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Author Topic: Projektvorstellung Parabolrinne (Solarthermie)  (Read 2718 times)
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Ich möchte hier ein kleines Projekt aus dem Bereich alternative Energie vorstellen.
Die Programmierung habe ich inzwischen erfolgreich fertiggestellt, die Mechanik ist noch in Arbeit.

Das Projekt ist der Bau einer verspiegelten Parabolrinne, welche jeweils dem errechneten Sonnenstand nachgeführt (geneigt) wird.
Entlang der Brennpunktlinie dieser Rinne wird ein handelsübliches Vakuumrohr eingebaut, welches die gewonnene Wärme aufnimmt und
z.B. Wasser aufheizt. Eine Umwälzpumpe steuert hierbei den Durchfluss auf die gewünschte Solltemperatur.

In der ersten Lösung (Insellösung) habe ich diese Steuerung mit dem Arduino einmal mit GPS und einmal mit DCF-77 kombiniert.
Diese Lösungen waren aufgrund der schwankenden Empfangsstärke der Signale sehr störungsanfällig und brauchten viel Kontrollaufwand um die empfange Uhrzeit/Datum zu überwachen und bei erkannten Fehlern neu einzuholen.
Ausserdem war die Anlage von extern nicht zu überwachen und der Arduino mit seiner Speicherkapazität nahezu an seiner Limite angelangt.

Aus diesem Grund habe ich auf eine Variante WLAN umgerüstet, so dass der Arduino seine Messwerte alle 15 Sekunden über das Internet an eine SQL-Datenbank übergibt und gleichzeitig den aktuellen Sonnenstand (welcher in dieser Variante neu auf dem Webserver errechnet wird) abholt. Damit ist gleichzeitig eine externe Überwachung und aktive Steuerung der Anlage über das Internet gegeben.

1. Arduino holt vom Webserver den aktuell errechneten Elevationsstand der Sonne
2. Arduino richtet Getriebemotor (über eine Relaiskarte) auf den Sollwert aus.
Die aktuelle Winkelmessung der Neigung wird mit dem Modul ADXL-335 kontrolliert.
3. Arduino holt sich alle 15 Sekunden den aktuellen Elevationsstand der Sonne vom Webserver und richtet entsprechend nach.

Damit eine externe Steuerung der Anlage z.B. für Wartungszwecke oder Notabschaltung möglich ist, sind manuelle Steuerbefehle realisiert. Die Beleuchtung der Anlage kann ein- und ausgeschaltet werden, damit z.B. auch bei Nacht in der Webcam etwas erkennbar ist. Ausserdem kann ein Winkel für die Ausrichtung der Anlage manuell vorgegeben werden oder die Umwälzpumpe ein- und ausgeschaltet werden.

Diese Steuerung ist nun sehr flexibel und es können mehrere Stationen an verschiedenen geografischen Positionen erichtet werden, ohne dass sich die Programmierung auf dem Arduino ändert. Lediglich auf dem Webserver muss erkannt werden von welchem Arduino die Anfrage kommt, damit entsprechend die korrekt errechnete Elevation der Sonne (abhängig vom Standort) übergeben werden kann.

Ich habe bei diesem Projekt festgestellt, dass es sehr grosse Flexibilität reinbringt wenn man auf dem Arduino eine statische Programmierung vornimmt und die dynamischen Elemente der Programmierung auf den Webserver (in meinem Fall PHP und mySQL) überträgt.

Auf meiner Webseite http://www.andres.li ist unter Anleitungen --> Parabolrinne der Sourcecode für Arduino zu finden.
Die Anlage in Aktion kann hier eingesehen werden (ohne Steuermöglichkeit): http://parabol.andres.li

Ich hoffe dass ich mit diesem Beitrag einige Leute dazu motivieren kann, ähnliche Projekte zu realisieren.
PS: Die komplette Anlage wird mit einem 100W-Solarpanel und einem Akkupacket versorgt...also bis auf das Internet alles 100% regenerativ....

