Autonome Solarstation
Autoren: Tim Schonlau & Kevin Hinze
Betreuer: Prof. Göbel & Prof. Schneider
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Einleitung
In diesem Projekt soll eine Autonome Solarstation entwickelt werden. Diese richtet sich über zwei angetriebene Achsen nach dem Sonnenstand aus und ermöglicht so einen komplett autonomen Tagesablauf der Solarstation. Zudem verfügt diese über einen Akku um das System unabhängig nutzen zu können, sowie als Lademöglichkeit für Endgeräte. Die gesamten Informationen über den Sonnenstatus, Intensität und Ladestatus werden über ein digitales Display an der Station wiedergegeben.
Anforderungen
| ID | Inhalt | Ersteller | Datum | Geprüft am | Datum | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Geringes Gewicht der Konstruktion | Kevin Hinze | ||||
| 2 | Lichteinstrahlung muss gemessen werden | Kevin Hinze | ||||
| 3 | Einstellen der zwei Achsen | Kevin Hinze | ||||
| 4 | Automatisierung der Achsen für den Lichtzyklus | Kevin Hinze | ||||
| 5 | Speicherung der Energie, mit Schalt-Relais und Sensor | Tim Schonlau | ||||
| 6 | Freigabe aus Energiespeicher für Endgeräte, Ansteuerung 5V USB Port | Tim Schonlau | ||||
| 7 | Anzeige von Licht-und Energiedaten | Kevin Hinze |
Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf
Systementwurf
Um die Effizienz der Solarmodule zu erhöhen und damit den gesamten Sonnenzyklus abdecken zu können, wird die X-Achse (Tilt) und die Y-Achse (Pan) von einem Servomotor angetrieben. Diese werden in der Säule der Solarstation integriert. Der Fuß bietet zudem Platz für den Akkumulator, Arduino Uno, USB Port und einer digitaler Anzeige. So soll eine möglichst kompakte Bauweise realisiert werden.
Die Lichtsensoren werden am Rand der Solarmodule installiert. Die Strom-&Spannungssensoren werden nahe des Arduinos angebracht, um lange Kabelwege zu vermeiden. Diese werden mit einem Relais in einen Schaltkreis integriert, um den Aufladevorgang der Akkumulatoren unabhängig vom Arduino schalten zu können.
Komponentenspezifikation
| Komponente | Beschreibung | Abbildung |
|---|---|---|
| Arduino UNO R3 | Für dieses Projekt wurde ein Arduino Uno R3 als Microcontroller verwendet. Dieser ist in Besitz von 14 digitalen I/O Pins(davon 6 PWM Ausgänge) und 6 analogen Input Pins. |  |
| Servomotoren | Es wurde ein Servomotor mit einem 360° Drehradius verbaut. Dieser besitzt eine Drehgeschwindigkeit / 60° : 0.19 Sekunden bei 5V, 0.23 Sekunden bei 6V und ein Drehmoment von 3.2kg bei 5V, 4.1kg bei 6V. Zudem noch ein kleiner Servomotor mit einer Drehgeschwindigkeit (pro 60°. bei 4.8V)): 0,12s und einem Drehmoment bei 4.8V: 1.8kg/cm |   |
| Fotowiderstand | Verbaut wurden vier Fotowiderstände mit einer maximalen Leistung von 90mW und einer maximalen Spannung von 150V DC |  |
| Solarmodul | Verwendet wurde eine Solarzelle mit dem Maße: 145x145mm, einer Leistung von 3W und einer Stromstärke von 0-0.25A |  |
| Digitalanzeige | Verwendet wurde ein Miniatur OLED Display mit einer 128*64 Pixel Auflösung. |  |
Umsetzung (HW/SW)
Komponententest
Die Fotowiderstände wurden vor dem endgültigem Verbau in der Konstruktion provisorisch verbaut, angesteuert und getestet.
Ergebnis
Das Projekt wurde wie nach Entwurf geplant, umgesetzt und fertiggestellt. Die gewünschten Anforderungen wurden bis auf die Punkte fünf und sechs alle erfüllt und sind funktionstüchtig. Alle benötigten Bauteile waren entweder vorhanden oder konnten problemlos über Online-Händler bestellt werden. zusätzliche Bauteile waren ein Servomotor, Fotowiderstände, ein Solarmodul, sowie eine Digitalanzeige. Die Motorhalterung wurde in eine CAD-Programm erstellt und bei einem Zulieferer bestellt. Bei der restlichen Konstruktion (Bodenplatte, Halterung Solarmodul) konnte auf vorhandene Materialien zurückgegriffen und diese selbstständig verbaut werden. Erweiterungen wie zb. eine Ausgabe der Daten über eine Handyapp oder das Laden verschiedener Endgeräte wäre denkbar.
Zusammenfassung
Lessons Learned
Fehler die aufgetreten sind:
- Eine genaue Planung des Projektes ist zwingend erforderlich
- Die Fotowiderstände müssen ordentlich verbaut sein
Kompetenzen die erlernt wurden:
- Zeitmanagement
- Planung eines gesamten Projektes
- Kompetenzenverteilung innerhalb des Teams
- Konstruktion in CAD-Programm
Projektunterlagen
Projektplan
Projektdurchführung
Nach der Erstellung des Projektplanes und einer Planung der genauen Konstruktion erfolgte die Bestellung der einzelnen elektronischen Komponenten, sowie der Motorhalterung welche zuvor in SolidWorks konstruiert wurde. Die Basis der Konstruktion und die Halterung der Solarplatte wurden händisch aus Holz gefertigt. Es folgte ein erster Test der einzelnen Komponenten, bevor diese verheiratet werden konnten. Im letzten Schritt erfolgte die Montage der elektronischen Bauteile.
YouTube Video
Weblinks
Literatur
- ↑ Eigenes Dokument