RSOL - Høgskulen i Sogn og Fjordane
Automatisk solcellepanel-styring - Ola Sundt Melheim (Prosjektleder) - Sigvart Hatlestad - Runar Sunnarvik - Lasse Moen AVDELING FOR INGENIØR- OG NATURFAG PROSJEKTSTYRING MED PROSJEKT (HO2-300/2012) RSOL STUDENTRAPPORT Boks 523 , 6803 FØRDE. Tlf: 57722500, Faks: 57722501 www.hisf.no TITTEL: RSOL PROSJEKTTITTEL: HO2-300 Hovedprosjekt FORFATTERE: Runar Sunnarvik Sigvart Hatlestad Ola Sundt Melheim Lasse Moen RAPPORTNR. DATO 02/2012 23.05.12 TILGJENGE TAL SIDER Åpent 55 ANSVARLIGE VEILEDERE Joar Sande (prosjektansvarlig) Olav Sande Marcin Fojcik OPPDRAGSGIVER Høgskulen i Sogn og Fjordane SAMMENDRAG Solcellepanelet RSOL følger solen både vertikalt og horisontalt. Panelet skal flytte seg etter at tid og posisjon er utregnet av GPS og kompass. Panelet kan også bruke et webkamera og et bildegjenkjenningsprogram til å kjenne igjen solen. Deretter skal panelet flytte seg slik at solen er midt i bildet. SUMMARY Solar Panel RSOL follows the sun both vertically and horizontally. The panel will move after the time and position has been calculated by the GPS and compass. The panel also uses a webcam and an image recognition program to recognize the sun. Thereafter, the panel will move so that the sun is the center of the picture. EMNEORD H02-300 Hovedprosjekt. Styring av et solcellepanel, webkamera, GPS, arduino, motor, mekanisk styring, bildebehandling, OpenCV, C, Solcelleteknologi, PC, Solteknologi i Norge, Python Side 2 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Forord I faget hovedprosjekt i siste semester ved Høgskulen i Sogn og Fjordane, avdeling for ingeniør og naturfag, skal studentene gjennomføre et prosjekt så nær virkeligheten som mulig. Det blir oppfordret til å definere et prosjekt selv, eller gjennomføre et prosjekt i samarbeid med en ekstern oppdragsgiver. Vår gruppe valgte å bygge en prototype av styringen til et solcellepanel. Prosjektet gjennomføres på oppdrag av høgskulen, og har derfor ikke en ekstern oppdragsgiver. Dette er et teknisk prosjekt der vi kan se på tekniske og teoretiske løsninger. Prosjektet ble valgt fordi utfordringene i rammebetingelsene så spennende ut. Vi så også at dette kan være positivt i et miljømessig perspektiv. Det kan også være en mulighet for å utvikle en prototype som kan bli masseprodusert. Førde, den 23.05.2012 ________________________ Ola Sundt Melheim ______________________ Sigvart Hatlestad _________________ Lasse Moen ______________________ Runar Sunnarvik Side 3 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Sammendrag I starten av dette semesteret startet et samarbeid mellom fire studenter fra Høgskulen i Sogn og Fjordane om finne et passende tema til et hovedprosjekt. Det kom opp flere idèer, men vi endte til slutt opp på å lage en styring av et solcellepanel som følger solens bane både vertikalt og horisontalt. Vi skulle lage en prototype med eventuelle motorer som går i begge retninger i tillegg til programmeringen som skal til for styringen. Gruppen bestemte også at vi skulle sette oss inn i solenergi som tema. I forprosjektperioden kom det frem flere idèer om hvordan den mekaniske løsningen skulle være. Siden prosjektgruppen ikke hadde noe ekstern arbeidsgiver, bare skolen som ansvarlig, ble gruppen og prosjektansvarlig enige om hvilken løsning som var mest aktuell og jobbe videre med. Tekniske løsninger ble også tatt stilling til i forprosjektet. I forprosjektet ble det også bygget en liten provisorisk modell i Lego av prototypen. Rapportens hoveddel består av en teoretisk del om solceller og solenergi, løsning og oppbygging av prototypen. Vi har bygd en komplett styringsenhet for solcellepanel med solfølging. Styringsenheten er bra bygd med et pent design. For å detektere sola bruker en kombinasjon av et webkamera som en optisk sensor, GPS og digitalt kompass for å finne posisjonen av sola på himmelen. Styringsenheten stiller seg automatisk inn mot sola. Vi har konkludert med å bruke GPS og kompass for å finne posisjonen av sola er mer enn nøyaktig nok, og at det ikke lønner seg å ha en optisk sensor i tillegg. Kameraet, med tilhørende PC, klarer ikke kompansere strømbruk mot produksjonsvinning. Derfor mener vi at styringsenheten presterer bedre uten kamera. Vi har til slutt konkludert med at i Norge pr dags dato er det ikke økonomisk gunstig å kjøpe en styringsenhet i forhold til å kjøpe flere solcellepanel. Side 4 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Forkortelser RSOL REC Wp kWh GW MW TWh m.o.h W/m² GPS CPU PSU OpenCV CAD BLDC EMI DVD LDR IDE UART TTL Runar Sigvart Ola Lasse Renewable Energy Corporation Watt peak kilowatt-hour GigaWatt MegaWatt TerraWatt-hour Meter over havet Watt per kvadratmeter Global Positioning System Central Processing Unit Power supply unit Open Source Computer Vision Library Computer-aided design Brushless Direct Current Electromagnetic interference Digital video disc Light Dependant Resistor Integrated development environment Universal Asynchronous Receiver/Transmitter Transistor–transistor logic Side 5 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Innholdsliste 1.0 Innledning.......................................................................................................................................... 9 2.0 Problemstilling ................................................................................................................................ 10 2.1 Bakgrunn ..................................................................................................................................... 10 2.2 Rammebetingelser ....................................................................................................................... 10 2.2.1 Ordinære ............................................................................................................................... 10 2.3 Hovedmål .................................................................................................................................... 10 2.4 Delmål ......................................................................................................................................... 10 3.0 Solceller og energi ........................................................................................................................... 11 3.1 Hvor mye energi produserer et solcelleanlegg ............................................................................ 13 3.2 Solenergi i Norge......................................................................................................................... 13 3.3Hvorfor blir ikke solen fanget i Norge? ....................................................................................... 14 3.4 Hva må gjøres? ............................................................................................................................ 14 3.5 Solfangerareal i verden ............................................................................................................... 14 3.6 Solenergi i verden........................................................................................................................ 15 3.7 Hvordan det er å ha solcellepanel en bolig .................................................................................. 16 3.8 Bolig med solcelle ....................................................................................................................... 16 3.9 Effektivitet solcellepanel ............................................................................................................. 17 3.9.1 Tidspunkt på dagen............................................................................................................... 17 3.9.2 Utregninger solcellepaneler .................................................................................................. 18 4.0 Drøfting av ulike løsninger og teori ................................................................................................ 22 4.1 Solfølging .................................................................................................................................... 22 4.1.1 Sensor løsning ...................................................................................................................... 22 4.2.2 Webcam løsning ................................................................................................................... 22 4.2.3 GPS og Digitalt Kompass ..................................................................................................... 22 4.2 Mekanisk løsning ........................................................................................................................ 23 4.2.1 Frittstående stolpe................................................................................................................. 23 4.2.2 Veggbrakett .......................................................................................................................... 24 4.2.3 Fundament ............................................................................................................................ 24 4.2.4 Horisontale delen .................................................................................................................. 25 4.2.5 Vertikale delen ..................................................................................................................... 25 5.0 Valg av løsning ................................................................................................................................. 26 Side 6 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 6.0 HMS ................................................................................................................................................ 27 7.0 RSOL – Styringsenheten .................................................................................................................. 28 7.1 Komponenter ............................................................................................................................... 28 GPS: ............................................................................................................................................... 28 Digitalt kompass: ........................................................................................................................... 29 Potmeteret: ................................................................................................................................... 29 Motor:............................................................................................................................................ 30 Strømforsyning: ............................................................................................................................. 30 Sikring: ........................................................................................................................................... 31 Kamera: ......................................................................................................................................... 31 Mikrokontroller: ............................................................................................................................ 31 Relè: ............................................................................................................................................... 32 7.2 Programvare ................................................................................................................................ 32 7.2.1 Python................................................................................................................................... 32 7.2.2 Arduino................................................................................................................................. 32 7.2.3 OpenCV ................................................................................................................................ 32 7.3 Program ....................................................................................................................................... 33 7.3.1 Python programmet .............................................................................................................. 33 7.3.2 Arduino programmet ............................................................................................................ 33 7.4 Oppbygging og oppkobling .......................................................................................................... 37 7.4.1 Lego modellen ...................................................................................................................... 37 7.4.2 Fullskalamodellen ................................................................................................................. 38 5.0 Drøfting og utvidelser ...................................................................................................................... 42 5.1 Konklusjon ................................................................................................................................... 42 5.2 Prosjektutvidelser........................................................................................................................ 43 7.0 Prosjektadmininstrasjon .................................................................................................................. 44 7.1 Organisering ................................................................................................................................ 