Viel Spass!




« Last Edit: May 28, 2013, 10:49:52 am by schwizer » Logged

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Wow, gute Arbeit!
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Absolut super Projekt.
Kannst du vielleicht etwas zum Ertrag und zur Größe der Rinne Sagen.
Gruß
Bernward
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Die erste Rinne wird abhängig vom ausgewählten Vakuumrohr, eine feste Länge von 1.7 Meter und eine Breite von rund 0.5 Meter haben.
Dies ergibt rund ein Quadratmeter Spiegelfläche was in unseren Breitengraden bei guter Sonneneinstrahlung eine maximale thermische Leistung von rund 800 Watt ergibt. Im Jahresschnitt gesehen, bleibt da je nach Schlechtwetter nicht mehr viel übrig.

Der Antrieb der Achsenmechanik ist aber derart stark gebaut, dass ein ganzes Feld (ca. 10-15 Rinnen) parallel angetrieben werden könnten. Diese Kraft kommt durch den Scheibenwischenmotor, welcher zusätzlich mit einem Getriebe im Verhältnis von 1:120 untersetzt wird....das Getriebe ist bisher auch das teuerste Teil in meinem Projekt (rund 150 Euro)...ist aber trotzdem jeden Euro wert!
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at the gate to high forest
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Sehr schönes Projekt!  smiley-cool Vorallem finde ich toll das sich das ganze Projekt selbst mit Energie versorgt, denn wenn keine Sonne scheint braucht die Steuerung auch keine Energie.
Welches Medium willst du denn später für den Wärmetransport nutzen? Reines Wasser ist sicher nicht die optimale Lösung. Wenn du eh vor der Heizung wieder einen Wärmetauscher nutzen willst würde ich eher ein Öl oder ähnliches nutzen. Dann ist durch den höheren Siedepunkt die Gefahr des Kochens oder sogar das Platzen der Anlage geringer und du könntest mehr Wärmeenergie bei geringerer Förderleistung aufnehmen. Außerdem brauchst du dir dann keine Gedanken wegen Frostschutz zu machen.

Gruß Frank
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Die Anlage macht bei diesem andauernden Schlechtwetter gerade eine Durststrecke durch. Ich hoffe dass das Akkupack mit rund 170Ah bis zum nächsten Sonnenschein genug liefern kann.
Ein wichtiges Problem habe ich noch nicht gelöst, ich noch kein Schlechtwetter erkennen und die Anlage ruhen lassen bis die Sonne wieder vernünftig scheint.
Habe mir schon überlegt ob ich ein LDR integrieren soll, der wenigstens erkennt ob die Sonne halbwegs da ist oder der Himmel vollständig bedeckt ist.
Die Anlage nimmt zur Zeit nur die Ruhestellung ein, wenn die Elevation der Sonne kleine 0 ist. Vielleicht müsste ich da einen trägen Wert aus dem LDR ermitteln, welcher die Anlage z.B. nach einer halben Stunde ohne direkten Sonnenstrahl in die Ruhestellung versetzt.

