HGS/Alcan Team Sunnys - Automatische Solarzellen Ausrichtung

Team Sunnys
19.04.2011
Automatische Solarzellen Ausrichtung
Von links: Sunnys Logo, Alexander Ley, Jessica Schwinning, Philipp Meier,
Stephan Hess, Andreas Schöller, Christian Widmann
Team Sunnys: Stephan Hess
Alexander Ley
Philipp Meier
Andreas Schöller
Jessica Schwinning
Christian Widmann
Team Sunnys
19.04.2011
Inhaltsverzeichnis:
1. Ausgangslage / Motivation
1.1 Die Sunnys und ihr Projekt
1.2. Teilnahme Klimawerkstatt
2. Mindmap / Zeitplan
3. Projektplanung / Realisierung
3.1.1. Sonnenverlauf
3.1.2. Die Sonnenenergie
3.2. Unser Solarmodul
3.3. Elektrik
3.3.1. Sensorik
3.3.2. Gesamtschaltung
3.3.3. Schaltschrank / Zusammenbau
3.4. Mechanik
3.4.1. Grundplatte
3.4.2. Dreibein
3.5. Bedienungsanleitung
4. Nutzen / Rentabilität
4.1. Ziel Erreicht, Bilanz Positiv?
4.2. Firmen die Interesse haben könnten
5. Rückblick / Erkenntnisse / Perspektiven
6. Pläne / Materialliste
7. Quellenangabe
-2-
Team Sunnys
19.04.2011
1. Ausgangslage / Motivation
Als Mitte September ein neues Schuljahr seinen Anfang nahm hätten wir nie Gedacht, dass
wir vor unserem Abschlussarbeit mit einem Projekt in Kontakt kommen. Ein neuer
Metalllehrer belehrte uns jedoch eines besseren. Herr Scharnefski der unsere Klasse im 3.
Lehrjahr in Metall unterrichtet brachte den Wunsch ein, im Sinne der Projektkompetenznote
an einem Wettbewerb mit dem Namen „Klimawerkstatt“ Teil zu nehmen.
Teams waren Aufgrund der Firmenkonstellation schnell gefunden. Wir sind eins davon.
1.1 Die Sunnys und ihr Projekt
Team Sunnys:
Stephan Hess
Alexander Ley
Philipp Meier
Andreas Schöller (Teamleiter)
Jessica Schwinning
Christian Widmann
Schule:
Hohentwiel-Gewerbeschule
Klasse:
E3ME1
Betreuende Lehrkraft:
Herr O. Scharnefski
Ausbildungsbetrieb:
Alcan Singen GmbH
Ausbildungsberuf:
Mechatroniker (3. Lehrjahr)
Ausbilder:
Herr D. Burkard
Kategorie: Planungs- und Innovationsprojekt
Projekt Beschreibung: Ziel ist es Solarzellen so auszurichten, dass das Licht optimal genutzt
werden kann. Dabei werden sie Solarzellen mittels Aktor in einer Achse gedreht. Die Anlage
soll dieser Aufgabe mit Hilfe von Sensoren selbständig nachgehen.
1.2. Teilnahme Klimawerkstatt
Es herrschte Konsens darüber das wir mit einem Projekt Teilnehmen wollten bei dem wir
etwas Bauen konnten. Doch was sollte es sein? Vom ferngesteuerten Modelauto über einen
Teelichtstaubsauger bis hin zum Windrad kamen uns viele Ideen in den Sinn.
Der Solargrill unserer Lehrwerkstatt brachte uns schließlich der Sonne näher. Mit dem
Hintergrund eines Innovationsprojekts entschieden wir uns für eine automatische Solarzellen
Nachführung.
-3-
Team Sunnys
19.04.2011
2. Mindmap / Zeitplan
Um einen Zeitplan aufstellen zu können
mussten wir uns erst einmal über unsere
Ziele Gedanken machen. Mithilfe einer
Ideensammlung die wir auf einer
Mindmap festgehalten haben, ergaben
sich folgende Punkte.
1.) Unsere primäres Ziel war es eine
Solarzelle durch Sensoren immer
optimal auszurichten.
2.) Weitere Ziele waren eine Tag/Nacht
Abschaltung so wie die Autonome
Spannungsversorgung der gesamten
Anlage (wurde nicht erreicht),
außerdem sollte es möglich sein die
Anlage nach der Jahreszeit auszurichten.
