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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Nachführung Solar Panel


Autor: Fred (Gast)
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Hat jemand eine Idee?

(Im Anhang ein paar Bilder und der Schaltplan)

Habe folgendes Problem:

die Nachführung klappt ganz gut von Ost nach West (Sonnenaufgang
bis Sonnenuntergang). Dann bleibt das Panel ordnungsgemäß in
Richtung Westen stehen. So nun kommts. Beim nächsten Sonnenaufgang
wird der "Lichtsensor" (bestehend aus 4 Fotowiderständen im
Winkel von 120Grad) von hinten beleuchtet so das ich keine
Helligkeitsunterschiede feststellen kann. Es dauert dann ca 2..3
Stunden bis die Sonne soweit "rum" ist das der am weitesten
noch Osten ausgerichtete Foto-R darauf reagiert.
Die 2-3h würde ich aber auch gerne "mitnehmen" um die Akkus
zuladen.

kommt mir aber bitte nicht mit : wenn es dunkel ist drehe
eine Weile nach Osten. Ich möchte es Sauber nur nach Helligkeits-
unterschieden bewegen.

Danke im Voraus für zahlreiche Ideen.
Gruß Fred

Autor: Peter (Gast)
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dann bleibt wohl bloss ein paar weitere Fotowiderstände zu verwenden. am 
besten gleichmässig auf ein Kugel angeordnet.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Ein zweiter Vierquadranten-LDR auf der gegenüberliegenden Seite des 
jetzt angebrachten reicht schon.

Autor: Fred (Gast)
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> Ein zweiter Vierquadranten-LDR auf der gegenüberliegenden Seite des
> jetzt angebrachten reicht schon.

hatte ich schon dran gedacht. Will aber mit den 4-ADC Eingängen
auskommen. Mir ist jetzt nur nicht Klar wie man die nächsten 4 LDR
so schalten kann dass die 4 ADC's reichen (evtl. Brücke?)

Fred

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Theoretisch müßte auch 1 einziger LDR mittig auf der Rückseite der 
Pyramide reichen, da dieser dann morgens das meiste Licht bekommt, wenn 
das Panel nach Westen schaut. Dann brauchst Du nur einen zusätzlichen 
ADC-Eingang, den Du sicher noch hast.

Autor: Fred (Gast)
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Danke Travel Rec.

mit dem einen LDR auf der Rückseite sollte es gehen.
(manchmal hat man wie ein Brett vorm Kopf).

Ich werde es mal so probieren .....

wenn der LDR auf der Rücseite meldet "Bei mir ist es heller als
beim West UND Ost LDR" werde ich solange nach Osten drehen bis
der Ost und West LDR wieder gleiche Lichtverhältnisse haben!

nochmal Danke
Gruß Fred

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Na dann ;-)... Poste mal das Ergebnis.

Autor: Oszi40 (Gast)
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DCF77-Uhrzeit ist meiner Meinung nach sicherer, als Vogeldreck auf dem 
Sensor.

Autor: Fred (Gast)
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> DCF77-Uhrzeit ist meiner Meinung nach sicherer, als Vogeldreck auf dem
> Sensor.

.. dann kann ich gleich warten bis 2 Stunden "Dunkel" und drehe nach 
Osten.
Wozu dann noch der Aufwand mit einer Funkuhr?

Ich wollte aber das Ding rein Helligkeitsgesteuert!

Gruß Fred

Autor: jimbo (Gast)
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Hallo Fred,
ich denke du möchtest die Nachführung aus Interesse daran messtechnisch 
lösen. Trotzdem eine kurze Anmerkung:
Bei Nachführsystemen für Solaranlagen ist man (bei vielen) Systemen dazu 
übergegangen die anzufahrenden Positionen zu berechnen oder in einer 
Tabelle zu speichern. (Geht natürlich nur bei festinstallierten 
Anlagen).
Infos findest du unter http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenstand

Bei einer messtechnischen Lösung muss man sich insbesondere für diffuses 
Licht (komplett bewölkter Himmel) was einfallen lassen.

Grüße

jimbo

Autor: Fred (Gast)
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schuldigung ich muß noch mehr zur Steuerung scheiben.

Der µC mißt die Spannungen über die LDR's wenn Ost/West und
Oben/Unten "annähernd" die gleichen Werte bringen wird nicht
"Nachgeregelt" um nicht sinnlos Energie beim Drehen zu verbraten.
Dieses passiert auch bei Dunkelheit. Bei Dunkelheit
wird das so erreicht das die ADC's überlaufen (0x3ff) und somit
alle 4 ADC's den gleichen Wert bringen. Somit kann ich problemlos
Feststellen ob es Dunkel ist oder die Regelabweichung zu klein ist.