44 7.2 Prosjektgruppen ........................................................................................................................... 44 7.3 Styringsgruppen........................................................................................................................... 45 7.4 Møter ........................................................................................................................................... 45 7.5 Målopnåelse................................................................................................................................. 45 7.6 Timeliste ...................................................................................................................................... 46 9.0 Økonomi .......................................................................................................................................... 47 9.1 Kostnader med storskalamodell.................................................................................................. 47 Side 7 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 9.2 Kostnader med storskalamodell i masseproduksjon .................................................................. 47 9.3 Motorstyring kontra fastmontert solcelle panel ......................................................................... 48 9.4 Konklusjon ................................................................................................................................... 49 10.0 Nettside ......................................................................................................................................... 50 11.0 Figur –og tabellliste ....................................................................................................................... 51 12.0 Referanser ..................................................................................................................................... 52 13.0 Vedlegg .......................................................................................................................................... 55 Side 8 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 1.0 Innledning Hovedprosjekt ved Høgskulen i Sogn og Fjordane, avdeling for ingeniør og naturfag blir gjennomført av 3. klasse studenter, i siste semester av utdanningen. Prosjektet utgjør 2/3 av semesteret, gir 20 studiepoeng og går over ca. 23 uker inkludert forprosjekt. Prosjektgruppen for RSOL består av studentene Ola Sundt Melheim, Sigvart Hatlestad, Runar Sunnarvik og Lasse Moen. Prosjektansvarlig er Joar Sande. Veiledere er Marcin Fojcik og Olav Sande. Prosjektet RSOL har ikke noen ekstern oppdragsgiver, så dermed blir prosjektet høyskolen sin eiendom, og studentene utfører arbeidet for høyskolen. Denne rapporten viser hele utviklingen fra problemstilling til ferdig løsning. Rapporten er et tillegg til det funksjonelle panelet. Side 9 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 2.0 Problemstilling Den tenkte situasjonen er en styring til et solcellepanel som følger solen på himmelen både vertikalt og horisontalt. Formålet er å få mer effekt ut fra solcellepanelet til det som kan brukes til forbrukskilde. Gruppa skal også sette seg inn i solenergi som tema. 2.1 Bakgrunn I lys av global oppvarming og relevansen til fornybar energi, er vi i gruppa fascinert av utviklingen av solenergi. Solens energi er hovedkilden til alle typer energi. Du sparer miljøet for global oppvarming ved å utnytte solens energi. Solenergi fordeles jevnt over hele jordkloden. Hvert år mottar jorda 15000 ganger mer energi fra sola enn det vi bruker i verden i dag, og i fremtiden vil solenergi potensielt bli den viktigste energikilden. Vi vil prøve å utnytte denne energien ved hjelp av et solcellepanel. 2.2 Rammebetingelser RSOL ønsker å lage en styring av et solcellepanel med disse betingelser som nedenfor. 2.2.1 Ordinære Størrelse: Legomodell → fullskala prototype Lite støy Webkamera som fungerer GPS Kunne gå både horisontalt og vertikalt Bør kunne være beskyttet mot vind Bør ha kjøling? Se fin ut 2.3 Hovedmål Konstruere en styring og en prototype til et solcellepanel som følger solen vertikalt og horisontalt. Styringen bør være enkel, sikker, billig og ha et lite strømforbruk. Gruppen skal også sette seg inn i solenergi som tema. 2.4 Delmål Gjennom prosjektet satte vi opp noen delmål vi skulle nå: Innkjøp av deler Programmering Konstruering CAD-tegning Montering Testing Powerpoint presentasjon Presentasjon m/plakat Ferdigstille nettside Side 10 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 3.0 Solceller og energi Allerede ca midt på 1800-tallet ble det oppdaget at det var mulig å omdanne solenergi til elektrisitet ved av den fotoelektriske effekten, men fikk ikke stor betydning før i 1920-årene. Da startet de å bruke fotoceller av selen i eksponeringsmålere. Det finnes flere måter å lage en solcelle på, og solcellen som er mest benyttet er laget av silisium. Produksjonsprosessen for tradisjonelle silisiumbaserte solceller starter ved at kvarts blir renset. Dette skjer ved den såkalte Siemensprosessen. Der blir materialet blir fordampet til gass før det renses. Det rene halvledermaterialet blir så støpt inn i blokker. Deretter blir de kuttet opp i tynne skiver som blir kalt "Wafere". Der har en tykkelse på 0,2mm[1]. Solcellene blir så teksturert og baksiden er behandlet slik at forsiden vanligvis har overskudd på frie elektroner og på baksiden underskudd. I grensesjiktet mellom de to områdene dannes et elektrisk felt som driver frie elektroner mot fremsiden av cellen. Bundne elektroner i solcellen kan absorbere et foton og dermed bli frie. De aller fleste av disse vil fanges inn av feltet i grensesjiktet og transporteres til cellens fremside [2]. Det påføres det et antirefleksbelegg for så til slutt brennes kontakter av sølv gjennom antirefleksbelegget og etter dette er cellen klar for å monteres sammen med andre celler. Figur 1 P-type og N-type Silisium [5] Det er også selskapet REC, som er et ledende selskap innen solenergi, som har hovedkontor i Oslo. De produserer også solceller av silisium. Disse cellene inneholder små porsjoner av boron (p-type Si) og fosfor (n-type Si). Når disse blir blandet inn med silisium, har fosfor elektron i overskudd som gjør at det vil fungere som en donator, boron har ett elektron i underskudd og vil fungere som en akseptor. Det tilgjengelige elektronet og det tilgjengelige hullet står fritt til å bevege seg i silisium gitteret. Dette atomet blir kalt ion. Figur 1 viser dette. Når knutepunktet mellom n-type og p-type silisium blir dannet, vil elektroner og hull vil diffundere til motsatt side inntil en likevekt er nådd. De positive donor-ionene igjen på n-siden og negative ioner på p-siden. Disse ionene skaper et elektrisk felt over PN-krysset. Figur 2 viser en prinsippskisse for dette. Figur 2 Prinsippskisse for solcelle Side 11 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Når sollyset treffer solcellen, kan fotoner overføre sin energi til elektroner i materialet. Energien gjør at de kan flytte rundt på silisium, og dermed etterlater de seg tomrom. På grunn av det innebygde elektriske feltet blir elektronene frastøtt fra p-type lag til toppen av cellen og tomrommene blir frastøtt fra den ntype lag i bunnen av cellen. Dette skaper et elektrisk potensial mellom toppen og bunnen av cellen. En elektrisk strøm vil flyte hvis en last er koblet til cellen [5]. Figuren til venstre viser Figur 3 Når sollyset treffer [5] hva som skjer når sollyset treffer. En celle produserer ca 0,48 volt og det er vanlig å seriekoble cellene slik at spenningen til likestrømsanlegget er på 12 volt [1]. Mange spør seg hvor mye energi kan en solcelle produsere og svaret på dette er at det spørs hvor bor du i landet og hvilket klima er det der. Den momentane virkningsgraden for et solcelleanlegg varierer gjennom dagen og over året som for eksempel mengde innstråling og innstrålingsvinkel. Dette betyr at et solcellepanel har en høyere momentan virkningsgrad på klare dager med mye sol, enn når det er overskyet. På solrike dager kan virkningsgraden synke fordi panelet har blitt oppvarmet en hel dag. Et panel som er avkjølt har mye bedre effektivitet enn et varmt. [3]. Energiproduksjonen blir målt i Wp. Den varierer med mengden solinnstråling. Solinnstrålingen i Sør-Norge er på ca. 800-900 kWh/år. Et solanlegg med ytelse 1 kWp i SørNorge kreves det et areal på ca 6-10 m² dersom det er montert på et skråtak. Det betyr at solcellepanelet kan produsere mellom 80-112,5 kWh/m2/år [2]. Når solcellens virkningsgrad oppgis av produsenter har de en standard testforhold som gir den maksimale energimengden solcellene kan produsere ved en innstråling på 1000W/m2 og en temperatur på 25 °C. Den maksimale virkningsgraden for en silisiumscelle reduseres med ca 10 % etter 25 års drift. Alle materialer har et såkalt teoretisk maksimum. Det betyr at de har en fysisk grense for hvor mye av innstrålingen som kan ømgjøres til elektrisitet. For silisium er denne grensen på 28 %. Dersom systemet kan utnytte alle bølgelengder sollyset består av, er grensen på 85 %. Solcellepaneler vil også produsere energi når det er overskyet [4], men energimengden blir betraktelig redusert. Ved skyfri himmel ligger instrålingen på rundt 1000 W/m². Med skyer er den omtrent 150 - 400 W/m². Så det er betraktelig mindre effektivt [5]. Side 12 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 3.1 Hvor mye energi produserer et solcelleanlegg Størrelsen på et solcelleanlegg angis ikke i kvadratmeter, men i installert ytelse. Denne måles ved standard betingelser og angis i Wp. Et 1 kWp solcelleanlegg produserer for eksempel i gjennomsnitt: - Sør-Norge: ca. 800-900 kWh/år - Sør-Tyskland: ca 900-1130 kWh/år - Sør-Spania: ca 1800 kWh/år - Sahara: 2270 kWh/år For solcelleanlegg med ytelse 1 kWp behøves et areal i størrelsesorden 6–10 m² på skråtak. For et anlegg i Sør-Tyskland betyr dette at et 1 kWp anlegg genererer mellom 90–140 kWh/m² årlig ved å montere dette på et skråtak. [2] 3.2 Solenergi i Norge Norge er den ledende nasjonen innen forskning og produksjon av solenergi, men når det gjelder å utnytte den, er vi omtrent sist i følge fagrådgiver Liv Thoring. Nasjoner som Sverige og Danmark er langt foran. [6] Solenergi kan utnyttes må to måter. Det første er oppvarming ved hjelp av solfanger og til strømproduksjon, enten ved hjelp av solcelle eller i et solvarmekraftverk. Det andre er solfangere, som også blir kalt termisk solenergi. Den tredje største teknologien for produksjon av fornybare energikilder i verden. Ti ganger større enn solceller. En solfanger absorberer energien fra solen og omdanner den til varme. Denne energien kan bli transportert videre til forbruk eller varmelager. Det er dette som er forskjellen på en solfanger og en solcelle. En solfanger har også et stort potensial i Norge. Et slikt anlegg kan dekke rundt 50-70 % av varmtvannsforbruket og 20-30 % oppvarmingsbehovet i året i vanlig en bolig. I dag blir ca 2/3 av energiforbruket i boliger og næringsbygg brukes til oppvarming og varmtvann. Dette er med tanke på at Norge mottar en årlig energimengde tilsvarende 1700 ganger av det årlige innenlandsforbruket vårt fra sola, er det mer enn nok sol til det kunne brukes som en energikilde. Innen 2020 har Enova beregnet et potensiale for solfangere i Norge på 1,6 TWh, med visse forutsetninger. Som at alle nybygg, 11 % av boliger og 50 % rehabiliterte yrkesbygg får solfangere. Det realistiske potensialet er bare 66 GWh, altså bare 4 %. 45 m² solfanger pr 1000 innbygger. [7] Side 13 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 3.3Hvorfor blir ikke solen fanget i Norge? Når solen har så stort energipotensial, og mange land i Europa bruker den på en lønnsom og miljøvennlig måte. Hvorfor gjør ikke Norge det samme? Svaret ligger vel i lav strøm – og fyringsolje, dårlige støtteordninger for å kunne bruke teknologien og lite informasjon om hvordan denne teknologien kan utnyttes på best mulig måte her i Norge. Noen land i Europa som Østerrike, Sverige, Danmark, Tyskland er det støtteordninger og kampanjer som gjør folk klar over denne teknologien i mye større grad. Støtteordninger som er her i landet er fra Enova. De dekker 20 % av investeringskostnadene, men dette er maks 10 000 kr. Det blir lite i forhold til Østerrike. De får dekket 50 % uansett pris. Dette gjelder hele pakken. Dette vil si med andre ord at annethvert hus har solfanger og 483 m² solfanger per 1000 innb. [8] Dette er først og fremst politikk. Norge har i stor grad petroleumsindustri og elektrisitetsprodusenter. Her er staten den viktigste aksjonæren. Ved bruk av sol til oppvarming, vil det ikke bli i like stort behov for å kjøpe strøm. Dette betyr igjen at selskaper som StatoilHydro og Hafslund vil tape på dette. [8] 3.4 Hva må gjøres? Noe må gjøres. I punktene nedenfor er det noen ting som kan gjøres for solfangerbruken i Norge blir mer tilgjengelig i fremtiden: - Det må være et klart mål for solvarmepolitikken Øke støtten fra Enova kraftig Samkjøring og forenkling av andre støtteordninger uavhengig hvor du bor [9] Flere informasjonskampanjer. Krav om solfanger i nye offentlige bygg i Sør-Norge Rådgivere i hver kommune Ikke lov å forby solfangere pga estetiske grunner [10] 3.5 Solfangerareal i verden Figuren nedenfor viser at Kypros verdensledende på solfangerareal pr 1000 innb. De er klart foran Israel, Østerrike, Hellas og Australia. Som figuren viser, er Europa ganske dominerende. Kina er ikke så dominerende, men på grunn av folkerikdommen, har de over halvparten av verdens solvarmekapasitet. Norge med sitt potensiale er på en bunnplass. Globalt ligger veksten på 20 % årlig, og