Mit einem Zeitstrahl teilten wir uns die Zeit die wir zu Verfügung hatten ein und entschieden,
dass sich bis zum Start des Projekts am 10 Februar sich jeder in die Materie einarbeiten sollte.
Am 10.Februar, unsere Ziel fest vor Augen, stürzten wir uns in die Arbeit. Um effektiver
arbeiten zu können bildeten wir je nach aufgaben Bereich 1-3 Mann/Frau Teams. Unsere
ersten Schwerpunkte waren Getriebe/Antrieb, Sensorik, Solarzelle, Sonnenverlauf und
Grundgestell.
-4-
Team Sunnys
19.04.2011
3. Projektplanung / Realisierung
3.1.1. Sonnenverlauf
Der Sonnenverlauf ist der Grundstein einer jeden Solarzellennachführung, weil man wissen
muss wo hin oder wie man sie ausrichten muss. Wir haben uns daher an die Arbeit gesetzt
und die Daten der Ausrichtungswinkel für Jahreszeiten erarbeitet, sowie die Tagesabläufe
sprich den Sonnenverlauf am Tag.
Zu erst kommen wir zu dem Winkel den wir für die jeweilige Jahreszeit brauchen. Um diesen
Winkel zu errechnen mussten wir zuerst den Deklinationswinkel errechnen um dann diesen
Winkel in unseren Ausrichtungswinkel umzuwandeln. Und um den Deklinationswinkel zu
errechnen braucht man zu erst den Breitengrad von dem Punkt wo die Anlage am Ende steht.
In unserem Fall haben wir den Breitengrad von Singen genommen der 47,76 ist.
Den 2 Wert den wir benötigten war die Deklination. Die Deklination der Sonne schwankt im
Jahresverlauf, bedingt durch die Neigung der Erdachse. Der Wert der Deklination schwankt
zwischen +23,5° zur Sommersonnenwende im Juni und -23,5° zur Wintersonnenwende im
Dezember.
Diese beiden Werte haben wir dann in dieser Formel Verrechnet:
Deklinationswinkel = Breitengrad – Deklination
Dann hatten wir für die Sommersonnenwende einen Deklinationswinkel von 71,26° und einen
Deklinationswinkel an der Wintersonnenwende von 24,26°. Und im Frühling den 21.03 sowie
im Herbst am 23.09 haben wir einen Deklinationswinkel von 47,76° weil an diesen beiden
Tagen die Deklination null ist.
An dieser Stelle hatten wir lang Probleme weil wir annahmen der Deklinationswinkel sei
gleich des Ausrichtungswinkels. Stattdessen muss man um den Ausrichtungswinkel zu
bekommen den jeweiligen Winkel von 90° abziehen.
Sommer: 90° - 71,26° = 18,74° Winter: 90° - 24,26° = 65,74°
Frühling/ Herbst: 90° - 47,76° = 42,25°
Diese errechneten werte haben wir nur an diesen bestimmten Tagen weil die Erde um die
Sonne kreist und somit Tag täglich sich dieser Wert ändert.
Zum Sonnentagesverlauf hier haben wir uns informiert wie bei uns die Sonne auf- und
untergeht und dies in allen 4 Jahreszeiten. Hier zu haben wir uns 4 Eckpunkte gesucht. Diese
sind der 21.03, 21.6, 23.09 sowie der 21.12.
Am 21.03 ging die Sonne um 6.30 Uhr auf und um 18.35 Uhr unter.
Am 21.06 geht die Sonne um 5.25 Uhr auf und um 21.30 Uhr unter.
Am 23.09 geht die Sonne um 7.10 Uhr auf und um 19.20 Uhr unter.
Am 21.12 geht die Sonne um 8.10 Uhr auf und um 16.30 Uhr unter.
-5-
Team Sunnys
19.04.2011
Flugbahn der Erde um die Sonne
3.1.2. Die Sonnenenergie
Die Sonnenenergie die von der Sonne zur Erde gesendet wird beträgt an der Grenze der
Erdatmosphäre etwa 1.367 W/m² dieser Wert wird auch Solarkonstante genannt, weil die
Solarenergie seitdem sie gemessen wurde annähernd konstant ist.
