Natürliches Sonnenlich Umlenkspiegel ?

[robo.fr]

Hallo Alle,

einige Zeit denke ich schon über die Möglichkeit nach, Sonnenlicht über einen nachgeführten Spiegel als Beleuchtung für einen Raum zu verwenden.
Ich gebe zu, den Spiegel kann man vielleicht nicht als Roboter bezeichenen. Die ganze Anordnung soll aber aus Spiegel, Motoren, Solarzellen zur Energieversorgung und Lichtsensoren bestehen.
Die Idee ist dabei einen Lichtsensor an der Stelle im Raum anzubringen, an der das Sonnenlicht auftreffen soll. Ein Mikrocontroller muss dann den Spiele solange justieren, bis die Stelle mit dem Sensor beleuchtet wird.

Könnte man es auch einfacher machen?

Gruß,
robo

[Murdoc_mm]

Könnte man es auch einfacher machen?

Das hört sich jetzt blöd an aber die Sonne bewegt sich doch immer gleich schnell und steht immer an etwa der selben Stelle also kann man doch den Spiegel einfach fest nachführen (ohne Messung) und davon ausgehen das immer viel Licht in den Raum kommt. Dat währ zumindest sehr einfach aber ich kanns verstehen wenn du es anders machen willst (darum sind wir ja hier \/ und bauen Bots).

Hast du eigentlich schon einen Spiegel? Wie groß isser/wird er denn?

Ansonsten kannst du dir auch die Nachführungen von Solaranlagen ansehen. Die drehen ihre Panel´s auch mit der Sonne.

Gruß

[Felix G]

Was du beschreibst ist ein sogenannter Heliostat...

die werden in der Astronomie manchmal für Sonnenbeobachtungen genutzt, wenn es nicht möglich oder sinnvoll ist das verwendete Teleskop selbst auf die Sonne auszurichten.


Auf Sensoren kannst du bei einem solchen Gerät verzichten, denn die Position der Sonne am Himmel lässt sich für einen bestimmten Standort und Zeitpunkt problemlos sehr exakt berechnen. Du müsstest nur sicherstellen, daß die Mechanik ordentlich ausgerichtet ist, dann läuft das ohne Probleme.

Natürlich habe ich die entsprechenden Formeln dazu nicht im Kopf, aber ich denke bei Google und/oder Wikipedia dürfte man schnell fündig werden

[robo.fr]

Das hört sich jetzt blöd an aber die Sonne bewegt sich doch immer gleich schnell und steht immer an etwa der selben Stelle also kann man doch den Spiegel einfach fest nachführen (ohne Messung) und davon ausgehen das immer viel Licht in den Raum kommt. Dat währ zumindest sehr einfach aber ich kanns verstehen wenn du es anders machen willst

Du hast Recht, der Sonnenstand ist natürlich relativ genau vorhersagbar. Es gibt auch schon Systeme für die Sonnenlichtumlenkung, die rein zeitgesteuert arbeiten. Dies hat sogar den Vorteil, dass bei leichter Bewölkung der Spiegel doch noch nachgeführt werden kann.

Auf Sensoren kannst du bei einem solchen Gerät verzichten, denn die Position der Sonne am Himmel lässt sich für einen bestimmten Standort und Zeitpunkt problemlos sehr exakt berechnen. Du müsstest nur sicherstellen, daß die Mechanik ordentlich ausgerichtet ist, dann läuft das ohne Probleme.

ordentlich ausgerichtet
Da genau liegt der Knackpunkt, warum ich das ganze als Sensorgestützte Regelschleife aufbauen will. Ich glaube, dass eine exakte Justierung relativ aufwendig ist. Für einen Anwender ist es bestimmt einfacher, wenn man den Sensor einfach in der Richtung montiert, in die das Sonnenlicht gelenkt werden soll.

Hast du eigentlich schon einen Spiegel? Wie groß isser/wird er denn?

Gestern habe ich mir ein paar Spiegel im IKEA besorgt. Es sind Spiegelfließen, ca 20x20cm. Vier Stück kriegt man für 5 Euro. Da die ganze Anordnung eventuell an meimen Fensterrahmen installiert werden soll, ist es besser, viele kleine Spiegel anstatt einen Riesenspiegel zu verwenden.
Im Moment denke ich noch über die beweglich Aufhängung nach. Im Forum liest man immer was über "Moving Heads". So eine Art Aufhängung ist wohl notwendig.