So jetzt aber logendes Szenario:
Sonne geht früh im Osten auf und scheint bis Mittag, dann nur noch
Wolken (unter der Schwelle für Dunkelheit) bis zum Abend.
-> Panel bleibt nach Süden ausgerichtet (weiß der µC aber nicht!)
wenn ich jetzt nach zwei Stunden Dunkelheit innerhalb von 12h,
180 Grad nach Osten drehe zeigt das Panel nach Norden!
(passiert auch wenn ich die ganze Sache über eine Funkuhr steuere)

... was nicht im Sinn der Sache ist.

Gruß Fred

Autor: Frank Esselbach (Firma: Q3) (qualidat)
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Ich glaube, eine kombinierte Lösung aus Berechnung und Messung müsste am 
Ende das Optimale sein. Reine Messung macht ganz schnell komische 
Sachen, denn z.B. ist an einem locker bewölkten Himmel nicht 
zwangsläufig die Position der Sonne auch wirklich die hellste Stelle ...

Eine Berechnung der Sonnenbahn nach Standort, Datum und Zeit ist eine 
sichere Sache. Damit es nicht allzu langweilig wird oder um 
Berechnungsfehler auszugleichen, könnte man dann einen geringen Freiraum 
für die "dynamische" Ausrichtung lassen.

Frank

Autor: Fred (Gast)
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Dazu müsste ich jederzeit die Ausrichtung des Panel's kennen.
Diese kenne ich aber nicht,
weil hier keine Schrittmotoren eingesetzt werden.

Gruß Fred

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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>Sonne geht früh im Osten auf und scheint bis Mittag, dann nur noch
>Wolken (unter der Schwelle für Dunkelheit) bis zum Abend.
>-> Panel bleibt nach Süden ausgerichtet (weiß der µC aber nicht!)

Die LDR müssen mit möglichst großer Dynamik abgetastet werden, damit 
sowohl Dämmerung, heller Sonnenschein und dabei auch kleine Unterschiede 
der einzelnen LDR zueinander erfaßt werden können. Dies erreichst Du 
durch die passende Einstellung des Arbeitswiderstandes für die LDR. Wenn 
das nicht reicht, kannst Du den LDR kurze Röhrchen überstülpen, was 
einerseits eine bessere Richtwirkung ergibt, andererseits werden die LDR 
nicht überblendet, was sie extrem niederohmig macht, was wiederum der 
ADC nicht mehr auswerten kann. Wenn das nicht ausreicht kann man die LDR 
in den Gegenkopplungszweig jeweils eines OVs legen, um so einen größeren 
Dynamikbereich zu erhalten.

Autor: jimbo (Gast)
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>Dazu müsste ich jederzeit die Ausrichtung des Panel's kennen.
>Diese kenne ich aber nicht,
>weil hier keine Schrittmotoren eingesetzt werden.

Wenn man es genau haben möchte: Je einen Drehgeber für x und y
Wenn man eh über Messung nachregelt: 1 mal pro Tag definierten Nullpunkt 
anfahren (z.B. Endschalter) und Position danach über 
Motorgeschwindigkeit berechnen. Setzt allerdings voraus, dass der 
Riemenantrieb nicht zu viel rutscht.

Autor: Thomas B. (detritus)
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Hast du schon Erfahrungen gemacht, wie es mit der Ausbeute mit und ohne 
Nachführung aussieht? Mein Kenntnisstand ist, dass sich das nur in 
Regionen mit sehr trockener und sauberer Luft rechnet, wegen der 
Diffusion. Was sagt dazu die Praxis?

Autor: Maxx (Gast)
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Berechne doch einfach die Sonnenstände, z.B. wenn Mittags der 
Sonnenhöchststand ist. Sonnenaufgang und Sonnenuntergang kannst Du dann 
auch leicht berechnen und daraus die Bahn der Sonne ableiten. Ein µC 
schafft das ohne Probleme. Damit brauchst Du überhaupt keinen Sensor, 
nur
die geogr. Länge/Breite sowie Datum/Zeit.

