Nachgeführtes Solarpanel - Komponentenauswahl

[Matchstick]

Zuerst einmal ein herzliches Hallo an alle,

wie ihr sicher gleich merken werdet bin ich ein weiterer Elektronik-Anfänger. Hoffe ihr habt ein wenig Geduld mit mir

Ich gehe in die 12. Klasse und möchte im Rahmen meiner Physik Facharbeit eine (möglichst 2-achsig) nachgeführte Solaranlage bauen.
Nachdem ich mir hier schon einiges zu diesem Thema durchgelesen habe, hab ich vor, das ganze mit 2 bzw 4 Steuerpanelen an der Seite zu machen, die auch die Motoren für die Nachführung antreiben.
Die Lösung mit den LDRs, gefällt mir irgendwie nicht so ganz, da die Nachführung ja dann über das Hauptpanel betrieben werden muss.

Falls bis hierhin irgendetwas falsch/unbegründet sein sollte bitte korrigieren

Nun aber zu meinen Fragen:

1. Wie wähle ich den richtigen Motor zum richtigen Panel in Bezug auf die techn Daten, damit die Motoren auch schon bei geringen Fehlstellungen des Hauptpanels anlaufen.

2. Ist folgende Überlegung richtig? Die Motoren sollten eine möglichst kleine Anlaufspannung haben, damit die Nachführung möglichst kontinuirlich und genau verläuft, da der jeweilige Motor über die Spannungsdifferenz seiner Steuerpanels angetrieben wird. Bei zu großer Anlaufspannung würde der Motor zu lange "abwarten", bis diese Potenzialdifferenz groß genug ist, und somit nur zB jede Stunde nachstellen.

Käme dieser hier in Frage:

WINKEL - SOLAR - Getriebemotor
(Sonderposten) Glockenankermotor mit Schneckengetriebe 270:1. Anlaufspannung 0,15 Volt , Leerlaufstrom 7 mA. Nennspannung 12 Volt, Betriebsspannung 0,5 - 18 Volt, Abgangsdrehzahlen:
2 V= 5 Upm, 3 Volt= 7 Upm, 6 V= 15 Upm, 12 V= 30 Upm, Getriebewelle 8 mm Ø, Maße (L x B x H) 70 x 62 x 18 mm, Gewicht 72 g.

Bild hier  

3. Kann mir nicht richtig vorstellen, dass die Spannungsdifferenz der beiden Steuerpanels bei "geringer" Schrägstellung zur Sonnenstrahlung groß genug sein kann, um einen Motor zu betreiben. Allerdings hab ich hier noch nirgendwo etwas von einer Vertärkung dieses Steuerstroms gelesen. Ich hab nämlich das komische Gefühl, dass ich mir das ganze zu einfach vorstelle

Hoffe ihr könnt mir Tips und Ratschläge geben. Es scheinen ja schon einige etwas in der Art umgesetzt zu haben... Bin für alle Infos dankbar!

Gruß Tim

[The Man]

Moin ,
was du machen kannst, ist dir pro Achse einen sogenannten Spannungskomperator nehmen z.B. LM393N der vergleicht zwei Spannungen und richtet e danach ein Ausgangssignal. Das könnteset du dann über eine H-Brücke verstärken und auf den jeweiligen Motor geben. Aber Vorsicht, an dem Komperator wird mittels externer Widerstände eine Hysterese eingestellt. Eine H-Brücke hat aber auch Widerstände, die dann die Hysterese beeinflussen. Wie man das dann korrekt ausrechnet weiß ich nicht. Ist schon was her, dass ich mich darein gedacht habe.
Sollten hier ein paar neue Wörter drin sein lassen die sich über den Wissensbereich und Google klären.

Gruß,
The Man

[Manf]

Du hast ja erkannt, dass es nicht sinnvoll ist, das Panel ständig in die optimale Position zu Regeln. Es ergibt sich eine Erhöhung der empfangenen Sonnenleistung durch die Nachführung, die für die Regelung aufgewendete Leistung sollte geringer bleiben.

