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ipSun - il sole sempre

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Dati tecnici e sorgenti software della versione presentata al MakerFaire 2016: LINK

Il sole è una risorsa preziosa, fonte gratuita di luce. Ma non sta fermo un attimo! Un momento entra dalla finestra illuminando la stanza a giorno... e un momento dopo va a nascondersi dietro casa, e ci tocca accendere la luce! Magari però in giardino, proprio a due passi dalla finestra, c'è un angolino dove il sole batte tutto il giorno; come fare ad approfittarne? Ci vorrebbe uno specchio... ma bisognerebbe stare tutto il giorno a spostarlo in modo da mantenere fisso sulla finestra il riflesso del sole!
Quindi sono stati inventati gli "eliostati".
Che purtroppo però costano centinaia o migliaia di euro! E alla prima nuvola "impazziscono", perdono l'orientamento, e quando torna il sole ci mettono un bel po' a trovarlo, cercandolo a tentoni in tutto il cielo.

Con iPsun, il primo eliostato "da due soldi", tutti questi problemi sono risolti: meno di 50 euro, e la vostra stanza esposta a nord sarà illuminata tutto il giorno con luce naturale!
Il segreto sta nel "pensiero laterale": usare un oggetto esistente in un modo diverso da quello per cui è stato progettato.
Prendiamo allora una telecamera di sorveglianza controllabile da remoto via internet tramite il suo indirizzo IP: ha tutto quello che necessita a un eliostato, cioè un movimento su due assi, che permette di puntare verso un qualunque punto nel cielo.

Si potrebbe pensare di usare il sensore della telecamera per cercare il sole... ma perchè cercare a caso? Il sole non si muove a caso, ma secondo uno schema ben preciso! E' possibile calcolare con precisione dove si trova in ogni momento della giornata, da un qualunque punto sulla Terra.

Qui sotto una bozza della pagina di calcolo automatico della posizione del sole:

Una volta calcolata la posizione del sole, non resta che calcolare che inclinazione dovrebbe avere uno specchio per rifletterlo da quella posizione verso la finestra, orientare lo specchio ed è fatta:si tratta quindi solo di attaccare uno specchio alla telecamera, e scrivere un software per gestirla tramite PC o cellulare!

E lo specchio? Certo non si può attaccare a una telecamerina di 30cm uno specchio di vetro largo un metro... ma chi ne ha bisogno? Le nostre scrivanie e librerie sono piene di vecchi "specchi" inutilizzati, lasciati lì a prender polvere da anni! I CD e i DVD! Basta attaccarne un paio a una telecamera IP, ed iPsun è pronto.

Al momento il programma-demo è stato implementato in Javascript e gira su un PC, ma la semplicità e brevità del listato ne consente la facile implementazione anche in una scheda di prototipazione... anche in una minuscola come l'ESP8266, una micro-scheda del costo di meno di 10 euro programmabile tramite Arduino e che incorpora il wifi, sia come hotspot che come client.

Ed è grande quanto una moneta da un euro!

Se vuoi ricevere dettagli su come costruire da solo il tuo eliostato, o se vuoi riceverne uno già pronto direttamente a casa tua, contattami.

Domanda: quanta luce riesce a riflettere questo dispositivo?

Risposta:

Personalmente non ho fatto prove approfondite; ho solo visto che le dimensioni del riflesso sono più o meno pari a quelle del CD. Tuttavia il "progetto concorrente" chiamato Lucy, presentato da Solenica già al Makerfaire 2014, è dichiarato come in grado di fornire una illuminazione di 10.000 lumen; considerando che una lampada a incandescenza da 100 W fornisce (forniva...) circa 120 lumen, significherebbe una luminosità equivalente di 800W.

In realtà mi sembra una stima eccessiva, derivante forse da una errata interpretazione del "potere luminoso solare": il sole infatti è in grado di fornire una luce compresa tra 30.000 e 100.000 lux (lumen/m2), a seconda del momento della giornata (mentre un cielo nuvoloso fornisce solo 1000 lumen) ; il riflettore di Lucy è un disco di circa 30cm di diametro, che significa un'area di 706 cm2, cioè 0,07 m2, quindi può raccogliere tra 2240 e 7000 lumen; assumendo una capacità di riflessione del 90%, si ottiene una luminosità compresa tra circa 2000 e 6000 lumen, equivalenti a una lampadina a incandescenza tra 170 e 500 watt.

Applicando lo stesso calcolo a uno specchio grande quanto un CD, cioè 12cm di diametro, si ottiene un'illuminazione equivalente compresa tra 25 e 70W; piuttosto scarsa, utile solo per i primi esperimenti.

Lo specchio

Il motivo per cui è stato scelto un CD come specchio è la facile reperibilità e la leggerezza rispetto a uno specchio in vetro, a fronte di motori dimensionati per muovere solo la piccola testa della telecamera; il vetro ha un peso specifico di circa 2.5 g/cm3 e uno specchio "tipico" è spesso almeno 4 mm, mentre il policarbonato di un CD ha un peso specifico di 1,2 g/cm3 , ed è spesso 1.2 mm; quindi un CD pesa circa 16 grammi.

Il legno ha p.s. intorno a 1.0 g/cm3, mentre in particolare il legno di balsa ha un p.s. di appena 0.1g/cm3; questo significa che un disco di 30 cm come quello di Lucy, se fatto di vetro, plastica, legno comune o balsa, avrebbe questi pesi, a parità di spessore (4mm, per un volume totale di 283 cm3)

Vetro: 700g
Plastica: 333g
Legno: 283g
Balsa: 28g

In realtà il progettista di Lucy mi ha detto che lo specchio pesa circa 300g, quindi possiamo ipotizzare che sia particolarmente sottile, magari 2mm invece che 4,probabilmente sufficienti non dovendo sopportare nessun altro sforzo oltre il suo peso.

In questo caso, i suddetti pesi sarebbero di:

Vetro: 350g
Plastica: 166g
Legno: 141g
Balsa: 14g

Questo significa che realizzando uno specchio di 30 cm in legno cromato, il peso sarebbe di 140g se di legno normale, ma solo 14 grammi usando il leggerissimo legno di balsa (che infatti è in genere usato per costruire leggerissimi aeromodelli), cioè addirittura meno di un CD, e la balsa spessa 4 mm è, nonostante il peso piuma, piuttosto resistente, e non dovrebbe flettersi o curvarsi troppo nell'utilizzo come specchio.

Per render riflettente il legno dovrò rimediare una qualche pellicola riflettente adesiva o una vernice cromante, da applicare dopo aver accuratamente verniciato la balsa con turapori e ampiamente levigato con carta vetrata ultrafine... a meno di non trovare uno specchio di plastica di 30cm di diametro già pronto; però peserebbe più di un CD, e bisognerà sperare che i motori della telecamere riescano a muoverlo senza bruciarsi; si potrebbe, semmai, applicare un piccolo contrappeso per evitare che i motori restino sotto sforzo quando lo specchio resta fermo in posizione inclinata.