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Thema: Heliostat auf 2000m

Hybrid-Darstellung

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  1. #1
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Na ja, der Spiegel soll ja mit der Sonne wandern und ändert dadurch zwangsläufig auch seine Position zum Empfänger und damit der Spiegel der Sonne folgen kann, sollte auch die Sonnen Folge Schaltung am Spiegel sitzen b.z.w. diesen Ausrichten.

    Wie jetzt der Spiegel ausgerichtet werden muss damit er einerseits möglichst viel Sonnenlicht sammelt und andererseits dieses gleichzeitig genau auf dem Empfänger abgibt...Ehrlich gesagt, bin ich jetzt zu faul oder auch zu unbedarft das näher zu überdenken.

    Eine am Empfänger angebrachte "Bake" kann jedenfalls den Spiegel (selbständig) darauf ausrichten ohne großartige Funk Hart und Software, so jedenfalls mein Gedankengang. Aber es führen sicher mehrere "Wege nach Rom"....

    Die Nanotec Linear Aktoren erscheinen mir jedenfalls recht gut, was die Genauigkeit und auch den Preis betrifft. Da ist einen RB35 Bastellösung weit von entfernt. Bei komplizierten Berechnungen sollte man auch einmal an ARM Prozessoren denken.

    Gruß Richard

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von robocat
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    Meine Idee war undurchdacht, sorry für den Schnellschuss. Mit dem Laser könnte der Spiegel die Solarstation anpeilen, soweit mein Gedanke. Aber das soll der Spiegel ja gar nicht, das reflektierte Licht soll treffen, da ist dein Ansatz mit den Fotowiderständen besser - soweit zu dem Zeitpunkt genug Licht da ist; nicht dass er bei schlechtem Wetter endlos herumkorrigiert. Der Laser wäre höchstens gut als Referenzpunkt, den der Spiegel anfährt, um sich neu zu orientieren.

    0,03° wären (weiss nicht ob ich das richtig gerechnet habe) bei einem Spiegel von 1x1m eine Genauigkeit von 0,5mm (eine Seite als starr angenommen).. das ist schon sehr anspruchsvoll, vor allem weil es weit verfahren können soll und du Wind und sowas hast.

    Würde es (von den Verlusten abgesehen) die Sache erleichtern, wenn du einen fest montierten (sehr starren) 2ten Spiegel als Zwischenglied in der Nähe des Heliostaten aufstellen würdest?
    Geändert von robocat (16.06.2011 um 19:10 Uhr)

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Wegen Doppelverglasung:
    Die Steifigkeit wird man durch einen zu konstruierenden Metallrahmen herstellen, auf den die (Einzel-) Glasscheibe aufgeklebt wird. Ein üblicher Fensterflügel mit Rahmen hat alleine vermutlich nicht die nötige Steifigkeit.

    Wegen Motorwahl:
    Du zäumst das Roß von hinten auf. Richtige Vorgehensweise: mechanische Konstruktion soweit fertigstellen, dass die Stellkräfte (verursacht durch Gewicht, Trägheit, Reibung, äußere Kräfte wie Wind, Schnee) festliegen bzw. abgeschätzt werden können. Dann ein Getriebe für den mutmaßlichen Motor aussuchen und dessen Leistungsbedarf ermitteln. Dann kennt man die Drehzahlen und Momente, die an der Getriebeeingangsseite vom Motor aufgebracht werden müssen. Danach richtet sich die Auswahl des Motors. Wenn man den Motor ausgewählt hat weiss man auch ungefähr den elektrischen Leistungsbedarf der Anlage und kann die Solarpanelfläche für den Betrieb des Heliostaten rechnen.

    Zur Regelung:
    Wenn Du die Möglichkeit der Kommunikation zwischen den beiden Standorten hast, kannst Du statt der Reflektoren natürlich auch Fotowiderstände an der Schattenseite nehmen und das Ergebnis zum Heliostaten übermitteln. Möglicherweise ist es auch hilfreich den Output der Solaranlage zu übermitteln und zur Regelung zu verwenden.