Es gibt ja auch schon Firmen, die solche System professionell anbieten:
Bild hier  

[Felix G]

ordentlich ausgerichtet
Da genau liegt der Knackpunkt, warum ich das ganze als Sensorgestützte Regelschleife aufbauen will. Ich glaube, dass eine exakte Justierung relativ aufwendig ist. Für einen Anwender ist es bestimmt einfacher, wenn man den Sensor einfach in der Richtung montiert, in die das Sonnenlicht gelenkt werden soll.

Naja, ich denke zum ausrichten reicht ein Kompass und eine Wasserwaage, zumal es ja nicht 100%ig genau sein muss da es sich nicht um eine astronomische Anwendung handelt.

Und falls du nach der Inbetriebnahme an einem sonnigen Tag feststellen solltest, daß die Ausrichtung nicht ganz stimmt, kannst du das ja nachjustieren.

Natürlich kannst du das System auch sensorgesteuert aufbauen, dabei stellt sich allerdings die Frage welche Sensoren man braucht und wie sie angeordnet werden müssen, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Schließlich soll das System ja nicht bei jedem kleinen Wölkchen wie wild mit den Spiegeln in der Gegend rum fahren, oder sich gar anstatt für die Sonne vielleicht für eine Spiegelung in irgendeiner Scheibe entscheiden (die sind ja auch hell).

Also da sollten wir nochmal genauer überlegen, wie man derartige Probleme vermeiden kann (vielleicht wäre ja auch ein hybrider Ansatz denkbar, also erstmal eine Grobausrichtung nur anhand der Mathematik, die dann ggf. sensorgesteuert nachjustiert werden kann).

Im Moment denke ich noch über die beweglich Aufhängung nach. Im Forum liest man immer was über "Moving Heads". So eine Art Aufhängung ist wohl notwendig.

Ich denke da kann man sich auch von diversen Teleskopmontierungen ein bischen inspirieren lassen.

Erste Frage dabei: azimutal oder parallaktisch?
bei azimutalen Montierungen ist die erste Achse senkrecht zum Boden angeordnet, und die zweite senkrecht zur ersten. Bei parallaktischen Montierungen hingegen ist die erste Achse parallel zur Erdachse ausgerichtet, und die zweite wieder senkrecht zur ersten (im Prinzip also eine schräg aufgestellte azimutale Montierung).

Vorteil der parallaktischen Variante ist natürlich die erheblich vereinfachte Nachführung, für die nur ein Motor benötigt wird (dennoch muss die Montierung mit zwei Motoren ausgestattet sein, da sich die Höhe der Sonnenbahn im Laufe des Jahres ändert). Eine azimutale Montierung ist prinzipiell erstmal etwas leichter zu bauen, allerdings müssen ständig beide Achsen nachgeführt werden, und natürlich muss (beim mathematischen Ansatz) erstmal die Sonnenposition in dieses Koordinatensystem umgerechnet werden. Andererseits hat die azimutale Montierung wiederum den Vorteil, daß die Justierung (beim mathematischen Ansatz) rein softwaremäßig erfolgen kann (muss), so daß beim Aufbau nur zu beachten ist daß das Ding gerade steht (wohingegen eine parallaktische Montierung nach Norden ausgerichtet, und um einen ganz bestimmten Winkel geneigt sein muss).


Wenn das entschieden ist, muss man sich natürlich die Frage stellen wie man das dann konkret aufbaut. Das von dir gepostete Bild liefert da schon einen wie ich finde sehr brauchbaren Ansatz, denn eine derartige Gabelmontierung lässt sich relativ leicht aufbauen. Andererseits benötigst du für deine Anwendung aber keinen so großen Bewegungsbereich, so daß in deinem Fall auch wesentlich kompaktere Lösungen denkbar sind.

[robo.fr]

Also da sollten wir nochmal genauer überlegen, wie man derartige Probleme vermeiden kann (vielleicht wäre ja auch ein hybrider Ansatz denkbar, also erstmal eine Grobausrichtung nur anhand der Mathematik, die dann ggf. sensorgesteuert nachjustiert werden kann).