Die Sonnenenergie muss zu erst durch die Atmosphäre, hier verliert sie schon an Kraft, weil
sie durch Eiskristalle und Staub hin durch muss. Das was sie verliert wandeln sie in Wärme
um. Nach der Atmosphäre muss die Sonnenenergie noch der Luftfeuchtigkeit der Bewölkung
trotzen. Diese Faktoren bestimmen zum einen sehr wie viel Sonnenenergie überhaupt bei uns
auf dem Erdboden ankommt. Hier spielt auch noch der Weg der die Sonnenenergie
zurücklegen muss bis sie bei uns auf dem Erdboden ankommt eine Rolle. Wenn man all diese
Faktoren zusammen nimmt kommt man auf eine Durchschnitts Sonnenenergie von 165W/m².
Dieser Wert kann je nach Breitengrad noch schwanken. Da Solarzellen heutzutage nur ein
sehr geringes Spektrum des Tageslicht aufnehmen können, kann die Solarzelle nur einen
geringen Teil diese Energie in nutzen.
-6-
Team Sunnys
19.04.2011
3.2. Unser Solarmodul
Da es bei unserer Solarmodulnachführung prinzipiell egal
war, was für ein Solarmodul wir benutzen würden, konnten
wir ein günstiges Solarmodul verwenden. Allerdings
mussten wir die Baugröße des Moduls so wählen, damit das
Modul mit der Größe unseres Dreibeins übereinstimmt.
Deshalb viel unsere Wahl auf ein Solarmodul von „BP
Solar“, sie ist ein Isolierglasmodul, besteht aus
Polykristallinen Solarzellen und gibt bei einer
Nennspannung von 16,8 V ein Strom von 0,6 A und leisted
somit max. 10 W. Des Weiteren ist das Modul mit einem
Aluminiumrahmen ausgestattet, dieser Rahmen verleiht dem
Modul mehr Stabilität und schützt es vor Umwelteinflüssen. Für unser Projekt war er
praktisch, da wir dort die PVC Scheiben der Lagerung mit dem Rahmen verschrauben
konnten.
3.3. Elektrik
3.3.1. Sensorik
Um die Solarzelle der Sonne folgen zu lassen, brauchten wir eine Sensorik die in der Lage ist
den Unterschied einer gut und einer schlecht ausgerichteten Sollzelle zu erkennen. Sehr früh
gingen unserer Gedanken in die Richtung mit Hilfe einer H-Brücke und LDRs dies zu
realisieren. Diese würden jedoch beim Strom der für einen E-Motor notwendig wäre binnen
Sekunden zerstört werden.
3.3.2. Gesamtschaltung
Da wir zum einen viel Kraft und zum anderen eine langsame Bewegung benötigten,
entschieden wir uns für die Verwendung eines 24V Gleichstrommotors. Doch die 150mA die
er zum Fahren braucht wären zu viel für jeden LDR. Durch die Verwendung von Transistoren
konnten wir den Strom der Messbrücke und den der Motoren trennen. Außerdem waren wir
so in der Lage durch die Verwendung eines PNP Transistors und eines NPN Transistors
unsere Spannung von +12 Volt oder – 12 Volt auf unseren Motor zu geben. Den zweiten
Anschluss des Motors legten wir auf Masse. Dadurch erreichten wir, dass unserer Schaltung
den Motor links und recht verfahren kann. Aber schon stand uns das nächste Problem
gegenüber. Was auf dem Papier gut aussah hatte bei den ersten Steckversuchen einige
Überrauschung für uns.
-7-
Team Sunnys
LDR
19.04.2011
Messbrücke
Getriebemotor
Die Messbrücke erzeugte nicht die 0,7V, die für das Durchschalten eines Transistors
gebraucht wird. Nach zahlreichen Versuchen konnten wir durch die Verwendung anderer
LDR und durch das „Vorspannen“ der Basen auch die Hürde nehmen. Die neuen LDR waren
generell viel hochohmiger. Zum „Vorspannen“ setzten wir einen Potentiometer in die Mitte
der Messbrücke, der durch seinen Widerstand an den Basen beider Transistoren symmetrisch
Spannung anliegen lies.
Zusätzlich entschieden wir uns für den Einbau einer Tag/Nacht Abschaltung die während der
Nacht den Verbrauch unser Schaltung senken soll und zum anderen unnötiges hin und
herfahren aufgrund der Lichtkegel vorbeifahrender Auto verhindern soll. Diesen Punkt
unseres Projekts realisierten wir über eine Schmitt Trigger Schaltung die von einem weiteren
LDR gesteuert wird.