nærmere 30 millioner km² nytt. [8] Side 14 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Figur 4 Installert solfangerareal i noen land i verden pr 1000 innb 3.6 Solenergi i verden Produksjon av solenergi i verden potensielt mulig av hele verden. Kravet er nok ganske enkelt nok solskinn. Dette er spesielt godt egnet fra 30 grader nord til 30 grader sør. Samtidig som det er bekymringer om klima og energiforsyninger, øker støtten til utviklingen av fornybar energi. I det er en redusering i kostnadene i bransjen. Dette vil bety at det vil en økning i markedet flere land i årene fremover, selv om finanskrisen har hatt en påvirkning. Blant de landene som har hatt størst utvikling i markedet frem til i dag er Tyskland, Spania, USA, Japan, Sør-Korea og Italia. Markedets størrelser i flere land i 2010. [11] - Tyskland: 7,74 GW Italia: 3,7 GW Spania: 378 MW Frankrike: 720 MW Tsjekkia: 1520 MW USA: 949 MW Japan: 960 MW Kina: 532 MW Storbritannia: 55 MW Belgia: 225 MW Hellas: 151 MW Side 15 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 3.7 Hvordan det er å ha solcellepanel en bolig Ved å ha et solcellepanel montert på hustaket elle hytteveggen vil man ta inn energien fra sollyset og til slutt skape elektrisk strøm når de treffer solcellene på panelet. Som figuren på neste side viser er solcellepanel er stort sett brukt på hytteveggen i Norge i dag, men i framtiden vil det bli mer og mer vanlig å bruke det i boligen din. Når du har et slikt anlegg vil du da få gratis strøm eller en kraftig reduksjon i strømregningen. For å fange opp nok mengder av denne energien trenger vi store arealer. Solceller er forholdsvis dyre å ta i bruk, sa der det er mest vanlig bruke, er i hus og hytter som er utenfor ledningsnettet. Det er også en energikrevende prosess å produsere et solcellepanel. Her er noen fordeler og ulemper med solenergi: Fordeler: Gratis energi Fornybar energikilde. Over skyene skinner sola Tilgjengelig overalt Det er ikke forurensede å bruke energien. Ulemper: Solvarmen er ikke konsentrerende Solenergien er ikke stabil. Må være dag Relativt lite i Norge Krever store landområde, kan være skjemmende. Teknologien er dyr, kan være forurensende. Generelt en dyr måte å produsere energi på. [12] 3.8 Bolig med solcelle Det finnes to typer solenergi. Det er solvarme og solstrøm. Solstrøm er fra solceller. Solvarme er gjennom oppvarming av vann eller luft i solfangere. Solvarme er lønnsømt for anlegg med behov for varmt vann om sommeren. Solvarme blir også brukt i boliger, men det er for lite kjennskap og få løsninger. Det finnes midlertidig en løsning, men blir for dyr for mange. Solstrøm blir brukt på mange hytter, men blir også eksportert til andre land. Solceller vil produsere ca 100 kWh strøm per kvadratmeter per år og solfangere ca 300. Viss hele den sørvendte takflaten blir dekket av solceller i en bolig, blir ca 20 prosent energibehovet dekket. I fremtiden kan lavenergiboliger kan det tallet være så høyt som 100 prosent. Et regnestykke kan da være dette: Gjennomsnittlig boareal per person er 50 kvadratmeter per person. De fleste bygg har 2-3 etasjer. Det vil gi ca 25 kvadratmeter takflate per person. De fleste tak har en takflate som gjør at 10 kvadratmeter takflate er sørvendt per person. Det gir igjen 1000 kWh solstrøm med solceller per år. Og dette er ca 15 prosent av forbruket per person i boligen. Hvordan det ser ut kan også bli et problem. Både solceller og solfangere har en glassflate som gir problem med blending. Dette er dersom hele den sørvendte flaten skal dekkes. Dette kan gi store konsekvenser i for så vidt hele Norge. Side 16 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Solstrøm vil bli mer og mer interessant i Norge om ikke alt for lang tid. I alle slags bygg vil teknologien som er i dag, gjøre det mulig og halvere energibruken uten å gjøre noe drastisk med f.eks hvordan vi bruker strøm. Dette gjør at solenergi blir styrket pga at det kan dekke det resterende energibehovet. Det har også en fordel at det ikke trenger å påvirke overføringsnettet i den grad som andre energiproduksjoner gjør. [13]. Figur 5 Solcellepanel på hytta 3.9 Effektivitet solcellepanel 3.9.1 Tidspunkt på dagen Et solcellepanel er selvsagt mest effektiv midt på dagen når det er klar og skyfri himmel. Da vil innstrålingen være på rundt 1000 W/m². Effektivitet på solcellepanelet synker når solen går ned og før den står opp. Når den er mest effektiv, har panelet en optimal vinkel mot sola. Så den optimale tiden et solcellepanel er mest effektiv er i vår og sommermånedene mai og juni. Om kvelden og morgenen vil ikke panelet ha en god nok vinkel, for da er solen i en annen posisjon på himmelen. Vinkelen er dårlig også når det er overskyet. Et eksempel lenger nede i teksten vil vise den ideelle vinkelen for et solcellepanel. Eksempelet nedenfor er et panel på 80 W. Det er også vist hvor mye utbytte det er på en dag. Det blir forskjellige utrekninger på forskjellige vinkler. I tabell 1 nedenfor er det gjort noen regnestykker på solinnstrålingen og effektiviteten på en vanlig dag når det er overskyet og om morgenen og kveld på et solcellepanel på 7 m². Det sies at et godt solcellepanel har en virkningsgrad på 14 % [22] i følge Enova. Virkninggraden vil variere etter hva slags teknikk du bruker når du lager en solcelle. Dette er ved 0 m.o.h. Det er tatt høyde for temperaturen. Det er en stor variasjon. Side 17 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Tabell 1 Effektivitet solcellepanel På en vanlig dag: Størrelse solcellepanel Virkningsgrad Solinnstråling Om morgenen og kveld 7 m² 14 % 1000 W/m² Hvor mye panelet kan produsere: Solinnstråling Effektivitet mellom 500 W 7000 W Solinnstråling mellom Effektivitet mellom 3500 4900 W W 490 W 686 W 980 W mellom 150 W mellom 1050 2800 W W 147 W 392 W mellom 400 W 3.9.2 Utregninger solcellepaneler Forskjellen på et solcellepanel som er i bevegelse og et som er i ro er først og fremst at vinkelen på solinnstrålingen forandrer seg. Det betyr i praksis at om panelet står i ro, blir innstrålingen mindre eller større etter posisjonen solen har på himmelen. Vinkelen vil forandre seg etter hvert. Solen har best posisjon omtrent midt på dagen. Mindre eller større innstråling betyr mindre eller større effektivitet som igjen betyr hvor mye effekt panelet kan yte. Et panel som beveger på seg vil være mye mer effektivt. Det flytter på seg i forhold til solen så langt som den går an å flytte på seg. Det vil ha en mer optimal vinkel i forhold til innstrålingen over et lenger tidsområde. Dermed blir det mer effektivt. Et solcellepanel på hytten på 80 W og 12 V som er i full produksjon en hel dag når solen står rett på panelet, vil i løpet av dagen produsere: Vi har funnet en tabell som gir gjennomsnittlig antall soltimer pr. måned noen steder i Norge i løpet av en 20-30 år periode. Vi har så funnet ut hvor mange amperetimer dett gir pr måned og kan dermed regne ut maks effekt solcellepanelstyringen kan få ut per måned. Det er ikke tatt hensyn til soloppgang eller skyer. I tabell 2 har vi tatt utgangspunkt i tall for Bergen. Side 18 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 700 W Hvor mye panelet kan produsere: Effektivitet Når det er overskyet: Solinnstråling Hvor mye panelet kan produsere: Solinnstråling Solinnstråling RSOL Tabell 2 Soltimer Bergen Jan Time r Ah W Feb Mar Apr Mai Juni Juli Aug De Sept Okt Nov s 19 56 94 147 185 189 167 144 86 60 27 129 371 625 977 1233 1257 1114 958 571 401 181 154 444 749 1172 1480 1508 1336 1149 685 480 217 4 8 6 0 0 8 8 6 6 8 6 12 79 95 2 Total 1184 7896 9475 2 Etter hvert som solen flytter på seg, vil ytelsen til panelet enten bli bedre eller dårligere alt etter vinkelen solen har i forhold til panelet. Tabell 3 viser en oversikt over ytelsen til et stasjonært panel i løpet av en dag, i forsjellige vinkler. den optimale vinkel til et stasjonært solcellepanel, som i Sør-Norge er 45° mot sør. Vår solcellepanelstyring vil ha en effekt på 140 % i forhold tabellen nedenfor.[24] Tabell 3 Prosentvis ytelse solcellepanel Orientering Helningsvinkel 0 15 30 45 60 75 90 Vest Sør 86 84 81 77 72 65 57 Øst 86 94 99 100 97 89 77 86 85 82 79 73 66 58 I tabellene 4, 5 og 6 nedenfor har vi kombinert tabell 2 og 3. tabellene viser maks effekten man kan få ut fra et stasjonert solcellepanel per måned over et år. Tabellen viser effekten man får ut fra forskjellige retninger og vinkler, og sammenligner effekten med den optimale solcelle styringen vår. [25] Det er regnet med at et panel som følger solen tiden kan gi deg så masse som 40 % mer ut av effekt enn når det er fastmontert. [26] Tabellene nedenfor viser at maks effekt av et stasjonert solcellepanel er 100 %. Vår styringsenhet kan produsere 40 % mer, så total prosenten i tabellene er 140 %. Side 19 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Tabell 4 Effekt etter antall grader mot vest Jan Feb Mar Timer 19 56 94 Ah 129 371 625 Effekt (W) 1544 4448 7496 140% Effekt→ Hellingsvinkel Ytevne % 0 86 % 15 84 % 30 81 % 45 77 % 60 72 % 75 65 % 90 57 % 948 926 893 849 794 717 629 2732 2669 2573 2446 2288 2065 1811 4605 4498 4337 4123 3855 3480 3052 Vest Apr Mai Juni Juli Aug Sept Okt Nov Des 147 185 189 167 144 86 60 27 12 977 1233 1257 1114 958 571 401 181 79 11720 14800 15088 13368 11496 6856 4808 2176 952 7199 7032 6781 6446 6027 5441 4772 9091 8880 8563 8140 7611 6871 6026 9268 9053 8729 8298 7760 7005 6143 8212 8021 7734 7352 6875 6207 5443 7062 6898 6651 6323 5912 5337 4681 4212 4114 3967 3771 3526 3183 2791 2953 2885 2782 2644 2473 2232 1958 1337 1306 1259 1197 1119 1010 886 585 571 551 524 490 442 388 Tabell 5 Effekt etter antall grader mot Sør Jan Feb Mar Timer 19 56 94 Ah 129 371 625 Effekt (W) 1544 4448 7496 140 % Effekt→ Hellingsvinkel Ytevne % 0 86 % 948 2732 4605 15 94 % 1037 2987 5033 30 99 % 1092 3145 5301 45 100 % 1103 3177 5354 60 97 % 1070 3082 5194 75 89 % 982 2828 4765 90 77 % 849 2446 4123 Sør Apr Mai Juni Juli Aug Sept Okt Nov Des 147 185 189 167 144 86 60 27 12 977 1233 1257 1114 958 571 401 181 79 11720 14800 15088 13368 11496 6856 4808 2176 952 7199 9091 9268 7869 9937 10131 8288 10466 10669 8371 10571 10777 8120 10254 10454 7451 9409 9592 6446 8140 8298 8212 8976 9453 9549 9262 8498 7352 7062 7719 8129 8211 7965 7308 6323 4212 4603 4848 4897 4750 4358 3771 2953 3228 3400 3434 3331 3057 2644 1337 1461 1539 1554 1508 1383 1197 Side 20 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 585 639 673 680 660 605 524 RSOL Tabell 6 Effekt etter antall grader mot øst Jan Feb Mar Timer 19 56 94 Ah 129 371 625 Effekt (W) 1544 4448 7496 140 % Effekt→ Hellingsvinkel Ytevne % 0 86 % 15 85 % 30 82 % 45 79 % 60 73 % 75 66 % 90 58 % 948 937 904 871 805 728 640 2732 2701 2605 2510 2319 2097 1843 4605 4551 4391 4230 3909 3534 3105 Øst Apr Mai Juni Juli Aug Sept Okt Nov Des 147 185 189 167 144 86 60 27 12 977 1233 1257 1114 958 571 401 181 79 11720 14800 15088 13368 11496 6856 4808 2176 952 7199 7116 6865 6613 6111 5525 4855 9091 8986 8669 8351 7717 6977 6131 9268 9161 8837 8514 7867 7113 6251 8212 8116 7830 7543 6970 6302 5538 7062 6980 6733 6487 5994 5420 4763 4212 4163 4016 3869 3575 3232 2840 2953 2919 2816 2713 2507 2267 1992 1337 1321 1275 1228 1135 1026 901 Side 21 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 585 578 558 537 496 449 394 RSOL 4.0 Drøfting av ulike løsninger og teori 4.1 Solfølging Under forprosjektet kom vi fram til tre forskjellige løsninger 4.1.1 Sensor løsning En måte å tracke sola på er å bruke sensorer. Gruppa har sett på to forskjellige sensortyper. LDR (Light Dependant Resistor, fig.6): En LDR-sensor har høg motstand som minsker når lysinsensiteten øker. Typisk verdi er rundt 10M ohm i mørket, 10K ohm i moderat lys, og >2K ohm i direkte sollys. Tanken med denne typen styring ville vært å sette opp et solcelle panel med fire LDR-sensorer (se fig 7. ) Figur 6 LDR-resistor Figur 7 Solcellepanel med LDR-sensorer Systemet vil styre seg, vertikalt og horisontalt, slik at alle sensorene har lik motstandsverdi, da vil solcelle-panelet stå direkte mot sola. [23] Foto dioder kan omforme lys til elektrisk spenning. Fotodioder fungerer på samme måte som tradisjonelle solceller, men solceller har et større areal å fange sollys på. I prosjektet kunne vi brukt fotodioder til å detektere lyset på samme måte som med LDR-sensor. 4.2.2 Webcam løsning Bildegjenkjenning ved bruk av kamera. En tredje måte å tracke solas bevegelser på er å bruke et kamera. Et webkamera blir plassert vinkelrett på solcellepanelet, en minipc med bildebehandlingsprogram gjør at kameraet kan kjenne igjen sola. Når kameraet har sola i sentrum er panelet i posisjon. Er sola utenfor senteret vil microkontrolleren styre panelet slik at sola blir sentrert i bildet. Fordelen med å bruke webkamera på denne måten er at styringa av panelet blir mer nøyaktig, i forhold til sensorer. Vi har også større muligheter til å utvide prosjektet i andre retninger, om dette blir aktuelt videre i prosjektet. 4.2.3 GPS og Digitalt Kompass Vi kan bruke en GPS-mottager for å finne nøyaktig posisjon av sola. Dette vil vere en modul som sitter på microkontrolleren. Side 22 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 4.2 Mekanisk løsning Vi har tegnet noen alternative modeller for den mekaniske panelstyringen. 