Solaranlage Nachführung

Problembeschreibung
Der Auftraggeber Reinhold Barth hat derzeit das Problem, dass seine Solaranlage nur händisch mit Hilfe einer Kurbel verstellt werden kann und er daher nur bedingt in der Lage ist die maximale Einstrahlleistung der Sonne zu nutzen.

Zielsetzung
Mit Hilfe der automatischen Nachführung soll die Solaranlage mehr Sonnenenergie aufnehmen und so den Wirkungsgrad erhöhen.
Bei der Hauptanlage gilt es folgende Punkte zu beachten:
•    Die Solaranlage soll sich vollkommend automatisch auf den Sonnenstand einstellen und regelmäßig nachgeführt werden
•    Außerdem soll auch noch ein Handbetrieb möglich sein
•    Die Optimierung soll anschaulich im Internet dargestellt werden
•    Möglichst geringer Energieverbrauch
•    Die Hauptanlage sollte möglichst einfach zu Warten und zu Bedienen sein.
•    Eine hohe Bediensicherheit ist Grundvoraussetzung

Bei dem zu fertigenden Modell hingegen gilt es folgende Punkte zu beachten:
•    Soll die eigentliche Nachführung veranschaulichen
•    soll ansprechend designed werden
•    Es sollen keinerlei Korrosionserscheinungen auftreten
•    maximale Abmessungen: 1500x1500x800mm

Ergebnis
Die fertige Anlage konnte Ende April 2012 beim Auftraggeber Reinhold Barth in Natternbach in Betrieb genommen werden und arbeitet seither fehlerfrei.

Projektablauf
•    Ausarbeitung der verschiedenen mechanischen Konzepte
•    Entwurf der Regelung
•    Konstruktion und Fertigung des Modells
•    Fertigung der Platinen
•    Konstruktion und Fertigung der Hauptanlage am Dach
•    Software für die einzelnen Module schreiben
•    Tablet App schreiben
•    Web Fernwartung
•    Dokumentation

Systembeschreibung
Die Solaranlage soll, individuell nach Standort und Ausrichtung, sich zu jedem Zeitpunkt auf den optimalen Höhenwinkel einstellen. Der Benutzer soll mit Hilfe eines Tablet PCs die Möglichkeit haben, aktuelle Temperaturen und Daten der Solaranlage abzurufen. Der Motor, der die eigentliche Nachführung der Solaranlage bewirkt, wird über eine PWM-Steuerung angetrieben. Die Drehbewegung wird mit Hilfe der Zahnstangen in eine lineare Bewegung umgelenkt. Dadurch kann man den Höhenwinkel variabel verstellen. Um den Höhenwinkel möglichst exakt einstellen zu können, wurde die Drehzahl des Motors möglichst niedrig gewählt. Außerdem wurden bei der Hauptanlage noch Faktoren wie z.B. Schneelast oder Wind berücksichtigt.

The efficiency of a solar system of our client in Natternbach should be improved in a degree as high as possible. At the moment, only a manual crank to change the angle of inclination of the collectors exists. The automatic tracking is done as part of our project. In addition, a model should be prepared for demonstration purposes.

With the automatic tracking, the solar system absorbs more solar energy, this in-creases the efficiency. Unfortunately, on the roof there is too little space for solar collectors to be tracked in two axes, so we only can track one axis. Microcontroller modules will control the automatic tracking. One microcontroller module is in the basement and is used for integration into the existing heating system. Further micro-controller modules control the power electronics on the roof and evaluate sensors. In addition, the solar system should be controllable manually via tablet or hand control.

At the beginning of the project the model was built. We created a design in Catia and manufactured the model. The next step was to build a wagon to transport the model  around more easily. At the same time, the electronic and control system was designed. After some small modifications, the model served as a paragon for our main solar system on the roof and has also been implemented in a similar way. In agreement with the project supervisors, we built the automatic tracking of the solar system. Finally the visualization program for the tablet was programmed. The incorporation of specific subjects always took place when we needed them.

All requirements of the project could be realized in teamwork with the project managers.