-8-
Team Sunnys
Tag/Nacht Abschaltung
19.04.2011
(unten) Messbrücke, (oben) Transistor Laststromkreis
3.3.3. Schaltschrank / Zusammenbau
Auswahl des Schaltschranks
Die Größe unseres Schaltschranks war in erster Linie abhängig vom benötigten Platz der
Platinenhalter und der Möglichkeit die Platinen jederzeit herausziehen zu können. Ferner
benötigten wir noch Platz Für die weiteren Bauteile wie Transformator, Platinen,
Sicherungen, Klemmenleiste und Verdrahtungskanäle.
Wir entschieden uns für einen Schrank mit den Maßen: 380mm x 300mm x 155mm und
Ordneten die Bauteile zunächst Zeichnerisch an, um die optimale Verlegung der Leitungen zu
Erarbeiten.
Die größte Schwierigkeit dabei war, genügend Freiraum zu Lassen um die
Platinen ohne Demontage anderer Bauteile zu entnehmen.
Einbau der Betriebsmittel
Als die Anordnung der Bauteile feststand, begannen mit dem Anzeichnen der Bohrungen auf
der Grundplatte und der Seitenwand des Schranks für die Platinenhalter und die
Verschraubungen der Zuleitung und Anschlussleitung. In die Frontseite der Tür Stanzten wir
Löcher zur Befestigung der Taster- und Schalterelemente und der Spannungsanzeige des
Solarmoduls. Nach dem Bohren der Löcher und Schneiden der Gewinde folgten das
Zuschneiden der Verdrahtungskanäle und die Montage der Bauteile.
Auswahl der Leitungen
Die Dimensionierung der Leitungen war die letzte Frage, die Beantwortet werden Musste,
bevor Wir mit der Verdrahtung beginnen Konnten. Für die Verdrahtung innerhalb des
-9-
Team Sunnys
19.04.2011
Schranks benutzten wir blaue 0,5mm² Leitung aufgrund des Niedrigen Stroms, den unsere
Regelung benötigt. Die Zuleitung führten wir als 3x 1,5mm² Gummischlauchleitung aus, um
mechanischer Belastung zu entgegnen. Für den Anschluss der Sensoren, Endschalter, Motor
und Solarmodul wählten wir eine 14x 1mm² Ölflex Leitung aus, die wir in einem
Anakondaschlauch zur extern montierten Abzweigdose führten.
Verdrahtung
Nachdem alle Voraussetzungen erfüllt waren, Verdrahteten wir den Schrank nach dem zuvor
erstellten Schaltplan von innen und schlossen die Zuleitung und Anschlussleitung an. Die
Verdrahtung der Taster- und Schalterelemente und der Spannungsanzeige in der Tür wurde
über ein Spiralband mit den Verdrahtungskanälen auf der Grundplatte verbunden. Die
Verdrahtung der Platinen erfolgte über die Platinenhalter. In der externen Abzweigdose
verwendeten wir Leuchtenklemmen zur Weiterführung der Sensorleitungen für LDRs, Motor,
Endschalter und Solarmodul. Die Sensorleitungen für die LDRs wurden in einen separaten,
selbstgebauten Kasten geführt und dort mit den LDRs Verlötet.
Betriebsmittelkennzeichnung und Beschriftung des Schranks
Anschließend an die Verdrahtungsarbeiten brachten wir an alle Bauteile noch die
Betriebsmittel-Kennzeichnung mittels am P-Touch gedruckten Schildern an. Für die äußere
Beschriftung des Schrankes benutzten wir Laserlite, in das wir die Schrift laserten.
Prüfung nach VDE 0100 Teil 600
Da es sich bei unserem Projekt um eine elektrische Anlage handelt, mussten wir diese auch
nach VDE Vorschriften Prüfen. Zuerst erfolgte die Sichtprüfung, um grobe Mängel
auszuschließen, anschließend maßen wir den Schutzleiter- und Isolationswiderstand. Die
gemessenen Werte entsprachen den Vorgaben, also konnten wir die Anlage ohne Bedenken
testen.
3.4. Mechanik
3.4.1. Grundplatte
Als Grundplatte unserer Solarzellennachführung wählten wir eine 4mm starke
Aluminiumplatte aus. Diese sägten wir mit einer Handkreissäge auf die Maße 164 x 54cm zu.
