Natürliches Sonnenlich Umlenkspiegel ?

Hallo Alle,

einige Zeit denke ich schon über die Möglichkeit nach, Sonnenlicht über einen nachgeführten Spiegel als Beleuchtung für einen Raum zu verwenden.
Ich gebe zu, den Spiegel kann man vielleicht nicht als Roboter bezeichenen. Die ganze Anordnung soll aber aus Spiegel, Motoren, Solarzellen zur Energieversorgung und Lichtsensoren bestehen.
Die Idee ist dabei einen Lichtsensor an der Stelle im Raum anzubringen, an der das Sonnenlicht auftreffen soll. Ein Mikrocontroller muss dann den Spiele solange justieren, bis die Stelle mit dem Sensor beleuchtet wird.

Könnte man es auch einfacher machen?

Gruß,
robo

Zitat:

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Zitat von robo.fr

Könnte man es auch einfacher machen?

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Das hört sich jetzt blöd an aber die Sonne bewegt sich doch immer gleich schnell und steht immer an etwa der selben Stelle also kann man doch den Spiegel einfach fest nachführen (ohne Messung) und davon ausgehen das immer viel Licht in den Raum kommt. Dat währ zumindest sehr einfach aber ich kanns verstehen wenn du es anders machen willst (darum sind wir ja hier \:D/ und bauen Bots).

Hast du eigentlich schon einen Spiegel? Wie groß isser/wird er denn?

Ansonsten kannst du dir auch die Nachführungen von Solaranlagen ansehen. Die drehen ihre Panel´s auch mit der Sonne.

Gruß

Was du beschreibst ist ein sogenannter Heliostat...

die werden in der Astronomie manchmal für Sonnenbeobachtungen genutzt, wenn es nicht möglich oder sinnvoll ist das verwendete Teleskop selbst auf die Sonne auszurichten.


Auf Sensoren kannst du bei einem solchen Gerät verzichten, denn die Position der Sonne am Himmel lässt sich für einen bestimmten Standort und Zeitpunkt problemlos sehr exakt berechnen. Du müsstest nur sicherstellen, daß die Mechanik ordentlich ausgerichtet ist, dann läuft das ohne Probleme.

Natürlich habe ich die entsprechenden Formeln dazu nicht im Kopf, aber ich denke bei Google und/oder Wikipedia dürfte man schnell fündig werden

Zitat:

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Das hört sich jetzt blöd an aber die Sonne bewegt sich doch immer gleich schnell und steht immer an etwa der selben Stelle also kann man doch den Spiegel einfach fest nachführen (ohne Messung) und davon ausgehen das immer viel Licht in den Raum kommt. Dat währ zumindest sehr einfach aber ich kanns verstehen wenn du es anders machen willst

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Du hast Recht, der Sonnenstand ist natürlich relativ genau vorhersagbar. Es gibt auch schon Systeme für die Sonnenlichtumlenkung, die rein zeitgesteuert arbeiten. Dies hat sogar den Vorteil, dass bei leichter Bewölkung der Spiegel doch noch nachgeführt werden kann.

Zitat:

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Auf Sensoren kannst du bei einem solchen Gerät verzichten, denn die Position der Sonne am Himmel lässt sich für einen bestimmten Standort und Zeitpunkt problemlos sehr exakt berechnen. Du müsstest nur sicherstellen, daß die Mechanik ordentlich ausgerichtet ist, dann läuft das ohne Probleme.

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ordentlich ausgerichtet
Da genau liegt der Knackpunkt, warum ich das ganze als Sensorgestützte Regelschleife aufbauen will. Ich glaube, dass eine exakte Justierung relativ aufwendig ist. Für einen Anwender ist es bestimmt einfacher, wenn man den Sensor einfach in der Richtung montiert, in die das Sonnenlicht gelenkt werden soll.

Zitat:

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Hast du eigentlich schon einen Spiegel? Wie groß isser/wird er denn?