4.2.1 Frittstående stolpe I figur 1. har vi et alternativ med et modifisert solcellepanel som er montert på en frittstående stolpe. Tanken her er at hvem som helst med enkle grep skal kunne automatisere denne. Vi ser da for oss en hylse med en krans rundt (et tannhjul) som blir festet nede på eksisterende stolpe. Så ser vi for oss en annen hylse som blir tredd utenpå den første hylsa. Motoren som dreier den horisontale retningen er montert på denne hylsa. Oppe på den ytterste hylsa er det da sveiset på ører, som blir innfestingen for eksisterende solcellepanel. Nede på denne hylsa vil det være tilsvarende ører til innfesting av en teleskopisk motor som kan styre den vertikale delen av solcellepanelet. Figur 8 Frittstående stolpe Side 23 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 4.2.2 Veggbrakett Et annet alternativ er en brakett som er festet på hus- eller hytteveggen i sørlig retning (fig.2). På braketten er det festet en arm som kan vandrer horisontalt. Når armen som holder solcellepanelet beveger seg ut, litt mer enn halve lengden til bredden av panelet, kan panelet dreies 180 grader mot øst for så å følge solen til den går ned i vest. Om kvelden ved solnedgang, om vinden blir for sterk eller ved andre ”nødssituasjoner” kan solcellepanelet ved hjelp av den fleksible armen trekke seg inn til veggen. Figur 9 Veggbrakett 4.2.3 Fundament Et tredje alternativ krever et fundament. Vi ser for oss en solid plate der en sveiser fast en bolt i midten. Et svinghjul fra en lastebil, med et senterlager, blir trekt ned på bolten. Dette blir som en plattform for resten av modellen. For å kunne dreie svinghjulet, sveises det en brakett til festing av motoren i nærheten av tennene til svinghjulet. Oppå svinghjulet sveiser en fast en H-ramme som vil holde resten av solpanelet. I nederste del av H-ramma sveises det inn ekstra støttebein for symmetri for best mulig stabilitet. Likeledes en tverrbjelke øverst i H-en med støtte ned til det ene ekstra støttebeinet. Figur 10 Fundament Side 24 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 4.2.4 Horisontale delen Etter at vi hadde studert alternativet som krever et eget fundament innså vi fort at vi måtte forandre på den horisontale delen. Dette for å få en mer presis styring. Vi kunne ikke lage den fullt så direkte som vi først hadde tenkt. En ny ide kom opp og tegningen til en utbedret modell ble fort laget. Dette var et enkelt prinsipp som ikke skulle koste så altfor mange penger. Tanken videre var å bruke en 12 volts starter fra en motorsykkel og koble til ”skruedelen” for å kunne dreie plattformen der hele anordningen var montert. Figur 11 Illustrasjon av snekkeskrue med tannhjul Vi tok i kontakt med Yndestad mekaniske, de viser seg så langt å være de eneste som har en vannjet skjærebord som har muligheten til å skjære ut tannhjulet med en diameter på ca 60cm til modellen. Yndestad hadde et skjærebord som kunne skjære opp til 3x3meter. Noe som gav oss mulighet for et stabilt fundament. Det var ikke noe problem for Yndestad mekaniske å imøtekomme vårt ønske, og de anbefalte en av spesialvarehandlerne i Førde for å finne rett snekkehjul som kunne drive rundt det tannhjulet vi ønsket. Spesialvare var veldig positive, og ville sponse oss med både motor og gir, men dette holdt de ikke. Vi tok kontakt med flere bedrifter, men etter vidre undersøkelse fant vi ut at prisene de ba om var for høye. 4.2.5 Vertikale delen Et av gruppemedlemmene hadde en lineær akkumulatormotor fra en gammel parabol. Motoren ble testet og det viste seg at den måtte ha en overhaling. Etter reparasjonen ble den på nytt testet ut og motoren viser seg å være sterk, samtidig som den er presis og armen beveger seg 15cm. Det eneste som er negativt i forhold til solcelle og batteri drift, er at motoren opererer på 36 Volt. Vi har sett på andre alternativ men likevel kommet frem til at denne er den billigste og beste til vårt bruk. Det kan nevnes at en annen gruppe har også benyttet seg av samme motor og den kostet 2500 kroner. Side 25 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 5.0 Valg av løsning Gruppa har under forprosjektet sett på flere forskjellige metoder for å følge sola. De forskjellige løsningene ble vurdert opp mot hverandre. Under diskusjon med rettleder Olav Sande kom prosjektgruppa i fellesskap fram til å bruke en kombinert løsning mellom punkt 4.2.2 og 4.2.3, der vi bruker både GPS og webkamera for å finne posisjonen til sola på himmelen. Vi valgte denne løsningen fordi en kombinert løsning kan vi finne posisjonen til sola uansett vær, og vi kan finjustere panelet direkte mot sola med kameraet. Panelet vil også være i riktig posisjon når sola står opp. Hovedprogrammet blir skrevet i Arduino IDE (punkt 7.2.2), og all styring skjer via en Arduino Mega 2560 mikrokontroller (punkt 7.1.8). For å finne solas posisjon med GPS bruker vi en formel kalt Sunpos[]. Ved å legge inn koordinater for lengdegrad og breddegrad, tid og dato finner Sunpos solens posisjon på himmelen i grader. Ut fra disse beregningene kan vi styre solcelle panelet i retning mot sola. Styringsenheten må også vite hvilken retning den skal bevege seg horisontalt og vertikalt. Dette løser vi med et digitalt kompass som viser hvilken vinkel styringsenheten står horisontalt. For den vertikale posisjoneringen fester vi et potmeter i aksen på panelet, vi kan rekne ut, fra hvilke verdier vi får, hvor mange grader panelet står vertikalt. På den mekaniske delen hadde vi lange og nyttige drøftinger rundt hvilke løsning vi skulle velge. Valget falt til slutt på en modifisert variant bestående av eget fundament (fundament løsning). Denne modellen trenger ikke å være stor av utforming. Siden den er liten, krever den ikke så mye bevegelsesenergi for å flytte seg etter sola. Dette gir et større potensial for å produsere strøm til å lade opp batteriene. Vi har brukt en svingbar TV-fot med DC-motor som dreier horisontalt. En U-ramme i aluminium holder panelet og er festet på TV-foten. Panelet styres vertikalt med en lineær aktuator. Denne modellen vil se pen ut rent design messing, den vil være lett å ta med seg, lett å vise frem og enkel å nytte i en eventuell undervisning. Dette står mer detaljert beskrevet i punkt 7.4.2. I forprosjektet var det uklart hvilket programmeringsspråk som skulle benyttes, i og med at ingen av oss hadde noen bakgrunn med bildebehandling var det en fase med mye testing av forskjellige programer. Vi begynte med Microsoft Visual Basic, som er et C-basert[36] språk, med OpenCV. (punkt 7.2.3) bibliotek. Ved noen forsøk med dette programmet uten suksess prøvde vi ut både Java[35] og Python[39]. . I og med at dette var helt nytt så tok det en stund med prøving og feiling. Java viste seg å være veldig komplisert å bruke i lag med OpenCV og mye av programmeringen var kompleks Programmet vi endte opp med å bruke var Python, med OpenCV bibliotek. Løsningen ble å programmere python til bildebehandling, der programmet åpner en livestream fra kameraet, finner XY-koordinatene til det lyseste punktet i bilderammen, sender koordinatene til hovedprogrammet i Arduino, der Arduino programmet sender styringssignalene til motorene. Side 26 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 6.0 HMS Solfølgeren er med på å bidra til en mer effektiv sol oppfanging. Med styringen vil solcellepanelet hele tiden stå 100% mot solen og kan gi bedre mulighet til å produsere mer strøm selvstendig. Vi ser på å utnytte solenergi til utvinning av eletrisk energi som en miljøvennlig løsning. Denne prototypen solfølger har kun èn klemfare som er i vertikal retning siden motoren der er veldig sterk og ikke gir etter. Løsningen på dette er å sette inn dimensjonerte glass sikringer, forholdsvis 300mA for horisontal del og 600mA til den vertikale delen. Ved overbelastning vil sikringene ryke og motorene stopper. I tillegg har vi montert en nødstopp bryter for at man skal kunne kutte strømtilførselen til trafoene til motorene. På solfølgeren er det montert endebrytere for å forhindre at motorene ikke skal kunne kjøres lengre enn til tenkt posisjon. Til gjengjeld beveger den vertikale delen seg minimalt på dagtid og sjansen for klemfare er svært liten. På dagtid er det hovedsakelig den horisontale motoren som beveger seg. Denne har en overføring fra motor til gir vedhjelp av en O-ring som gjør at ved motstand vil den slure og kan sees på som ufarlig. Siden dette er en prototype så har vi ikke prioritert disse forskriftene, men vi har valgt å prøve og holde oss til forskriftene for elektriske anlegg ved å bruke to skap som skiller vanlig lavspent 230V og 36V. Spenning under 50Volt som regnes som svakstrøm. Vi har prøvd og få modellen, så praktisk og funksjonell som mulig ved å bruke materiell som er i daglig handel og således er godkjente. For å få en typegodkjenning av Det Norske Veritas for denne prototypen er det vanskelig å si hva resultatet kan bli. For å unngå klemfare har vi tenkt litt på muligheten for å montere en bevegelses sensor på foten av modellen, og registrerer kun bevegelse på bakkenivå sånn at den ikke stopper solfølgeren, når den beveger seg etter sola. Vi ser nok helst at det er 2 sensorer for at det skal være mulig å dekke 360° synsvinkel pga. foten til solfølgeren. Side 27 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 7.0 RSOL – Styringsenheten Figur 12 Prinsippskisse Styringsenheten består av en datamaskin med egen strømforsyning, mikrokontrolleren får strøm fra USB-kabelen som er koblet til datamaskinen. Motorene har egen strømforsyning med hver sin transformator. De andre komponentene får strøm fra mikrokontrolleren gjennom datamaskinen eller direkte fra datamaskinen. 7.1 Komponenter GPS: LS20031 er GPS modulen som er brukt i prosjektet. Modulen mottar koordinater og tid opp til fem ganger i sekundet og kan følge opptil 66 satellitter om gangen. GPS modulen kommuniserer med Arduino ved hjelp av UART[30], og den sender og mottar med en båndbredde på 57600bps. Den er koblet til rx2 og tx2 på Arduino kortet, og blir kjørt med en spenning på 3,3 volt. I Arduino bruker vi et bibliotek kalt tinyGPS for og mota data fra GPS en. Dataene blir lagret som Long variabler. Variablene blir så omregnet til ønskede verdier for Sunpos formelen. Tekniske spesifikasjoner: • 5Hz utgang • 57600bps TTL serielt grensesnitt • 3.3V @ 41mA • 66 kanals GPS • Rask TTFF (time to first fix, hvor raskt den får første signalet) på lavt signal nivå • Opp til 10Hz oppdateringshastighet • Innebygd micro batteri for å bevare system data for rask satellitt oppkjøp • LED-indikator for en fix eller ingen fix[31] Side 28 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Figur 13 Digitalt kompass Digitalt kompass: The Honeywell HMC6352[34] er en fult integrert kompass modul. Det vil si at den har integrert mikroprosessor og algoritmer for posisjons beregning. Kompasset finner retningen ved å bruke en to-akse magnetoresitiv sensor, den elektriske verdien av denne sensoren blir påvirket av eksterne magnetiske felt. Dette gjør den svært utsatt for elektromagnetisk støy, og den kan påvirkes av magnetisk metall. Derfor er modulen plassert så langt borte fra motorer som mulig, den er også plassert vekk fra magnetiske metaller. Digital kompasset er laget for bruk sammen med Arduino og kan lett kobles og kodes med mikrokontrolleren. Kompasset kommuniserer med Arduino med integrert krets som er en seriell databuss. I Arduino programmet viser kompasset nord som null det vil si at sør har en verdi på 180, dette stemmer godt overens med verdiene fra Sunpos formelen som har de samme verdiene for nord og sør. [32,33] Figur 14 Digitalt kompass Potmeteret: Potmeteret som er brukt, er et lineært potmeter med en resistans på 10Kohm. Potmeteret er montert slik at 180 grader omdreining på potmeteret tilsvarer 90 grader vinkel vertikalt på solcelle panelet. Omdreiningen til potmeteret på 180 grader tilsvarer en analogspennings verdi mellom 0,22 og 4,09 volt når potmeteret kobles til 5v. Den analoge inngangen til Arduino gjør forholdet mellom en spenning på 0 – 5V om til en digital verdi mellom 0 – 1023. Dermed kan vi programmere spenningen ut av potmeteret ved hjelp av Map funksjonen[REF program] til være en verdi mellom 0 og 90, som gjenspeiler vinkelen panelet står vertikalt. Den digitale verdien for 0 grader er 46.035, og 836.814 for 90 grader. Figur 15 Potmeter Side 29 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Motor: To stk. likestrømsmotorer med børster se vedlegg Strømforsyning: Trafoer: CEN - 75 – 36 er trafoen til vertikale motoren. Primer siden får 240Volt AC spennings og transformerer den om til 36V volts DC på sekunder siden. Sekunder sien tåler 75.6W og vertikal motoren trekker normalt 21,6W [37] Figur 16 Trafo CEN-36 MES30A-ORIJ er trafoen til horisontal motoren. Primer siden får 240Volt AC spennings og transformerer den om til 3,3 volts DC på sekunder siden. Sekunder sien tåler 16.5W og horisontal motoren trekker normalt 1W [38] Figur 17 Trafo horisontal Side 30 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Sikring: Simens 5SY42 er en 10 amper automatsikring klasse B denne sikringen har ikke som funksjon å sikre mot over belastning. Men er heller en funksjon som bryter for modellen. Den beskytter også mot kortslutnings strømmer som kan oppstå I modellen. Figur 18 Sikring Kamera: Logitech HD Webcam C525 720p. Kameraet filmer med en oppløsning på 1280 x 720 piksler, vi har skalert det ned til 640 x 480 og skrudd av autofokuset. Kameraet bruker vi til å detektere hvor det sterkeste lyset i bilderammen er. Bildebehandling krever en del prosessorkraft, mer enn en mikrokontroller kan gi, derfor har vi brukt en laptop. Mikrokontroller: En mikrokontroller er en liten datamaskin på en IC-brikke (integrert krets) med en egen mikroprosessor, minne og inn- og ut-ganger. Mikrokontrolleren kan programmeres til å gjøre forskjellig oppgaver. I prosjektet har vi brukt Arduino Mega 2560 (DATABLAD REF) mikrokontroller. Kortet har 54 digitale inn- og ut-ganger som opererer fra 0-5V, 16 analoge innganger, 4 UART [38], 16 MHz klokke, reset knapp, 256k flashminne og USB for seriell kommunikasjon og strøm. Mega 2560 bruker nå en ATMega8u2 chip i stedet for FTDI chip[41], dette for å få raskere seriell kommunikasjon og dobbelt så raskt flashminne. Med denne chipen kan vi laste opp, lese og skrive via USB. Programmeringen skjer i åpen-kilde programmet Arduino IDE[40] Kortet trenger en 5V ekstern spenningskilde, vi forsyner kortet fra pc via USB. Mikrokontrolleren blir brukt til å styre strømmen til motorene, kommunisere med GPS, kompasset og potmeteret. Grunnen til at vi valgte mikrokontrolleren var mye på grunn av at det har fire forskjellige UART porter, det vil si at vi kan ha flere maskinvare-enheter som kan kommunisere serielt mellom pc og mikrokontrolleren. GPS bruker en egen serial port, uten flere serial porter ville ikke Arduino kunne kommunisert med pc og GPS samtidig. Figur 19 Arduino Mega 2560 Side 31 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Relè: Omron 5v relè er brukt for å styre polariteten til motorene. Det er totalt 12 relè til sammen i koblingen. 