Um genügend Stabilität in der Grundplatte zu erhalten, da wir eine ca. 80cm lange Nut in die
Mitte Sägen mussten, entschieden wir uns die beiden 164cm langen Seiten 2cm breit um 90°
abzukanten. Nach dem Abkanten befestigten wir das Dreibein und den Schaltkasten auf der
Grundplatte, um uns ein Bild von der fertigen Konstruktion zu machen, mit 20 x 30mm
Aluwinkeln und M4 Schrauben. Danach zeichneten wir den Punkt für den steilsten – und den
flachsten Winkel an und demontierten das Dreibein und den Schaltkasten wieder, um die Nut
mit der Hankreissäge einzusägen. Die Handkreissäge hatte ein ca. 3,5mm starkes Sägeblatt,
somit Sägten wir in zwei Etappen, um eine 6mm breite Nut zu erhalten. Nachdem die Nut
eingesägt war, zogen wir die Schutzfolie der Aluminium Grundplatte ab und montierten das
Dreibein und den Schaltkasten wieder. Als Letztes haben wir die Grundplatte poliert und
einen Kantenschutz mit dem Heißluftfön aufgeschrumpft.
- 10 -
Team Sunnys
19.04.2011
3.4.2. Dreibein
Als Grundkonstruktion unserer Solarzellennachführung entschieden wir uns für eine
Dreibeinkonstruktion die verstellbar im Winkel für die vier Jahreszeiten ist. Als Material für
die drei Grundbeine entschieden wir uns für ein 20x20mm Vierkanthohlprofil, da es in
unserer Firma reichlich vorhanden war und wir an einem Vierkanthohlprofil auf einfache Art
und Weise weitere Komponenten befestigen konnten. Die drei Grundbeine sägten wir auf
50cm Längen zu, sodass die Solarzelle ausreichend Platz auf dem Vorderbein hat, und wir
durch die gleiche Länge der Hinterbeine und des Vorderbeins uneingeschränkt im Winkel
verfahren können. Als Gelenk für das Dreibein verwendeten wir eine M8 Gewindestange.
Diese Steckten wir durch die 8,5mm Durchgangslöcher die wir zuvor in die Drei Grundbeine
gebohrt hatten und Justierten die Grundbeine durch M8 Muttern und zwei Distanzbolzen die
wir an der Drehbank aus 30mm Aluminium Rundmaterial gedreht haben. An der Oberseite
des Dreibeins befestigten wir auf ca. ¾ der Kompletten Breite eine 20x70mm Aluwinkel um
Bauteile wie die Achse des Solarmoduls, die Abzweigdose und die Endschalter zu befestigen.
Diesen Winkel befestigten wir mit zwei M4 Schrauben am oberen ende des Vorderbeins. An
diesem 20x70mm Aluwinkel befestigten wir ca. 2cm nach unten versetzt am verbleibenden ¼
der Breite einen weiteren Winkel um den Motor so zu befestigen damit wir einen Riemen von
Motor zu der Achse des Solarmoduls Spannen konnten. In diesen Winkel frästen wir zwei
4mm Langlöcher damit wir den Motor verschieben könne und somit den Riemen spannen
können. An der Unterseite des Vorderbeins benötigten wir ein weiteres Gelenk damit wir bei
einer Änderung des Winkels eine gerade Auflagefläche behalten. Darum fertigten wir aus
einem 2mm Alublech eine Art Schieber mit einem 6,5mm Durchgangsloch um das
Vorderbein am unteren Ende durch eine M6 Schraube damit zu Verbinden und Gleichzeitig
erhielten wir so unser Gelenk. Am Vorderen und hinteren Ende des Schiebers bohrten wir
jeweils ein 4,2mm Loch um den ihn mit einem Aluminium Fachmaterial an der Unterseite der
Grundplatte mit zwei M4 Schrauben zu Verbinden damit wir den eingestellten Winkel
feststellen können.
- 11 -
Team Sunnys
19.04.2011
Schieber zum Einstellen der Jahreszeit
3.5. Bedienungsanleitung
Für die problemlose Steuerung der Solarmodulnachführung sind folgende Schritte zu
beachten:
Inbetriebnahme:
Platzieren Sie die Solarmodulnachführung an einem Ort, an dem es längst möglich der Sonne
zugewandt ist (Solarmodul Richtung Süden).
