КТ626В), фоторезисторы, диоды 1N4004 (КД243Г), резисторы и подстроечные резисторы.

Из схемы видно, что мотор М приводится в движение при разных значениях на выходах ОУ IC1a и IC1b. Таблица истинности:

* или наоборот, зависит от подключения мотора

Транзисторы в схеме работают в паре, по диагонали, коммутируя +Ve или -Ve к мотору, и заставляя его вращаться вперед или назад.

Во время остановки мотора, он продолжает вращаться, т.к. присутствует вращающийся момент. Вследствие этого, мотор какое-то время генерирует мощность, которая может вывести транзисторы из строя. Для защиты транзисторов от противоЭДС в схеме моста используется 4 диода.

Входной каскад состоит из двух ОУ (IC1) и фоторезисторов LDR и LDR". Если количество света, попадающее на них одинаково, то сопротивления фоторезисторов также равны. Следовательно, если напряжение питания 12В, то в месте соединения фоторезисторов LDR LDR" будет напряжение в 6В. Если количество света попадающего на один фоторезистор будет больше, чем на другом фоторезисторе, то напряжение будет изменяться.

Ограничения (лимиты) от +V до 0V устанавливаются четырьмя последовательно соединенными резисторами и подстраивается 2-мя подстроечными резисторами. Если напряжение выйдет за пределы этих ограничений, то ОУ запустит мотор и он постоянно будет вращаться.
Подстроечный резистор 20K регулируют чувствительность, т.е. диапазон между лимитами. Подстроечник 100К регулирует то, насколько лимиты будут симметричны относительно +V/2 (точка баланса).

Настройка схемы:
1. Проверьте напряжение источника питания схемы
2. Подключите двигатель пост. тока
3. Установите фоторезисторы рядом, чтобы на них попадало одинаковое количество света.
4. Полностью выкрутите оба подстроечный резистора против часовой стрелки
5. Подайте питание на схему. Моторчик закрутиться
6. Вращайте подстроечник 100К по часовой стрелке до тех пор, пока он не остановится. Отметьте эту позицию.
7. Продолжайте вращать подстроечник 100К по часовой стрелке до тех пор, пока мотор не начнет вращаться в другую сторону. Отметьте эту позицию.
8. Разделите угол между двумя позициями пополам и установите там подстроечник (это будет точка баланса).
9. Теперь, вращайте подстроечник 20К по часовой стрелке до тех пор, пока мотор не начнет дергаться
10. Немного верните положение подстроечника назад (против часовой стрелки), чтобы мотор остановился (данный подстроечник отвечает за чувствительность)
11. Проверьте корректность работы схемы, поочередно заслоняя от света один и второй фоторезисторы.

Список радиоэлементов

Солнечный трекер представляет собой электронно-механическую систему, предназначенную для наведения солнечных панелей на Солнце. Система отслеживает положение Солнца на небосводе, и управляет сервоприводом, который поворачивает панели в соответствующем направлении. Применение подобного трекера позволяет получить максимальную производительность от солнечных батарей.

Большинство самодельных трекеров встречающихся в интернете собраны на Arduino, для определения положения Солнца используются фотодатчики. В зависимости от степени освещенности и взаимного расположения фотодатчиков, выполняется поворот в сторону наибольшего освещения. У такого способа имеются недостатки: неизвестно как поведет себя система в облачную погоду; низкая помехозащищенность в плане реагирования на лунный свет и яркие источники света, а также на отдельные облака.

Из-за наличия вышеперечисленных недостатков, я разработал свой вариант экономичного солнечного трекера на сервоприводах, обеспечивающего слежение за Солнцем по всей видимой области неба в любое время, независимо от географического местоположения.

Метод слежения за Солнцем

Положение Солнца на небе можно определить не только по освещенности фотодатчиков, но и по формулам небесной механики исходя из географических координат точки наблюдения и точного времени. Сейчас будет много определений и формул, относящихся к небесной механике, так что приготовьтесь напрячь извилины). Для наведения солнечных панелей нужно определить горизонтальные координаты Солнца, это высота и азимут. Центр данной системы координат совпадает с местонахождением наблюдателя, расчеты ведутся относительно плоскости математического горизонта.

Высота h – это угол между плоскостью мат. горизонта и направлением на светило, отсчитывается от 0⁰ до +90⁰ к зениту, и от 0⁰ до -90⁰ к надиру.

