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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik genaue Winkelmessung Sonne


Autor: Sven (Gast)
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Hallo zusammen,

für eine genaue Winkelbestimmung der Sonne (wolkenloser Himmel) bin ich 
auf der Suche nach einer geeigneten Messschaltung.
Das Ganze soll bis auf 0,3 Grad genau sein.
Im ersten Ansatz habe ich mal mit einem Fototransistor BPW40 und einem 
Spannungsteiler experimentiert.
Die Messspannung habe ich dann mit einem ADC an meinem Controller 
ausgewertet.

Das erste Ergebnis war sehr ernüchternd. Die Messwerte schwanken extrem 
stark und die Winkelgenauigkeit ist ebenfalls suboptimal.

Hat jemand einen Tipp mit welchen Mitteln (Sensor Elementen) und in 
welcher Anordnung  (OPV's ??) eine solche Messschaltung eine 
entsprechend hohe Genauigkeit bekommt?
Die Geschwindigkeit spielt hier logischerweise keine bedeutende Rolle.


Herzlichen Dank

Sven

Autor: Ulrich (Gast)
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Für ein wirkliche Messung sollte man lieber Fotodioden statt 
Fototransistoren nehmen, wegen der besserwen Linearität. Genug 
intensität hat man mit der Sonne ja.

Als optischer Aufbau sollte so eine Art großer Lochkamera ausreichen. 
Ggf. noch ein 2 ter Sensor für das grobe.

Autor: Haumichblau (Gast)
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>für eine genaue Winkelbestimmung der Sonne (wolkenloser Himmel) bin ich
>auf der Suche nach einer geeigneten Messschaltung.

Warum nimmst Du keinen Uhrenbaustein? Die Tageszeit gibt Dir den 
horizontalen und das Datum den vertikalen Winkel.

Autor: Sven (Gast)
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Hallo,

dazu brauche ich aber dann auch noch die genaue Position an der ich mich 
befinde.
Ich möchte ein System, welches sich ausschließlich am hellsten Punkt am 
Himmel orientiert und diesen selbstständig erfasst.

Grüße

Autor: Gast? (Gast)
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>welches sich ausschließlich am hellsten Punkt am Himmel orientiert

Der hellste Punkt muss aber nicht zwingend auch die Position der Sonne 
sein!
Es reicht schon eine ungünstige Wolkenformation und deine "Sonne" ist 
plötzlich ganz woanders.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Die Position erfasst gegenueber ? Was ist denn die Referenz ? Norden, 
auf 0.3 Grad ? Die Horizontale, auf 0.3 Grad ?

Autor: Sven (Gast)
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Das stimmt, aber das wäre prinzipiell egal. Ich möchte eine optische 
Sonnenachführung bauen, welche das Sonnenlicht auf einen Brennpunkt 
lenkt.

Somit ist es mir prinzipiell egal ob die größte Energieqelle am Himmel 
die Sonne, ne Wolke oder ein Ufo ist. Zudem werde ich den Regler wohl so 
auslegen, dass alles was eine Winkelgeschwindigkeit oberhal von  7,27e-5 
rad/s (also die Sonne) hat, ignoriert wird.

Eine Referenz will ich eben vermeiden. Es geht um einen Regler 
vollkommen unabhängig, der mit vier Sensoren arbeitet und sich schlicht 
auf den hellsten Punkt am Himmel ausrichtet.

Warscheinlich sind Photodioden an einem OPV mal ein erster Ansatz den 
ich testen werde.

Autor: MaWin (Gast)
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Die Genauigkeit ist eher eine Frage der Mechanik des Sensorbaus, da 
spielt Spiegelung und Dreck eine wichtige Rolle.

Im Prinzip tun es je 2 Photodioden, die genau gleich beleuchtet werden, 
wenn sie genau zum Licht stehen. Das kann durch winkeligee Bauweise oder 
ein Abschattungsblech zwischen beiden erreicht werden.

Aber jeglicher Krampf in der Richtung ist sinnlos, wir wissen seit 
tausenden Jahren, wo die Sonne steht, das kann man nämlich ausrechnen. 
Dann funktioniert die Schaltung auch.

Autor: Michael J. (jogibaer)
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Hallo,

warum rechnest Du Dir den Sonnenstand nicht einfach aus ?
Ist bestimmt genauer als eine "Messung".

