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Solarprojekt
10.09.2016, 02:06
Beitrag #1
Rainbow Solarprojekt
Hallo
Habe ein Solarprojekt am Laufen.

Teil 1: Nun möchte ich eine Steuerung bauen, die die solare Energieaufnahme optimiert.
Hierzu würde ich kleine Solarzellen nutzen um 2 Achsen optimal ausmessen und steuern zu können. Gibts da hierzu schon was?
Als Antrieb habe ich an sowas wie Scheibenwischermotoren, die ja auch ein Getriebe beinhalten, gedacht.
Die Steuerung soll die Differenzspannung zwischen dem jeweiligen Solarzellenpaar ausmessen und bei Differenz den Spiegel nachrichten.
Hierzu würde dann der jeweilige Motor über ein Relais für die Richtung und ein Relais für ein/aus benutzt.
Morgens braucht es eine Grundstellung und Abends somit ein Zurückfahren.
Vielleicht gehts aber auch einfach so wenn die Sonne aufgeht und die Differenz zwischen dem Solarzellenpaar brauchbar ist?
Brauch bis hierhin: 1 Arduino Uno? 1 Display mit Tasten. 4 Eingänge für Spannungsmessung und 4 Relaisansteuerungskanäle.
Was würdet ihr bei meiner Überlegung ggf. vereinfachen oder zusätzlich berücksichtigen? Vielleicht habe ich was übersehen/vergessen?

Teil 2: dieser Anlage soll den Wasserfluss regulieren, sodaß ziemlich konstant 85 Grad am Ausgang der Erwärmung anstehen.
Hierbei würde ich eine Schlauchpumpe einsetzen, die über die Spannung einen gleichmäßigen Fluss gewährleistet. Die Pumpe kann von 3 bis 12V geregelt werden und zieht bis zu 35 Watt.
Welche Komponente würde ich als Treiber benötigen?
Braucht es einen zusätzlichen Arduino? Temperaturmessung. Komponente für Pumpenansteuerung.

Teil 3: Lüftersteuerung 12V mit 1 Sensor und einem Spannungsregler für Drehzahlanpassung bzgl Lufttemperatur.

Wäre schön wenn ich das mit einem Arduino hinbekommen könnte.
Was meint ihr dazu ? Uno oder Mega ? oder anderer Microcomputer?

Gruß Joe

Meine Vision Rolleyes http://global-science-circle.org
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10.09.2016, 19:18
Beitrag #2
RE: Solarprojekt
Hallo,
es ist schwer von außen zu beurteilen welche Motoren du verwenden kannst. Das hängt halt auch viel davon ab wie schwer die Teile sind die bewegt werden sollen und wie die Getriebe aussehen.
Wenn du aber passende (DC) Motoren gefunden hast, kann man dich bei der Wahl der Treiberplatine unterstützen.

Um mit einem Arduino 3 bis 12V für eine Pumpe zu regeln muss man schon etwas tricksen. Einfacher ist es für einen Arduino die Pumpe per PWM in der Leistung zu regeln. Die Frage ist dann aber ob die Pumpe das verträgt.

Ich persönlich würde auch von dem Versuch Abstand nehmen die Nachführung an zwei Salatzellen zu hängen. Sobald das Wetter etwas trübe, neblig oder wolkig ist, kannst du vermutlich keine brauchbaren Ergebnisse mehr erzielen.
Aus deinem Standort, Datum und Uhrzeit kannst du die aktuelle Sonnenposition genau genug mit einem Arduino berechnen.

Ich würde auch gleich einen MEGA nehmen. Da ist mehr Luft nach oben und du musst wenn es mit einem UNO mal eng werden sollte nicht das System wechseln.

Gruß
Arne

(10.09.2016 02:06)JoeDorm schrieb:  Hallo
Habe ein Solarprojekt am Laufen.