Азимут A – угол между полуденной линией (грубо говоря, направление на юг) и линией пересечения плоскости мат. горизонта с плоскостью вертикального круга светила. Отсчитывается от точки юга в сторону суточного вращения небесной сферы в пределах 0⁰…360⁰, или от 0⁰ до +180⁰ к западу и от 0⁰ до −180⁰ к востоку. Горизонтальные координаты светила постоянно изменяются, вследствие суточного вращения Земли.

Ниже приведены формулы для вычисления высоты и азимута светила:

h = asin (sinδ ∙ sinϕ + cosδ ∙ cosϕ ∙ cost);
A = atan2 (cosδ ∙ sint , cosδ ∙ sinϕ ∙ cost – sinδ ∙ cosϕ),

где δ – склонение светила, t – часовой угол светила, ϕ – широта точки наблюдения (0⁰…+90⁰ для северного полушария, 0⁰…-90⁰ для южного, 0⁰ – экватор).

Расшифровка функции atan2(y, x):

Как видно для расчета горизонтальных координат, необходимо вычислить склонение и часовой угол светила. Эти координаты относятся к первой экваториальной системе координат, где основной плоскостью является плоскость небесного экватора.

Склонение δ – угол между плоскостью небесного экватора и направлением на светило, отсчитывается от 0⁰ до +90⁰ в сторону северного полюса, и от 0⁰ до -90⁰ в сторону южного полюса.

Часовой угол t – двухгранный угол между плоскостью небесного меридиана и кругом склонения светила. Отсчитывается в сторону суточного вращения небесной сферы, к западу от верхней точки небесного экватора, в пределах 0⁰…360⁰, или от 00:00 до 24:00 (в часовой мере). Также часовой угол может измеряться в пределах от 0⁰ до 180⁰ (от 00:00 до 12:00) к западу и от 0⁰ до −180⁰ (от 00:00 до -12:00) к востоку. Часовой угол равен 0 в момент верхней кульминации светила, для Солнца в истинный полдень (не всегда совпадает с моментом времени, когда часы показывают 12:00 по местному времени).

Склонение Солнца изменяется в течение года (неравномерно) от -23,43⁰ до +23, 43⁰, вследствие орбитального движения Земли вокруг Солнца, и не связано с суточным вращением Земли. Определить склонение Солнца для любого дня года, проще всего из таблицы средних значений склонения за 4-х летний цикл. Таблицу можно скачать в конце статьи.

Часовой угол светила изменяется в течение суток (вследствие суточного вращения Земли), его можно вычислить, зная истинное солнечное время:

t = Tс.ист – 12:00ч, (-12:00…+11:59),

где Tс.ист – истинное солнечное время (00:00…23:59ч).

Истинное солнечное время можно вычислить, зная местное время, часовой пояс и долготу точки наблюдения:

Tс.ист = Tс.ср + EOT, или Tс.ист = UTC + λ + EOT,

где Tс.ср – среднее солнечное время в некоторой точке на Земле (зависит от долготы точки), UTC – всемирное координированное время, λ – долгота точки наблюдения в часовых единицах, EOT – уравнение времени.

Всемирное координированное время можно вычислить из местного времени (Tм) и часового пояса (N): UTC = Tм – N. Долгота местоположения λ отсчитывается от 0⁰ до 180⁰ к востоку от нулевого меридиана (восточная долгота), и от 0⁰ до -180⁰ к западу (западная долгота). При подстановке в вышеприведенную формулу, долготу нужно перевести в часовые единицы (1⁰ = 4 мин).

Уравнение времени EOT показывает разницу между средним солнечным временем и истинным солнечным времени, так как суточное движение Солнца неравномерно, вследствие эллиптичности орбиты Земли, а также наклона земной оси к плоскости эклиптики:

EOT = 9,87 ∙ sin2B – 7,53 ∙ cosB – 1,5 ∙ sinB,

где B = (360⁰ (N-81))/365, N – порядковый номер дня в году.

Таким образом, в течение года значение уравнения времени изменяется от -14,3 мин до +16,4 мин.
Ниже представлен график изменения уравнения времени в течение года:


Мне предстояло загнать все эти расчеты в программу микроконтроллера, я не рискнул писать на ассемблере, поэтому стал изучать СИ, пришлось неделями возиться с формулами и расчетами, для получения правильного результата, попутно изучая СИ. В итоге мне удалось написать рабочую программу, при этом погрешность вычислений не превышает ±1⁰.

