optische Erfassung der Sonne

Hallo Leute,
für meine in Planung befindliche Photovoltaik-Anlage suche ich eine Lösung, um den Standort der Sonne am Himmel optisch zu erfassen, und eine Mechanik darauf auszurichten. (also wie bei den "großen")

Die Drehung allein könnte man ja noch zeitgesteuert lösen, aber die Höhe bzw. den Einstrahlungswinkel müßte man schon irgendwie erfassen.

Mir schwebt da ein Konstrukt aus 5 Phototransistoren vor, je einer links, rechts, oben, unten und einer in der Mitte, quasi als Ziel. Wird nun z.B. der linke am meisten von allen beleuchtet, erfolgt eine Nachführungnach links, bis der mittlere den höchsten Wert zeigt.

Vielleicht hat ja jemand von euch schon mal über sowas nachgedacht und sagt mir mal, ob das eine Sackgasse ist. Evtl. gibts sowas ja schon fertig?

Grüße duc750

eigendlich würden 3 reichen welche in der Mitte durch eine Wand getrennt sind.

Danke für die Antwort,

stimmt, 3 reichen für die eine (vertikale) Ebene.
Wie wird das denn werden, wenn die Sonne diffus durch Schleierwolken scheint? Ein bißchen voneinander abgewinkelt müsste man sie wohl einstellen.

Gruß duc750

3 reichen sowohl für Horizontal und Vertikal.
Die Photoelemente müssen im Dreieck angeordnet werden mit einer Trennwand dazwischen. Wenn alle den gleichen Wert haben ist die Position Ideal, ansonsten in die Richtung der Hohen Werte weiterdrehen.
Das ganze darf aber nicht zu schnell reagieren weil sonst Störlicht unerwünschte Einflüsse hat.
Um gegen Spiegelungen gefeit zu sein, müssen die Photoelemente etwas vertieft angebracht werden und die Trennwand muss aus mattschwarzem Material bestehen.

Um einigermaßen Fremdlichunabhängig zu sein, würde ich den Fototransistoren jeweils ein Röhrchen von ca 5cm spendieren. Quasi als Kollimator.

Hallo,
Eigentlich müsste sich doch Richtung und auch Neigung
direkt aus Standort, Datum und Uhrzeit berechnen lassen, so das
gar keine Sensoren notwendig wären.

Gruß Jan

mit den Röhrchen ist dann aber der mögliche Erfassungswinkel ziemlich eingeschränkt? Eine Nachführung wäre sicher gut zu bewerkstelligen, was ist aber wenn, übertrieben gesagt, die Sonne erst nachmittag aufgeht.
Man müsste dann die grobe Position "von Hand" einstellen ...?

Oder die Röhrchen nach "außen" hin abschrägen, tagsüber wäre Fremdlicht am Himmel doch zu vernachlässigen (außer bei Gewitter) ;-)

Zitat:

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Zitat von JanB

Hallo,
Eigentlich müsste sich doch Richtung und auch Neigung
direkt aus Standort, Datum und Uhrzeit berechnen lassen, so das
gar keine Sensoren notwendig wären.

Gruß Jan

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... ich glaube so weit reichts bei mir nicht :-$
Das mit dem "fahr mal dahin wo's am hellsten ist" gefällt mir irgendwie auch besser. Allerdings zur o.e. Grobausrichtung wär das wohl denkbar...

duc750

Klar, Du kannst auch einen Kegelstumpf statt Zylinder nehmen. Hintergrund ist lediglich, dass:

a) die Fototransistoren gegeneinander abgeschirmt sind,
b) Licht nur von oben, nicht von der Seite detektiert wird.

Du benötigst eine "Nullstellung" als Ausgangspunkt, in die nach Sonnenuntergrang zurück gefahren wird. Morgens (=minimale Helligkeit für die Regelung) startet das ganze dann von dieser Position.