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Gestern habe ich mir ein paar Spiegel im IKEA besorgt. Es sind Spiegelfließen, ca 20x20cm. Vier Stück kriegt man für 5 Euro. Da die ganze Anordnung eventuell an meimen Fensterrahmen installiert werden soll, ist es besser, viele kleine Spiegel anstatt einen Riesenspiegel zu verwenden.
Im Moment denke ich noch über die beweglich Aufhängung nach. Im Forum liest man immer was über "Moving Heads". So eine Art Aufhängung ist wohl notwendig.

Es gibt ja auch schon Firmen, die solche System professionell anbieten:
Bild hier  

Zitat:

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ordentlich ausgerichtet
Da genau liegt der Knackpunkt, warum ich das ganze als Sensorgestützte Regelschleife aufbauen will. Ich glaube, dass eine exakte Justierung relativ aufwendig ist. Für einen Anwender ist es bestimmt einfacher, wenn man den Sensor einfach in der Richtung montiert, in die das Sonnenlicht gelenkt werden soll.

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Naja, ich denke zum ausrichten reicht ein Kompass und eine Wasserwaage, zumal es ja nicht 100%ig genau sein muss da es sich nicht um eine astronomische Anwendung handelt.

Und falls du nach der Inbetriebnahme an einem sonnigen Tag feststellen solltest, daß die Ausrichtung nicht ganz stimmt, kannst du das ja nachjustieren.

Natürlich kannst du das System auch sensorgesteuert aufbauen, dabei stellt sich allerdings die Frage welche Sensoren man braucht und wie sie angeordnet werden müssen, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Schließlich soll das System ja nicht bei jedem kleinen Wölkchen wie wild mit den Spiegeln in der Gegend rum fahren, oder sich gar anstatt für die Sonne vielleicht für eine Spiegelung in irgendeiner Scheibe entscheiden (die sind ja auch hell).

Also da sollten wir nochmal genauer überlegen, wie man derartige Probleme vermeiden kann (vielleicht wäre ja auch ein hybrider Ansatz denkbar, also erstmal eine Grobausrichtung nur anhand der Mathematik, die dann ggf. sensorgesteuert nachjustiert werden kann).

Zitat:

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Im Moment denke ich noch über die beweglich Aufhängung nach. Im Forum liest man immer was über "Moving Heads". So eine Art Aufhängung ist wohl notwendig.

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Ich denke da kann man sich auch von diversen Teleskopmontierungen ein bischen inspirieren lassen.

Erste Frage dabei: azimutal oder parallaktisch?
bei azimutalen Montierungen ist die erste Achse senkrecht zum Boden angeordnet, und die zweite senkrecht zur ersten. Bei parallaktischen Montierungen hingegen ist die erste Achse parallel zur Erdachse ausgerichtet, und die zweite wieder senkrecht zur ersten (im Prinzip also eine schräg aufgestellte azimutale Montierung).

Vorteil der parallaktischen Variante ist natürlich die erheblich vereinfachte Nachführung, für die nur ein Motor benötigt wird (dennoch muss die Montierung mit zwei Motoren ausgestattet sein, da sich die Höhe der Sonnenbahn im Laufe des Jahres ändert). Eine azimutale Montierung ist prinzipiell erstmal etwas leichter zu bauen, allerdings müssen ständig beide Achsen nachgeführt werden, und natürlich muss (beim mathematischen Ansatz) erstmal die Sonnenposition in dieses Koordinatensystem umgerechnet werden. Andererseits hat die azimutale Montierung wiederum den Vorteil, daß die Justierung (beim mathematischen Ansatz) rein softwaremäßig erfolgen kann (muss), so daß beim Aufbau nur zu beachten ist daß das Ding gerade steht (wohingegen eine parallaktische Montierung nach Norden ausgerichtet, und um einen ganz bestimmten Winkel geneigt sein muss).