Überprüfen sie die das komplette Gerät, sowie die Zuleitung auf sichtbare Schäden bevor sie
das Gerät einstecken. Vergewissern Sie sich außerdem, dass die beiden Wahlschalter
„AUS/EIN“ bzw. „HAND/AUTOMATIK“ auf AUS bzw. auf HAND zeigen.
Bevor das Gerät eingesteckt werden kann, muss der Antriebsriemen auf beide
Antriebsscheiben auf gezogen werden. Wenn
Wahlschalter HAND/AUTOMATIK
dies Gewährleistet ist, können sie die
Solarmodulnachführung einstecken. Danach
Wahlschalter EIN/AUS
betätigen Sie den Schalter für die
Spannungsanzeige an der Abzweigdose,
kontrollieren Sie, ob die Anzeige auch
Linkslauf
funktioniert. Nun wird die Anlage eingeschaltet,
drehen sie dazu den „AUS/EIN“ Schalter auf die
Rechtslauf
EIN Schaltstellung. Nun sollte das Solarmodul
mit den beiden dafür vorgesehenen Tastern Links
bzw. Rechts verfahrbar sein. Zur Kontrolle der
Funktion der beiden Endschalter verfahren Sie mit
dem Solarmodul in die beiden Endpositionen
(Links und Rechts). Trifft der Hebel auf den
jeweiligen Endschalter, darf das Solarmodul in die Richtung nicht weiterfahren. Die fahrt in
die andere Richtung ist allerdings möglich. Um den Automatikbetrieb zu starten, muss der
Wahlschalter auf AUTOMATIK gestellt werden. Ist dies getan befindet sich das Gerät im
Automatikbetrieb, nun verfährt das Solarmodul so lange, bis es die optimale Stellung zur
Sonne erreicht hat. Ab diesem Zeitpunkt verfährt das Solarmodul so lange bis die Sonne
untergeht und die Tag/Nacht Abschaltung den Messkreis unterbricht. Geht die Sonne nun
wieder auf, so wird der Messkreis bei genug Licht wieder aktiviert.
- 12 -
Team Sunnys
19.04.2011
Einstellen der Vertikalachse:
Drehen sie die beiden Flügelmuttern so weit auf, dass sich die Achse leicht in der Nut hin und
her bewegen lässt.
Stellen sie nun die Vertikalachse auf die jeweilige Jahreszeit ein.
Tag/Nacht Abschaltung:
Wird es nun abends dunkel, liefert das Solarmodul nicht mehr genug Energie, somit wird die
Nachführung unwirtschaftlich. Darum wird der Messkreis automatisch unterbrochen und das
Solarmodul verstellt sich nicht mehr.
Geht die Sonne am nächsten Morgen wieder auf, wird der Messkreis bei einer bestimmten
Helligkeit wieder aktiviert und das Solarmodul richtet sich optimal zur Sonne aus.
Weitere Wichtige Hinweise:
Reinigen Sie regelmäßig das Solarmodul und überprüfen sie es auf sichtbare Schäden.
Solarmodul nicht gewaltsam öffnen.
4. Nutzen / Rentabilität
Durch eine bessere Ausrichtung zur Sonne kann die Leistung einer Photovoltaikanlage
erheblich gesteigert werden. Bereits bei einer Einachsig Nachführung sind es 25%, bei
Zweiachsigen sogar bis zu 35% mehr. Bei einer nicht nachgeführten Solaranlage fällt das
Licht nicht in einem 90° Winkel auf die Zellen. Dadurch sinkt die Menge an Licht die auf sie
Auftrifft bzw. die nutzbare Fläche.
Hier setzt unser Projekt an. Unser Modul richtet sich Automatisch nach dem Tagesstand der
Sonne aus. Der Ausrichtungswinkel der Jahreszeit kann auf der Grundplatte mittels Schieber
Stufenlos eingestellt werden.
sin β *100% = nutzbare Fläche
β
β
- 13 -
Team Sunnys
19.04.2011
4.1. Ziel Erreicht, Bilanz Positiv?
Ja, unsere Ziele wurden erreicht. Die Solarzelle richtet sich nach dem aktuellen Sonnenstand
aus. Damit haben wir unser primäres Ziel erreicht. Auch die Tag/Nachtabschaltung und die
Verfahrbarkeit der 2ten Achse konnten wir erreichen. Allein die Autonome
Spannungsversorgung unseres Projekts konnten wir nicht realisieren, da unsere Schaltung zu
jedem Zeitpunk eine stabile +-12V Versorgung braucht.