An so einen Ansatz habe ich auch schon gedacht. Der Mikrocontroller könnte die Sensorwerte über einige Zeit beobachten und daraus auf die Postion und Ausrichtung des Heilostaten schließen. Wenn genügend Daten vorhanden sind, kann er dann auf eine reine Zeitsteuerung umschalten.

Erste Frage dabei: azimutal oder parallaktisch?

Für mich ist es wichtig, dass die Mechanik möglichst einfach gebaut werden kann, da ich kein besonderes Werkzeug habe. Es sollen auch immer einfach zu beschaffende Komponenten verwendet werden, z.B. aus dem Baumarkt.

Ich hatte noch ein paar alte Scharniere von einem Küchenschrank herumliegen, damit habe ich mir schnell eine Aufhängung für meine Tests gebaut.

[Felix G]

Hmm, schaut schonmal garnicht so schlecht aus...

Für eine praktische Anwendung muss die Geschichte natürlich wesentlich kompakter und robuster werden, vor allem bei einer Befestigung außen am Fenster.


Ich würde versuchen die Konstruktion so zu gestalten, daß mit nur zwei Motoren gleich alle Spiegel bewegt werden können, denn das spart Kosten.


Hier mal ein erster einfacher Entwurf:
Bild hier  

Die senkrechten Achsen wären hier an einem Balken befestigt (z.B. Aluprofil aus dem Baumarkt), und könnten über eine Stange (gelb) alle gemeinsam bewegt werden. Die Lagerung der Spiegel sollte auch relativ klar zu erkennen sein (grüne Achse hinten aufgeklebt, gelagert in einem gebogenen Blechstreifen). Bleibt nur zu überlegen wie man die grünen Achsen miteinander verbinden könnte.

[robo.fr]

Hey, sieht ja auch nicht schlecht aus. Was hast Du denn für ein Cad-Programm? Gibt es sowas auch als Freeware-Version?

[Felix G]

Das Bild hab ich mit 3D Studio gemacht, denn ein CAD-Programm habe ich leider nicht...

soweit ich weiß gibt es aber von irgendeinem CAD-Programm eine kostenlose Version (ich glaube das war Solid Edge, bin mir aber nicht sicher)

[mare_crisium]

robo.fr,

da hast Du ein interessantes Projekt angefangen! IMHO musst Du dabei drei Dinge beachten:

1. Das Reflektionsgesetz: Wenn die Sonne um 10° wandert, und der Spiegel bleibt fix, dann wandert der reflektierte Strahl auch um 10°. Damit der reflektierte Strahl immer auf denselben Fleck fällt, muss sich der Spiegel um 5° drehen, also nur halb so schnell, wie die Sonne sich bewegt.

2. Die Erddrehung: Mit ihr wirst Du am leichtesten fertig, indem Du eine Drehachse so justierst, dass sie parallel zur Erdachse ausgerichtet ist. Hört sich kompliziert an, ist aber leicht zu erreichen, indem Du sie hohl machst. Wenn Du durchguckst und siehst den Polarstern, dann stimmt die Richtung!

3. Die Bahn der Erde um die Sonne: DIE verursacht die meisten Komplikationen. Die Erdachse ist um fast 24° gegenüber der Bahnebene geneigt. Deshalb steht die Sonne im Winter um rund 48° tiefer als im Sommer. Um das zu kompensieren, brauchst Du leider eine zweite Drehachse, die quer zu der Polachse verläuft. Ausserdem ist die Erdbahn elliptisch. Das hat zur Folge, dass die Sonne an manchen Tagen ihren höchsten Punkt am Himmel über Dir bis zu 16 Minuten vor oder nach der lokalen Mittagszeit erreicht. Gut, das macht nur knapp 4° aus, aber je nachdem, wie weit der Spiegel von dem Zielpunkt entfernt ist, kann's doch signifikant sein.

Wenn Du die Nachführung nicht regeln, sondern steuern willst, dann findest Du genaue Tabellen mit dem täglichen Sonnenstand entweder in

AHNERT ASTRONOMISCHES JAHRBUCH 2008 (Stern und Weltraum)

oder in

DAS HIMMELSJAHR 2008 (Kosmos).

Würde mich interessieren, wie Du vorankommst.

Ciao,

mare_crisium