Hier findest Du einfache Berechnungsmethoden:
http://lexikon.astronomie.info/zeitgleichung/

Autor: Frank B. (frankman)
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> kommt mir aber bitte nicht mit : wenn es dunkel ist drehe
> eine Weile nach Osten. Ich möchte es Sauber nur nach Helligkeits-
> unterschieden bewegen.
>
> Danke im Voraus für zahlreiche Ideen.
> Gruß Fred


Ich fasse es jetzt mal mit meinen Worten zusammen.
Du brauchst für eine Nachführung eines Solarpanels einen 
Mikrocontroller.
Du weisst aber nicht, wie Du es hinbekommen könntest, das er sich wieder 
zurückdreht.
Die einfachste Lösung ist Dir nicht gut genug.

Ich verstehe Dein Problem nicht!
Entweder löse ich etwas einfach (meistens funktioniert das am besten)
Oder ich löse etwas kompliziert. Dann frage ich aber nicht um Rat, 
sondern wurstle so lange rum, bis etwas dabei rausgekommen, ist...oder 
auch nicht.
Weil um "Rat fragen" ja wieder einfach ist.

Stell Dir vor, es geht sogar nur mit einem OPAMP und 4 
Transistoren....(Das wäre einfach)
Einfach wäre auch, wenn ich Dir sagen würde, das ich dafür sogar einen 
Schaltplan habe... (erprobt!)

Autor: Frank B. (frankman)
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> hatte ich schon dran gedacht. Will aber mit den 4-ADC Eingängen
> auskommen. Mir ist jetzt nur nicht Klar wie man die nächsten 4 LDR
> so schalten kann dass die 4 ADC's reichen (evtl. Brücke?)
>
> Fred

Oh, mein Gott, es gibt sogar etwas wie eine Parallel-oder 
Reihenschaltung!

Autor: Fred (Gast)
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@ Thomas B. (detritus)

> Hast du schon Erfahrungen gemacht, wie es mit der Ausbeute mit und ohne
> Nachführung aussieht?

Ja das sind bis zu 40% mit Nachführung bei gleicher Fläche!!!
(Angabe stammt aus seriösen Quellen)

Ich finde das erheblich!
Habe nicht Nachgerechnet wieviel Energie
über das Nachstellen draufgeht aber gefühlsmäßig ist das selbst bei
solch kleinen Panels nicht viel. Die Schaltung zieht im aktiven
Zustand "µC misst" 0,25s = 3,5 mA und "regelt im Bedarfsfall" 0,1s die
Motoren nach = 50mA und "pennt" danach wieder für ca 5s ein = 80µA.

Das Panel hat eine Nennleistung von 2,6W.

Ich gebe zu ich kann das auch nicht Nachrechnen dazu fehlen mir
zu viele Grundlagen, desshalb wollte ich das experimentell ermitteln.

Gruß Fred

Autor: Fred (Gast)
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@Frank B.

> Oh, mein Gott, es gibt sogar etwas wie eine Parallel-oder
> Reihenschaltung!

Na dann mach mal, ich bin gespannt!

Gruß Fred

Autor: Thomas B. (detritus)
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Fred wrote:
> @ Thomas B. (detritus)
>
>> Hast du schon Erfahrungen gemacht, wie es mit der Ausbeute mit und ohne
>> Nachführung aussieht?
>
> Ja das sind bis zu 40% mit Nachführung bei gleicher Fläche!!!
> (Angabe stammt aus seriösen Quellen)

Wo hat man das gemessen (Geografie)?

> Ich gebe zu ich kann das auch nicht Nachrechnen dazu fehlen mir
> zu viele Grundlagen, desshalb wollte ich das experimentell ermitteln.

Nachrechnen könnte man machen, wenn man von der Sonne als Punktstrahler 
ohne atmosphärische Einflüsse ausgeht. Dann dürfte das Ergebnis klar für 
die Nachführung sein.
Ansonsten (also mit Streuung und Reflektion) wirds kompliziert, da ist 
einfach mal ausprobieren sicher ein guter Ansatz. Rein gefühlsmässig 
würd ich dir durchaus rechtgeben, hab aber vom Physikprof anderes 
gehört. Das Ergebnis würd ich interessieren!

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Bei klaren Tagen, an denen die maximale Energie zur Verfügung steht, ist 
die Streuung eher mies, da macht Nachführen absolut Sinn. Die 40% 
Steigerung sind hier seriös. An bedeckten Tagen ist die Streuung gut, 
aber die ankommende Energiemenge mies. Da nützt Nachführen auch nicht 
viel.

Autor: Fred (Gast)
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> Wo hat man das gemessen (Geografie)?