Seitenlicht darf und muss sogar teilweise detektiert werden, ansonsten müsste eine zeitabhängige Grobsteuerung vorhanden sein.

hab mir das ganze auch schon mal überlegt und habe schon ein paar anlagen gesehen, die allerdings wieder auser betrieb waren, weil sich das ganze nicht ausgezahlt hat. will dich ja nicht ganz entmutigen aber ich glaube nicht das sich der aufwand bezahlt macht und du mehr strom rausbekommst als du reinsteckst. vielleicht mal überlegen ob man die anlage nur ein mal am tag ausrichtet, vor allem die neigung. wenn dirs nicht um die zusätzliche energie geht, sondern darum dass du was dabei lernst, find ichs gut. kannst ja dann mal messen ob sichs rentiert.
grüße
thomas
ps: vergiss nicht deine anlage genügent abzusichern, sodass niemand eingeklemmt oder überfahren wird.

@bad-joker:

ursprünglich (als es noch "genug" Fördermittel gab) wollte ich damit meine Stromrechnung drücken. Allerdings gehen die Zahlen, die einem von den "Fachfirmen" vorgerechnet werden, von der Peak-Leistung der Solarmodule aus, also bei 90Grad Lichteintritt und Idealtemperatur usw. Damals kam mir schon die Idee mit der jahreszeitabhängigen Winkelverstellung.

Mittlerweile soll es wie du sagst ein learning-by-doing Projekt werden, das dann im Sommer meine Pool-Pumpe betreibt und im Winter die Beleuchtung zum Komposthaufen (oder so...) Muß ich erstmal noch rechnen, was das Hobby-Budget so hergibt ;-)

Wg. Absicherung sollte es keine Probleme geben, da das Ganze auf dem Garagendach sein soll.

Ist aber alles noch in Planung/Machbarkeitsfeststellung.

Danke auch an alle anderen...

Wenn die blöden Wolken nicht wären würde ich ja eine Sonnenuhr vorschlagen.
Entweder den Schatten mit einer Webcam erfassen und auswerten, oder Photowiderstände auf der Uhr verteilen.

Aber abgesehen davon sollte es doch kein Problem sein die Position der Sonne zu berechnen, is ja nicht so das das Ding den ganzen Tag zufällig rumhüpft :)
Das berechnen kannst ja am PC machen und die Tabelle ballerst Du einmal im Jahr in den Mikrocontroller der die Anlage ausrichtet.
Damit flippt Deine Anlage auch nicht aus wenn mal ne Sonnenfinsternis ist :)

also wie schon erwähnt würde ich das auch so machen, dass ich mir die bahn berechne oder ausmesse und dann das gesteuert betreiben um die position grob einzustellen und zusätzlich die drei oder mehr fotodioden benutzen um eine möglichst präzise sache zu haben (bahnregelung/nachfürung). klingt am aufwendigsten aber da kannste sicher am meisten lernen.
thomas
ps: ich hatte auch eher an kleintiere wie zb. katzen gedacht

Es geht ja nicht darum, die SOlarzellen nach der Sonne auszurichten, sondern nach der maximalen Helligkeit (die meistens der Richtung der Sonne entspricht). Die Lösung mit den drei Fototransistoren ist da sicher die einfachste.

ich glaub im halbleiterheft der elektor letzten jahres war so eine schaltung. die verwendeten 4 leds von denen jeweils 2 (soweit ich es noch im kopf hab) antiparallel geschaltet waren. die leds erzeugen bei licht eine spannung und durch die schaltung heben sich die spannungen auf wenn beide leds gleich angestrahlt werden. wenn nun eine led mehr licht bekommt wird die spannung entweder positiv oder negativ (---> drehrichtung motor). das ganze mit einem op verstärken und eine motoransteuerung. 4 leds weils ja 2 achsen sind ;)

Hallo

Ich habe mal ein Bascom Programm zur bestimmung des Sonnenstandes, abhängig von Uhrzeit, Datum und Position geschrieben. Läuft auf ca. 0.5° genau.

Ist zwar recht wenig dokumentiert (sieht momentan nach Spaghetti Code aus) kann es dir aber gerne zur Verfügung stellen.