Описание схемы солнечного трекера

Солнечный трекер задумывался под небольшую солнечную батарею мощностью 2Вт и напряжением 6В, для заряда литий-ионного аккумулятора, но лучше использовать более мощную батарею не менее 4Вт. В качестве электроприводов я использовал сервоприводы MG996R (купить можно в Китае, ссылка приведена в конце статьи). Дополнительно приобрел специальные кронштейны для сборки альт-азимутальной установки (ссылка для заказа в конце статьи). Собранная конструкция позволяет ориентировать солнечную батарею по высоте и азимуту, сервопривод азимута при этом стоит неподвижно и вращает сервопривод высоты вместе с кронштейнами.

Ниже представлена схема солнечного трекера:


Схема построена на микроконтроллере PIC16F876A, который обладает значительным объемом памяти, и содержит множество периферийных модулей. Вся конструкция питается от Li-ion аккумулятора, который соответственно заряжается от солнечной батареи через модуль, на основе микросхемы TP4056, это специализированный контроллер заряда Li-ion аккумуляторов (ссылка для заказа в конце статьи). Для определения текущего времени и даты, в схеме используется модуль (ссылка для заказа в конце статьи). Часы достаточно точные, уход времени составляет ±2 минуты в год, я уже писал подробную статью о них, желающие могут ознакомиться. Для отображения параметров используется цифровой индикатор на (ссылка для заказа в конце статьи).

Максимальное напряжение на Li-ion аккумуляторе не превышает 4,1В, что недостаточно для питания сервоприводов, поэтому в схему добавлен повышающий модуль на основе микросхемы MT3608 (ссылка для заказа в конце статьи). Минимальное входное напряжение модуля 2В, максимальный ток нагрузки 2А, на модуле имеется многооборотный переменный резистор для настройки выходного напряжения. Для экономии энергии, питание на сервоприводы подается не постоянно, а только для изменения положения вала. Питание коммутируется с помощью p-канального полевого транзистора VT1, модуль преобразователя также управляется от микроконтроллера.

На плате модуля не предусмотрен контакт для управления, поэтому необходимо дополнительно подпаять провод к 4-му выводу микросхемы MT3608, это вход вкл/выкл преобразователя. На плате этот вывод подключен к “+” питания, предварительно нужно обрезать дорожки подходящие к этому выводу (для этого придется выпаять микросхему), либо приподнять вывод над платой. На плате модуля установлен чип резистор делителя напряжения, увеличение сопротивления этого резистора также уменьшит потребление в спящем режиме, я заменил его на другой, с сопротивлением 9,1 кОм, изначально стоял на 2,2 кОм. После замены нужно выставить выходное напряжение примерно на 5-5,5В для питания сервоприводов, рисунок ниже:


Модуль часов также необходимо доработать, для снижения энергопотребления нужно выпаять микросхему памяти 24c32, светодиод “POWER”, а также резистор (200 Ом), через который внешнее напряжение питания подается на батарейку, зачем китайцы так сделали, остается непонятным, ведь батарейка не предназначена для заряда, см. рисунок ниже:


Светодиод HL1 установлен для индикации ошибки связи с часами DS3231 (по интерфейсу I2C), светодиод начинает мигать, если нет ответа от часов.

Сборка и настройка солнечного трекера

Сборку альт-азимутальной установки следует начинать, когда сервоприводы установлены в среднее положение, это происходит при первом включении устройства, на индикаторе при этом высвечивается надпись “Cent”. Сервопривод азимута желательно закрепить на пластине, которая будет служить основанием установки, либо на стойке, так чтобы выходной вал был направлен вертикально вверх. Далее необходимо прикрепить кронштейн сервопривода высоты, сначала нужно прикрутить к кронштейну втулку скольжения, затем переходную муфту. Кронштейн нужно выставить перпендикулярно длинной стороне сервопривода азимута, как показано на фото:


При сборке трудно достичь перпендикулярного положения, но это не обязательно, допустимы отклонения в пределах ±5-10 градусов. В дальнейшем программная корректировка устранит это отклонение.
После закрепления сервопривода высоты остается прикрутить несущий кронштейн, сначала примеряем переходную муфту на вал сервопривода, выбираем такое положение, чтобы несущий кронштейн после установки был направлен вертикально вверх. Опять же не обязательно выставлять точное положение, как я уже говорил ранее. Общий вид установки представлен на следующем фото:


