Dokumente aus dem Jahr 2005
Informationen zur Entwicklung der Thomaeum Nachführanlage 1. Das Modell Das Modell der Nachführtechnik ist ein bereits abgeschlossenes Projekt. Dieses Modell ist mit einer ca. 20 x 40 cm großen Solarpaneele ausgestattet und lässt sich mit Hilfe von Schrittmotoren aus alten Druckern in alle Richtungen drehen. Durch ein eigens entwickeltes Programm ist das Modell in der Lage, sich beliebig schwenken zu lassen. Wir haben den "ewigen Kalender" in die Steuerung eingebaut, damit das Modell der Sonne „nachläuft".
2. Nachführanlage
Es galt nun, die Anlage in Groß als wetterfeste Dachanlage zu realisieren. Nach der Beschaffung von leistungsfähigen Motoren und großen neuen Solarmodulen musste eine Platine entwickelt werden, die die Verbindung zwischen Computer und den Leistungs-motoren herstellt. Dazu wurde ein neues Computerprogramm entwickelt. Wir können damit das Solarmodul horizontal sowie vertikal getrennt ausrichten.
Die Steuerung erfolgt über den Parallelport des Computers (parallele 8 Bit Schnittstelle).
Der im Programm implementierte ewige Kalender berechnet aus Datum und Uhrzeit die Horizontal- und Vertikalwinkel der aktuellen Sonnenposition und gibt diese Information an die Motorsteuerung weiter, führt damit die Zelle der Sonne hinterher.
Um die Leistungen der Nachführanlage und der fest installierten Anlage (steht neben der Nachführanlage und hat den gleichen Zellentyp) zu vergleichen, gibt es einen Messcomputer, der beide Leistungen rund um die Uhr über einen Analog-Digital-Wandler aufzeichnet und speichert. Das erforderliche Programm wurde von den Mitarbeitern der Solar-AG entwickelt. Dadurch können wir später eine Auswertung vornehmen und somit die Effizienz der Nachführtechnik ermitteln.
3. Schwierigkeiten
Auch gab es etliche gravierende Probleme, die nur mit viel Geduld und Zeitaufwand gelöst werden konnten. So hatten wir den Ehrgeiz, die Comuputersteuerung in modernem Windows-Gewand zu erstellen und mussten feststellen, dass der Zugriff auf die Ports unter Windows viel zu langsam erfolgt und das Mitzählen der Motorumdrehungen zu ungenau wurde. Die Steuerplatine versagte einmal ihren Dienst und zur Fehlersuche mussten elektronische Bauteile entfernt und wieder neu eingelötet werden.
Etliche Kabel mussten vom Schaltschrank Parterre, in dem sich die Computer befinden, zur Solarbühne verlegt werden. Das machte bei schlechtem Wetter auf dem Dach nicht immer Spaß. Die stabile wetterfeste Montage auf dem Dach gestaltete sich langwierig, ständig waren neue Bohrungen und Anpassen von Metallstützen erforderlich und immer musste günstiges Wetter abgewartet werden.
Dann zeigte sich die im Labor erfolgreich getestete Schaltung zur Leistungsaufnahme als nicht optimal beim Einsatz auf der Solarbühne, eine neue Konzeption war zu entwickeln.
4. Perspektiven
Die Leistungsdaten der beiden Solarzellen - fest und beweglich - werden ab dem 9.11.05 über ein Jahr per Computer aufgezeichnet. Zusätzlich muss die Energie für die Nachführtechnik, die etwa alle 5 Minuten die Motoren kurzzeitig bewegt, bestimmt werden. In einem A-B-Vergleich kann dann in einem Jahr eine konkrete Aussage über den Wert einer Nachführtechnik gemacht werden. Darüber hinaus erhalten wir Know-how über die Verwendbarkeit der Motoren und der benutzten Mechanik bei harten Wetterbedingungen. Nicht zuletzt wird die Stabilität der erstellten Computerprogramme und der entwickelten Elektronik getestet.
Thomaeum Solar-AG, Nov. 05
Bilder von der Inbetriebnahme der Nachführtechnik
Die Macher
Fachgespräch
Herr Heinrichs erläutert
Spende der Elternschaft
Motoren der Nachführung
Ausstellung
Solar-AG
Vertreter des Schulamts und der Stadtwerke
Modell der Anlage von Georg Richter
Bilder von der Montage der Nachführtechnik Anschlußkästen
Grobe zeitliche Übersicht zur Entwicklung der Nachführanlage
05.2001 Eine Gruppe der SOLAR-AG startet mit dem Aufbau eines Modells für eine Nachführanlage
06.2001 Die Solar AG beabsichtigt den Bau einer Kombizelle, einer Kombination aus Thermokollektor und Solarzelle. Ideen werden zeichnerisch erfasst.