Doch Produzieren wir jetzt Strom?
Unsere Schaltung Verbraucht am Tag ca. 0,4KW/h Strom. Das Modul könnte jedoch selbst
bei 12h maximaler Leistung am Tag nur 0,12KW/h liefern. Erschrocken von diesem
Ergebnis schauten wir noch mal genauer hin. Der große Trafo samt Spannungsversorgung ist
es der uns in die roten Zahlen zieht. Eine kleinere Dimensionierung der Bauteile ist jedoch
aufgrund höherer Anschaffungskosten für uns nur schlecht möglich.
Daher haben wir dafür entschieden für unserer Bilanz nur den Verbrauch unserer Schaltung,
dem Motor + 20% (fiktive Spannungsversorgung) zu Verwenden.
Verbrauch im 365 Tage 24h Betrieb 19,34 KW/h
Leistung des Solarmoduls (365 Tage 8h) 29,2 KW/h
Nutzen ab Solarmodul > 0,4m²
Das bedeutet, dass bei einer 20% Steigerung der Leistung der Solarmoduls eine 3,5-mal so
große Fläche wie bei unserem gebrauchst wird um den Verbrauch der Ausrichtung durch den
Nutzen auszugleichen (ca. 0,4m²). Für ein Model ist dies ein ordentlicher Wert, zumals Motor
und Schaltung für weit größere Flächen als 0,4m² Verwendet werden könnten.
- 14 -
Team Sunnys
19.04.2011
4.2. Firmen die Interesse haben könnten
Wir fanden einige Firmen die an unserem Projekt Interesse haben könnten.
Hier möchte ich nun 3 dieser Firmen kurz vorstellen:
1. Centrotherm Photovoltaics Technology GmbH
Diese Firma ist eine Solarenergiefirma aus Konstanz, welche Solarzellen installiert, in
der Solarenergie forscht und hierzu auch Service und Beratung anbietet.
2. UNI-Konstanz Arbeitsgruppe „Photovoltaics“ & ISC-International Solar Energy
Research Center
Die Arbeitsgruppe „Photovoltaics“ der Uni Konstanz hat sich auf die Forschung und
Entwicklung der Solarenergie spezialisiert, sie ist eine Abteilung der Festkörperphysik
Arbeitsgruppe. Vor allem im Bereich der Silizium-Photovoltaik forscht dieses Team.
Das ISC-Team arbeitet zusammen mit der Arbeitsgruppe „Photovoltaics“ an der
Erforschung verschiedener Photovoltaik-Systemen.
3. PHOENIX-CONTACT
Phoenoix-Contact ist ein Händler für Elektroartikel. Das Angebot enthält unter
anderem auch Photovoltaik Zubehör (außer Solarmodule/zellen). Er bietet alles von
Steckern über Halterungen bis hin zu speziellen Systemen.
- 15 -
Team Sunnys
19.04.2011
- 16 -
Team Sunnys
19.04.2011
- 17 -
Team Sunnys
19.04.2011
5. Rückblick / Erkenntnisse / Perspektiven
Während des Erarbeitens und Aufbauens unseres Projekts stießen wir auf vielerlei
Hindernisse, die wir überwinden mussten und sammelten dabei viele nützliche Erfahrungen.
Sowohl elektrisch als auch mechanisch mussten wir uns durch planen und versuchen den
Physikalischen Gegebenheiten und den Anforderungen unserer Ausbilder und der MyClimate
Jury anpassen. Auch untereinander war die Zusammenarbeit nicht immer einfach, aber nach
anfänglichen Unstimmigkeiten kamen wir letztlich doch gemeinsam zum Ziel.
Elektrisch
Schwierigkeiten, die wir mit dem elektrischen Teil unseres Projekts hatten, tauchten
hauptsächlich während den Versuchen mit der Grundschaltung auf. So hatten wir im
Zusammenhang mit den zunächst verwendeten LDRs zu wenig Spannungsunterschied an den
Basen der Transistoren und zu viel Strom in der Messbrücke. Wir versuchten verschiedene
Schaltungsvarianten wie eine Verstärkerschaltung (Darlington) und das dauerhafte anlegen
von Spannung an den Basen der Transistoren unserer Regelung über einen Potentiometer in
der Messbrücke (Vorspannen). Den Erfolg brachte jedoch der Einsatz anderer LDRs, die eine
weit größere Widerstandsdifferenz bei gleicher Änderung der Lichtstärke aufwiesen.