Teil 1: Nun möchte ich eine Steuerung bauen, die die solare Energieaufnahme optimiert.
Hierzu würde ich kleine Solarzellen nutzen um 2 Achsen optimal ausmessen und steuern zu können. Gibts da hierzu schon was?
Als Antrieb habe ich an sowas wie Scheibenwischermotoren, die ja auch ein Getriebe beinhalten, gedacht.
Die Steuerung soll die Differenzspannung zwischen dem jeweiligen Solarzellenpaar ausmessen und bei Differenz den Spiegel nachrichten.
Hierzu würde dann der jeweilige Motor über ein Relais für die Richtung und ein Relais für ein/aus benutzt.
Morgens braucht es eine Grundstellung und Abends somit ein Zurückfahren.
Vielleicht gehts aber auch einfach so wenn die Sonne aufgeht und die Differenz zwischen dem Solarzellenpaar brauchbar ist?
Brauch bis hierhin: 1 Arduino Uno? 1 Display mit Tasten. 4 Eingänge für Spannungsmessung und 4 Relaisansteuerungskanäle.
Was würdet ihr bei meiner Überlegung ggf. vereinfachen oder zusätzlich berücksichtigen? Vielleicht habe ich was übersehen/vergessen?

Teil 2: dieser Anlage soll den Wasserfluss regulieren, sodaß ziemlich konstant 85 Grad am Ausgang der Erwärmung anstehen.
Hierbei würde ich eine Schlauchpumpe einsetzen, die über die Spannung einen gleichmäßigen Fluss gewährleistet. Die Pumpe kann von 3 bis 12V geregelt werden und zieht bis zu 35 Watt.
Welche Komponente würde ich als Treiber benötigen?
Braucht es einen zusätzlichen Arduino? Temperaturmessung. Komponente für Pumpenansteuerung.

Teil 3: Lüftersteuerung 12V mit 1 Sensor und einem Spannungsregler für Drehzahlanpassung bzgl Lufttemperatur.

Wäre schön wenn ich das mit einem Arduino hinbekommen könnte.
Was meint ihr dazu ? Uno oder Mega ? oder anderer Microcomputer?

Gruß Joe

ExclamationMit zunehmender Anzahl qualifizierter Informationen bei einer Problemstellung, erhöht sich zwangsläufig die Gefahr auf eine zielführende Antwort.Exclamation
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10.09.2016, 19:40 (Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 10.09.2016 21:13 von JoeDorm.)
Beitrag #3
RE: Solarprojekt
Hallo Arne,
Dank für Deine Ausführung.

Die Pumpe ist normalerweise 24V mit 35W. Bei 3..12V entsprechend weniger Watt.
Mit PWM ist eine gute Idee. Vorschläge für ein PWM-Teil?

Die Motoren für die Nachführung sind Scheibenwischermotoren 12V 50..100W also Standard. Auch hier PWM-Leistung?
Andererseits ist die Positionsberechnung ohne Sensoren auch interessant. Gibts da bereits Code ?

Brauche für den Teil 3 sehr flinke Temperatursensoren die in eine Tauchhülse rein sollen. Ideen für Sensoren?

Standort Gran Canaria :-)
Gruß Joe


(10.09.2016 19:18)ardu_arne schrieb:  Hallo,
es ist schwer von außen zu beurteilen welche Motoren du verwenden kannst. Das hängt halt auch viel davon ab wie schwer die Teile sind die bewegt werden sollen und wie die Getriebe aussehen.
Wenn du aber passende (DC) Motoren gefunden hast, kann man dich bei der Wahl der Treiberplatine unterstützen.

Um mit einem Arduino 3 bis 12V für eine Pumpe zu regeln muss man schon etwas tricksen. Einfacher ist es für einen Arduino die Pumpe per PWM in der Leistung zu regeln. Die Frage ist dann aber ob die Pumpe das verträgt.

Ich persönlich würde auch von dem Versuch Abstand nehmen die Nachführung an zwei Salatzellen zu hängen. Sobald das Wetter etwas trübe, neblig oder wolkig ist, kannst du vermutlich keine brauchbaren Ergebnisse mehr erzielen.
Aus deinem Standort, Datum und Uhrzeit kannst du die aktuelle Sonnenposition genau genug mit einem Arduino berechnen.

Ich würde auch gleich einen MEGA nehmen. Da ist mehr Luft nach oben und du musst wenn es mit einem UNO mal eng werden sollte nicht das System wechseln.

Gruß
Arne

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11.09.2016, 12:28
Beitrag #4
RE: Solarprojekt
(10.09.2016 19:40)JoeDorm schrieb:  Mit PWM ist eine gute Idee. Vorschläge für ein PWM-Teil?

Du kannst jeden DC-Motor per PWM Regeln.