07.2001 Etliche alte Drucker werden zerlegt, um passende Schrittmotoren für die Bewegung der Nachführtechnik zu erhalten
09.2001 Intensives erarbeiten der Schrittmotortechnik. Nach etlichen Fehlversuchen entschlüsseln Oliver Thewes und Lukas Dreiner die erforderliche Schaltung
10.2001 Die Schaltung zur Steuerung der Schrittmotoren wird entwickelt
11.2001 Die Schrittmotorsteuerung soll über den Parallelport eines Computers angesprochen werden. Ein Prototyp einer Paralellportsteuerung wird entwickelt
12.2001 Aufbau einer Schaltplatine mit elektronischen Lastrelais zur Verbindung des Computers mit den Schrittmotoren
01.2002 Das Nachführmodell wird aus einer 60 x 25 cm großen Solarzelle und Bauteilen des Physiklabors aufgebaut von Thomas Lammersen und Alexander Lohr.
02.2002 Das Computerprogramm zur Steuerung wird entwickelt u.a. von Moritz Schrey, Oliver Thewes und Thomas Lammersen
04.2002 Schwierigkeiten mit der Schaltelektronik werden durch den Einsatz leistungsfähiger elektronischer Bauteile behoben. Die Platine wird neu übersichtlich von Lukas Dreiner aufgebaut und im Computer integriert.
05.2002 Die weitere Entwicklung der Kombizelle wird wegen fehlenden passenden Materialien und Schwierigkeiten in der praktischen Erstellung zurückgestellt.
06.2002 Die Förderverein des Thomaeum unterstützt die SOLAR-AG mit ca. 800.- Euro zur Anschaffung der benötigten Antriebsmotoren. In Kooperation mit der Fachhochschule Krefeld werden Informationen zur Motoren bei größeren Lasten beschafft. Ein Student schreibt darüber seine Examensarbeit.
07.2002 Informationsbeschaffung für Motoren zur Nachführtechnik insbesondere in Bezug auf den Einsatz bei Wind und Wetter
09.2002 Bestellung der Motoren samt Untersetzungsgetriebe bei Solartreck in Kiel. Das funktionsfähige Modell der Nachführtechnik wird auf dem Umweltmarkt der Stadt Kempen vorgeführt.
10.2002 Erstellung einer Zeichnung der Dachhalterungen für die Nachführtechnik und Beauftragung der Schlosserei zur Herstellung und Verzinkung
11.2002 Zwei Analog-Digitalwandlerplatinen werden beschafft und von Jan Pätzold intensiv getestet. Wir entscheiden uns für die USB-Variante, da dort eine Unit zur Einbindung in ein Delphi Programm vorhanden ist. Jan Pätzold startet mit der Programmentwicklung.
12.2002 Die elektrische Schaltung für die großen Nachführmotoren wird erstellt. Zwei gebrauchte Solarmodule werden zu Testzwecken auf dem Motorgestell montiert und für Messungen vorbereitet.
01.2003 Lukas Dreiner baut die Platine nach der Schaltung auf. Vom Computer wird die Schaltung durch Optokoppler elektrisch getrennt. Erste Vorführung der Steuerung auf dem Tag der offenen Tür. Der Förderverein des Thomaeum genehmigt die Anschaffung von zwei neuen großen Solarmodulen für die Teststation
02.2003 Thomas Lammersen und Stefan Proebsting starten mit der Erstellung des Steuerungsprogramms. J. Kaeberich integriert die Routine für den ewigen Kalender, der die Horizontal- und Vertikalwinkel in Abh. der Ortszeit berechnet.
03.2003 Die Lichtschranken, die die Rotation der Motoren kontrollieren, werden angepasst und über Widerstände elektrisch mit dem Parallelport des Computers verbunden. Das Computerprogramm
Parallelport des Computers verbunden. Das Computerprogramm fragt ständig ab, ob die Lichtschranken Impulse senden (von uns Ticks genannt). Aus dem Mitzählen der Ticks erhält der Computer die genaue Information, wie weit der Motor die Zelle bewegt hat. Kabelanschlüsse für mobilen Einsatz werden vorbereitet, Lukas Dreiner baut ein 24 Volt Netzgerät für die Motorversorgung aus alten Computer-Bauteilen.
05.2003 Die Bewegung der Zellen horizontal und vertikal wird geeicht.
06.2003 Verbesserung der Steuerungsprogramms und der Kabelführung. Die neuen Solarmodule werden geliefert
07.2003 Tests zur Erfassung der Leistungsaufnahme per Computer erfolgreich. Es werden die Leistung der festen undd er beweglichen Solarzelle in einem Diagramm angezeigt.