6 til hver motor, koblingene til hver av motorene er identiske, men blir styrt fra forskjellige utganger på Arduino kortet. Relèet fungerer slik, når spolen får 5 volt spenning fra Arduino utgangen åpner bryteren i relèet. Bryteren kan tåle en spenning på maks ampèr styrke på 5A. Koblingsskjemaet for relekoblingen ligger i vedlegg fig.31 Figur 20 5 V relè 7.2 Programvare Til kamera delen valgte vi å bruke python siden det er godt implementert med OpenCV. Python er åpen-kilde, dette betyr at programvare og kildekoder er tilgjengelig for alle å laste ned på internett. 7.2.1 Python Python er et dynamisk, tolker, objekt-orientert høy-nivå programmeringsspråk. Python er et skriptspråk som i motsetning til Java og Arduino ikkje trengst å kompileres. Det vil si Python programmer kan skrives i hvilket som helst tekst-program, så lenge man lagrer det som en .py fil. Python støtter moduler og pakker og mange biblioteker fra forskjellige plattformer, og oppfordrer program modulering og gjenbruk av kode. Dette medfører at et python program ikke trenger så mange kodelinjer som mange andre programmeringspråk for å utføre de samme handlingene. Python programmer skrives med innrykk, det vil si at kommandoene ikke behøver semikolon eller lignende på slutten av hver linje, men må ha mellomrom og tabs for å beregne inntrykksnivå. Dette gjør at et python program blir veldig ryddig. [27] 7.2.2 Arduino Mikrokontrolleren Arduino Mega 2560 er programmert i Arduino IDE. Programsspråket som er brukt i Arduino IDE er basert på Wiring [29]. Arduino er en åpen kilde prototype plattform for elektronikk, basert på fleksible, enkle men kraftige løsninger for software og hardware. Dette er en av grunnene vi valgte å bruke Arduino, det finnes mange kompatible maskinvare enheter til arduino som er enkle å sette opp og stabilt i bruk. Gruppa har også tidligere erfaring med Arduino. 7.2.3 OpenCV OpenCV, eller Open Source Computer Vision Library, er et bibliotek med funksjoner for programmering innenfor bildebehandling, med fokus på sanntids bildebehandling. Biblioteket er under en åpen kilde BSD-lisens, det vil si at det er gratis å bruke både for kommersielt og utviklings bruk. OpenCV er originalt skrevet for C, men er nå utviklet til flere plattformer som C++, JavaCV og Python. [28] Side 32 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 7.3 Program 7.3.1 Python programmet Pythonprogrammets består hovedsakelig av en while-løkke som kaller på en repeat-funksjon og repeteres kontinuerlig. Programmet åpner først en sanntids bildestrøm fra webkameraet. Repeat funksjonen deklareres og henter to identiske bilderammer . Vi kaller de forskjellige bilderammene ”img” og ”imga”. ”Imga” blir brukt til å lage et behandlet bilde der det blir lagt et threshold over bildet. Threshold forandrer fargene slik at de lyseste fargene blir hvite, og de mørkeste blir svarte. Dette vil si at de lyseste punktene på bildet vil fremstå som helt hvite. For å unngå å detektere støy på bildet lages et filter som utelukker små objekter. For å finne objekter på bildet bruker vi en ferdig funksjon fra openCV, cv.GetSpatialMoment, vi finner int verdier for X-aksen og for Y-aksen. Vi legger et ”overlay” over det behandlede bildet for å merke midten av det objektet vi følger, dvs. det største hvite området på bildet. En blå runding blir lagt til på det ubehandlede bildet for å indikere følgingen. Programmet viser to vinduer, et for hvert bilde: Figur 21 Kamerfeed fra behandlet bilde(t.v) og ubehandlet bilde(t.v) Fra fig.21 ser vi et eksempel der programmet finner lyset fra en lommelykt. Når vi retter kameraet mot himmelen vil vi på samme måten se sola som en hvit prikk. X og Y-verdiene blir sendt serielt til et arduinoprogram. Bildets oppløsning er på 640x480 piksler. Der X-verdien ligger mellom 0-640, og Y-verdien mellom 0-480. For å ungå å sende data kontinuerlig sammenligner programmet de nye verdiene med gamle for å se om det er forandringer. For å avslutte programmet: Trykk Esc 7.3.2 Arduino programmet Arduino programmet skal styre solcelle panelet etter sola ved hjelp av GPS, kamera, potmeter og kompass. programmet gjør dette ved at, GPS delen av programmet henter koordinater, tid og dato. som blir omregnet ved hjelp av Sunpos formelen til asimut verdien (360 grader) og elevasjon verdien (mellom 0 og 90 grader) til sola. potmeteret og kompasset viser posisjonen som solcelle panelet står, posisjonen har samme verdier for vinklene som Sunpos formelen har. dette gjør at man lett kan sammenligne verdiene mellom Sunpos formelen og verdiene som solcelle panelet har. Arduino programmet sammenligner dette i avvik delen av programmet og sender avvik verdiene videre til motor styrings delen av programmet. i Side 33 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL motorstyrings delen av programmet kontrollerer Arduino om det er noe avvik og hvilken retning avviket er (positiv eller negativ verdi). er avvike større en fire grader vil Arduino starte motorene til avvike er mindre eller lik en grad. for programmet skal styre solcelle panelet må tre kriterier være oppfylt, måned, lengdegrad og breddegrad må være ulik null. dette gjøres for at man skal være sikker på at GPS-en kommuniserer som den skal med Arduino. Når disse kriteriene er satt er det avgjørende om det er dag eller natt. vist elevasjons vinkel er negativ er det natt, er elevasjons vinkel positiv er det dag. Dette er avgjør om programmet skal gå i nattstilling eller ikke. i natt stillet går solcellepanelet i nattposisjon denne er satt til 40 grader asimutvinkel og 90 grader i horisontalvinkel. 40 graders asimut vinkel er hvor sola vil stå opp midtsommer, og med 90 grader horisontal vinkel vil solcellepanelet stå som et bord. Dette fordi at solcelle panelet skal ha minst mulig vindfang. Biblioteker: Math.h biblioteket er et bibliotek som har flere nyttige matematiske funksjoner, spesielt for utrekninger av flyt tall. I Arduino programmet til RSol brukes dette biblioteket for å hjelpe Sunpos å regne posisjonen til sola. [42] Wire.h biblioteket gjør det mulig å kommunisere med I2C / TWI enheter. I RSol programmet brukes Wire.h for å kommunisere med kompasset. [43] TinyGPS.h biblioteket er utformet for å gi det meste nyttige NMEA GPS dataene, uten all kodingen som medføres når man skal skrive liknende program. For å holde ressursbruken lav unngår biblioteket noen flyttall som man ikke trenger. TinyGPS finner bare posisjon, dato, tid, høyde, hastighet og kurs. I RSol brukes TinyGPS.h nettopp for å unngå masse koding. [44] Void: Void compass er kompass delen av programmet, i denne loopen kommuniserer Arduino med kompasset via I2C[32]. Gruppa har hatt problemer med unøyaktige målinger fra kompasset, på grunn av dette sammenlignes den nye verdien med den gamle verdien fra kompasset for å finne ut om det er avvik mellom disse. Om avviket er større en ti forkaster den den uønskede verdien, før den tar gjennomsnittet av di ønskede verdiene. Gjennomsnittet av disse verdiene er verdien solcellepanelet står i asimutvinkel. Void potentiometer viser vinkelen til solcellepanelet i horisontal retning. Vinkelen avgjøres av spenningen Arduino får av analog inngangen. Spenningen gjøres om til digitalverdi i Arduino (0- 1023), i dette tilfelle vil digitalverdien ligge mellom 270.072 – 988.218. for og gjør dette om til vinkel mellom 0 og 90 brukes Map funksjonen i Arduino. Map tar et område mellom to tall og sammenligner di med område mellom to satte tall. digital verdi 270.072 er da 0 og 988.218 er 90. alt i mellom sammenlignes lineæ rt. Void GPS bruker tinyGPS for å finne lengdegrad, breddegrad, dato og tid. Disse verdiene blir omregnet til passende verdier for Sunpos formelen, minutt, timer, dag, måne og år. Sunpos må også ha koordinater, lengdegrad og breddegrad disse må omregnes til et sammenhengende tall med fire desimaler. Eksempel 45.5243 eller 5.9890. GPS modulen sender serielt heile tida gjennom Serial port to. Side 34 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Void Sunpos tar verdiene fra void GPS og finner solposisjonen i grader ut fra hvor solcellepanelet står. Formelen gir ut to verdier, en for asimut vinkelen og en for horisontal vinkelen. Den finner også ut om det er dag eller natt. Vist det er natt er horisontal vinkelen negativ. Void avvikAzi mottar retningen til solpanelet fra void kompass og sammenligner avviket mellom den og asimut fra void Sunpos. For så og sender avviket verdien videre til void motorAzimuth Void motorAzimuth mottar avviket fra void avvikAzi og sjekker om avviket er større en fire. Det er avgjørende om avviket er negativ eller positiv. Siden dette avgjør hvilken vei motoren skal kjøre, positiv er med klokka. Om avviket er større enn fire starter en while løkke motorasimut. Avviket blir oppdatert hele tiden til avviket er mindre enn en, som er kriteriet til while løkka. Når avviket er mindre enn en står solcellepanelet retning i riktig posisjon. Void avvikle mottar vinkelen til solpanelet fra void potentiometer og sammenligner avviket mellom den og horisontal vinkelen fra void sunpos. For så å sende avviket verdien videre til void motorElevation Void motorElevation gjør det samme som void motorAzimuth, men for elevasjons vinkelen. Positiv avviks verdi kjører panelet opp. Void nattstilling avgjør posisjonen som solcellepanelet skal stå i når det er natt. Den sjekker først om det faktisk er natt før den setter asimut vinkel og horisontal vinkelen til nattestille, og sender verdiene til motor styrings delen av programmet. Void camera bruker X,Y-koordinatene som det får tilsendt fra Python til å justere seg mot midten. Programmet går i en loop der det sender logisk høg/lav-signal til de digitale utgangene på mikrokontrolleren[45]. Motorene blir styrt etter hvilke verdier programmet får. Side 35 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Figur 22 Styrings illustrasjon I figur 22 er det illustrert hvilke retninger panelet må bevege seg i forhold til hvor lyset er detektert. Befinner lyset seg i det grå området må panelet stille seg inn. Eksempel: Befinner lyset seg i det nederste hjørnet til høgre, er x-verdien større enn 340 og yverdien større enn 210, da må det stilles opp og til venstre. Befinner lyset seg i området: x < 340 & x > 300, y >210 & y < 250, er panelet sentrert og alle utgangene blir logisk lave. Void loop er hoved delen av programmet, den styrer hvilken deler av programmene som skal kjøres og til hvilken tid. det første void loopen kjører er GPS og Sunpos delen for og finne posisjonen til sola, for deretter og sjekke om de tre kriteriene er oppfylt. vist disse er oppfylt ser den om det er dag eller natt, vist det er dag sjekker den potmeter verdien for så å sammenligne denne med Solpos[46] verdiene. Vist det er avvik kjører void loopen motorhorisontal til avvike er borte. Når horisontalvinkelen er i posisjon kjører den samme prosessen med kompasset og asimutmotoren. Etter denne prosessen kjørers kamera delen av programmet for å få nøyaktig posisjon. Etter dette er det en forsinkelse på et kvarter før loopen starter på nytt, dette er for at systemet skal spare strøm og at motorene ikke skal kjøre heile tiden i tilfelle støy osv. Side 36 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 7.4 Oppbygging og oppkobling 7.4.1 Lego modellen For å få muligheten til å teste løsningen i starten, laget vi en modell av lego. Denne beveger seg i horisontal og vertikal retning ved hjelp av to elektriske DC-motorer. Vi brukte stor girutveksling, med langsomme og sterke bevegelser. Dette førte til god oversikt når motorene satte modellen i bevegelse. Lego- modellen viste seg å være meget nyttig. Vi fikk teste programmene i arduino og python, og vi så hvordan modellen reagerte på programmene mens storskalamodellen fortsatt var under produksjon. Den vertikale delen ble senere modifisert ved å sette inn et lineært potensiometer for å indikere den vertikale vinkelen. Den horisontale delen ble utstyrt med et digitalt kompass for å indikere hvor mange grader den bevegde seg. Figur 23 Legomodell Side 37 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 7.4.2 Fullskalamodellen Horisontal del Ved en tilfeldigheter kom vi over en gratis Bang & Olufsen TV på internett, denne hadde en elektrisk svingbar fot. TV-en ble hentet på Sande og kjørt hjem for å testes ut. Den svingbare foten fungerte via fjernkontrollen til TV-en. Vi tok av ramma og motoren ble plukket fullstendig fra hverandre. Da oppdaget vi at motoren også hadde et kretskort. Vi koblet motoren til TV-en og målte at spenningsområde motoren jobbet i var