Далее следует процедура корректировки крайних положений сервоприводов. Настройку следует выполнять на ровной поверхности, когда вал сервопривода по азимуту, расположен вертикально (ось вращения направлена по отвесной линии). После нажатия кнопки “Ввод” несущий кронштейн поворачивается в сторону условного Севера и принимает горизонтальное положение (на индикаторе высвечивается надпись “north”):


Если имеется отклонение от горизонтали, то нужно подрегулировать положение кронштейна кнопками “Уст” и “Разряд”. Таким образом, происходит настройка крайнего положения сервопривода. Далее при нажатии кнопки “Ввод”, кронштейн поворачивается в сторону условного Юга (на индикаторе надпись South). При необходимости отрегулируйте горизонтальное положение кронштейна, как описано выше.

Дальнейшее нажатие кнопки “Ввод” приведет к повороту кронштейна в сторону условного Востока (на индикаторе надпись EASt). Кнопками “Уст” и “Разряд” корректируют направление, при этом удобно ориентироваться на корпус сервопривода азимута, нужно чтобы кронштейн был направлен по длинной стороне корпуса, если смотреть сверху:


При следующем нажатии кнопки “Ввод”, кронштейн повернется в сторону Запада (на индикаторе надпись WESt), корректировка выполняется вышеописанным способом.

В результате корректировки, поворот кронштейна по высоте и азимуту выполняется в пределах 180⁰, значения корректировок сохраняются в EEPROM памяти микроконтроллера. После нажатия кнопки “Ввод”, кронштейн примет скорректированное направление на условный Юг. Для правильной ориентации солнечной батареи, направление на условный Юг должно указывать на реальную точку Юга в данной местности, а вал сервопривода по азимуту расположен вертикально по отвесной линии.

После очередного нажатия кнопки “Ввод”, следует настройка времени, даты, часового пояса, координат местоположения, длительности спящего режима. Соответственно для каждого параметра на индикаторе высвечиваются следующие надписи:

– местное время, по умолчанию 0 ч. 0 мин;

– долгота местоположения, по умолчанию -0 град. 0 мин. (для западной долготы ставится знак минус “-”);

– широта местоположения, по умолчанию -0 град. 0 мин. (для южной широты ставится знак минус “-”);

– часовой пояс, по умолчанию -0, (для западной долготы ставится знак минус “-”);

– длительность спящего режима, по умолчанию 1 мин.

Кнопками “Разряд” и “Уст” выставляют значения параметров, при нажатии кнопки “Ввод”, значения времени, и даты записываются в , остальные параметры сохраняются в EEPROM памяти микроконтроллера. После ввода всех параметров, на индикаторе высвечивается надпись SUCCES (в течение 1 сек, затем индикатор гаснет), далее установка наводится на Солнце, согласно введенным параметрам.

Для экономии энергии, наведение на Солнце выполняется через определенный промежуток времени, который задается в параметре длительность спящего режима. После наведения сервоприводы обесточиваются, микроконтроллер переходит в спящий режим, общее потребление трекера снижается до 160 мкА. Длительность “сна” можно задать в пределах 1-255 мин.

При повторном включении трекера (после отключения питания), сначала проверяется EEPROM память, если сохраненные параметры корректны, трекер продолжает слежение за Солнцем, при этом цифровой индикатор остается в спящем режиме и не включается, для экономии энергии. Можно вообще отключить питание индикатора после первоначального ввода параметров. Для повторного входа в режим корректировок, нужно удерживать кнопку “Уст” и подать питание на трекер. Если параметры, считанные из EEPROM, неверные или отсутствуют, также произойдет переход в режим корректировок.