Freiberg/Sachsen also nicht besonders südlich.

Gruß Fred

Autor: Fred (Gast)
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nochmal an  Travel Rec.

Das mit dem LDR auf der Rückseite werde ich Morgen testen. (mußte 
tagsüber
Brötchen verdienen) Dieses erscheint mir auf den ersten Schlag die beste
(die einfachste) Lösung zu sein!

Ich werde mich morgen auf jeden Fall zu dieser Lösung, nach dem
sie probiert wurde, äußern.

Gruß Fred

Autor: W. Bl (wb1)
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Versuch es mit einem Lichtleiter, den du am Lichteintrittsende etwas 
auffächerst und der in der Wartestellung west nach ost-süd-ost zeigt.
Die Helligkeit sollte dort am Morgen größer sein.
Den Ausgang des Lichtleiters legst du seitlich an den LDR an. Die 
Helligkeitsdifferenz sollte ausreichend sein.

IR-Dioden und ein vorgeschaltetes IR-Filter (z.B. aus einem 
unbelichtetem aber entwickeltem Farbfilm) sollte dir bessere Ergebnisse 
bringen.
Du regelst dann nicht nach der Helligkeit, sondern nach der 
Wärmestrahlung. Damit siehst du dann sozusagen durch die Wolken.
Bei einer Helligkeitsregelung kann es vorkommen, das der hellste Punkt 
an einem bewölktem Himmel eine Wolke und nicht die Sonnenscheibe ist.

Autor: Fred (Gast)
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@ W. Bl (wb1)

>IR-Dioden und ein vorgeschaltetes IR-Filter (z.B. aus einem
>unbelichtetem aber entwickeltem Farbfilm) sollte dir bessere Ergebnisse
>bringen.

im Gegenteil, habe ich schon probiert, Fotodioden (oder Teuer)
sind schnell aber meist nur im Ultra Rot Bereich empfindlich.
Foto R's haben da einen Bereich, der von grün bis gelb geht, was der
Anwendung im Nutzen näher kommt!

Gruß Fred

Autor: W. Bl (wb1)
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Mag sein, bei mir hats funktioniert.

Autor: juppi (Gast)
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hallo Fred (Gast)

Konntest du bis jetzt schon feststellen das bei senkrechter
Sonneneneinstrahlung nicht das Optimum der Energie erreicht wurde.
hatte ich ...weiss aber nicht warum?

MfG

Autor: W. Bl (wb1)
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@  Fred
Auch wenns nicht hierher gehört, ich glaube eine exakte 
Impedanzanpassung der Zellen im String kann auch einiges bringen.
Daran bin ich aber leider gescheitert.
Hat jemand Erfahrungen damit?

Autor: Fred (Gast)
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>Konntest du bis jetzt schon feststellen das bei senkrechter
>Sonneneneinstrahlung nicht das Optimum der Energie erreicht wurde.
>hatte ich ...weiss aber nicht warum?

Frage zurück! was ist senkrecht?

Sonne zum Panel oder Panel senkrecht zum Lot auf Erdmittelpunkt?

Ich konnte jetzt schon den Effekt beobachten, dass sich das Panel bei
diffuser Sonneneinstrahlung waagerecht (zum Betrachter) einregelt.
Dieses ist auch logisch, da aus allen Himmelsrichtungen bei
diffuser Einstrahlung die gleiche "Energie" am Lichtsensor aus allen
4-Richtungen anliegt.
(ich denke, daß ist Ok so)

Gruß Fred

ps das beantwortet nicht deine Frage!

denn es gibt verschiedene Technologien:

zb. bei den Monokristalienen SZ'z kann das Vorkommen wenn nicht
genau zum Kristallgitter geschnitten wurde!

Autor: Fred (Gast)
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5ter LDR auf der Rückseite wirkt WUNDER!!!!

Jetzt funktioniert die Nachführung mit fast tödlicher Sicherheit.

:-))))

Dank an Travel Rec. für die tolle Idee

Fred

Autor: Fred (Gast)
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noch eine kleine Verbesserung:

Am Anfang hatt das Panel noch etwas "geschielt".