Da die Sonne nicht ganz unerwartete Positionen am Himmel einnimmt, kann man sich ja schon einmal die Sonnenstandskarte für seinen Bereich ansehen und die Veränderungen über den Tag und über die Jahreszeit abschätzen.

Man kann dann die Position in bestimmten Zeitintervallen einstellen oder zu diesen Zeiten eine Regelung aktivieren die die Einstellung nach Sonnenstand vornimmt. In einer Richtung für die Tageszeit, die andere Richtung wird man nicht einmal jeden Tag nachstellen müssen.

Wenn man so die Leistung zur Nachführung auf das notwendige Maß reduziert hat, ist es sicher angebracht, die Leistung aus dem Hauptelement zu beziehen, denn es wird die Leistung effizient bereitstellen können. Sollten andere Elemente (Steuerpanele) die Leistung effizienter liefern können, dann sollte man das Hauptelement weglassen und stattdessen die anderen Elemete (Steuerpanele) einsetzen.
Manfred

[vohopri]

Hallo Tim,

Als professioneller Solaranlagenbauer (allerdings thermisch und nicht voltaisch) sage ich mal, das ein Nachführen jede Stunde reicht. Die Sinuskurve ist nun mal im Scheitel nicht sehr steil.

Die Energie fürs stellen würde ich schon dem Hauptkreis entnehmen. Wenn es nämlich Paneele gibt, die nur dem Steuern gewidmet sind, ist es schade um die dort zwischen den Stellvorgängen eingestrahlte Energie.

Sinnvoll ist IMO eine Lösung mit 2 LDRs, die so abgeschattet werden, dass sie stündlich einen Stellvorgang auslösen.

grüsse,
Hannes

[BastelWastel]

Ich würd ihm fast 3 LDR spendieren für Azimut und Elevation, dann kannst du aus den letzten Sonnenstrahlen am abend auch noch bissl was raus holen..auch wenns nicht besonders viel wird..
Aber 2 Achsen machen auch in nem Schulprojekt mehr eindruck

[sigo]

Hallo Tim,

du könntest für die Nachstellung z.B. einen kleinen ATmega48 Controller von Atmel nehmen (oder auch ein anderes Modell). Diese Controller sind sehr sparsam in Verbrauch und verfügen über 10-Bit-Analogeingänge. Timer und gute Stand-By Modi. Die Programmierung ist mit einem einfach Programmieradapter über die parallele Schnittstelle möglich.

Die Programmierung ist sehr einfach in BASIC mit dem bis 4Byte frei erhältlichen Freeware - Compiler von Bascom möglich. (Siehe Wiki). Aber es gibt auch ein freies C oder natürlich ASSEMBLER (hier sicher nicht nötig).

Einfach 2 LDR_Widerstände mit 2 Widerständen als Spannungsteiler schalten und mit 2 Analogeingängen messen.

Den Controller kannst du aus dem Solarmodul speisen. Aufgrund des geringen Verbrauchs einfach mit einem sparsamen Längsregler IC.

Der Controller kann dann die meiste Zeit im Sleep-Mode schlummern und sich dann gelegentlich selber wecken, die Antriebe über eine Vollbrücke (Relais oder MOSFETs) nachstellen und wieder schlafen..
Natürlich kann ein Microcontroller gleich beide Achsen ansteuern.
Vorteil dieser Lösung ist auch, dass er auch "weiß" welche Tageszeit es ist. So kannst du das Modul nachts wieder nach Osten stellen, damit es morgens wieder funktioniert...

Natürlich geht auch eine analoge Lösung.
Hier würde ich die besagten LDR-Halbbrücken mit einem sparsamen CMOS-Operationsverstärker in Schmitt-Trigger-Schaltung auswerten. Wenn der Schnitttrigger (mit einstellbarer Hysterese) triggert, wird der Motor solange gestellt, bis der Schnitt-Trigger zurückschaltet.
Hinter dem OP brauchst du dann noch eine Brückenschaltung (Vollbrücke) um den Motor anzusteuern.