Optimierung fehlt auch noch. Hab leider keine Zeit mehr gehabt weiter daran zu arbeiten.

Sledge77

Hallo,

Zitat:

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...Bascom Programm zur bestimmung des Sonnenstandes, abhängig von Uhrzeit, Datum und Position...

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Das würde mich interessieren, lass doch mal sehen.
Oder kannst du mal beschreiben, wie das berechnet wird ?

Gruß Jan

Wenn es um die Lösung geht, würde ich einfach zwischen den Diagrammen von München und Berlin interpolieren.
http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenstand

Bild hier   Bild hier  

Für wo war das gleich?
Leipzig = (2xBerlin + 1xMünchen) / 3

O:)

Manfred

So. Hier der Code dazu. Verbraucht schon relativ viel Speicher. Wie gesagt, der müsste noch optimiert werden. Ich denke das einige Variablen herausgenommen werden können, da sie später nicht mehr gebraucht werden können.

Code:

---

Declare Function Rev(byval A As Single) As Single

'Deklaration der Variablen
Dim Year As Long , Month As Long , D As Long
Dim Temp As Long
Dim Da As Long
Dim Day As Single , Tz As Single , Stunde As Single
Dim Minute As Single , Sekunde As Single
Dim Ut As Single
Dim W As Single , E As Single , M As Single
Dim Ecl As Single
Dim Tempsin As Single , Tempsin2 As Single , Tempsin3 As Single
Dim Convert_s As String * 16
Dim L As Single
Dim Ec As Single
Dim Longitude As Single
Dim Latitude As Single
Dim X As Single , Y As Single , Z As Single
Dim Xhor As Single , Yhor As Single , Zhor As Single
Dim R As Single , V As Single
Dim Lon As Single
Dim Ra As Single , Decl As Single
Dim Sidtime As Single , Gmst As Single , Ha As Single
Dim Az As Single , El As Single
Dim Bystd As Byte , Bymin As Byte
Dim Strstd As String * 2 , Strmin As String * 2

'Längen- und Breitengrad im Bogenmaß (Rad = Deg*PI/180)
Longitude = 0.113446403
Latitude = 0.8950048536

'Zeitzone
Tz = 1

'Zeitpunkt der Berechnung
Year = 2006
Month = 12
D = 9
Stunde = 19
Minute = 55
Sekunde = 0


Do

'Hier wird die Tageszahl bestimmt. Anhand der Tageszahl werden die weiteren Parameter bestimmt
Ut = Stunde - Tz
Tempsin = Minute / 60
Ut = Ut + Tempsin
Tempsin = Sekunde / 3600
Ut = Ut + Tempsin

Da = Month + 9
Da = Da / 12
Da = Da + Year
Da = Da * 7
Da = Da / 4
Da = -1 * Da

Temp = 367 * Year
Da = Da + Temp

Temp = 275 * Month
Temp = Temp / 9

Da = Da + Temp
Da = Da + D
Da = Da - 730530

Tempsin = Ut / 24
Day = Da + Tempsin

W = Day * 8.2193664343e-7
W = 4.938241639861 + W
W = Rev(w)

'Bestimmung von allgemeinen Parameter der Sonne (bzw. der Erde)
E = 1.151e-9 * Day
E = 0.016709 - E

M = Day * 0.017201966040564
M = 6.2141925336494 + M
M = Rev(m)

'Den Ekliptikwinkel bestimmen
Ecl = 6.2186082167e-9 * Day
Ecl = 0.40909296540617 - Ecl

L = W + M
L = Rev(l)

Tempsin = E * Cos(m)
Tempsin = Tempsin + 1

Ec = E * Sin(m)
Ec = Ec * Temp
Ec = M + Ec
Ec = Rev(ec)

Tempsin = Cos(ec)
X = Tempsin - E
Tempsin = E * E
Tempsin = 1 - Tempsin
Tempsin = Sqr(tempsin)
Tempsin2 = Sin(ec)
Y = Tempsin2 * Tempsin