Das wurde mit einer kleine Änderung der Optik-Beschaltung
verbessert. Jetzt ist es möglich die Beschaltung Abzugleichen!


 vom Brücken-Schalttransistor
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Autor: Fred (Gast)
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ups der Unterstich ist wohl ein Formatierungszeichen

Autor: Jan (Gast)
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Hallo, Fred,

hab mit Spannung deinen Thread verfolgt, denn ich mache mit Schülern 
gerade genau dasselbe: Nachführung eines Solarmoduls mit ATmega32, 
Aufladen einer Autobatterie und Vergleich mit einem gleichartigen 
unbewegten Modul. Wir waren sogar auf dieselbe Nachführungsidee 
gekommen, allerdings verbauen wir statt LDR Solarbruchstücke auf unserer 
Pyramide. Das hat den Vorteil, dass wir dasselbe Spektrum nutzen wie das 
Solarmodul selbst, aber den Nachteil, dass die Messung der gesehenen 
Leistung aufwändiger ist. Um weniger ADCs zu verbrauchen (denn wir 
wollen ja auch noch die zwei Leistungsausbeuten messen), werten wir nur 
die DIFFERENZ der Kurzschlussströme aus, brauchen also nur 2 ADCs.

Hast neben dem oben erwähnten Material noch weiteres, welches uns weiter 
helfen könnte?

MfG,

Jan.

PS: (Hoffentlich liest du das noch.)

Autor: Scheerer Software (Gast)
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Wo ist das Problem? Mit den Photowiderständen kann doch erkannt werden, 
dass es dunkel ist. Also zurückdrehen nach Osten bis zum Anschlag, wenn 
es wirklich dunkel ist.

Ich habe aber nicht wirklich verstanden wie die Steuerung funktioniert. 
Bei parallel einfallendem Licht sollten doch alle Widerstände immer 
gleich beleutet sein. Warum nicht? Kannst du das nochmal genauer 
erklären?

Autor: Scheerer Software (Gast)
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Was die Nachführung bringt kann natürlich nicht exakt berechnet werden, 
weil die Atmosphäre inklusive Wolken eine Rolle spielt. Ohne Atomosphäre 
am Äquator kann es zur Abschätzung aber berechnet werden.

Bei schrägem Einfall vermindert sich die effektive Fläche um den Faktor 
cos(Winkel). Der Mittelwert von cos(Winkel) lässt sich mit etwa 
Intergralrechnung berechnen.

Mittelwert = 1/p * integral (-pi/2, pi/2) cos(winkel) d (winkel)

Das gibt einen Faktor 2/pi=3,14 statt eins.

Autor: Scheerer Software (Gast)
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Wie gesagt, wie eure Steuerung funktioniert verstehe ich nicht wirklich. 
Ich würde vorschlagen Schlitz-Blenden entlang der Achsen zu benutzen. 
Mit Photowiderständen kann gemessen werden, wo die Sonnenstrahlen hinter 
der Blende auftreffen und damit der optimale Winkel direkt gemessen und 
dann eingestellt werden.

Autor: Scheerer Software (Gast)
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Jetzt mal ehrlich, eine Digitalkamera enthält heute mehr Elektronik und 
Sensoren als zur Ausrichtung der Solarpanel notwenig. Die Kosten sind 
also vernachlässigbar im Vergleich zur Steigerung der Ausbeute in 
Kilowattstunden und damit in Euro.

Ich habe da einen Verdacht. Die Firmen wollen gar keine Effizienz 
sondern lieber mehr Solarzellen verkaufen. Auch die Monteure wollen 
lieber mehr Zellen aufs Dach schrauben. In den Statistiken wird immer 
die installierte Peak-Leistung und nicht die tatsächlichen erzeugen 
Kilowattstunden angegeben.

Autor: Gableguy2000 (Gast)
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Hallo,
habe den thread gestern aben gefunden und verfolgt,da ich mir auch eine 
nachführung selbst bauen will. Jetzt habe ich mir mal die zip Datei von 
Fred gezogen und mal angeschaut,die sieht sehr interessant aus.meine 
Nachführung soll auch sonnengesteuert sein,also was scheinbar 
einfaches,jedoch würde ich gerne noch einen windsendor verbauen,der dir 
Anlage in eine bei zu hohen Windgeschwindigkeiten in eine schutzposition 
fährt.ich habe aber nicht so viel Ahnung von Micro controllern und weis 
deshalb nicht wir ich es realisieren soll.könntet ihr mit bitte helfen?

Lg

Autor: Hans Peter (gableguy2000)
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Hallo,

@Scheerer Software: Könntest Du ir noch mla das Prinzip mit den 
Schlitzblenden erklären?
Diese Methode ist doch bestimmt sehr wmpfindlich, oder?


LG

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