Wenn das entschieden ist, muss man sich natürlich die Frage stellen wie man das dann konkret aufbaut. Das von dir gepostete Bild liefert da schon einen wie ich finde sehr brauchbaren Ansatz, denn eine derartige Gabelmontierung lässt sich relativ leicht aufbauen. Andererseits benötigst du für deine Anwendung aber keinen so großen Bewegungsbereich, so daß in deinem Fall auch wesentlich kompaktere Lösungen denkbar sind.

Zitat:

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Also da sollten wir nochmal genauer überlegen, wie man derartige Probleme vermeiden kann (vielleicht wäre ja auch ein hybrider Ansatz denkbar, also erstmal eine Grobausrichtung nur anhand der Mathematik, die dann ggf. sensorgesteuert nachjustiert werden kann).

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An so einen Ansatz habe ich auch schon gedacht. Der Mikrocontroller könnte die Sensorwerte über einige Zeit beobachten und daraus auf die Postion und Ausrichtung des Heilostaten schließen. Wenn genügend Daten vorhanden sind, kann er dann auf eine reine Zeitsteuerung umschalten.

Zitat:

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Erste Frage dabei: azimutal oder parallaktisch?

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Für mich ist es wichtig, dass die Mechanik möglichst einfach gebaut werden kann, da ich kein besonderes Werkzeug habe. Es sollen auch immer einfach zu beschaffende Komponenten verwendet werden, z.B. aus dem Baumarkt.

Ich hatte noch ein paar alte Scharniere von einem Küchenschrank herumliegen, damit habe ich mir schnell eine Aufhängung für meine Tests gebaut.

Hmm, schaut schonmal garnicht so schlecht aus...

Für eine praktische Anwendung muss die Geschichte natürlich wesentlich kompakter und robuster werden, vor allem bei einer Befestigung außen am Fenster.


Ich würde versuchen die Konstruktion so zu gestalten, daß mit nur zwei Motoren gleich alle Spiegel bewegt werden können, denn das spart Kosten.


Hier mal ein erster einfacher Entwurf:
Bild hier  

Die senkrechten Achsen wären hier an einem Balken befestigt (z.B. Aluprofil aus dem Baumarkt), und könnten über eine Stange (gelb) alle gemeinsam bewegt werden. Die Lagerung der Spiegel sollte auch relativ klar zu erkennen sein (grüne Achse hinten aufgeklebt, gelagert in einem gebogenen Blechstreifen). Bleibt nur zu überlegen wie man die grünen Achsen miteinander verbinden könnte.

Hey, sieht ja auch nicht schlecht aus. Was hast Du denn für ein Cad-Programm? Gibt es sowas auch als Freeware-Version?

Das Bild hab ich mit 3D Studio gemacht, denn ein CAD-Programm habe ich leider nicht...

soweit ich weiß gibt es aber von irgendeinem CAD-Programm eine kostenlose Version (ich glaube das war Solid Edge, bin mir aber nicht sicher)

robo.fr,

da hast Du ein interessantes Projekt angefangen! IMHO musst Du dabei drei Dinge beachten:

1. Das Reflektionsgesetz: Wenn die Sonne um 10° wandert, und der Spiegel bleibt fix, dann wandert der reflektierte Strahl auch um 10°. Damit der reflektierte Strahl immer auf denselben Fleck fällt, muss sich der Spiegel um 5° drehen, also nur halb so schnell, wie die Sonne sich bewegt.

2. Die Erddrehung: Mit ihr wirst Du am leichtesten fertig, indem Du eine Drehachse so justierst, dass sie parallel zur Erdachse ausgerichtet ist. Hört sich kompliziert an, ist aber leicht zu erreichen, indem Du sie hohl machst. Wenn Du durchguckst und siehst den Polarstern, dann stimmt die Richtung!