Mechanisch
Auch mechanisch wehte uns häufig ein strenger Wind ins Gesicht. Ersten Modelle und Idee
eines Grundgestells änderten sich beinahe stündlich. Für manche Ideen fehlte es an Material
für andere an Werkzeug oder Know-how im Team. Zum Glück konnten wir auf die Erfahrung
der Ausbilder zurückgreifen um nicht in jede Saggasse mit zu nehmen.
Die Lagerung und der Antrieb der drehbaren Achse stellte die zweite große Herausforderung
dar. Kleinigkeiten wie Schutz des Motors vor Wind der auf das Pendel einwirkt, Hebelkräfte
und Schwerpunkte versetzten uns immer wieder kleinere Rückschläge. Der größte in diesem
Stadium unseres Projekts war ein zu hoher Schwerpunk des Pendels. Dadurch rutschte uns der
Riemen über die Motorwelle. Die gesamte Pendellagerung musste deshalb neu konzipiert
werden. Schluss endlich konnten wir doch auch hier für jedes Problem eine geeignete Lösung
finden.
Persönliche Konflikte
Da Teamwork beim Projekt eine wichtige Rolle spielte, versuchten wir gleich zu Beginn die
Aufgaben so sinnvoll wie möglich zu verteilen. Dies war insbesondere deshalb Schwierig,
weil wir nicht immer zu den gewünschten Zeiten von den Abteilungen freigestellt wurden und
Krankheit und Urlaub von Kollegen den Zeitplan durcheinander brachten. Die gleichmäßige
Verteilung von Arbeit war beinahe nicht zu realisieren, da sich manche Aufgaben als deutlich
Zeitaufwändiger erwiesen als erwartet. Das Umgehen der Teammitglieder miteinander war
zwar meistens in Ordnung, es kam aber doch zu Konflikten, wenn Vorgehensweisen unklar
oder die Motivation einzelner Mitarbeiter begrenzt schienen.
- 18 -
Team Sunnys
19.04.2011
Erkenntnisse
Besonders im Bereich der Planung hätten wir noch einiges verbessern können, die
Zusammenarbeit und Arbeitsteilung müssen gleich zu Beginn eines Projektes sinnvoll und
klar bestimmt werden. Die Aufgaben müssen von den Bestimmten Personen zeitgemäß und
vernünftig erledigt werden, sodass keine Ungleichheit entsteht. Die Arbeit am Projekt hat uns
allen einen guten Einblick in die Planung und Entwicklung eines mechatronischen Systems
verschafft. Wir begriffen die Wichtigkeit der genauen Dokumentation unserer Schritte und
das Halten von Ordnung im Bezug auf Notizen und Bauteile ist. Alles in allem nahmen wir
das Projekt als Wertvolle Erfahrung für unsere Entwicklung zu vollwertigen Mechatronikern
wahr.
- 19 -
Team Sunnys
19.04.2011
6. Pläne / Materialliste
- 20 -
Team Sunnys
19.04.2011
- 21 -
Team Sunnys
19.04.2011
- 22 -
Team Sunnys
19.04.2011
- 23 -
Team Sunnys
19.04.2011
- 24 -
Team Sunnys
19.04.2011
- 25 -
Team Sunnys
19.04.2011
- 26 -
Team Sunnys
19.04.2011
- 27 -
Team Sunnys
19.04.2011
- 28 -
Team Sunnys
19.04.2011
- 29 -
Team Sunnys
19.04.2011
- 30 -
Team Sunnys
19.04.2011
- 31 -
Team Sunnys
19.04.2011
- 32 -
Team Sunnys
19.04.2011
Materialliste Elektro
- 33 -
Team Sunnys
19.04.2011
- 34 -
Team Sunnys
19.04.2011
Materialliste Metall
- 35 -
Team Sunnys
19.04.2011
7. Quellenangabe
Bilder:
Seite 6 http://www.n-tv.de/img/46/466866/O_1000_680_680_sommer-grafik-Kopie.jpg
- 36 -