Das ist ja nichts anderes als schnelles An,-und Ausschalten. Das schadet weder den Spulen, noch dem Kommutator.
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11.09.2016, 12:32
Beitrag #5
RE: Solarprojekt
Hallo Joe,

ich habe leider selbst keine Erfahrung mit der Ansteuerung von Motoren.
Für die beiden Scheibenwischermotoren die links/rechts laufen müssen könnte (ohne Gewähr) 2x dieser Motor Treiber passen.
Möglicherweise ist der aber auch überdimensioniert.

Für die Pumpe reicht ein einfacher N-Kanal MOSFET Transistor mit Freilaufdiode für die Ansteuerung per PWM. Z.B. ein IRLZ44N.

Sehr flink und in Tauschhülse widerspricht sich eigentlich schon. Big Grin
Wenn die Tauchhülse schon vorhanden ist, kann man z.B. einen DS18B20 mit etwas Wärmeleitpaste in die Hülse stecken.
Ohne vorhandene Tauchhülse könnte man evtl. DS18B20 Wasserdicht nehmen.
Die DS18B20 lassen sich einfach ohne zusätzliche Hardware mit einem Arduino abfragen und haben nur einen kleinen Messfehler.

Die Positionierung ohne Sensoren ist prinzipiell machbar. Du brauchst dazu eine Echtzeituhr welche immer die aktuelle UTC-Uhrzeit liefert. Das geht vermutlich mit einer DS3231. Alternativ dazu kann man auch einen DCF77 Empfänger oder ein GPS-Modul verwenden.
Zusätzlich muss der Arduino wissen wie das Solarmodul gerade steht. Also musst du an der X und Y Achse noch ein Poti anbringen welches dem Arduino die aktuelle Stellung meldet. An beiden Achsen sollten auch je zwei Endschalter montiert sein damit die Module nicht über die Fahrwegsgrenzen hinaus bewegt werden können.

Für die Berechnung des aktuellen Sonnenstandes habe ich einen funktionierenden Code. Im Vergleich zu Webseiten die den Sonnenstand anzeigen liegt der Fehler bei der Berechnung auf einem Arduino bei <1°. Den müsste ich bei Gelegenheit noch etwas überarbeiten und kann den dann zur Verfügung stellen.

Die verlinkten Bauteile sind nur Beispiele. Möglicherweise gibt es da auch welche die für dich besser passen. Das kann ich aber nicht beurteilen weil ich die Anlage nicht kenne.

Gruß
Arne

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15.09.2016, 00:34
Beitrag #6
RE: Solarprojekt
Hallo und Dank Arne,

die Variante Positionieren nach Uhrzeit werde ich wohl nicht ins Auge fassen, weil zu aufwendig. Poti an der Konstruktion kann ich mir nicht vorstellen. Zusätzliche Scheibe zum Zählen der 1/4 oder 1/8 Schritte an der Welle wäre eine Option.

Was eher in Frage käme wäre dann doch die Fotosensor-Steuerung die erst aktiv wird wenn eine einstellbare Differenzspannung mindestens anliegt, sodaß bei einer Wolke nicht so schnell nachgerichtet wird. Wenn Nachrichtungsbedarf da wäre kann man den ja über 5 Min lang beobachten ob dieser permanent, also gerechtfertigt ist und erst dann nachstellen.
Die Ströme beim Anfahren der Endpunkte(maxStrom) würde ich mit einer Kfz-Glühlampe begrenzen, sodaß die Motoren nicht durchbrennen können, da immer max 1 Sek mit Pause 15 Sek der Antrieb getaktet werden soll/kann. 15 Umdrehungen sind derzeit auch noch etwa ein 150Grad-Schwenk auf Ost-West-Achse. Und da ich immer noch die Scheibenwischermotoren auf dem Plan habe, muß ich mal sehn wie das praktisch aussieht(Anlaufstrom und Laufzeit für z.B. 5Grad).
Die H-Brücke habe ich mir angeschaut; das wäre wohl die eleganteste Lösung.

Die Pumpenansteuerung mit dem Mosfeet ist eine gute Idee, allerdings sollte der Innenwiderstand des Mosfeet kleinstmöglich sein, um ggf. einen nur kleinen Kühlkörper zu benötigen.

Der vorgeschlagene Temperatursensor als Fertigprodukt mit Kabel wäre eine akzeptable Variante. Gibt es auch Erfahrungen mit anderen Messfühlern?

