Sonnen-Nachführung
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Immer wieder geisterte mir die Umsetzung einer automatischen Sonnennachführung/Sonnenfolger/Heliostat durch den Kopf. Die könnte mann dann prima zur Verbesserung des Wirkungsgrades von PV-Modulen oder Solar-Absorbern, wie z.B. im Projekt "Solar-Thermie", verwenden.
Jetzt liest man ja immer Sonnenfolgesteuerungen sind "zu teuer", "lohnen sich nicht", "sind zu wartungsintensiv" usw.
Je nach Fall evt. berechtig, aber: "Versuch macht klug" und für den Selbstbauer lohnt es immer!
Jetzt liest man ja immer Sonnenfolgesteuerungen sind "zu teuer", "lohnen sich nicht", "sind zu wartungsintensiv" usw.
Je nach Fall evt. berechtig, aber: "Versuch macht klug" und für den Selbstbauer lohnt es immer!
Bei
einem Solar-Absorber ist die Führung der Wasserleitungen natürlich nicht so
einfach wie bei den Kabeln eines PV-Modul. Je nach dem ob 1 oder 2 Achsen dem
Sonnenverlauf nachgeführt werden sind aber auch dass lösbare Probleme.
Gestützt auf div. Infos aus dem Netz stellte ich mir meine Lösung so vor:
Vier über Kreuz angeordnete LDR´s mit den Richtungen Oben/Unten und Rechts/Links empfangen das Sonnenlicht. Ein Mittig angeordnetes Blendkreuz erzeugt auf den Sensoren einen Sachatten sobald die Sonne wandert. Dieser Sensorkopf muss dann am Kollektor befestigt werden. Eine Auswertelektronik vergleicht dann die Werte der Sensoren und steuert die Antriebe zum schwenken und neigen abhängig von der Grundhelligkeit an.
Erst schwebte mir eine Regelung mit Operationsverstärkern vor. Da wäre aber doch etwas Know-how gefragt beim projektieren der Regelung. Sicherlich hätte ich hier x-fach ausprobieren und umlöten müssen bis was Brauchbares raus gekommen wäre.
Wie nahe lag da doch eine Lösung per Mikrocontroller. Hier kann jederzeit mit wenig Aufwand das Programm angepasst/verändert werden.
Gestützt auf div. Infos aus dem Netz stellte ich mir meine Lösung so vor:
Vier über Kreuz angeordnete LDR´s mit den Richtungen Oben/Unten und Rechts/Links empfangen das Sonnenlicht. Ein Mittig angeordnetes Blendkreuz erzeugt auf den Sensoren einen Sachatten sobald die Sonne wandert. Dieser Sensorkopf muss dann am Kollektor befestigt werden. Eine Auswertelektronik vergleicht dann die Werte der Sensoren und steuert die Antriebe zum schwenken und neigen abhängig von der Grundhelligkeit an.
Erst schwebte mir eine Regelung mit Operationsverstärkern vor. Da wäre aber doch etwas Know-how gefragt beim projektieren der Regelung. Sicherlich hätte ich hier x-fach ausprobieren und umlöten müssen bis was Brauchbares raus gekommen wäre.
Wie nahe lag da doch eine Lösung per Mikrocontroller. Hier kann jederzeit mit wenig Aufwand das Programm angepasst/verändert werden.
Als Prototyp habe ich 2 Getriebemotoren auf ein paar Aluwinkeln mit
Endschalter gebaut. Ein C-Control Board lag noch ungenutzt rum. Für die
Ansteuerung der Motoren musste ich dann noch eine Relaiskarte löten.
Alles mal schnell auf eine Stück Fichte/Tanne genagelt... und es
funktioniert!
Über den Schattenwurf der langen Schraube neben dem Sensorfeld kann man gut die Ausrichtungsgenauigkeit zu Sonne prüfen. Im Test reicht dieser Schatten nur knapp über den Mutterrand hinaus. Eine höhere Genauigkeit könnte ich mit kleinerer Stellgeschwindigkeit der Motoren und einem längeren Schattenkreuz zwischen den LDR´s erreichen. Die Ausrichtung zur Sonne sollte aber mit einer Genauigkeit um +/- 2 Grad völlig ausreichen!
Das Programm vergleicht ständig die Sensorwerte "Oben" mit "Unten" und "West" mit "Ost". Um eine gewisse Hysterese einzubauen wird der jeweils kleinere Wert vom größeren subtrahiert. Überschreitet das Ergebnis dann einen gewissen Wert wird das passende Relais angesteuert. Der Motor dreht sich und die Differenz ist wieder unterhalb des Schwellwertes. Die Endschalter sind auch mit in Anhängigkeit gebracht. Die große rote LED signalisiert Endschalter angefahren.
Ferner könnte man über die Echtzeituhr im Controller den Kollektor abends am Ende einer Mindesthelligkeit auf Endschalter "Ost" + "Unten" fahren um beim nächsten Sonnenaufgang gleich passend zu stehen bzw. die Sonne nicht im Nacken zu haben.
Für das Erste funktioniert der Prototyp. Nächsten Sommer mal einen Vergleichstest mit statischen und nachgeführten PV-Modul machen...
Über den Schattenwurf der langen Schraube neben dem Sensorfeld kann man gut die Ausrichtungsgenauigkeit zu Sonne prüfen. Im Test reicht dieser Schatten nur knapp über den Mutterrand hinaus. Eine höhere Genauigkeit könnte ich mit kleinerer Stellgeschwindigkeit der Motoren und einem längeren Schattenkreuz zwischen den LDR´s erreichen. Die Ausrichtung zur Sonne sollte aber mit einer Genauigkeit um +/- 2 Grad völlig ausreichen!
Das Programm vergleicht ständig die Sensorwerte "Oben" mit "Unten" und "West" mit "Ost". Um eine gewisse Hysterese einzubauen wird der jeweils kleinere Wert vom größeren subtrahiert. Überschreitet das Ergebnis dann einen gewissen Wert wird das passende Relais angesteuert. Der Motor dreht sich und die Differenz ist wieder unterhalb des Schwellwertes. Die Endschalter sind auch mit in Anhängigkeit gebracht. Die große rote LED signalisiert Endschalter angefahren.
Ferner könnte man über die Echtzeituhr im Controller den Kollektor abends am Ende einer Mindesthelligkeit auf Endschalter "Ost" + "Unten" fahren um beim nächsten Sonnenaufgang gleich passend zu stehen bzw. die Sonne nicht im Nacken zu haben.
Für das Erste funktioniert der Prototyp. Nächsten Sommer mal einen Vergleichstest mit statischen und nachgeführten PV-Modul machen...
Weitere Links zum Thema:
- Heliostaten und Tageslichtsysteme im Überblick
- Cerebral Meltdown.com David’s Heliostat Project
- Linak - Antriebslösungen für Nachführsysteme
- Artikelsammlung zu Heliostat bei www.mikrokontroller.net