Я дополнительно добавил в программу микроконтроллера функцию вывода основных параметров по интерфейсу UART. После вычисления местоположения Солнца, микроконтроллер передает текущее значение времени, даты, порядковый номер дня, координаты местоположения, введенные при настройке, а также текущие значения высоты и азимута Солнца. Каждый параметр начинается с символа “$” и заканчивается символами “\r”, “\n”. Эти данные можно посмотреть на компьютере, подключив трекер через USB-UART переходник. В настройках терминальной программы нужно установить следующие настройки: cкорость передачи 9600 бит/сек, 8 бит данных, один стоповый бит. Ниже представлен скриншот с терминальной программы:


Сервоприводы MG996R не защищены от попадания влаги внутрь корпуса, поэтому в случае наружного применения сервоприводы следует загерметизировать. Нужно отвернуть четыре болта с нижней стороны корпуса, и нанести нейтральный силиконовый герметик между стыками корпуса, также следует нанести герметик вокруг манжеты для ввода проводов в корпус. На шестерни редуктора можно дополнительно нанести смазку, так как заводская практически отсутствует. По отзывам, лучше всего подходит смазка ШРУС-4, в отличие от литола, она не замерзает на холоде. Для герметизации верхнего отверстия, на выходной вал можно надеть силиконовое кольцо, при этом нужно снять фаску с переходной муфты, которая устанавливается на вал, чтобы не создавать избыточного трения.

К несущему кронштейну я прикрепил прямоугольную текстолитовую пластину, на которую с помощью двухстороннего скотча приклеил солнечную батарею. Так как большую часть времени сервоприводы обесточены, то возможен поворот вала по высоте под действием тяжести солнечной батареи. Чтобы избежать этого, я прикрепил по бокам несущего кронштейна длинные противовесы, изготовленные из уголков и пластин. Изменяя массу противовесов, я сбалансировал конструкцию по оси вращения высоты.

Трекер выполняет наведение, когда Солнце находится над горизонтом, то есть когда его высота больше 0⁰. Когда Солнце заходит за горизонт (отрицательное значение высоты), трекер направляет солнечную батарею на Восток, дальнейшее слежение возобновляется с восходом Солнца. Слежение выполняется по всей видимой области неба.

Суточное движение Солнца и звезд, можно посмотреть на компьютере в программе Stellarium, это свободный виртуальный планетарий, который отображает реалистичное звездное небо. Программа отображает движение светил по небосводу, можно посмотреть положение Солнца и звезд на любой момент времени, также доступны данные о всевозможных координатах.

Я смонтировал устройство на печатной плате, которую разработал под размеры корпуса GAINTA G1202G. На плате имеется место под джампер (перемычку), с помощью которого можно отключать питание цифрового индикатора.

Полевой транзистор VT1 можно заменить на IRLML2244, IRLML6402. Также можно использовать транзисторы в корпусе SOIC-8 (придется переделать плату): IRF9332, IRF9310, IRF9317.

При отрицательных температурах Li-ion аккумуляторы теряют значительную емкость (происходит замерзание электролита), использовать аккумуляторы при температурах ниже +5 ⁰C не рекомендуется, так как это приводит к преждевременному сокращению ресурса. Поэтому если планируется эксплуатировать трекер в морозную погоду, то лучше использовать литий-железно-фосфатный аккумулятор LiFePO4. Аккмуляторы такого типа более морозостойкие, диапазон рабочих температур от -30 ⁰C до +55 ⁰C, максимальное напряжение 3,65В, минимальное 2В, среднее 3,3В, то есть ниже чем у Li-ion. Также к преимуществам можно отнести стабильное напряжение разряда, близкое к 3,2В. В конце статьи приведены ссылки для заказа аккумулятора, а также на модуль для заряда.

На основе солнечного трекера можно создать небольшую автономную систему, которая не требует внешнего питания, например удаленная метеостанция, или охранная система для дачи,и т.д. Можно заменить сервоприводы на более мощные, и установить солнечную панель побольше. Можно приспособить схему для солнечных панелей на 12, 18В, для заряда нескольких последовательно соединенных аккумуляторов, но для этого придется изменить схему, и использовать другие модули заряда.

Ниже представлены ссылки для заказа модулей и комплектующих для сборки солнечного трекера:
Солнечная батарея 6В 4,5Вт
Модуль часов реального времени DS3231
Цифровой индикатор на драйвере MAX7219
Модуль заряда Li-ion аккумулятора на TP4056
Аккумулятор LiFePO4 6500mah
Аккумулятор LiFePO4 1800mah
Модуль заряда LiFePO4 аккумулятора
Сервопривод MG996R
Кронштейны для сборки альт-азимутальной установки под сервоприводы MG996R
Повышающий преобразователь на MT3608