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projekte:2017:phablabs4_0:heliostat

PhabLabs 4.0 - Workshop Heliostat

Beschreibung

Jeder Workshopteilnehmer baut unter Anleitung eine Apparatur die automatisch eine Solarzelle optimal zur Sonne ausrichtet und nachführt (Heliostat).

Heliostate sind sich selbstausrichtende Spiegel zur präzisen Lenkung des Sonnenlichts. Das zielgelenkte Sonnenlicht kann man entweder zur Energiegewinnung verwenden, oder man setzt es ein zur Ausleuchtung von fensterlosen Zonen, Aufhellung von beschatteten Objekten oder als Quelle natürlichen Lichtes.

Die Technik kann aber auch verwendet werden um eine Solarzelle automatisch optimal zur Sonne auszurichten.

Zur Steuerung der Mechanik kann generell zwischen analogen Lösungen mit Messung der Helligkeit ohne Intelligenz, Messung der Helligkeit mit Mikrocontrollerauswertung und Uhrzeitnachführungen mit Berechung der Sonnenposition unterscheiden. Die Berechnung der Sonnenposition ist recht aufwendig, hat aber den Vorteil, dass keine Optik sauber gehalten werden muss.

Zur Nachführung einer Solarzelle kann auf die Nachführung in der vertikalen Achse verzichtet werden, in dem Fall spricht man von einer einachsigen Nachführung. Diese spart Mechanik, man verliert aber an Leistungsausbeute. Kippt man die Drehachse um einen Winkel der gleich der geographische Breite des Aufstellortes ist nach Norden, so wird der Verlust erheblich minimiert. (Parallaktische Montierung)

Für den Workshop bietet sich der Aufbau einer analogen Steuerung an.

Schaltung

An den Ausgängen wird eine H-Brücke als Motortreiber und ein Getriebemotor angeschlossen.In der Schaltung befinden sich zwei Spannungsteiler. Zu einen die Reihenschaltung aus den beiden LDR ́s. Werden beide gleichmäßig beleuchtet, teilt sich die Spannung gleichmäßig auf. Die Spannung Vcc teilt sich an der Reihenschaltung der Widerstände in drei Teile auf: Spannung U1 über Poti R1 und R3, Spannung U2 über Poti R2 und die Spannung U3 über R4. Die Spannung U2 ist die Hysterese bei der sich beide Ausgänge auf 0 V Potential befinden. Die Spannungen U1 und Vcc-U3 sind die Schaltpunkte.

Mechanischer Aufbau

einfacher mechanischer Aufbau für einen kugelgelagerten Drehteller.

20170417_phablabs_heliostat_lagerung_rendering.jpg

20170417_phablabs_heliostat_lagerung_rendering_2.jpg

20170417_phablabs_heliostat_lagerung_rendering_3.jpg

Hauptkomonenten

Solarzelle 12v 5Wsollarzelle.jpg
Getriebemotor 6v DCmotor.jpg
Speicher-Akkubatterie.jpg
Laderegler mit USB-Anschlußladereglersoloa.jpg
Zahnrad gedruckt
gelaserte Holzteileholz1.jpg
Spannungsregler auf 5Vstepdown_1.jpg
Steuerplatine mit Auswerteelektronik und MotorsteuerungASCII���User comments
Kabel, Schalter, Stecker

Werkzeug

Besonderes und wichtiges Werkzeug:

Lasercutter (Wichtig)Schneiden der benötigten Holzteile
3D Drucker (Wichtig)Drucken der Plastikteile
Bolzenschneider,
kräftiger Seitenschneider,
Metallsäge
Trennen des Stahldrahtes
Elektronik-LötkolbenLöten der Komponenten und Anschlussdrähte
Multimeter
HolzleimVerkleben der gelaserten Holzteile
GummiringeHilfsmittel beim Zusammenbau
Seitenschneider
Arbeitsunterlage


Doku

Anleitung vom 8. Mai 2018: workshopdoku_v3.4.docx

Team

  • Klaus J. (lead)
  • Ralf
  • (Ivo K.)

