Nachgesteuerte Solaranlage mit SIMATIC S7-1200

[Loriot]

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Hallo Zusamen!

Ich möchte eine Solaranlage automatisch nach der Sonne ausrichten. Das ganze soll 1-Achsig erfolgen mittels Schrittmotor / Servo. Insgesamt zwei panels, die an verschiedenen Orten angebracht sind und daher einzeln gesteuert werden müssen.

Erfahrung im Bereich SIMATIC S7 habe ich bereits gesammelt, jedoch nur Simuliert am Computer. (Steuerungen für Anlagen (SIMIT))
Da mich das Thema sehr intressiert würde ich für die Steuerung gerne eine S7 einsetzen und habe an folgendes Produkt gedacht:

Package 2 – SIMATIC S7-1200 + KP300 Basic Starter Kit

• CPU 1212C AC/DC/RLY
• KP300 Basic mono PN
• SIMATIC STEP 7 Basic V11
• Digital Input Simulator SIM 1274
• SIMATIC Industrial Ethernet TP Cord

SIMATIC S7-1200 Documentation Collection CD
and more …

Das ganze wäre sicherlich auch durch eine Elektronik oder LOGO! Steuerung zu realisieren, möchte mir aber die Möglichkeit für zusätzliche Funktionen offen halten. Finanziell geht das Starterpaket auch in Ordnung.

Als Sensoren möchte ich Fotodioden verwenden, nach folgendem Prinzip: zwei Fotodioden werden nebeneinander angeordnet mit einer dazwischenliegenden Trennwand. Liegt nun eine Diode im Schatten der Trennwand (Solar-Panel nicht 90° zur Sonne) weichen die beiden Werte voneinander ab. Nun möchte ich beide Fotodioden auf die SPS führen und Softwaremässig die Werte miteinander vergleichen. Wenn diese nun von einander abweichen (+ oder - Bereich) geht der Ausgabebefehl an den Schrittmotor / Servo, welcher das Panel nachregelt bis die Werte wieder stimmen.
Nun abe ich insgesamt 2 unabhänge Panels und müsste somit 4 Dioden auf Analogeingänge führen. Wie ich gesehen habe, hat diese SPS aber nur 2 Analoge Eingänge?
Was wäre nun eurer Meinung nach sinnvoller?

-Modul kaufen mit weiteren analogen Eingängen (Kennt jemand einen Internetshopt, welcher diese abietet?). Kann man dieses Modul am Einsteigerpaket, also an der CPU anschliessen?
-Elektronik selber entwickeln, welche die Sensoren miteinander vergleicht. (z.B. angepasste Brückenschaltung) Da bleibt aber auch die Frage wie ich das ganze dann am besten auf die SPS bringe...

Welche Fotodioden / LDRs würdet ihr dafür verwenden? Möchte die "Sensorelektronik" gerne selber bauen. Sollte ich für meinen Zweck lineare Sensoren verwenden oder spielt das weniger eine Rolle? Schön wäre natürlich schlussendlich ein Wert zwischen 0V-10V (dunkel - 100% Sonne, Sommertag).

Was ich noch erwähnen sollte: Das ganze wird nur Modellmässig aufgebaut. Ein Modell mit stationärer Solaranlage (auf Hausdach) sowie ein weiteres Modell welches Nachgesteuert wird. Möchte damit "heraufinden / aufzeige" wie viel % mehr Energie mit einer 1-Achsig nachgeführten Solarstromanlage produziert werden kann.

Besten Dank für eure Hilfe!


Liebe Grüsse
Loriot

 

[Aventinus]

finde ich vom Ansatz her gar nicht dumm, mal rauszufinden was die Nachführung unterm Strich bringt. kann mir fast nicht vorstellen, dass sich sowas rechnet, zumal man ja nicht nur die Energiekosten für den Antrieb in Betracht ziehen soll.

Da du die Sensorik selbst basteln willst, würde ich dazu tendieren, den Analogwert -10 bis +10V auszulegen und selbstverständlich für 2 Fotodioden / LDRs dann nur einen Eingang. Ich hätte auch spontan an einen Operationsverstärker gedacht.

 

[Loriot]

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Um Energie für den Antrieb zu sparen, würde ich z.B. alle 15min den Stand abfragen von der Sensorik und das ganze wieder nachregeln. Permanente Regelung wär da warschenlich wirklich übertrieben. Für Showzwecke kann ich das ganze dann imme noch umschalten auf permanente Regelung. (Mittel Schalter auf digitalem Eingang)

Das wär natürlich die optimale Lösung, frage mich nur gerade wie ich das ganze realisieren soll. Hab mir folgendes überlegt: Angepasste Brückenschaltung, wenn beide LDRs bzw Fotowiederstände gleich gross sind heben sich die Ströme gegenseitig auf. Ist der eine grösser oder kleiner gibt es eine Differenz. (+ / -)
Wie ich das ganze jetzt jedoch auf einen schönen Analogwert bringe mit -10V bis +10V habe ich grad keinen Plan.
Hast du da zufällig eine Schaltung oder ein paar Anregungen?
Andere Möglichkeit wäre, bei der ersten Idee zu bleiben und alle Sensoren auf die SPS zu führen. Da hätte ich genug Ideen...
Bräuchte dazu jedoch ein weiteres Modul mit Analogeingängen.