3. Die Bahn der Erde um die Sonne: DIE verursacht die meisten Komplikationen. Die Erdachse ist um fast 24° gegenüber der Bahnebene geneigt. Deshalb steht die Sonne im Winter um rund 48° tiefer als im Sommer. Um das zu kompensieren, brauchst Du leider eine zweite Drehachse, die quer zu der Polachse verläuft. Ausserdem ist die Erdbahn elliptisch. Das hat zur Folge, dass die Sonne an manchen Tagen ihren höchsten Punkt am Himmel über Dir bis zu 16 Minuten vor oder nach der lokalen Mittagszeit erreicht. Gut, das macht nur knapp 4° aus, aber je nachdem, wie weit der Spiegel von dem Zielpunkt entfernt ist, kann's doch signifikant sein.

Wenn Du die Nachführung nicht regeln, sondern steuern willst, dann findest Du genaue Tabellen mit dem täglichen Sonnenstand entweder in

AHNERT ASTRONOMISCHES JAHRBUCH 2008 (Stern und Weltraum)

oder in

DAS HIMMELSJAHR 2008 (Kosmos).

Würde mich interessieren, wie Du vorankommst.

Ciao,

mare_crisium

In Freibung ist die Ausrichtung nach der Sonne wohl angesagt.
Hier gibt es ja auch das Heliotrop, das sich als ganzes Gebäude nach der Sonne ausrichtet.
Hast Du die Informationen dazu was die so alles machen?

http://www.architec24.de/viessmann/l...detail/10.html

Heliotrop - Entwurfsaufgabe

Dem drehbaren Solarhaus Heliotrop® liegt die Idee zugrunde, ein Gebäude zu entwickeln, das höchsten Ansprüchen an Umweltschutz und Architektur genügt, ohne dass der Wohnkomfort darunter leidet. Den Planern schwebte ein Haus vor, das während seines Betriebs und sogar darüber hinaus so umweltschonend wie möglich ist, indem es wenig Fläche verbraucht, regenerative Energien nutzt und wiederverwertbare Baustoffe verwendet. Die Bewohner sollten keinen Emissionen ausgesetzt sein und nach Ablauf der Nutzungszeit des Hauses keine schwer zu entsorgende „Altlast“ zurückbehalten.

Hierfür galt es einen Prototypen zu entwickeln, dessen Hauptmerkmal die permanente Ausrichtung zur Sonne ist. Anders als bei konventionellen bis dahin realisierten Solarbauten, die aufgrund ihrer fixen Lage nur einen Bruchteil der einstrahlenden Energie nutzen können, dreht sich das Heliotrop um seine eigene Achse und folgt dem Lauf der Sonne während des Tages. Damit kann es sehr viel mehr kostenlose Solarenergie einfangen. Der bezeichnende Name des Experiments kommt aus dem Griechischen und bedeutet soviel wie „der Sonne zugewandt“. Die erste realisierte Fassung des Heliotrops wurde 1994 in Freiburg errichtet. Sie dient dazu, den Einsatz und die bestmögliche Kombination verschiedener Energiesysteme für den Gebäudebetrieb zu testen und zu erforschen.

Zitat:

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Zitat von mare_crisium

2. Die Erddrehung: Mit ihr wirst Du am leichtesten fertig, indem Du eine Drehachse so justierst, dass sie parallel zur Erdachse ausgerichtet ist. Hört sich kompliziert an, ist aber leicht zu erreichen, indem Du sie hohl machst. Wenn Du durchguckst und siehst den Polarstern, dann stimmt die Richtung!

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Was sich dann parallaktische Montierung nennt, und sich nur so leicht ausrichten lässt, falls der Polarstern vom Montageort aus überhaupt sichtbar ist.

Ist er z.B. durch das Haus selbst oder sonst irgendein Hindernis verdeckt, kann man die Achse allenfalls gaaanz grob mit Kompass und Winkelmesser ausrichten.


Ich würde einfach mal im Internet nachschauen, denn für alle genannten Probleme gibt es schon fertige Formeln die man nurnoch für den gewählten µC implementieren muss. Da kann man dann sowohl auf eine parallaktische Montierung als auch auf irgendwelche Sensoren verzichten, solange Position und genaue Uhrzeit bekannt sind, sowie einmalig eine Justierung durchgeführt wurde.