på 3,5 volt. For å kunne styre motoren, tok vi kontakt Bang & Olufsen i Bergen. Lars Johannessen på verkstedet sendte oss tegninger, men disse sa lite om hvilke signaler som blir sendt til kretskortet (noe som trolig er klassifisert – hemmelig). Etter en liten diskusjon med prosjektansvarlig valgte vi å koble bort kretskortet, for så å kjøre spenning direkte på motoren. Siden dette fungerte fint var tanken nå å forsøke å modifisere tannkransen inne i motoren/styringen, vi ville øke antall tenner slik at motoren kunne bevege seg i større vinkel. Vi tok kontakt med Hellenes. De påpekte blant annet at hardplast er et vanskelig materiale å dreie i. Plastgodset kunne lett sprekke dersom dreiestålet hektet seg fast. Hellenes ville derfor ikke garantere for et tilfredsstillende resultat. De antydet en pris på ca. 5-6000,-. Plasten kunne bli ødelagt og kostnadene ville blitt for store. I samråd med prosjektansvarlig bestemte vi oss for at vi skulle se bort fra den tiltenkte vinkelen på rundt 180°, og heller satse på den eksisterende vinkelen på 120°. Siden dette er en prototype vil dette i prinsippet fungerer. Når det endelig ble avgjort at vi kunne bruke Bang & Olufsen foten, tegnet vi rammen som skulle holde hele panelet. Vi beregnet hvor vi skulle feste den lineære aktuatoren som styrer den vertikale posisjonen. Førde mekaniske industri AS laget rammen og ørene i aluminium. På skolen monterte vi rammen og boret hull for alle innfestningene. Figur 24 Bang&Olufsen tv med svingmotor Side 38 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Vertikal del Som nevnt tidligere (Kap 3.0) har vi valgt å bruke en lineære aktuatoren fordi den er sterk, presis og gratis. Den lineære aktuatoren ble testet og fungerte ikke. Den ble da demontert for å finne feilen. Det viste seg at en fjær til en av slepemagnetene var rustet sund, samt at slepmagneten satt fast. Siden det er vanskelig å oppdrive slike deler til en gammel parabolmotor fra begynnelsen av 90 tallet, ble dette utbedret med en provisorisk løsning. Vi fikk den lineære aktuatoren til å fungere fint med vår utbedring (se fig. 24 og fig. 25). Figur 25 Nederste del aktuator Figur 26 Lineær aktuator Vi nyttet Pytagoras setning når vi beregnet hvor vi skulle borre hull til lineær aktuator. Vi visste at arrnen var 15cm lang (se figur 25.). Vi måtte prøve å få den vertikale delen til å bevege seg fra 0 vertikal posisjon til 90 horisontal, gjerne mer med tanke på midnatt solen i nord. Ved hjelp av fant vi ut at dersom vi går ned 10cm på y-aksen og flytter x-aksen parallelt ned, oppnår vi et lite ekstra moment på plata som gjør at motoren ikke vil jobbe fullt så tungt, og plata vil derfor flytte seg til ønskelig posisjon på litt over 90. For den lineære aktuatoren måtte vi ha en innfesting, og vi endte opp hos Tess. De har noe som blir kalt "industriklammer". Denne passet perfekt for å holde den lineære aktuatoren. Det eneste som manglet da var en gjengestag som måtte sveises fast i ”industriklammeret”. Et passende Side 39 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL syrefast gjengestag fikk vi hos Dale Rør AS og sveisingen ble gjort hos Førde mekaniske industri AS. Den vertikale plata fikk vi hos Coop bygg. Det er en 22mm golvplate som er meget stiv og vil ikke la seg påvirket av den lineære aktuatoren, selv om den er festet på den ene yttersiden. Den vil holde til formålet sitt. Smergelpapir, lakkrens, grunning, lakk, superlim, skiver, skruer og mutrer kjøpte vi hos Biltema. Vi monterte sammen storskala modellen og testet motorene. Våre beregninger så ut til å stemme, og alt så ut til å fungere perfekt så langt. Så ble modellen demontert, og etter sliping og pussing av aluminiumsdelene, var det klart for en grundig vask med lakkrens. Etterpå la vi et par lag med grunning for at lakken skulle få best mulig feste. Siden ble modellen lakkert og satt sammen igjen. Den vertikale vinkelen i grader blir registrert ved hjelp av et lineært potensiometer. Det er det som gir tilbakemelding på hvor mange grader den vertikale vinkelen har. Vi tok et legotannhjul og skar bort innmaten. Den normale diameter på tannhjulet var 4cm og vi ønsket 7cm. Problemet er at lego er veldig spenstig og lar seg ikke bøye. Så vi tok tannringen med hjem og la den i bakerovnen. Etter få minutter ble ringen mykere og enklere og bearbeide. Den varme ringen ble presset på en snusboks som har 7cm diameter, den ble avkjøl, og vi hadde fått den ringen vi ønsket. Siden ble den nybakte ringen limt på det øret som var mest symmetrisk, og et annet lego tannhjul ble brukt som senter for hullet der potensiometeret skulle monteres. Deretter boret vi hull i rammen til potensiometeret og legotannhjulet. En snus boks ble brukt som koblingsboks her og til kompasset. Siden monterte vi legotannhjulet på potensiometeret og det fungerer utmerket. (se figur 26 og 27) Figur 27 Tannhjul i ovnen Figur 28 Tannhjul festet på modellen Side 40 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Sluttmontering Omsider var alle de bestilte delene kommet og vi var klar til å ta fatt på siste del av monteringen. Vi startet med å måle ut og bore hullene i ramma å videre opptil koblingsboksene. Deretter monterte vi nipler og strekte kabler. Kablene ble limt og stripset fast til ramma. For å finne en sikker måte å feste endebryterne, valgte vi å boret vi i godset på ramma. For så å bruke gjengetapp til å lage gjenger direkte i ramma. Det var en liten utfordring å lage en utløser mekanisme på endebryter i horisontal retning. Dette ble løst ved å bore seg inn i det bevegelige godset. Der festet vi en skrue som holder en skive og en mutter. Dersom man ønsker å forandre brytningspunktet kan man løse skruen og flytte på mutteren til ønsket brytningspunkt for så å skrue til. Etter dette kunne vi montere koblingsbokser til rammen og trekke kablene inn i boksen. Siden koblet vi ledningene til rekkeklemmer i begge boksene. Vi har valgt å bruke to koblingsbokser for å skille mellom vanlig nettspenning på 230Volt(AC) og svakstrømsdelen som er her på maks 36Volt likestrøm(DC). Dette er noe som forskriften for eletriskeanlegg krever. Vi valgte derfor å Figur 29 Storskalamodell montere mikrokontrolleren og releene i svakstrømskapet. Montering av trafoer og sikringer i 230V skapet. For at webkameraet skulle kunne stå presist tok vi en aluminiumsplate, boret hull i denne og skrudde den fast festeanordningen til kameraet. Kameraet ble siden limt fast i riktig retning på storskala modellen (se figur 8.). Oppkobling Releene styrer motor enes polaritet og strømtilførsel. Releene er tilkoblet fra Arduino utgangene 3, 5, 9, 10, 11 og 12. til GND. (Se relekoblings skjema)[X] Releene styrer strøm tilførselen til motor asimut, mens rele fire og fem styrer strøm tilførselen til motor horisontal. rele fem til åtte styrer polariteten av motorer asimut, mens releene ni til tolv styrer polariteten til motor horisontal. Uten om releene er det tre komponenter tilkoblet Arduino, GPS-en, kompasset og potmeteret. GPS-en er tilkoblet Serial port to (rx2 (17) og tx2 (16)), GND og 3,3 volt. Kompasset er tilkoblet SDA (20) og SCL (21) (Inter-Integrated Circuit), GND og 3,3 volt. Potmeteret er koblet til analog inngang 1 (A1), GND og 5 volt. I 230 volt skapet kommer spenningstilførselen til motorene, spenningstilførselen kommer fra 230 volts nettet gjennom et støpsel og inn på automatsikringen i skapet. Fra automatsikringen er kablene koblet til trafoene en og to. trafoene regulerer spenningen til ønsket nivå for motorene (3,3 volt til motor asimut, 36 volt til motor horisontal), ut fra trafoen går kablene in på rekkeklemmer x2. Etter rekkeklemmene er det koblet in to glass sikringer (500mA for Side 41 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL motor asimut, 800mA for motor horisontal). Disse sikringene er der for å hindre overbelastning av motorene, og beskytter også mot klemrings farer. 5.0 Drøfting og utvidelser 5.1 Konklusjon Det har i denne hovedoppgaven blitt designet, utviklet og produsert en komplett solfølger ved hjelp av kamera, GPS og kompass. Arbeidet ble utført på oppdrag av Høgskolen i Sogn og Fjordane avd. Førde. Utvikling av prototypen ble utført gruppen RSOL. Modellen er testet og fungerer meget tilfredsstillende. I seinere tid har det oppstått noe elektromagnetisk støy på kompasset. Det har gått en del tid på feilsøking og oppkobling av modellen. Prosjektet har gitt oss en del utfordringer og research har vært en stor del av arbeidet da mye av stoffet er helt nytt. Vi har konkludert med at å bruke GPS og kompass for å finne posisjonen av sola er mer enn nøyaktig nok, og at det ikke lønner seg å ha en optisk sensor i tillegg. Kameraet, med tilhørende PC, klarer ikke kompansere strømbruk mot produksjonsvinning. Derfor mener vi at styringsenheten presterer bedre uten kamera. Selve bildebehandlingsdelen av prosjektet har bydd på mange utfordringer, da det var et helt nytt tema innenfor programmering. Det tok tid å få til et bra resultat, men programmet fungerer akkurat som tenkt. Det ligger, vedlagt på cd, en videosnutt der legomodellen følger en lommelykt. Et problem med programmet som vi ikke klarte å løse er en memory leak. Det vil si det lekker minne en plass i openCV biblioteket. Dette fører til at programmet låser seg etter en stund pga. fullt minne. Programmet er lagt ut på diverse programmeringsforum. Det er delte meninger om hvor leaken ligger, vi har utelukket den serielle sendingen. Vi ser at det er mange som har opplevd samme problem. Programmet henter veldig mange bilder, python har en release funksjon som skal slette disse bildene etter bruk. Siden OpenCV er skrevet i C er det ikke fullt integrert med python. Vi tror det er bildene som ikke blir slettet etter bruk, dette kan være en bug i openCV. Bortsett fra det fungerer programmet bra. Designmessig er gruppen fornøyd, prototypen ser bra ut og fremstår som et solid produkt. Valg av aktuatorer, GPS, kompass og annen hardware viste seg å fungere bra. Kommunikasjonen mellom disse fungerer bra. I forprosjektet estimerte gruppa en totalkostnad på kr 5250,-. Gruppa har utnyttet de ressursene vi har og fikk tak i deler til rabatterte priser eller gratis, total pris på alle deler endte på kr 4851,-, så i følge budsjettet gikk vi med et overskudd på kr 399,-. I punkt 9.0 regnet vi ut at det vil ikke være økonomisk gunstig å kjøpe en styringsenhet for solcellepanel for en enkeltbruker. For en vanlig hytteeiger vil det være mer lønnsomt å installere flere solcellepanel enn å investere i en styringsenhet. Men om vi utvider systemet til å styre flere enheter i en solcellepark kan det være en større gevinst å hente. Gruppa synes produktet tilfredsstiller hovedmålet bra, foruten det at den skal være billig. Rapporten har en utgreiende teoretisk del om solceller. Delmålene er til dels oppfyllt, det mangler en endelig CAD-tegning av modellen. Side 42 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Tiden på slutten av prosjektet har gått litt for fort, med en eksamen midt inne i prosjektet, men vi har klart å holdt oss samla og angrepet de problem som har oppstått i prosjekt prosessen sammen og dette er viktig i et team. Alt i alt har gruppa hatt en stor læringskurve i løpet av prosjektet og er en veldig god erfaring å ha med til seinere. 5.2 Prosjektutvidelser Det er flere måter å videreutvikle både styringen og prototypen på. På prototypen kan du f. eks sette på vindbeskyttelse for å unngå skader på panelet. Det må selvsagt settes på et solcellepanel, på prototypen er det bare sett på en plate. Strømforsyning til mikrokontrolleren hadde vært idèelt å i koblingsboksen, nå må det tilføres strøm fra pc. Med en egen strømforsyning vil produktet bli ”plug-and-play”, bare sette inn støpselet så starter RSOL-enheten. En avkjølingsdel for å unngå høge temperaturer. Dette er fordi et solcellepanel blir mindre effektivt når det blir overopphetet. Begge motorene som er satt på kan også modifiseres. Motoren i den vertikale retningen kan det være mulig å sette på et vanlig snekkegir. Med tilgang på større ressurser og bedre kunnskap om lokale og eksterne aktører. Da hadde gruppen hatt økonomisk støtte til å få de delene som var nødvendig til den mekaniske og til styringen. Det ville ikke tatt så lang tid å lage den mekaniske delen. Da hadde også kanskje vært en mulighet for serieproduksjon i markedet. Side 43 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 7.0 Prosjektadmininstrasjon 7.1 Organisering Figur 30 Organnisering 7.2 Prosjektgruppen Prosjektgruppen bestod av fire studenter ved Høyskolen Sogn og Fjordane. Ola Sundt Melheim ble valgt til prosjektleder. Ola Sundt Melheim (prosjektleder) Sigvart Hatlestad Lasse Moen Runar Sunnarvik Side 44 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 7.3 Styringsgruppen Styringsgruppen: Joar Sande som prosjektansvarlig. Olav Sande og Marcin Fojcik som veiledere. Joar Sande (prosjektansvarlig) Olav Sande (veileder) Marcin Fojcik (veileder) 7.4 Møter Statusmøter Det ble holdt møter med rettledere hver 14 dag etter at for at forprosjektet var ferdig. Det var for å holde dem oppdatert om framgangen til prosjektet. Gruppemøter Prosjektgruppen hadde møter med bare gruppemedlemmer for å prøve å fordele og for å bedre arbeidsfordeling. 