 

[Marc-2112]

Hallo Loriot,

finde deinen Ansatz auch interessant. Ich selbst hab so etwas schonmal gemacht. Allerdings ein wenig anders, was auch seine Vorteile hat. Ich habe keine Sensoren benutzt, sondern die Nachführung nach Astronomischen Daten berechnet. Hatte allerdings den Hintergrund, dass das ganze bei uns sehr exakt sein musste, da wir mit konzentrierenden Solaranlagen zu tun haben. Demnach auch 2-achsig nachgeführt. Da macht dann 1° Abweichung schon verdammt viel aus. Ich hatte damals eine Wago 750-841 als SPS im einsatz und da gab es aus der Oscat-Bibliothek sogar schon einen fertigen Baustein zur Sonnenstandsberechnung. Du musstest dem nur noch die UTC und deinen Standort mitteilen und er hat dir den Sonnenstand ausgespuckt.
Das war für uns eine gute und vor allem kostengünstige Lösung.

Nur mal so als alternative

Ansonsten gutes gelingen mit deinem Ansatz. Hört sich eigentlich auch gut an.


Gruße Marc

 

[Loriot]

Besten Dank!

Die Überlegung mit den Astronomischen Daten habe ich auch gmacht. Das Ergebnis hat für mich jedoch erst zweite Priorität. Da die Arbeit bewertet wird und ich das ganze dokumentiere, siehts natürlich "schöner" aus, wenn ich eine Steuerung selber entwickle und umsetze. (bzw wenn man meine Überlegungen genau nachverfolgen kann) Wollte daher am liebsten die Bereiche Elektronik und SPS Programmierung kombinieren.
Soll keine perfekte Regelung werden, solang die Panels einer Lichtquelle ungefähr folgen, wär das schonmal ein Erfolg
Baue zwei Modelle, eines mit stationärer Solaranlage und eines mit nachgeführter Anlage. Damit lassen sich dann viele praktische Tests durchführen und Aussagen über den Nutzen treffen.

Grüsse Oliver

 

[Gecht]

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Kuck doch mal bei Rinck-electronik.
Die haben die tollsten Sachen, und der Chef ist sehr nett.
Wir haben z.B. den Lichtsensor, um unser Bürolicht nachzuführen.
Und Analogmuxer haben die auch sehr günstig.

BTW:
Ich würde dir eine DC/DC/DC Variante empfehlen,
den nur die DC- Variante hat die schnellen Ausgänge, eventuell wichtig für Schrittmotoren o.ä.

 

[Loriot]

Da es sich um eine bewertete Arbeit handelt, kommt für mich ein fertiges Modul / Steuerung nicht in Frage. Auch wenns damit eventuell einfacher zu realisieren wäre.

Möchte in der Arbeit vorallem den Entwicklungsprozess sauber aufzeigen und was meine Überlegungen dahinter sind. Auch wenns vielleicht besser funktioniert mit einer fertigen Steuerung würde ich die selber gebastelte und ev. weniger "professionelle" Variante vorziehen.

Werde die Steuerung nun vorausslichtlich mit einer LOGO! machen, da ich hier direkt 4 Analogeingänge zur Verfügung habe. Könnte also alle 4 Sensoren einzeln auf die Logo führen und die Steuerung komplett Softwareseitig machen.
Das wäre momentan meine "Lieblingsvariante"

Dazu würde ich nun einfach die Sensorelektronik selber machen, damit ich pro Sensor einen Wert von 0-10V oder 4-20mA erhalte.
Hab das ganze mal mit einem Spannungsteiler getestet, jedoch variiert damit die Ausgangsspannung nur in einem kleinen Bereich.
Hat jemand eine Idee für eine Schaltung? TIA?

Danke für eure Hilfe!

Grüsse Oliver

 

[mill]

Mit Sensorik wird es m.E. nicht so genau, wie mit Astrodaten. Du musst die Sensoren abgleichen und thermische Einflüsse berücksichtigen. Was passiert bei Teilbeschattung, Betauung, unterschidlicher Alterung der Elemente, ....Die 2 Analogeingänge wären evtl. sinnvoller für die Positionsrückführung der Elemente.

 

[mariob]

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Hallo,
schaue Dir mal den Strahlungssensor für die UVR 1611 an, mit ein wenig Geschick ist der schön an einen analogen Eingang zu tüdeln, Du brauchst keine sonstwie große Auflösung für eine Nachführung.
Mit diesem Sensor hast Du auch gleich das Problem der Wetterfestigkeit erschlagen bei moderaten Preis.

Gruß
Mario