Der Schmitt-trigger bewirkt, dass der Regler nicht ständig arbeitet, sondern nur wenn die Abweichung der LDRs eine bestimmte Schwelle übersteigt. Und er regelt dann auch ein wenig über den optimalen Punkt hinaus, bis die Abweichung das umgekehrte Vorzeichen hat, und das Modul also ein klein wenig zu weit gefahren ist. So kann es dann in Ruhe warten, bis die Sonne über den optimalen Punkt dann wieder eine zu große Abweichung erzeigt. Durch die Einstellbare Triggerschwelle kannst du praktisch einstellen, wie oft ein Regelvorgang stattfindet, wie groß also die max. Abweichung ist.

Allerdings gibt es auch noch das Problem von Wolken, die ein Fehlsignal erzeugen können. Um das zu vermeiden, hat ein Microcontroller natürlich klare Vorteile, weil der sich ja "überlegen kann" ob eine plötzliche Abweichung plausibel ist, und zur Tageszeit passt.. (man hat in Basic sogar die Datum und Uhrzeit zur Verfügung ...


Sigo

[The Man]

hmm... akls ich das geschrieben hab, war da schon wer anders schneller...
daher nur noch eine kleine Erweiterung.
Um mal einen Zeitrahmen zu kriegen, angenommen, du wollteset das in Assembler machen, würde es etwa drei freie Tage nehmen, sich das nötige Wissen für so ein Program anzueignen. Eine Woche dann zur Umsetztung.
Mit nem AVR hätte das noch Vorteile:

-es muss nicht komplizierter sein, als mit einer rein elektronischen Lösung
-du kannst Dinge wie Dämmerung mittels Software lösen
-und du kannst eine Stellhysterese programmieren
-und mit nem kleinen µC kann man gut posen \/

Solltest du das mittels µC in Betracht ziehen, sag bescheid und ich kann dir ein paar Tips geben, wo du das Know How herkriegst.

Gruß, The Man

[Crazy Harry]

ich meine eine kombination aus vorgegebener sonnenkurve (wie Manf ja schon gesagt hat) und nachführung per ldr wäre perfekt. eine reine ldr-führung wird probleme machen. man stelle sich mal langsam aufziehende wolken vor die eine nachführung auslösen

und was ist abends wenn die sonne sehr tief steht und nur noch einen ldr bestrahlen kann ? solche sonderfälle ließen sich mit einem µC sehr einfach und elegant lösen.

zudem könnte ein µC abends das panel zurückführen zum anfangspunkt.

[vohopri]

ich meine eine kombination aus vorgegebener sonnenkurve (wie Manf ja schon gesagt hat) und nachführung per ldr wäre perfekt. eine reine ldr-führung wird probleme machen. man stelle sich mal langsam aufziehende wolken vor die eine nachführung auslösen

Was kann schon passieren? Vielleicht ist die Sonne von einer dichten Wolke verdeckt und die Ldrs führen die Paneele in die Richtung der hellsten Stelle am Himmel. Ist das ein Fehler? Ist die schwarze Wolke vor der Sonne, die mit Hilfe der Sonnenkurve anvisiert wird, ein besseres Ziel?

Ein besseres Kriterium ist wohl die Gesamthelligkeit. Unter einer bestimmten Gesamthelligkeit lohnt das Nachführen nicht mehr.

grüsse,
Hannes

[1hdsquad]

@ Matchstick: Erstmal Hallo
Wenn ich du waere, wuerder ich auf jeden Fall einen AVR nehmen. 1,8 Volt und ein paar Mikroampere hast du doch wohl ueber . Mit einem Mikrocontroller wird alles viel einfacher, genauer und besser steuer- und aenderbar. Wenn du bis jetzt noch keine Ahnung davon hast: Keine Angst, ist saueinfach, lernt sich schnell und (fast) alle koennen dir helfen. Und ich wuerde sogar digitale Lichtsensoren nehmen, siehe da: https://www.roboternetz.de/wissen/in...ten#Helligkeit
Der digitale I2C-Lichtsensor hat aktiv einen Stromverbrauch von 0,24 mA, auch nicht die Welt Und im Ruhemodus sind es gerade noch 3,2 Mikroampere...
Aber das musst du wissen, digital ist es mir meistens lieber...