Als Wärmeträger hatte ich "Solarwasser" (Wasser-Glykolgemisch) vorgesehen. Aber Deine Idee mit dem Öl ist bestechend, denn so könnte ich höhere Temperaturen fahren und müsste in der Tat keine Angst vor dem Überkochen haben. Ich nehme an dass Komponenten wie z.B. die Umwälzpumpe mit Öl teurer sein wird. Jedenfalls laufen professionelle Parabolrinnen-Kraftwerke ausschliesslich mit Öl....
Kennst Du Dich in diesem Bereich etwas aus? Ich könnte mir vorstellen dass es schwierig ist eine entsprechende Ölpumpe zu finden, welche auch mit 12V betrieben werden kann und hohen Temperaturen standhält....evtl. finde ich aber etwas in der KFZ-Branche.
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at the gate to high forest
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Auskennen nicht aber ich interessiere mich sehr dafür. Ich arbeite in einem großen Lebensmittelbetrieb und haben dort z.b. Öfen die mit Thermoöl beheizt werden. Nur wegen den großen Unterschieden in der Dimension wird das hier nicht viel helfen.
Aber ich denke eine einfache Zahnradpumpe würde schon reichen, die Kriterien sind wie bei anderen Pumpen, Fördermenge, Förderhöhe, Temperatur des Mediums. Und der Vorteil einer Zahnradpumpe ist das sie im Stillstand eigentlich nix an Öl durchlässt. Das würde das Problem bei schlechtem Wetter beheben das dein Medium von alleine anfängt zu zirkulieren und deine Wärme an die Umwelt verteilt wird ohne das die Pumpe läuft.

Stimmt das schlechte Wetter lässt nicht viele Tests zu. Du kannst die allegemeine Helligkeit messen, es gibt auch Wolkensensoren die einfach selbst zu bauen sind aber das bringt dir nichts an Vorhersage. Was hälst du von einer kleinen Wetterstation?  Dann müsstest du den Spiegel nur in eine sichere Position bringen wenn der Windmesser sich meldet, außerdem weißt du dann auch die Windrichtung. Zusätzlich mit Außentemperatur, dem Regenmesser und dem Barometer kennst du alle unrentablen Situationen. Zumal die Vorhersagen der meisten Wetterstationen ziemlich gut sind.

Gruß
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Die Anlage in Aktion kann hier eingesehen werden (ohne Steuermöglichkeit): http://parabol.andres.li

Hm, also ich habe mal von heute vormittag bis heute nachmittag die Werte Deiner Anlage angesehen. Z.B. jetzt um 16:00 Uhr:

Umgebungstemperatur: 10.87 ºC
Kollektortemperatur: 11.32 ºC

Wie willst Du ein halbes Grad Temperaturerhöhung als "Energie" nutzen?
Da scheint irgendwas noch nicht so richtig zu funktionieren.

Und die erhöhte Temperatur hast Du dann erstmal in einem Glykol-Wasser-Kreislauf, wenn Du damit beispielsweise Brauchwasser erwärmen möchtest, muß das Glykol-Wasser vom Kollektor ja erst noch durch einen Wärmetauscher gepumpt werden und das nutzbare Wasser erwärmen. Die Pumpe, mit der Du das Trägermittel durch den Wärmetauscher pumpst, läuft dann auch irgendwie mit regenerativer Energie?

Oder wie willst Du den Wärmeunterschied als Energie nutzen, wenn Du an der Anlage mal einen nennenswerten Wärmeunterschied gegenüber der Umgebungstemperatur erzielst?
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jurs in diesem Moment könnte es ja kalt bewölkt und regnerisch sein da wo die anlag steht  smiley schaue mal bei achönen Wetter mit Soneenschein drürfte ordentlich Vorlauf Temperaturen geben
Gruß
Der Dani
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So ist das Leben:
Manchmal bis du das Denkmal, manchmal die Taube!

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Ja irgendwann muss die verk***te Sonne sich doch mal zeigen, was ist denn nur los das Jahr hier!!???
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Nähe Köln 1 Juni:
http://dhmaster.dnsalias.net/
ganze 10°C um 12 Uhr  smiley-cry  gestern hatten wir Glück 20° am Abend.
Gruß
Der Dani

Zum Thema und Sonnenerkenneung. Ich habe mal einen interessanten aufbau mir Klaren Roten LEDs gesehen die dann als Sonnenerkennung und Sonnenpostions erkennung dienten. (Aus Elektor) Leider finde ich den Artikel nicht.
Der Aufbau war mit 4 LED so angeordnet.