Zitat:

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1. Das Reflektionsgesetz: Wenn die Sonne um 10° wandert, und der Spiegel bleibt fix, dann wandert der reflektierte Strahl auch um 10°. Damit der reflektierte Strahl immer auf denselben Fleck fällt, muss sich der Spiegel um 5° drehen, also nur halb so schnell, wie die Sonne sich bewegt.

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Zitat:

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2. Die Erddrehung: Mit ihr wirst Du am leichtesten fertig, indem Du eine Drehachse so justierst, dass sie parallel zur Erdachse ausgerichtet ist. Hört sich kompliziert an, ist aber leicht zu erreichen, indem Du sie hohl machst. Wenn Du durchguckst und siehst den Polarstern, dann stimmt die Richtung!
Was sich dann parallaktische Montierung nennt, und sich nur so leicht ausrichten lässt, falls der Polarstern vom Montageort aus überhaupt sichtbar ist.

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Weil ich mich ja genau um diese Probleme nicht kümmern will, wird der Sensor an der Stelle bzw. in der Richtung montiert, in die das Licht fallen soll. Damit werden alle Probleme kompensiert.
Das ist ja genau der Gag an meinem Prinzip.
Die ganzen bisherigen Verfahren benötigen entweder eine auwendige Mechanik um den Sensor relativ zum Spiegel zu bewegen oder eine spezielle aufwendige Ausrichtung der Anlage.
Da stellt sich mir die Frage: In der heutigen Zeit, in der Mikrocontroller und Sensoren so günstig sind, kann man sich das sparen.
Der Anwender stellt den Spiegel auf, positioniert den Sensor an der gewünschten Stelle und fertig. Keine spezielle Ausrichtung notwendig.

Übrigens ist das Gebiet "Heliostat" extrem stark "Verpatentiert". Ich weiß nicht, ob es das von mir vorgeschlagene Verfahren schon gibt, falls nicht haben wird Glück und es hat sich mit diesem Thread erledigt.

Zitat:

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In Freibung ist die Ausrichtung nach der Sonne wohl angesagt.
Hier gibt es ja auch das Heliotrop, das sich als ganzes Gebäude nach der Sonne ausrichtet.

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Das Gebäude habe ich schon von weitem gesehen. Vielleicht sollte ich mal versuchen, die Leute anzusprechen.

Zitat:

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Übrigens ist das Gebiet "Heliostat" extrem stark "Verpatentiert"

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Na und?
Daß etwas patentiert ist heißt ja nicht daß man es nicht bauen darf.
(nur vermarkten darf man es nicht so ohne weiteres)

Moin,
an der Sache mit dem Sonnenlicht bin ich auch schon dran.
Es gibt Problem bei der Konstruktion mit einem Spiegel, dessen Mittelpunkt im Ursrung des System liegt. Und zwar um das Sonnenlicht in jede beliebige Richtung zu richten, muss darüber ein zweiter Spiegel angebracht werden (außder man bringt seinem µC Vektorrechnung bei).
Ist es dann High Noon, steht die Sonne über dem oberen Spiegel und verdeckt den anderen und es bleibt dunkel.

Hier ist jetzt meine Idee:
wenn nötig erläutere ich das Teil noch.

Zitat:

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Zitat von The Man

Und zwar um das Sonnenlicht in jede beliebige Richtung zu richten, muss darüber ein zweiter Spiegel angebracht werden (außder man bringt seinem µC Vektorrechnung bei).

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Genau das würde ich tun, also die Vektorrechnung, denn so wahnsinnig kompliziert ist das nicht. Einen zweiten Spiegel bräuchte man dann nur, wenn das Ziel recht ungünstig liegt und mit einem Spiegel nur schlecht oder garnicht beleuchtet werden kann.

Zitat:

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Ist es dann High Noon, steht die Sonne über dem oberen Spiegel und verdeckt den anderen und es bleibt dunkel.