Danke Joe

Meine Vision Rolleyes http://global-science-circle.org
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15.09.2016, 11:45
Beitrag #7
RE: Solarprojekt
Hallo Joe,
welche Methode du verwendest um den Sonnenstand zu ermitteln bleibt dir selbst überlassen. Hier kannst du neben viel Blabla auch etwas über Pro und Contra der einzelnen Methoden lesen.

Statt zu kleinen Solarzellen würde ich eher zu Fotowiderständen für die optische Erfassung greifen. Das ist aber auch nur ein Bauchgefühl.
Es gibt auch einige Anleitungen im WWW wie die optische Nachführung aussehen kann. Möglicherweise gibt es da auch Tipps wie man mit Wolken und anderen Witterungseinflüssen umgeht.

Temperatursensor gibt es wie Sand am Meer. Der DS18B20 ist der einzige den ich kenne der direkt mit dem Arduino ausgelesen werden kann. Für alle anderen brauchst du mehr oder weniger zusätzliche Bauteile um das Ausgangssignal für einen Arduino passend zu machen. Viele Schaltungen müssen auch abgeglichen werden.
Ein paar Stichworte für Tante Google zu Temperatursensoren: PTC, NTC, PT100, PT1000, Thermoelement, LM35, LM75, LM335, KTY10, KTY81.

Gruß
Arne

ExclamationMit zunehmender Anzahl qualifizierter Informationen bei einer Problemstellung, erhöht sich zwangsläufig die Gefahr auf eine zielführende Antwort.Exclamation
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16.09.2016, 07:04
Beitrag #8
RE: Solarprojekt
Also Grundsätzlich ist es richtig, das eine PV mehr Leistung bringt, wenn sie 90 Grad zur Sonne ausgerichtet ist.
Aber hier reicht eine Toleranz von 10 Grad völlig aus.

Zur Steuerung:
Im Netz sind Formeln zu finden, die anhand von Datum, Zeit und Position der Anlage die aktuelle Sonnenposition berechnen.

Ein billiger GPS Empfänger liefert automatisch alle nötigen Daten.

Nun muss man nur noch die aktuelle Position (Winkel) der Anlage kennen.

Ein Poti würde helfen, ist natürlich sehr präzise, bringt aber auch Fehlerquellen/Aufwand mit sich.

Hier ne Möglichkeit, lediglich über Endschalter zu arbeiten:
Wenn der Antrieb für Drehen/Neigen sehr robust ausgelegt ist, bei großen Anlagen werden dafür Drehstrom-Getriebemotoren verwendet, kann man folgenden Weg gehen:
Nachts um 12 die Anlage langsam gegen Endschalter fahren (der muss sowieso verbaut sein)
Dann einmalig die Anlage den gesamten Weg fahren lassen bis zum anderen Endschalter und die Laufzeit messen.
Die Laufzeit aufteilen in z.B. 100 Schritte.
Jetzt die 100 Schritte zurück fahren zum Endschalter.
Hierbei nach jedem Schritt 2 Sek anhalten, dann wieder weiter.

Durch das Stop and Go werden dann aus den vorher 100 Schritten mehr.

Dann die Impuls-Dauer anpassen, bis man genau 90 Schritte hat von A nach B
(Das kann auch später im Hintergrund weiter erfolgen)

Nun kann die Anlage den Sollwinkel errechnen und hat den Istwinkel mitgezählt.

Bei kleineren Motoren (12VDC) können natürlich hohe Schwankungen von Laufzeit/Weg herauskommen.
Hier könnte man aber einfach die Motorumdrehungen zählen.

Sensoren, die den Sonnenstand messen haben 2 Nachteile:
1. sie können verschmutzen, dann "schielen" sie.

2. Wolke!
Eine Wolke vor der Sonne, und schon ist es neben der Wolke deutlich heller.
Auf diese Position fährt die Anlage und produziert dann 20% Leistung, weil die Wolke die Sonne verdeckt.

10 Minuten später ist die Wolke weiter gezogen
Jetzt produziert die Anlage nur 80-90 %, weil die Module falsch ausgerichtet sind.

Die Anlage fährt jetzt in die Sonne, klar...

Bei bewölktem Himmel schwenkt so manche Anlage völlig verwirrt hin und her.
Zu dem Ertragsverlust kommt der Stromverbrauch für die Bewegung.

Binatone
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