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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Helligkeitsschalter mit LED als Sensor


Autor: Simon Wi (sonnensimon)
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Hallo,

ich bin dabei, hier in Nordargentinien eine (erdachsenparallele) 
Nachführung für ein Solarpanel zu bauen, mit der dann eine 12V-Pumpe 
angetrieben werden soll. Der mechanische Teil und auch die 
Nachführelektronik steht schon, aber es gibt noch ein Problem zu lösen:

Wenn die Einstrahlung nicht ausreicht, dann zieht die Pumpe das Panel 
runter auf 1-2V, was natürlich für die Nachführung, die am selben Panel 
hängt, nicht ausreicht. (gerade bei der morgendlichen Rückführung..) 
Deshalb soll die Pumpe erst eingeschaltet werden, wenn genügend 
Einstrahlung auf das Panel trifft. (Akkus sollen nicht verwendet werden, 
da sie alle paar Jahre getauscht werden müssten)

Kann sein, dass eh schon ein uC als MPP-Tracker zum Einsatz kommen wird 
(-> Beitrag "Abwärtswander mit Minimalaufwand und gut erhältlichen Teilen?" ), dann könnte der ja 
gleich die Aufgabe mit übernehmen. Aber falls nicht, bräuchte ich eine 
Schaltung, die Mithilfe einer LED als Sensor (Fotowiderstände oder 
Fotosensoren sind hier leider zu schlecht erhältlich) das Panel bei zB 
mehr als 700 W/m2 einschaltet. Ausschalten dann entweder per Hysterese 
oder sobald die Spannung zB länger als 30s unter 3V lag. 
(Betriebsspannug der Schaltung am besten 5V)


Ich hab hier einen Temperaturdifferenzschalter vorliegen: 
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/17... 
(Schaltplan auf pdf-Seite 12) den müsste man dafür doch eigentlich 
anpassen können? Nur ist mir nicht ganz klar, welche der im Artikel zu 
Helligkeitsensoren ( 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Lichtsenso... 
) vorgestellten drei Schaltungen (ohne uC) ich dafür am besten nehme und 
mit welchen Messspannungen ich zu rechnen habe, dh in welchem Bereich 
meine Referenzspannung liegen muss. Brauche ich mit dem 
Transimpendanzverstärker dann gesamt 2 OpAmps?

Danke! :)

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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Hi Simon,
du hast doch schon einen Fotosensor! Er nennt sich Solarpanel.

Zudem solltest Du darüber nachdenken ob du das ganze nicht
so aufbaust, dass das Panel abends (ohne Strom) per Gegengewicht
wieder in die Ausgangsposition gezogen wird.

Gruss klaus

Autor: Simon Wi (sonnensimon)
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Hi Klaus,

tja, aber beim Solarpanel fehlt der definierte Arbeitswiderstand. Über 
eine Gegengewichtslösung ham wir auch schon nachgedacht, sind aber davon 
abgekommen.

Autor: Erich (Gast)
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Vielleicht sollte man die Steuerung gleich über "Astro-Programm" machen.
Man muss eben Längen- und Breitengrad eingeben.

http://lexikon.astronomie.info/zeitgleichung/

Hierfür gibt es ja auch fertig Zeitschaltuhren
http://download.hager.com/Hager.de/files_download/...

Autor: MaWin (Gast)
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Es ist doch widersinnig, über eine mechanische Nachfühunrng
nachzudenken, die in 3 Jahren 1000 mal bewegt werden muss,
und dann einen Akku als zu ausfallkritisch zu betrachten.

Jede Nachführung ist 3 mal kritischer als jeder Akku.

Ausserdem sind selbst 2 Panele, 90 Grad versetzt, billiger
als 1 Panal mit einer SOLIDEN Nachführung.


Ihr macht euch Probleme (MPP, Nachführung, ohne Akkupuffer)
wo es keine gibt.

Autor: Simon Wi (sonnensimon)
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Wie geschrieben, die Nachführung ist schon gelöst. Danke für die 
Vorschläge.

@MaWin: Ja, größeres Panel war auch meine erste Idee. Aber hier ist der 
Sonderfall, dass die Pumpe nur bei direkter Einstrahlung läuft. Durch 
eine Nachführung lässt sich also der Ertrag sehr deutlich steigern.

Autor: MaWin (Gast)
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> Wie geschrieben, die Nachführung ist schon gelöst.

Alles was sich sehe ist ein hirnrissig wackelige Konstruktion
mit einer Gewindestange die sich 1000 mal drehen muss um das
Panel zu verstellen, und das 1000 mal in 3 Jahren, also 1 Mio
Umdrehungen.
Daß das niemals eine Lösung sein kann, muß doch jedem auffallen.


> @MaWin: Ja, größeres Panel war auch meine erste Idee.

Aber scheinbar hast du nicht daran gedacht, es im Winkel zu stellen.

     S
     ^
  /\
 /90\
/    \

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Simon Wi schrieb:
> Durch eine Nachführung lässt sich also der Ertrag sehr deutlich steigern.
Für den Ärger und Zorn und Aufwand, den du mit der Nachführung haben 
wirst, kannst du sogar 3 Panels kaufen, locker...