  4. #4
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    Lohnt sich der Aufwand?

    a)
    In meiner Vorstellung ist die Solaranlage ca. 10x10m=100qm groß. (Hast Du was zur Größe geschrieben?) Der Spiegel ist ca. 1x1m=1qm groß. Das heißt - im besten Reflexionsfall - verteilt sich das Sonnenlicht von 1qm auf 100qm.

    Ist 1/100 ausreichend?

    Sollen es später mehr Spiegel werden?

    b)
    Falls die Solaranlage auch ca. 1x1m=1qm groß ist. Dann kann man nur hoffen, dass der simple Fensterspiegel über 2000m das Licht nicht über die Maßen streut. So, dass man wieder bei Fall a) landet.

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Die Einwände von rossir scheinen nicht unberechtigt, deshalb habe ich ein wenig gerechnet.

    Auf Fotos von der Station Staffel (siehe: www.jachenau-online.de ) kann man zwei in den Nordhimmel ausgerichtete Solarpanels sehen, Größe geschätzt etwa 0,5 x 0,7 m (jeweils). Sie sind nebeneinander mit einem lichten Abstand von ca. 70 cm am Mast montiert.

    Weitere Annahmen: Der Spiegel des Heliostaten hat eine Fläche von 1qm, kann also ca. 1200W Solarstrahlung einfangen. Aus dem Datenblatt der Spiegelfolie entnimmt man eine Gesamtreflektion von 95%, sowie eine Spekularität von > 95% in einem Konuswinkel von 15mrad (entsprechend 0,86 Winkelgrad).

    Aus der Gesamtreflektion ergibt sich eine gespiegelte Strahlungsleistung von 1200 W * 0,95 = 1140 W. (1200 W/qm wäre etwa die maximale Strahlungsleistung der Sonne, bei tiefstehender Wintersonne ist das vielleicht etwas optimistisch)

    Aus dem Konuswinkel der Spekularität und der Entfernung von 2000 m ergibt sich eine Verteilung von 95% dieser Leistung auf eine Fläche mit einem Durchmesser von d = 2000 * sin 0.86° = 30 m. Die zugehörige Fläche A = 900/4*pi = 700 qm.
    Es rechnet sich also eine Strahlungsintensität von 1140 * 0.95 / 700 qm = 1,55 W / qm beim Umsetzer Staffel

    Bei einer geschätzten Solarpanelfläche von 0.7 qm ergibt sich eine nutzbare Strahlungsleistung von etwa 1 Watt. Bei einem Wirkungsgrad des Solarmoduls von 10% bleiben noch etwa 100 mW elektrisch über.

    Das Ergebnis ist einigermaßen enttäuschend.

    Was kann man tun?

    Die Angaben zur Spekularität im Datenblatt sind nicht sehr genau, es ist nur der 95% Wert angegeben. Vielleicht kann der Hersteller einen Winkel für 50% der Reflektion angeben, mit dem man sicherlich sinnvoller rechnen könnte. Außerdem könnte man über eine alternative Verspiegelung von Glas mit höherer Qualität nachdenken (Silberspiegel, Aluminiumbedampfung oder die Verwendung von beschichtetem Solarglas). Mit einfachen Spiegeln neben dem Kollektor könnte man dessen wirksame Fläche noch vergrößern (allerdings eventuell auf Kosten der Abschattung von diffus einfallender Strahlung).

  6. #6
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    Die Spiegelfolie wird vermutlich nicht eben genug sein und relativ viel Streuverluste haben. Aus der Entfernung das Ziel zu treffen ist anspruchsvoll, und viel wird auch daneben gehen - der kaum ganz ebene Spiegel wird dafür sorgen das eine größere Fläche schwach beleuchtet wird - was immerhin das Zielen etwas vereinfacht.