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Der obere Spiegel muss doch nicht direkt senkrecht über dem/den unteren Spiegel(n) angeordnet sein. Man kann diesen Spiegel auch problemlos versetzt anordnen.


Was deine Idee betrifft..
wenn ich die Skizze richtig interpretiere, müsste eine Achse genau parallel zur Sonnenbahn ausgerichtet sein, und das ist vielleicht ein bischen sehr aufwändig (wie sonst könnte man sicherstellen daß das Sonnenlicht auf der rechten Seite immer senkrecht einfällt).




edit:
hier mal eine kleine Grafik die verdeutlicht, daß die anzustellenden Berechnungen wenn man mit einem Spiegel auskommen möchte, eigentlich trivial sind:
Bild hier  
alpha kann man berechnen, beta kann man problemlos messen, und wenn man diese beiden Winkel hat ist die Berechnung von phi nun wirklich kein Kunststück mehr. Und dann braucht man das ganze natürlich nochmal für die zweite Achse

Das Prinzip bei mir sieht so aus:

die senkrechte Achse dreht sich so, das das Sonnenlicht die waagerechte Achse immer senkrecht trifft. Da wir hier von einem zylindrischen Körper reden, haben wir 360°, wo das der Fall ist. Jetzt wird der waagerechte Arm um seine Achse so gedreht, dass das Fenster über dem inneren Spiegel eine senkrechte Ebene zu den Sonnenstrahlen bildet. Der Spiegel steht dazu 45°, lenkt das Sonnenlicht also entlang der Achse des waagerechten Armes. Der zweite Spiegel in der senkrechten Stange steht zu dieser ebenfalls 45°.

Aber ich denke, dass meine Konstruktion Vorteile hat. Bei der Vektorsache können sich je nach Ort vom Target und der Jahreszeit tote Winkel bilden. Also wenn z.B. sich das Target unterhalb oder auf gleicher Höhe befindet und Alpha klein ist.

Zitat:

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die senkrechte Achse dreht sich so, das das Sonnenlicht die waagerechte Achse immer senkrecht trifft

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Und genau das ist der Punkt bei dem ich nicht sehe wie das mit der Konstruktion möglich sein soll...

nimm doch bei deiner Zeichnung mal an das Sonnenlicht käme von schräg rechts oben, und dann verrate mir wie man es schaffen soll daß es senkrecht auf die waagerechte Achse trifft.

Zitat:

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Bei der Vektorsache können sich je nach Ort vom Target und der Jahreszeit tote Winkel bilden. Also wenn z.B. sich das Target unterhalb oder auf gleicher Höhe befindet und Alpha klein ist.

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Das kann man alles schon in der Planungsphase berücksichtigen, da sowohl der minimale als auch der maximale Wert von Alpha im Verlauf eines Jahres bekannt ist.

Und falls nötig kann man die Konstruktion ja auch um einen festen Spiegel erweitern, der dieses Problem beseitigt.

Alles lange her......
..... gute Ideen waren dabei !
Jetzt gibt es 2 Achs Roboterarme fast geschenkt. Da muss nur abgedichtet werden und das kann raus.
Nur hab ich sowas noch nicht gemacht. auch nicht drinnen auch nicht mal einen Arduino eingeschaltet.
Wer kann mich dabei begleiten ?

hallo,
kauf dir ein Arduino-Starterset und mach damit erstmal einen Grundkurs, um Arduinisch zu lernen. Es gibt bei Ebay z.B. sehr gute Startersets von Saintsmart oder auch von Funduino. Wenn du alle Grundlagen beherrschst, dann kommt der nächste Schritt, und dann der übernächste.

Ok, hab mir eines besorgt und werde sicher einige Zeit brauchen bis ich mich hier wieder melden kann. Im Grunde weiß ich ja was ich will es gibt da auch Software und Informationen. Meine hörte dabei sind aber eher meine Englischkenntnisse als die Elektronik. Schauen wir mal. Ich tauche dann erstmal wieder ab