> Wie geschrieben, die Nachführung ist schon gelöst.
Das, was da im Foto zu sehen ist?
Dann ist auf jeden Fall "Windkraft" dort absolut kein Thema.

Autor: LEDfan (Gast)
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Man könnte natürlich auch einfach mal die gestellte Frage beantworten 
statt immer nur den ganzen Aufbau zu zerreden...

Man kann also davon ausgehen, dass 5V sicher vorliegen?
Ich bin kein Profi, aber mit nem OPA könnte ich mir die folgende 
Schaltung vorstellen (bei zusammenbrechender Spannung könnte sie sich 
allerdings seltsam verhalten).

+5V-+-------+
    |       |
   LED      R1  +----R4---+
    |       |   |         |
    +---R3------+--|+\    |
    |       |      |  >---+--- >Ausgang
    R5      +------|-/
    |       |
    |       R2
    |       |
0---+-------+

Die LED in Sperrichtung arbeitet als Fotodiode: Je mehr Licht, desto 
höher der Strom durch LED und R5, desto höher die Spannung an R5.
Der OpAmp (rail-to-rail) vergleicht diese Spannung mit der vom 
R1-R2-Spannungsteiler. R3-R4 sorgen für die Hysterese.

Autor: Simon Wi (sonnensimon)
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>Man könnte natürlich auch einfach mal die gestellte Frage beantworten statt immer 
nur den ganzen Aufbau zu zerreden...

DANKE!

Ja, genau an diese Schaltung hatte ich auch schon gedacht. (Wozu braucht 
es R3?) Nur eben meine Frage war, mit was für Spannungen ich rechnen 
muss, also was für Werte ich für R1&R2 nehm.

Inzwischen hab ich die Frage auch im uC-IRC-Chat gestellt (danke 
"Dingens_"!), und wahrscheinlich liegt die Spannung der 
Arbeitswiderstands-Schaltung im nV-Bereich, was wohl für den OpAmp 
kritisch werden könnte. Werds trotzdem mal ausprobieren. Wenns nicht 
funktioniert, bleibt der Transimpendanzverstärker (dann mit nem 
Doppel-OpAmp), oder eine Emitterschaltung vor dem Komparator-OpAmp, 
wobei ich da noch nicht ganz durchblick ehrlichgesagt.

Die 5V kommen von nem Linearregler, der auch am Panel hängt 
(PV-Leerlaufspannung 21,7V).

Kann wer nen gebräuchlichen 5V-doppel-OpAmp empfehlen?

Autor: LEDfan (Gast)
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Ah, stimmt, eine LED gibt nur sehr wenig Strom.
Man kann einen 'Fototransistor' draus basteln (beispielsweise mit einem 
BC547C), das wäre dann wohl die Emitterschaltung.

+5V-+---+-------+
    |   |       |
   LED  |       |
    +---T       R1  +----R4---+
        |       |   |         |
        +---R3------+--|+\    |
        |       |      |  >---+--- >Ausgang
        R5      +------|-/
        |       |
        |       R2
        |       |
0-------+-------+

R3 habe ich eingebaut, um die Messstrecke (LED,T,R5) ein bisschen von 
der Rückkopplung zu trennen, sah für mich irgendwie sauberer aus, mag 
aber unnötig sein.

Was die Werte angeht, das hängt dann von R5 ab. Ich hab's eben mal 
ausprobiert, mein 'Fototransistor' gibt bei ordentlicher Beleuchtung 
(~50klx) etwa 0.8mA, was mit einem recht kleinen R5=1kohm schon etwa 
0.8V liefert. Klingt also gangbar. Möglicherweise sollte man vor die LED 
noch irgendeine Art von Diffusor setzen, um ihre Richtcharakteristik zu 
entschärfen.

Autor: Simon Wi (sonnensimon)
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Also, ich hab mal die Schaltung mit Arbeitswiderstand (1M) ausprobiert - 
und die funktioniert mit ner grünen LED ziemlich gut!

Die Spannung stieg mit der Helligkeit linear an. Dunkel=0V. Mit nem 
einfachen Multimeter hab ich bei direktem Sonnenlicht bis zu 0,8V 
gemessen. (Versorgungsspannung 5V)

Als ich 2 Multimeter parallel angeschlossen hab, sank die Spannung von 
0,66V (1Multimeter) auf 0,44V (2Multimeter). Daraus schließe ich, dass 
die Multimeter jeweils auch 1M intern haben. Man muss die gemessene 
Spannung also verdoppeln, um die Spannung ohne Messgerät zu bekommen. 
Macht also Spannungen bis zu ca 2V.

Stimmt das so? Dann würd ichs auch ins Wiki eintragen.

Auf jede Fälle bau ich jetzt mal die Schaltung wie von LEDFan 
vorgeschlagen auf und probiers mal aus!

+5V-+-------+
    |       |
   LED      R1  +----R4---+
    |       |   |         |
    +---R3------+--|+\    |
    |       |      |  >---+--- >Ausgang
    R5      +------|-/
    |       |
    |       R2
    |       |
0---+-------+

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Simon Wi schrieb:
> Kann wer nen gebräuchlichen 5V-doppel-OpAmp empfehlen?
Single Supply 5V R2R:  TS912
Siehe auch: Standardbauelemente

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