7.5 Målopnåelse Hovedmålet som ble opparbeidet i forprosjektet er møtt. Det er laget en prototype som regner ut posisjon og tid med GPS og kompass. Deretter stiller den seg inn etter solen med to motorer som går vertikalt og horisontalt. Prototypen er laget i en forholdsvis liten størrelse. Delmålene er utdypet punktvis nedenefor. Innkjøp av deler Alle deler som er kjøpt inn er ført opp. Vi hadde noen forsinkelser siden vi ikke gjorde det helt slik som vi sa i forprosjektrapporten. Noe på grunn av sen avgjørelse av den endelige løsningen. Programmering Programmering er foretatt av to medlemmer i prosjektgruppen. Det er brukt arduinokort, mikrocontroller og programmeringsspåket Python. Konstruering Motorene i begge retninger fikk gruppen tak i selv. Metallet som skulle være med bestilte vi ferdig formet. Resten av modellen formet gruppen selv. Side 45 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Tegninger Diverse tegninger av modellen ble laget Montering Montering ble gjort av hele prosjektgruppen i forhold til den endelige løsningen. Testing Noen tester ble gjort. Testing ved å kjøre panel bare med spenning motorene fungerte. Når vi koblet til styringen med GPS og kompasset, stilte den seg etter solen slik som planlagt. Powerpoint presentasjon Denne er laget og blir brukt på fremvisning 25. Mai 2012. Presentasjon m/plakat Plakaten ble laget i en størrelse på 600x800mm og printet ut på fotopapir Ferdigstille nettside Nettsiden ble ferdigstilt helt starten av prosjektet. Den ble oppdatert med status på prosjektet med jevne mellomrom. 7.6 Timeliste I løpet av prosjektet har alle i prosjektgruppa jobbet iherdig med sine oppgaver. Alle studentene ligger mellom 450-520 timer. Side 46 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 9.0 Økonomi 9.1 Kostnader med storskalamodell Kostnadsmessig har denne storskalamodellen blitt forholdsvis billig siden vi har klart å skaffe den horisontale bevegelsen fra en Bang&Olufsen tv. Den vertikale bevegelsen fra en akkumulator som tidligere stod på en motorstyrt parabolantenne. Vi var nede til Førde mekaniske industri as og fikk laget en U-formet ramme med tilhørende ører. De sveiset også gjengestaget til industriklammeret for å holde akkumulatoren som styrer den vertikale retningen for rundt kr 1200,- Hellenes skulle ha 56000,- for samme jobben. Ellers er det blitt innkjøpt smergelpapir, tynner og tørkepapir, lakk, osv. Utgifter Web kamera Arduino MEGA 2560 GPS Aluminiumsramme Div. materiell Biltema Div. materiell Tess Div. materiell Coop Ekstra Bygg Div. materiell Elfaelektronikk Div. materiell Dale rør Bravida Elektroskandia Total hovedprosjekt Estimert kostnad i forhold til estimert Tilgjengelig budsjett Resultat Pris [NOK] 400,519,399,1400,698,50,0,1095,0,0,191,4752,5250,- 498,Uvisst - 498,- Kommentar ramme + sveis I. klammer Lakk, tynner, skruer, koblingsboks industri klammer 22mm Golvplate trafo/ microbrytere Gjengestag Inntakssikring PG - nippler/ skapmuffe 9.2 Kostnader med storskalamodell i masseproduksjon Ved en eventuell masseproduksjon av storskala modellen vil nok stykk prisen reduseres med antallet. I regnestykket over er det ingen kostnader med noen av motorene. Det reelle er at de ville kostet ca kr 2500,- pr stk. Det er mulig at en kunne få det til halv pris dersom enn kjøper 100 stk og oppnår en slags som kvantumsrabatt. Det er mulig å oppnå enda mer dersom enn forandret på konstruksjonen og bruker samme motor i horisontal som i vertikal retning. Dersom vi seier at vi har et lite elektroverksted med ingen muligheter til å sveise legge vi denne delen ut til anbud. Side 47 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Overslag masseproduksjon (>100 stk) 2 stk 12V motorer 1 stk mekanisk ramme 1 stk koblingsboks 1 stk GPS 1 stk Mikrokontroller 1 stk kompass Div. matrialer Sum deler MVA VK og FK*2,5 Minimum utsalgspris 2500,700,150,2oo,100,140,100,3822,972,5,7293,75,12156,25,- 9.3 Motorstyring kontra fastmontert solcelle panel Vi har sett nærmere på effektøkningen motorstyringen gir, kontra stasjonære solcelle panel. Vi har kommet fram til at dersom en ved vinterstid stiller panelet i 0 dvs. helt inntil hytteveggen, siden solen er på sitt laveste vil en oppnå best ladning. På sommerstid derimot stiger solen på himmelen og når sitt høyeste punkt rundt 22 juni, det er da anbefalt å sette solpanel i en vinkel på 30 dette fører til at solpanelet er gjennomsnittelig 60% effektiv. Med motorstyring oppnår vi en jevn effekt på 100%. Vi vil vise med 2 enkle regne stykker hvordan vi kan sette disse opp mot hverandre. Vi beregner at solfølgeren vår klare å holde 2 panel på 80W og vi tar fortsatt utgangspunkt i Bergen. Med 100% effektivitet har vi 2*94752Watt dette gir en årsproduksjon på 189,5kWh/år. Så må vi trekke fra hva motorene til solfølgerer bruker som er 5,5kWh/år, vi står igjen med en år produksjon på 183,9kWh/år. Vi beregner et stasjonært solcelle som hav en effektivitet på 60% og inneholder samme antal og styrke som forige beregning dette gir da 2*94752W*0,6 som gir en årsproduksjon på 113,64kWh/år For nå å beregne effektiviteten til det stasjonære kontra solfølgeren tar vi (113,64kWh/år*100% ) / 183,9kWh/år og får 61,8% effektivitet i det stasjonære kontra solfølgeren. Vi ser litt nærmere på hva netto nåverdi analyse vil si dersom vi tar utgangspunkt i 2 hytteeiere med samme anlegg men den ene har investert i solfølger og den andre velger stasjonært og hva som kan være beste løsning. Her regner vi for enkelhet kr 5/kWh/år og 5% rente. Side 48 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL Tabell 7 NNV hytte med fastmontert solcellepanel vs NNV hytte med styring av solcellepanel Etter dagens marked er 5% noe høyt likeledes er kr 5 kW/h men dagens samfunn er blitt langt mer teknologisk, noe som fører til at oss som forbrukere krever mer energi en før. Investerer man i to 80W solcellepanel med styringen, vil man oppnå nesten samme effekt som om man kjøper tre uten styring. styringen koster 12000,- og gir en effekt på 2*100% = 200%. Dersom man investerer i tre stasjonere solsellepanel på 80W, vil dette koste bare 3000,- pr panel. Effekten blir 3*60% = 180%. det vil si at man betaler 9000,- mer for 20W ekstra effekt. 9.4 Konklusjon For vanlige hytteeiere kan det være mer lønnsomt og investere i et ekstra stasjonere solcellepanel, men i større sammenhenger som store solcelleparker kan gevinsten med å hente inn 40% ekstra energi være gunstig, dersom man får gode ammbud på mekanikken motorer og digitalt utstyr. disse parkene vil også har større areal på solcellene og vil hente mer energi ut fra hver styrings enhet. Om det vil være lønnsomt å produsere en solfølger i Norge er noe uviss, timeprisen pr arbeider er høy i norge sammenlignet med mangen andre land. Den billigste løsningen for og oppnå høyest mulig effekt, er å kjøpe flere solceller og plassere di i en 45 graders vinkel retning sør. dette er den beste posisjonen for solceller i Norge i løpet av et år. Side 49 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 10.0 Nettside Like etter at nyttår ble opprettet en wordpress side til dette hovedprosjektet, slik at vi kunne holde andre oppdatert på fremgangen på prosjektet. Wordpress er et open kildekode publiseringsverktøy som er enkelt og sette opp, vedlikeholde og bruke[16]. Helt siden nettsiden var på nett har gruppemedlemmene prøvd å Holde siden oppdatert med relevant informasjon fra prosjektet. Nettsiden ble dessverre ikke gjort noe med før forprosjektet var ferdig. Etter det ble den oppdatert ukentlig. Siden gruppen ikke har noen ekstern arbeidsgiver utenom høyskolen, trenger vi ikke ta så mye hensyn til hva vi legger ut. Det måttet vi gjort dersom vi hadde det. Siden må likevel være fortrolig nok. Adressen til nettsiden: http://prosjekt.hisf.no/~12rsol/ Side 50 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 11.0 Figur –og tabellliste Figur 1 P-type og N-type Silisium [5] ...................................................................................... 11 Figur 2 Prinsippskisse for solcelle ........................................................................................... 11 Figur 3 Når sollyset treffer [5] ................................................................................................. 12 Figur 4 Installert solfangerareal i noen land i verden pr 1000 innb ......................................... 15 Figur 5 Solcellepanel på hytta .................................................................................................. 17 Figur 7 Solcellepanel med LDR-sensorer ................................................................................ 22 Figur 6 LDR-resistor ................................................................................................................ 22 Figur 8 Frittstående stolpe ........................................................................................................ 23 Figur 9 Veggbrakett ................................................................................................................. 24 Figur 10 Fundament ................................................................................................................. 24 Figur 11 Illustrasjon av snekkeskrue med tannhjul .................................................................. 25 Figur 12 Prinsippskisse ............................................................................................................ 28 Figur 13 Digitalt kompass ........................................................................................................ 29 Figur 14 Digitalt kompass ........................................................................................................ 29 Figur 15 Potmeter ..................................................................................................................... 29 Figur 16 Trafo CEN-36 ............................................................................................................ 30 Figur 17 Trafo horisontal ......................................................................................................... 30 Figur 18 Sikring ....................................................................................................................... 31 Figur 20 5 V relè ...................................................................................................................... 32 Figur 19 Arduino Mega 2560 ................................................................................................... 31 Figur 21 Kamerfeed fra behandlet bilde(t.v) og ubehandlet bilde(t.v) .................................... 33 Figur 22 Styrings illustrasjon ................................................................................................... 36 Figur 23 Legomodell ................................................................................................................ 37 Figur 24 Bang&Olufsen tv med svingmotor ............................................................................ 38 Figur 25 Nederste del aktuator ................................................................................................. 39 Figur 26 Lineær aktuator .......................................................................................................... 39 Figur 27 Tannhjul i ovnen ........................................................................................................ 40 Figur 28 Tannhjul festet på modellen ...................................................................................... 40 Figur 29 Storskalamodell ......................................................................................................... 41 Figur 30 Organnisering ............................................................................................................ 44 Tabell 1 Effektivitet solcellepanel ............................................................................................ 18 Tabell 2 Soltimer Bergen ......................................................................................................... 19 Tabell 3 Prosentvis ytelse solcellepanel ................................................................................... 19 Tabell 4 Effekt etter antall grader mot vest .............................................................................. 20 Tabell 5 Effekt etter antall grader mot Sør ............................................................................... 20 Tabell 6 Effekt etter antall grader mot øst ................................................................................ 