Fablab Karlsruhe

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====== PhabLabs 4.0 - Workshop Heliostat ======

===== Beschreibung =====

{{:projekte:2017:phablabs_heliostat.png?direct&280 }}
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 =====

{{  :projekte:2017:phablabs4_0:phablabs_4.0_2.w.png?600  }}

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.

{{ :projekte:2017:phablabs4_0:mount_all.png?direct&400 |}}

{{  :projekte:2017:phablabs4_0:20170417_phablabs_heliostat_lagerung_rendering.jpg?600  |20170417_phablabs_heliostat_lagerung_rendering.jpg}}

{{  :projekte:2017:phablabs4_0:20170417_phablabs_heliostat_lagerung_rendering_2.jpg?600  |20170417_phablabs_heliostat_lagerung_rendering_2.jpg}}

{{  :projekte:2017:phablabs4_0:20170417_phablabs_heliostat_lagerung_rendering_3.jpg?600  |20170417_phablabs_heliostat_lagerung_rendering_3.jpg}}

===== Hauptkomonenten =====

|Solarzelle 12v 5W|{{:projekte:2017:phablabs4_0:sollarzelle.jpg?nolink&80x80}}|
|Getriebemotor 6v DC|{{:projekte:2017:phablabs4_0:motor.jpg?nolink&91x91}}|
|Speicher-Akku|{{:projekte:2017:phablabs4_0:batterie.jpg?nolink&80x80}}|
|Laderegler mit USB-Anschluß|{{:projekte:2017:phablabs4_0:ladereglersoloa.jpg?nolink&70x70}}|
|Zahnrad gedruckt| |
|gelaserte Holzteile|{{:projekte:2017:phablabs4_0:holz1.jpg?nolink&256x192}}|
|Spannungsregler auf 5V|{{:projekte:2017:phablabs4_0:stepdown_1.jpg?nolink&145x98}}|
|Steuerplatine mit Auswerteelektronik und Motorsteuerung|{{:projekte:2017:phablabs4_0:lochraster_klein.jpg?nolink&208x106}}|
|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-Lötkolben | Löten der Komponenten und Anschlussdrähte |
| Multimeter | |
| Holzleim| Verkleben der gelaserten Holzteile |
| Gummiringe | Hilfsmittel beim Zusammenbau |
| Seitenschneider | |
| Arbeitsunterlage | |

\\


===== Team =====

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


===== LOG =====

^Datum^Name^Task^Beschreibung|
|25.02.2017|Klaus|Elektronik|   \\ Löten der Prototyp Steuerung \\   \\ {{  :projekte:2017:phablabs4_0:proto_1.jpg?nolink&189x253|proto_1.jpg}}|
|  02.03.2017|  Klaus|  Mechanik|   \\ Bauen Prototyp Mechanik ohne Lager \\   \\ {{  :projekte:2017:phablabs4_0:mechanik_1.jpg?nolink&245x327|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 \\   \\ {{  :projekte:2017:phablabs4_0:lager2.jpg?nolink&256x192|lager2.jpg}}|
|  18.03.2017|  Klaus|  Elektronik|  Entwurf Schaltung als Lochraster|
|  23.03.2017|  Klaus|  Elektronik|   \\ Test Lochraster Schaltung \\   \\ {{  :projekte:2017:phablabs4_0:lochraster_klein.jpg?nolink&208x106|ASCII���User comments}}|
|  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 \\   \\ {{  :projekte:2017:phablabs4_0:v1.jpg?nolink&256x192|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 \\   \\ {{  :projekte:2017:phablabs4_0:helostat.jpg?nolink&327x245|ASCII���ASCII}}|
|  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) \\   \\ {{  :projekte:2017:phablabs4_0:platte_klein.jpg?nolink&327x245|ASCII���User comments}}|
|  05.06.2017|  Klaus / Ralf|  Dokumentation|  Kurzbeschreibung und Dokumentation auf dem Wiki aktualisiert|
|  09.06.2017|  Klaus|  Mechanik|   \\ Zusammenbau des neuen Antriebskonzept \\   \\ {{:projekte:2017:phablabs4_0:neuer_antrieb.jpg?nolink&414x310|ASCII���User comments}} \\  \\ Funktion zufriedenstellend.|
|  17.06.2017|  Klaus|Mechanik|Achse auf 20 mm Durchmesser geändert um Stecker durchführen zu können|
|  19.06.2017|  Klaus|Elektronik|Neue Motor Platine gelötet.{{:projekte:2017:phablabs4_0:platiene_final.jpg?nolink&473x354|ASCII���User comments}}|
|  21.06.2017|  Klaus|Komplettgerät|   \\ Erster Zusammenbau aller Elektronikkomponenten im Standfuß \\   \\ {{:projekte:2017:phablabs4_0:bodenplatte_montiert_akku_ldgeraet.jpg?nolink&389x291|ASCII���User comments}}|
|23.06.2017|Ralf|Optimierung|Günstigeren 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|https://wetec.vrok.de/projekte/pbgellader.pdf]] \\  [[http://www.elexs.de/akku3.html|http://www.elexs.de/akku3.html]]|
|24.06.2017|Ralf|Optimierung|Elektronik in Deckel einbauen, Boden wegfallen lassen \\ Batteriehalter aus 'Abfall' auslasern. \\ Laderegler auf Platine integrieren (mit LEDs)|
|25.06.2017|Ralf/ Klaus|Bestellung|Material 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)|
|28.06.2017|Klaus|Elektronik|   \\ Testen eines PB137 Spannungsreglers als günstige Ladeschaltungsalternative. \\   \\ {{:projekte:2017:phablabs4_0:pb137.jpg?nolink&307x231|ASCIIASCII}}|
|07.07.2017|Klaus|Wokrshop|  Vorbereiten eines Pre-Workshops mit zwei Teilnehmern.|
|8.07.2017|Klaus|Wokrshop|    \\ 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 \\  \\ <font 13.5pt/arial,sans-serif;;inherit;;inherit>Zuerst werden wir im Workshop NUR den Teil Solar –USB Lader bauen.</font> \\

    \\   \\

    \\ <font 13.5pt/arial,sans-serif;;inherit;;inherit>Danah werden wir auf einer Mechanik aufbauen so dass man den Lader einfach von Hand in die optimale Sonnenposition stellen kann.</font> \\

    \\   \\

    \\ <font 13.5pt/arial,sans-serif;;inherit;;inherit>Danach werden wir den Heliostat mit einer Batterie erweitern die als Pufferbatterie dienen soll.</font> \\

    \\   \\

    \\ <font 13.5pt/arial,sans-serif;;inherit;;inherit>Als letztes schließlich kümmern wir uns um die Nachführung.</font> \\
   Hier mus die selbstgefräste Platiene besser vorbereitet werden, das löten dauerte zu lange --> breiter vias , mehr Abstand ser Leitungen \\

             \\   \\
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|09.07.2017|Philip/Klaus|Testaufbau in Pappel|  Projekt testweise in Pappel 3mm aufgebaut. Laserzeiten um 7 Minuten reduziert, aber zu instabil.|
|09.07.2017|Klaus|Elektronik|   \\ Laderegler mit Messpins auf die Solarzellen Adapterplatine verschieben \\

    \\ {{:projekte:2017:phablabs4_0:solarloaderadapter.jpg?nolink&131x211}} \\
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