    Ich vermute es wäre einfach noch ein paar zusätzliche Module anzubringen, und die in eine andere ggf. bessere Richtung (z.B. West oder Südwest) auszurichten. Eine Alternative wäre ggf. auch ein kleines Windrad als 2te Stromquelle. Für Segelbote gibt es solche kleinen Anlagen auch fertig zu kaufen.

  7. #7
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    Hallo ranke,
    vielen Dank für Deine Überlegungen zum Thema Spiegelwirkungsgrad.

    Das Ergebnis ist wirklich niederschmetternd.
    Ich habe Deine Rechnung mal nachvollzogen und bin dennoch guter Dinge.

    Ich komme auf 1,53 W/qm Strahlunsintensität
    Die Platten auf den Fotos entsprechen nicht dem Istzustand

    Momentan sind Drei Platten 0,9*1,54m verbaut.
    Für eine vierte ist noch Platz.
    Dann hätte ich dort oben 5,54qm Fläche.
    Der Wirkungsgrad laut Hersteller bei 14%

    So komme ich bei 1,53W/mq auf insgesamt 8,49W.
    Plattenwirkungsgrad mit eingerechnet sind es dann nur noch 1,19W

    Bei 5 Stunden Sonneneinstrahlung immerhin knappe 6Wh täglich
    Verdoppel ich die Spiegelfläche bin ich bei mageren 12Wh


    #########Andersherum betrachet:
    In den sechs Wintermonaten ( wir haben wirklich solange Winter) verbrennt meine MFC 30 Liter.
    Aus 0,9Liter werden laut Hersteller 1KWh.
    Daraus ergibt sich, dass ich durschnittlich 185Wh Täglich von der Brennstoffzelle brauche.
    Eine Steigerung von 12Wh/185Wh=6% (jämmerlich)
    Neuanschaffung MFC :=6000€
    Ersparnis:=6%
    Ergibt Buget= 385,29€
    .... schlecht :-/

    Drehe ich in meiner Exceltabelle an den verschiedenen Parametern wird klar,
    dass an der Stellschraube Zielradius am meisten rauszuholen ist.
    Schafft man es von 15M auf 10m, kommt man schon auf 27Wh täglich und eine Ersparnis von 14% sprich Buget:=866€

    Zusätzliche Gewinne erhoffe ich mir dadurch, dass dann alle vier Platten leicht nach unten geneigt
    in eine Richtung sehen.
    In den letzten Wintern waren die Platten so montiert, dass dort Monatelang der Schnee drauf liegenbleiben konnte.

    Zugegeben, das wird wohl eher ein akademisches Projekt.
    Sei's drum.
    Der Lerneffekt ist nicht in Euro zu messen.

    Die Bestellung für einen Prototypen ist raus.
    Artikel
    ------------------------------------------------------
    2 x Schrittmotor 1,6V/2,0A 1,8 Grad (Stepp5010) = 75.60EUR
    1 x RS232 PC-Anschlusskabel für alle Boards (rs232kabl) = 6.80EUR
    1 x Neue 3. Auflage: Programmieren der AVR-Risc Controller mit Basco (KUEH2BUCH) = 34.95EUR
    1 x Bascom USB-ISP-Programmer (Programmierkabel) (usb_isp) = 47.80EUR
    1 x RN-Control 1.4 Mega32 (fertig aufgebaut) (FEctrl32) = 52.89EUR
    1 x RN-Schrittmotor-Steuert Schrittmotoren per I2C,RS232,Takt (Bausa (bsrnschrit) = 94.80EUR
    ------------------------------------------------------

    Damit fang ich ersteimal an

    Viele Grüße
    mateng

  8. #8
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    Hallo Besserwessi,
    am Mittwoch kommt einer von 3M bei uns vorbei und kann uns dann hoffentlich mehr über die Folie sagen.
    Das mit dem Windrad haben wir schon probiert.....klappt nicht im Wald
    Wind währe schon da aber leider zu verwirbelt.

    Gruß
    mateng

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