o|o
o|o

Die Striche waren Barrieren die auf über die  LED  herausragen. man kann jetzt mit dem Analogen Auslesen der LEDs bestimmen ob die Sonne scheint und wenn ja aus welcher Richtung damit könnte man die Errechnete Position prüfen.
Ich habe es mal so gemacht damit ein Servo  einer Taschenlampe folgt.
Gruß
Der Dani
« Last Edit: June 01, 2013, 05:06:46 am by volvodani » Logged

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Im Saarland sieht es nicht besser aus. Aber ich denke die volle Mittagssonne könnte auch zuviel des Guten sein, man muss schon auf Nummer sicher gehen. Ich denke der Wärmetauscher ist vll auch besser aus Vollmaterial und nicht aus Blech, die Wärme wird sicher nicht schnell genug abtransportiert über die Rippen und diese verbrennen dann. Der Spiegel  ist nach dem Video bei einem weiteren Test abgebrannt.

« Last Edit: June 01, 2013, 05:11:43 am by Scherheinz » Logged

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jurs in diesem Moment könnte es ja kalt bewölkt und regnerisch sein da wo die anlag steht  smiley schaue mal bei achönen Wetter mit Soneenschein drürfte ordentlich Vorlauf Temperaturen geben

> Betriebsdaten Parabolrinne ANDRESSOL1 2013-06-01 12:00:33
> Kollektortemperatur: 12.4 ºC
> Umgebungstemperatur: 12.79 ºC
> ΔT = -0.39 ºC

Heute ist der Kollektor sogar kälter als die Umgebung.

Für ein "Kraftwerk" sieht mir das ziemlich kraftlos aus.

Ich frage mich nur:
Wenn das "Kraftwerk" schon an einem ersten Juni um 12 Uhr keine Kraft hat (so wie auch am kompletten Vortag), wann dann?

Und wie und wofür wird die Kraft (Wärmeunterschied zwischen Kollektor und Umgebung) dann tatsächlich genutzt?

[Edit/Nachtrag] Ich glaube, allmählich habe ich es gerafft: Das Projekt steckt noch in den Kinderschuhen, und bis auf den Arduino ist noch kaum etwas fertig. Der Arduino hat einen Akku, aus dem er Strom bekommt. Und er mißt Temperaturen und überträgt diese ins Internet. Also es ist momentan statt einer "Projektvorstellung Parabolrinne (Solarthermie)" eher eine "Projektvorstellung Arduino". Und Parabolrinne und Solarthermie sollen da erst irgendwann ergänzt werden. Und wenn das Projekt dann eine Parabolrinne erhalten hat, sollte die Kollektortemperatur danach tagsüber höher sein als die Umgebungstemperatur.
« Last Edit: June 01, 2013, 01:36:06 pm by jurs » Logged

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Die Kollektortemperatur ist zur Zeit nur höher als die Umgebungstemperatur, wenn die Sonne direkt auf den Kollektorsensor scheint :-)

Wie ich bereits im ersten Beitrag geschrieben habe, ist die Steuerung der Anlage fertiggestellt und die komplette Mechanik noch in Arbeit.
D.h. zum jetzigen Zeitpunkt liegt die Parabolrinne in Einzelteilen auf dem Werkstattboden und muss erst noch aufgebaut werden.

Dennoch stelle ich mein Projekt vor, da wir hier im Arduinoforum und nicht im Solarforum sind.....der komplette Teil mit Arduino ist fertiggestellt.

Für die Solarinteressierten:
Die Parabolrinne wird 1.7m x 0.6m effektive Fläche haben.
D.h. dass mit diesem Quadratmeter bei guter Sonneneinstrahlung rund 800W an Energie gewonnen werden können.
Das Konzept sieht vor, dass die Anlage später dann Rinne um Rinne erweitert werden kann.

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Die Sonnenerkennung von volvodani find ich ganz gut, könnte man so machen wie das Ausrichten in dem Video nur das man einfach die Led's in das Rohr setzt mit dem Lichtpunkt.
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