Tempsin = X * X
Tempsin2 = Y * Y
Tempsin = Tempsin + Tempsin2
Tempsin = Sqr(tempsin)

R = Tempsin

V = Atn2(y , X)

Lon = V + W
Lon = Rev(lon)

Tempsin = Cos(lon)
X = R * Tempsin

Tempsin = Sin(lon)
Y = R * Tempsin

Z = 0

Tempsin2 = Y

Tempsin = Cos(ecl)
Y = Tempsin2 * Tempsin

Tempsin = Sin(ecl)
Z = Tempsin2 * Tempsin

Ra = Atn2(y , X)
Ra = Rev(ra)
Ra = Ra / 0.261799392

Tempsin = Z / R
Decl = Asin(tempsin)
Decl = Rev(decl)

Gmst = L + 3.1415927
Gmst = Gmst / 0.261799392

Sidtime = Gmst + Ut
Tempsin = Longitude / 0.261799392
Sidtime = Sidtime + Tempsin

Ha = Sidtime - Ra
Ha = Ha * 0.261799392

Tempsin = Cos(ha)
Tempsin2 = Cos(decl)
X = Tempsin * Tempsin2

Tempsin = Sin(ha)
Tempsin2 = Cos(decl)
Y = Tempsin * Tempsin2

Z = Sin(decl)

Tempsin = Sin(latitude)
Tempsin2 = Cos(latitude)

Tempsin3 = Z * Tempsin2
Xhor = X * Tempsin
Xhor = Xhor - Tempsin3

Yhor = Y

Tempsin = Cos(latitude)
Tempsin2 = Sin(latitude)

Tempsin3 = Z * Tempsin2
Zhor = X * Tempsin
Zhor = Zhor + Tempsin3

Az = Atn2(yhor , Xhor)
Az = Az + 3.1415927
Az = Az * 57.295779

El = Asin(zhor)
El = El * 57.295779

Loop

Function Rev(byval A As Single) As Single
  Tempsin = A / 6.2831854
  Temp = Tempsin

  Tempsin = Temp * 6.2831854

  Rev = A - Tempsin
  If Rev < 0 Then Rev = Rev + 6.2831854
End Function

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Ich habe nicht viel zu dem Code geschrieben. Unter www.stjarnhimlen.se kann man den genauen Rechenweg nachlesen. Ist eigentlich ne witzige Sache, das man mittels ein paar Formeln den genauen Sonnenstand bestimmen kann.

Sledge77

Hi,

Um den Stand der Sonne möglichst genau zu erfassen, ist eine Berechnung des Sonnenstandes einer Sensorlösung vorzuziehen.
1. Der Sonnenstand ist recht genau berechenbar
2. verschmutzte Sensoren führen zu fehlern
3. Jeder Sensor reagiert etwas anderst, soll heißen vorsicht beim Vergleichen von zwei Sensorwerten welche sich nur geringfügig unterscheiden.

Manf hat ja schon den richtigen Link parat.
Es lohnt sich aber sicher noch ein wenig zu Googeln, da sich schon viele Hochschulen mit dem Problem befasst haben.

Allerdings werden für die Berechnung sin+cos-Funktionen benötigt mit einem AVR ohne FPU ist das ein wenig Arbeit.

Hallo,
danke für die rege Teilnahme. Hier tauchen Aspekte auf, an die man (also ich) im ersten Moment gar nicht denkt (und seien's bad-jokers Katzen ;-) )
Da ich (noch?) nicht so ein Mathe- und Programmiergenie bin hatte ich eher an etwas Hardwarenahes gedacht - diese Diskussion gibt mir allerdings zu denken!
Stimmt, daß es bei einer reinen Sensorlösung dazu kommen kann, daß bei bewölktem Himmel Wolkenlücken bevorzugt angefahren werden usw.
In Sachen Berechnung werd ich wohl mal mein Bruderherz konsultieren müssen ;-)

Grüße aus Sachsen,
duc750

Hi

Hatte da mal irgendwo folgendes gesehen:
Mein Vorschlag wären pro Achse 2 Solarzellen (*C*-Kleinzeugs), die Rücken an Rücken liegend gegeneinander geschaltet werden.
Diese 2 Zellen versorgen einen Kleinstrommotor, welcher über ein Getriebe die Module verdreht.
Die Seite, die mehr Licht abbekommt, bestimmt die Polarität der Spannung, je senkrechter diese Sensorzellen zur Sonne stehen, desto weniger Spannung kommt zum Motor.