LOG

DatumNameTaskBeschreibung
25.02.2017KlausElektronik
Löten der Prototyp Steuerung

proto_1.jpg
02.03.2017 Klaus Mechanik
Bauen Prototyp Mechanik ohne Lager

mechanik_1.jpg
10.03.2017 Klaus Mechanik Drucken der Halterung für die Lager
11.03.2017 Klaus Mechanik
Bauen einer Prototyp Mechanik mit Lagern

lager2.jpg
18.03.2017 Klaus Elektronik Entwurf Schaltung als Lochraster
23.03.2017 Klaus Elektronik
Test Lochraster Schaltung

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24.03.2017 Klaus Elektronik Überarbeitung Schaltung (pull Up's eingeführt)
30.03.2017 Klaus Mechanik Drucken Motorwellen Kopf V1
01.04.2017 Klaus Elektronik Tests Solarzelle - Step Down
07.04.2017 Klaus Mechanik Entwurf Träger Solarzelle
10.04.2017 Klaus Mechanik
Erster kompletter Zusammenbau Mechanik

v1.jpg
11.04.2017 Klaus Mechanik Träger Solarzelle nicht weit genug drehbar und zu instabil
–> Entwurf neuer Träger
13.04.2017 Ralf Elektronik Schaltplan in Eagle designed
14.04.2017 Gerd Mechanik 3D Renderings
20.04.2017 Klaus Mechanik Neuen Solarzellen Träger designend
21.04.2017 Klaus Komplettgerät
Erster kompletter Zusammenbau Mechanik und Solarzelle

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09.05.2017 Klaus Elektronik Step Down kaputt –> Austausch
14.05.2017 Klaus Komplettgerät Tests Sonnennachführung
22.05.2017 Klaus Mechanik Entscheidung Motor nach außen zu setzen –> Zahnradantrieb
26.05.2017 Klaus Mechanik Neudesign der Antriebsplatte als Zahnscheibe
01.06.2017 Klaus Mechanik
Neudesign der Montageplatte (Achsen ohe Druckteile)

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05.06.2017 Klaus / Ralf Dokumentation Kurzbeschreibung und Dokumentation auf dem Wiki aktualisiert
09.06.2017 Klaus Mechanik
Zusammenbau des neuen Antriebskonzept

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Funktion zufriedenstellend.
17.06.2017 KlausMechanikAchse auf 20 mm Durchmesser geändert um Stecker durchführen zu können
19.06.2017 KlausElektronikNeue Motor Platine gelötet.ASCII���User comments
21.06.2017 KlausKomplettgerät
Erster Zusammenbau aller Elektronikkomponenten im Standfuß

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23.06.2017RalfOptimierungGünstigeren Motor gesucht (evtl. Reichelt: 6.- EUR), Schaltplan zum Selberbauen des Ladereglers gesucht (LM317 + Pb137)
Schaltung für Laderegler (IC Lade-Regler Pb137 Voelkner 0,7 EUR / Farnell: 1,22EUR / LM317 gibt es bei Mükra)
https://wetec.vrok.de/projekte/pbgellader.pdf
http://www.elexs.de/akku3.html
24.06.2017RalfOptimierungElektronik in Deckel einbauen, Boden wegfallen lassen
Batteriehalter aus 'Abfall' auslasern.
Laderegler auf Platine integrieren (mit LEDs)
25.06.2017Ralf/ KlausBestellungMaterial für 12 WS + alternativer Getriebemotor bei reichelt bestellt
Multimeter für 6 TN (3 Stück) bestellt.
Es fehlen: Solarzellen, Getriebemotoren (wir warten auf die Angebote / Alternativprodukte)
28.06.2017KlausElektronik
Testen eines PB137 Spannungsreglers als günstige Ladeschaltungsalternative.

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07.07.2017KlausWorkshop Vorbereiten eines Pre-Workshops mit zwei Teilnehmern.
8.07.2017KlausWorkshop
Pre-Workshop durchgeführt.
Erkentnisse:
Laserzeit zu Lang → Design verschlanken.
KEINE möglichkeit (oder nur sehr umständlich) Batterieladestrom zu messen → Entscheidung Laderegler mit Meßpins auf Solarzellen Adapterplatine verschieben.
Workshop dauert zu Lange → Entscheidung den Workshop sauberer in mehrere Phasen unterteilen
Zuerst werden wir im Workshop NUR den Teil Solar –USB Lader bauen.
Dannach werden wir auf einer Mechanik aufbauen so dass man den Lader einfach von Hand in die optimale Sonnenposition stellen kann.
Danach werden wir den Heliostat mit einer Batterie erweitern die als Pufferbatterie dienen soll.
Als letztes schließlich kümmern wir uns um die Nachführung.
Hier mus die selbstgefräste Platine besser vorbereitet werden, das löten dauerte zu lange –> breitere Vias , mehr Abstand der Leitungen
09.07.2017Philip/ KlausTestaufbau in Pappel Projekt testweise in Pappel 3mm aufgebaut. Laserzeiten um 7 Minuten reduziert, aber zu instabil.
09.07.2017KlausElektronik
Laderegler mit Meßpins auf die Solarzellen Adapterplatine verschieben
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projekte/2017/phablabs4_0/heliostat.txt · Zuletzt geändert: 2018/05/08 15:21 von hellmuth