09.2003 Erarbeitung einer stabilen Halterung auf dem Solardach für die feste Zelle. Die Erstellung der Halterung nach Zeichnung wird bei einer Schlosserei in Auftrag gegeben. Die Kabel auf der Solarbühne werden verlegt.
10.2003 Umrüstung eines moderneren Computers zur Steuerung der Nachführtechnik, damit das Programm auch unter Windows auf Delphi-Basis erstellt werden kann.
11.2003 Umbau der Nachführanlage für den Venus-Transit. Mit Metallstangen werden zwei Linsen, eine Blende, eine Folie und eine Kamera so befestigt, dass der Durchgang der Venus durch die Sonnenscheibe aufgezeichnet werden kann.
11.2003 Stefan Proebsting überträgt das Turbo-Pascal Programm in eine Delphi-Fassung.
12.2003 Kabel werden im Solarschrank vorbereitet für den Anschluss der Computersteuerung und die Leistungsmessung
01.2004 Das Programm für die Leistungsmessung wird überarbeitet. Der Lieferant für die Halterung der festen Zelle wird erneut zur Lieferung aufgefordert, die schon vor 5 Monaten erfolgen sollte.
02.2004 Der Schaltplan für die Leistungsmessung wird kalkuliert, ein neuer Kabelplan wird erstellt.
03.2004 Die Tests der Anlagensteuerung unter Windows verlaufen negativ, da etliche Ticks der Motorbewegung verschluckt werden und damit die Steuerung zu ungenau wird. Windows benötigt zu viele Resourcen für Dinge, die wir gar nicht benötigen, was die eigentlichen Messprozesse zu sehr verlangsamt. Also wird leider wieder die alte DOS-Version reaktiviert und neu angepasst.
04.2004 Die Steuerung der Nachführung funktioniert nicht mehr. Die Anlage wird zur Fehlerbehebung wieder zerlegt. Letztlich war ein Kabelanschluss im Kabelbaum defekt.
05.2004 Sämtliche Kabelanschlüsse werden überarbeitet; im Schaltschrank werden neue Anschlüsse per Steckverbindung erstellt.
06.2004 Tests der Leistungsmessung ergeben, dass die Simulation der Sonne durch einen starken Scheinwerfer nicht auf die Echtsituation übertragbar ist. Also wird hochgerechnet, welche Lastwiderstände beschafft werden müssen.
07.2004 Die Lastwiderstände werden geliefert und auf Brauchbarkeit getestet
09.2004 Die Website der SOLAR-AG wird von Nils Pätzold aktualisiert. Es wird jetzt der beabsichtigte Vergleich des Ertrages der festen Zelle mit der beweglichen Zelle beschrieben.
10.2004 Alternativen werden erarbeitet für den Fall, dass die in Auftrag gegebene Halterung der festen Zelle nicht geliefert wird.
11.2004 Präsentation der Nachführanlage im PZ des Thomaeum am Tag der offenen Tür
01.2005 Erneuter Fehler in der Motorsteuerung wird analysiert und durch Modifikation des Computerprogramms behoben.
02.2005 Anschlusskabel für die Montage auf der Solarbühne werden vorbereitet.
04.2005 Ein Lieferant für einen wetterfesten Anschlusskasten für die elektrischen Anschlüsse auf der Solarbühne wird erkundet. Der Schaltkasten wird bestellt.
05.2005 Endlich wird die Halterung für das Feste Fotovoltaik-Modul geliefert. Leider ist der Mast zu kurz. Die Halterung wird zu einer anderen Firma transportiert, die eine Verlängerung aufschweißen soll.
06.2005 Letzte Testprobeläufe und Korrekturen im Raum der SOLAR-AG
08.2005 Montage der festen Solarzelle auf der rechten Seite der Solarbühne durch Thomas Bui, Michael Gregorius und Nils Pätzold
09.2005 Mechanische Arbeiten zu Stabilisierung der festen Solarzelle, Anschluss an den Messcomputer. Montage der beweglichen Zelle auf der linken Seite der Solarbühne. Entfernung einiger Äste, die Schatten auf den Zellen erzeugen
10.2005 Einstellung des Messcomputers und der Lastwiderstände auf Gleichheit bei diffusem Tageslicht. Austausch der Gewindespindeln gegen rostfreie Spindeln.
11.2005 Beginn der Aufzeichnung des Leistungsvergleichs, der eigentliche Start des Forschungsprogramms.
Montage der Vergleichszellen beweglich vs fest