Jogibär

Autor: jn (Gast)
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Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Sven schrieb:
> Das stimmt, aber das wäre prinzipiell egal. Ich möchte eine optische
> Sonnenachführung bauen, welche das Sonnenlicht auf einen Brennpunkt
> lenkt.

OK.
Das heißt der Zahlenwert interessiert in Wirklichkeit gar nicht.

Damit sind wir bei den hundertausend Lösungen, die eine 
Sonnennachführung mittels 4 lichtempfindlichen Elementen machen.

Das kann jetzt zb bedeuten, dass man zwischen die 4 Elemente einen 
Schattenspender einbaut, der bei nicht korrekter Ausrichtung ein oder 
mehrere Elemente beschattet und so das Signal zur Nachführung auslöst.

Das kann auch sein, dass die 4 Elemente möglichst dicht am Brennpunkt 
angeordnet werden und vom Lichtfleck der Sonne beschienen werden, wenn 
sie vom angestrebten Brennpunkt auswandert.

Autor: haribo (Gast)
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Hallo,

ich habe vor kurzem eine Photovoltaik-Nachführanlage gebaut.
Diese stellt die Mechanik in einem einstellbarem Zeitintervall senkrecht 
zur Sonne.

Ich habe dafür einen DCF77-Sender zur genauen Zeitbestimmung 
implementiert und die Umrechnung der Zeit in Azimut und Elevation mit 
eingebaut, Funktioniert einwandfrei.

Für diesen zweck das perfekte System.
Per Software lässt sich die Position eingeben damit die Berechnug auch 
stimmt. Eine Genauigkeit von 2 Grad ist für mich absolut ausreichend. 
Die Zeit wird absolut präzise errechnet (da DCF77). Für die Umrechnung 
der Zeit in die Sonnenstandswinkel (Aizmut und Elevation) gibt es 
verschiedene Ansätze. Je nach gewähltem Anstz unterscheiden sich die 
Winkel. Sie unterschieden sich allerdings um mehr als 0,3 Grad...je nach 
Berechnungsverfahren.
Hier zu testen:
http://www.volker-quaschning.de/datserv/sunpos/index.php

Deshalb muss erst geprüft werden ob bei einer Berechnung der 
Sonnenstandsdaten die Genauigkeit so angepasst werden kann dass es für 
dich ausreicht.

Autor: haribo (Gast)
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hier ein interessanter Artikel der die Problematik aufgreift und die 
Berechnung sogar vorgibt. Damit ist eine angebliche eine Genauigkeit von 
einer Winkelminute erreichbar!

http://www.succidia.de/downloads/get.html?file=/ar...

Autor: wborck (Gast)
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Hallo,

gibt es Bilder zu der Photovoltaik-Nachführanlage, eventuell einen 
Bauplan?, würde ebenfalls gerne eine bauen doch es hapert noch an der 
Technik (Nachführung).

Gruß,
wborck

Autor: Wolfgang Horn (Gast)
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Hi, MaWin,

> Im Prinzip tun es je 2 Photodioden, die genau gleich beleuchtet werden,
> wenn sie genau zum Licht stehen. Das kann durch winkeligee Bauweise oder
> ein Abschattungsblech zwischen beiden erreicht werden.

ähnliche Aufgaben wie in der Funkpeilung.
Ich vermute, Du willst einen Sensorkopf motorisch nach dem Sonnenstand 
nachsteuern.

Für eine Präzision von 0,5 auf 360° braucht es
a) eine Duo-Photodiode mit zwei Dioden auf demselben Substrat - oder 
eine fortlaufende Kalibrierung.
b) Ausblendung aller fremden Einstrahlungen.

Zu kalibrieren sind die Unterschiede im Offset und in der 
Empfindlichkeit.

Möglichkeiten:
1. Ein Lüfterflügel vor dem Sensor. Moduliert das einfallende Licht der 
Sonne. So genau Du die Winkelstellung des Lüfters messen kannst und 
vergleichen mit den Schwankungen des Sensorsignals, so genau kannst Du 
sogar die Ränder der Sonne peilen.
2. Abtastung: Nimm nur einen Verstärker, schalte ihn abwechselnd an die 
beiden Systeme der Duo-Photodiode. Das elimiert dessen Fehler.
3. Periodische Kalibrierung - Kimme und Korn auf dem Sensorkopf, 
Abweichungen ausmessen und in die Berechnung einbeziehen.