Allerdings war die komplette Apparatur nicht sonderlich schwer (sollte ja nur das Prinzip verdeutlichen)

MfG
Posti

Ja,Nachführungen gibt es schon seit es Solarzellen gibt bzw. man verucht damit einen nutzen zu ziehen.

Die einfachste die ich kene ist eine simple Motorbrücke die von zwei Photodioden (Transen,LDR's usw.) gesteuert wird.
Das Ganze 2x (Für jede Achse einmal).
Die Schaltung war mal in den 70ern in jedem Bastlerheft (Elektor,Elrad,ELO usw,)

Vorteil:
Einfach,billig und für Anfänger leicht nachzubauen.

Nachteil:
Da keinerlei intelligenz vorhanden ist fährt die Schaltung gnadenlos jede Lichtquelle (Auch Scheinwerfer eines vorbeifahrenden PKW) an und frisst so zuviel strom.
Obendrein ist für jedes Paels eine eigene Steuerung fällig da sich diese aufgrund der einfachen Antriebe nicht Synchronisieren lassen.



Die nächste Variante hat etwas mehr Elektronik.
Die Schaltung besitzt einen Timer (zb. NE555) der sie zb. alle 15 Minuten (Intervalllänge ist Geschmackssache) einschaltet um die Nachführung in gang zu setzen.
Dazu ein zusätzlicher Phototransistor (Oder Diode,LDR usw.) um die allgemeine Helligkeit zu registrieren und die anlage unterhalb einer einstellbaren Schwelle abzuschalten.

Diese Schaltung ist auch recht einfach und vom Anfänger noch zu bewältigen.
Da die Nachführung nur noch in Intervallen statt findet und nachts garnichts geschieht ist sie Sparsamer.
Das Problem das jedes Pael eine eigene braucht bleibt aber auch hier.

Danach kommt schon eine Controllergesteuerte Version wo die Sonnenbahn mit einbezogen werden kann um "Sonnenlochfolgern" (Hehehe) einhalt zu gebieten.
Desweiteren kann man auf Schrittmotoren umsteigen um mehrere Panele über eine Steuerung zu Synchronisieren.
Da man mit einem Controller sehr schön den Verbrauch reduzieren kann ist das die Energiesparendste Version aber dafür auch dieAufwändigste.





@Duc750

Die Frage ist wie Komplex es sein darf bzw. wie komplex du es haben möchtest und welche Kenntnisse du schon hast.

Duc750,

wenn Du noch den Thread verfolgst, dann habe ich einen Tip für Dich:
Wenn Du Dich damit anfreunden kannst, dass die Sonne nicht immer genau senkrecht über den Panelen steht (Abweichungen betragen maximal +/-23°), dann gibt es eine sehr einfache Methode der Nachführung. Und ganz ohne dass Dir Dein Bruder beim Rechnen helfen muss.

Man braucht nur eine Achse, um die sich die Panele drehen können. Der Trick ist, dass die Längsachse dieser Achse auf den Polarstern ausgerichtet sein muss. Die Panele müssen morgens (um 6 Uhr MEZ, Vorsicht! nicht durch die Sommerzeit irritieren lassen!) nach Osten zeigen und abends um 18 Uhr nach Westen. Im Laufe der Nacht kannst Du sie dann wieder zurück nach Osten drehen.

Mehr Informationen gibt's auf den Webseiten für Amateurastronomen z.B. www.astronomie.de.

mare_crisium