Autonome Solarstation

Aus HSHL Mechatronik
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Autoren: Tim Schonlau & Kevin Hinze
Betreuer: Prof. Göbel & Prof. Schneider


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Abb. 1: Titelbild, gerendert mit SOLIDWORKS Visualize 2021

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

Abb. 2: Autonome Solarstation, Solarpanele mit Pan/Tilt beweglich, Fuß bietet Platz für Akku und Arduino
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

Autonome Solarstation Systementwurf [1]

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.
Arduino
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
Servomotor
Servomotor
Fotowiderstand Verbaut wurden vier Fotowiderstände mit einer maximalen Leistung von 90mW und einer maximalen Spannung von 150V DC
Fotowiderstand
Solarmodul Verwendet wurde eine Solarzelle mit dem Maße: 145x145mm, einer Leistung von 3W und einer Stromstärke von 0-0.25A
Solarmodul
Digitalanzeige Verwendet wurde ein Miniatur OLED Display mit einer 128*64 Pixel Auflösung.
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Umsetzung (HW/SW)

Abb. 3: Rückseite mit Blick auf Motoren und mechanischen Aufbau, gerendert mit SOLIDWORKS Visualize 2021

Komponententest

Ergebnis

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

https://www.funduinoshop.com/

Literatur

  1. Eigenes Dokument