Ausblendung: Tubus am Sensorkopf.


Viel Spaß!
Wolfgang Horn

Autor: Sebastian Enz (senz) Benutzerseite
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Ich habe das auch mit einer Lochkamera (Kollimator) gebaut. einfach ein 
langes Rohr mit einem Deckel mit Loch und am anderen Ende 4x BPW34 als 
4-Quadranten-Fotodiode. Die 4 Analogwerte immer schön auf gleichen Pegel 
nachführen.

Autor: Sebastian Enz (senz) Benutzerseite
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....hier noch ein Bild zur besseren Vorstellung. Lochgröße und Länge muß 
experimentell ermittelt werden. Für den groben Bereich bzw. wenn man mal 
das Zentrum verlässt, können noch mehr Dioden eingebaut werden.

Autor: Sebastian Enz (senz) Benutzerseite
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So, weil ich gerade dabei bin hab ich noch schnell eine geeignete 
Rohrlänge berechnet.
Das Sonnendurchmesser/Abstands-Verhältnis ist 1,4/150 (D=1,4E6 km; 
Abstand=150E6 km)

Für 4x BPW34 im Quadrat angeordnet halte ich eine Sonnenabbildung von 
5mm für sinnvoll. Dadurch ergibt sich: 
Abbildung/Rohrlänge=Sonnendurchmesser/Sonnenabstand
Ergebnis: 535mm
Ein kürzeres Rohr verkleinert das Sonnenabbild.

Autor: Peter L. (peterl)
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ein billiges Kameramodul mit einem relativ dunklem Filter.
Im  dem FBAS Signal die Zeilen zählen und die Zeit vom Strahlrücklauf 
mitstoppen.
Die Synchronimpulse (Horizontal und Vertikal) kann man mit integrierten 
Bauteilen herausfiltern. dann noch einen Komparator für die Sonne.
Damit deckst du einen großen Bereich des Himmels ab.

Autor: Zwie Blum (zwieblum)
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Kameramodul mit Filter funktioniert sehr gut, hab' ich auch schon gebaut 
(Die Kamera war aber gleichzeitig die im Teleskop eingebaute 
Beobachtingskamera).

Bedenke bitte, die Sonne hat am Himmel einen Durchmesser von 31,6 
Bogenminuten oder ~ 0.5°. Da mit du auf 0.3° kommst, brauchst du eine 
grobe Nachführung, um mal überhaupt die Sonne zu finden, und eine Kamera 
mit mindestens 10 Pixel/°.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Das nennt sich dann wohl camera obscura.

Ein mögliches Ergebnis mal im Anhang ;-)

Autor: Bernd Funk (metallfunk)
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Jetzt frag ich doch mal ganz dumm:

Die jahreszeitliche Kompassabweichung beträgt max 3,75 Grad,
Ist das für die Energieausbeute relevant?

( Wenn der Kollektor jeden Tag zur gleichen Zeit den gleichen
Stand hat, die Drehachse muss natürlich im Verhältniss zum
Aufstellungsort gekippt sein )

Wichtig wäre dann ein Kippen in der Höhe ( Datumsabhängig ),
aber das könnte ja leicht über eine hinterlegte Liste
geschehen.

Ein Messen des Sonnenstandes wäre dann überhaupt nicht nötig.

Autor: Franz Scheerer (Gast)
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Schaut doch mal In Wikipedia nach:

http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnensensor

Für eine Solaranlage ist eine Genauigkeit von plusminus fünf Grad voll 
ausreichend. Die Intensität nimmt dann nicht einmal um ein halbes 
Prozent ab (cos(5°) = 0,996).

Autor: Torsten W. (wirehead)
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Wie wäre es ein rohr mit einem diogonalen schlitz zu versehen und es 
Rotieren zu lassen. Sensor 1-2 Photodioden.
Über die winkelinformation des rohrs (Schrittmotor/anschlag) und die 
licht information müsste der sonnenstand in wenigen sekunden zu 
ermitteln sein.
Oder hab ich grade nen denkfehler?

Gruß
Torsten

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