21 Side 51 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 12.0 Referanser 1. Artikkel om solcelle på Wikipedia, 14.02.2012 http://no.wikipedia.org/wiki/Solcelle 2. Den fotoelektriske effekten, 13.02.12 http://fornybar.no/sitepageview.aspx?sitePageID=1669 3. Solceller, 13.02 http://fornybar.no/sitepageview.aspx?sitePageID=1670 4. Artikkel på Wikipedia om diffus stråling, 04.04.12 http://no.wikipedia.org/wiki/Diffus_str%C3%A5ling 5. Vedlegg fra mail fra Christian Heinlein Ph.D. | Senior Product Manager | REC Solar AS). Power Point Presentasjon: Some PV basics (Feb 2012), 04.04.12 6. Artikkel om Norges på solenergi, 15.02.12 http://www.solenergi.no/norge-utklasses-pa-solenergi/ 7. Artikkel om støtteordninger solenergi, 15.02.12 http://www.sintef.no/Byggforsk/Nyheter/Foreslar-bedre-stotteordninger-for-solenergi/ 8. Thoring, Liv: 2011. Arbeidsnotat om Norges på solenergi. Fremtiden i våre hender. http://www.framtiden.no/view-document/475a201105norgeutklasses_paasolenergi.html, 11.04.12 9. Artikkel om solvarme i Norge, 15.02.12 http://www.enoketaten.oslo.kommune.no/article177442-5667.html 10. Fremmerlid, Thor: 2009. Artikkel om estetiske grunner solcellepanel. Rogalandsposten. http://www.rb.no/lokale_nyheter/article4052075.ece , 15.02.12 11. Artikkel om markedet solenergi i verden, 22.04.12 http://www.recgroup.com/en/aboutsolar/Solar-markets/Regional-solar-markets/ 12. Tinberg , Julie: Ukjent årstall. Jordas energikilder. Horten Vgs. http://www.skoleforum.com/stiler/annet/det.aspx?id=2735, 01.05.12 13. Lien, Anne G.: 2009. Solenenergi – Fornuftig med andre energikilder. Vi i villa. http://www.viivilla.no/Energi-og-varme/Fornybar-energi/Solenergi---fornuftigsammen-med-andre-energikilder-44465, 01.05.12 14. Artikkel om GPS, 04.05.12 http://www8.garmin.com/aboutGPS/ 15. Artikkel Store Norske Leksikon bruksområder GPS, 04.05.12 http://snl.no/GPS 16. Nettside til Wordpress, 06.05.12 Wordpress.org 17. Blix, Brynjulf: 2010. Fordelen med børsteløs motor. Dinside. http://www.dinside.no/852928/hva-er-fordelen-med-borstelos, 07.05.12 18. Wikipedia artikkel om børsteløs DC-motor, 07.05.12 http://da.wikipedia.org/wiki/B%C3%B8rstel%C3%B8s_DC-motor 19. Artikkel om elektromotorer, 07.05.12 http://www.rc-seilfly.no/motorer.htm 20. Artikkel om steppmotorer, 14.05.12 http://www.omega.com/prodinfo/stepper_motors.html 21. Wikipedia artikkel om elektrisk motor, 14.05.12 http://no.wikipedia.org/wiki/Elektrisk_motor 22. Paasche, Trond: 2011. Svartjenesten til Enova. http://miljolare.no/tema/energi/sporsmal/?offset=2277&antall=10&total=2293&q_id= 13979, 14.05.12 Side 52 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 23. Artikkel om måter å tracke solen, 20.05.12 http://www.pc-control.co.uk/howto_tracksun.htm 24. Soltimer i flere steder i Norge, 20.05.12 http://metlex.met.no/wiki/Soltimer 25. Poulsen, Søren: 2006. Teknologisk institutt. PDF solcelle handbok, 20.05.12 http://www.actec.dk/PDF/Solcelle_haandbog.pdf 26. Artikkel om montering av solcellpanel, 22.05.12 http://www.skjolberg.com/Montering.htm 27. What is Python?, 20.05.12 http://www.python.org/doc/essays/blurb.html 28. What is OpenCV?, 20.05.12 http://opencv.willowgarage.com/wiki/Welcome/Introduction 29. Informasjon om Wiring, 22.05.12 http://wiring.org.co/ 30. What is UART, 22.05.12 http://whatis.techtarget.com/definition/UART-Universal-Asynchronous-ReceiverTransmitter 31. Produktinfo GPS, 22.05.12 http://www.sparkfun.com/products/8975 32. Wikipedia artikkel om Inter-Integrated Circuit, 22.05.12 http://no.wikipedia.org/wiki/I%C2%B2C 33. Wikipedia artikkel om magnetresistans, 22.05.12 http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetoresistance 34. Datablad om HMC6352, 22.05.12 http://www.sparkfun.com/datasheets/Components/HMC6352.pdf 35. Artikkel om Java, 22.05.12 http://java.about.com/od/gettingstarted/a/whatisjava.htm 36. Om Visual basic, 22.05.12 http://www.microsoft.com/visualstudio/en-us/products/2010-editions/visual-basicexpress 37. Datablad trafo, 22.05.12 http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/391917/MEANWELL/CEN-75.html 38. How stuff works Serial Ports, 22.05.12 http://computer.howstuffworks.com/serial-port.htm 39. Python, 22.05.12 http://www.python.org/ 40. Om Arduino,22.05.12 http://www.arduino.cc/ 41. Om Ftdichip, 22.05.12 http://www.ftdichip.com/ 42. Arduino functions,22.05.12 http://www.arduino.cc/en/Math/H 43. Arduino bibliotek, 22.05.12 Side 53 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL http://arduino.cc/it/Reference/Wire 44. Arduino bibliotek, 22.05.12 http://arduiniana.org/libraries/tinygps/ 45. Artikkel mikrokontroller, 22.05.12 http://snl.no/mikrokontroller 46. Solpo kalkulator, 22.05.12 http://www.nrel.gov/midc/solpos/solpos.html Side 54 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 RSOL 13.0 Vedlegg 1. Forprosjektrapport 2. Møtereferater 3. Statusrapporter 4. Gannt-skjema 5. Motortyper 6. Rekkeklemmeskjema 7. Relè koblinggskjema 8. GPS generelt 9. Vindberegninger 10. Batteriberegninger 11. Sunpos formelen 12. Power point presentasjon, Some PV Basics på cd 13. ATmega2560 Mikrocontroller datablad på cd 14. Programmer med instruksjon på cd Side 55 av 55 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Vedlegg 1 Ola Sundt Melheim (Prosjektleder) - Sigvart Hatlestad - Runar Sunnarvik - Lasse Moen AVDELING FOR INGENIØR- OG NATURFAG FORPROSJEKT TIL HOVEDPROSJKEKT 2012 (H02-300) Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 STUDENTRAPPORT Boks 523, 6803 FØRDE. Tlf: 57722500, Faks: 57722501 www.hisf.no TITTEL RSOL PROSJEKTTITTEL H02-300 Hovedprosjekt FORFATTARAR Lasse Moen, Runar Sunnarvik, Sigvart Hatlestad, Ola Sundt Melheim RAPPORTNR. DATO 01 16.02.2012 TILGJENGE TAL SIDER Åpen 24 pluss vedlegg ANSVARLEGE RETTLEIARAR RETTLEIARAR/syt RETLEIARARsvarlege Joar Sande, Marcin Fojcik, Olav Sandeer STYRINGSGRUPPE -Prosjektansvarlig ogRETTLEIARAR faglig rettleder OPPDRAGSGJEVAR Høyskolen i Sogn og Fjordane SAMANDRAG Dette er et forprosjekt til hovedprosjektet våren 2012. Hovedsaklig skal vi lage en styring til et solcellepanel. Det skal følge solen hele tiden. Denne rapporten belyser noen løsninger som det er mulig å gjøre dette på. Den inneholder også solenergi som tema generelt. SUMMARY This is a preliminary to the main project in the spring of 2012. Mainly, we will create a controller for a solar panel. It will follow the sun all the time. This report highlights some solutions that it is possible to do this. It also includes solar power as a theme in general. EMNEORD H02-300 Hovedprosjekt. Styring av et solcellepanel, webkamera, GPS, arduino, motor, mekanisk styring, bildebehandling, OpenCV, C++, Java, Processing, Solcelleteknologi, Mini PC, Solteknologi i Norge. Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Innholdsfortegnelse 1.0 Sammendrag: ..................................................................................................................................... 5 2.0 Innledning.......................................................................................................................................... 6 3.0 Problemstilling .................................................................................................................................. 7 3.1 Bakgrunn ....................................................................................................................................... 7 3.2 Rammebetingelser ......................................................................................................................... 7 3.2.1 Ordinære ................................................................................................................................ 7 3.3 Kritiske suksessfaktorar ................................................................................................................ 7 4.0 Forskjellige løsninger: ....................................................................................................................... 8 4.1 Sensor løsning: .............................................................................................................................. 8 4.2 Webcam løsning: ........................................................................................................................... 8 4.3 GPS: .............................................................................................................................................. 8 4.4 Valg av løsning:............................................................................................................................. 8 4.5 Mekanisk løsning ........................................................................................................................ 10 5.0 Forskjellige teknologier ................................................................................................................... 12 5.1 Hvor mye energi produserer en solcelle ...................................................................................... 13 5.2 Solenergi i Norge......................................................................................................................... 13 5.2.1 Hvorfor blir ikke solen fanget i Norge? ................................................................................ 14 5.1.3 Hva må gjøres? ..................................................................................................................... 15 5.1.4 Solfangerareal i verden ........................................................................................................ 15 6.0 Organisering .................................................................................................................................... 17 6.1 Styringsgruppe: ........................................................................................................................... 17 6.2 Prosjektgruppen:.......................................................................................................................... 17 6.3 Framdriftsplan ............................................................................................................................. 17 6.4 Kontaktinformasjon om prosjekt gruppen: .................................................................................. 18 6.5 Tidsressurs:.................................................................................................................................. 18 6.6 Milepæler..................................................................................................................................... 19 6.7 Møteplan...................................................................................................................................... 19 6.8 Dokumentflyt............................................................................................................................... 19 7.0 Konklusjon ...................................................................................................................................... 20 7.1 Avgrensinger: .............................................................................................................................. 20 Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 7.2 Hovedmål: ................................................................................................................................... 20 7.3 Delmål: ........................................................................................................................................ 20 8.0 Budsjett............................................................................................................................................ 21 9.0 Figur – og tabellliste ........................................................................................................................ 22 10.0 Referanseliste ................................................................................................................................ 23 11.0 Vedleggliste ................................................................................................................................... 24 11.1 Møte referat: .............................................................................................................................. 24 11.2 Prosjektbeskrivelse .................................................................................................................... 25 11.3 Gantt-skjema ............................................................................................................................. 29 Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 1.0 Sammendrag: Denne forprosjektsrapporten viser hvordan hovedprosjektet skal styres og gjennomføres. Rapporten inneholder blant annet forskjellige mål prosjektgruppa har satt seg, og drøfting av ulike løsninger av problemstillingen. Prosjektet går ut på å lage en styring av et solcellepanel som følger sola både horisontalt og vertikalt etter solens bane på himmelen. Målet med dette er at solcellepanelet skal stå i vinkel mot solen, slik at solcellene får mest mulig effekt ut i fra sollyset. For å styre panelet, skal det brukes et webkamera med bildebehandling. Kameraet skal kunne gjenkjenne sola gjennom et bildegjenkjenningsprogram. Webkameraet står plassert vinkelrett med solcellepanelet, slik at når solen står i senteret av bildet er solcellepanelet i optimal posisjon mot sola. Vi skal også bruke GPS for å finne sola, kameraet er der for å finjustere posisjonen. Vi har laget en provosorisk modell av prototypen i Lego, senere i prosjektet skal vi laga en fullskala mekanisk prototype. I begynnelsen av forprosjektet tenkte gruppa på en enklere løsning av den praktiske delen, og en større teoretisk del. Etterhvert som idèene kom på bordet, såg gruppen at den praktiske delen ble mye større og omfattende enn i den tidligere fasen av prosjektet. Dette er noe gruppa er fornøyd med, da prosjektet blir mer rettet mot automasjon. Hovedprosjektet skal uansett inneholde en teoretisk del, men i litt mindre omfang enn tidligere antatt. Denne skal omhandle noen av de forskjellige typer solencelleteknologier som finnes, og som er under utvikling. Rammene rundt den teoretiske delen står i denne forprosjektrapporten. Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 2.0 Innledning Dette er en forprosjektrapport for hovedprosjekt ved Høgskolen i Sogn og Fjordane, avd. Førde ingeniørfag våren 2012. Prosjektet gir 20 studiepoeng og går over ca. 7 uker. Forprosjektet er en viktig periode før en begynner på hovedprosjektet. Det skal fastslå om prosjektet er mulig å gjennomføre innenfor gitte rammer. Prosjektgruppen Rsol består av Ola Sundt Melheim, Sigvart Hatlestad, Runar Sunnarvik og Lasse Moen. Prosjektansvarlig Joar Sande. Veiledere er Olav Sande og Marcin Fojcik. Vi skal konstruere en prototype styring som følger sola vertikalt og horisontalt. Styringene bør være enkel, sikker, billig og ha et lite strømforbruk. Gruppa skal også sette seg inn i solcelle-energi som tema. Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 3.0 Problemstilling Den tenkte sitasjonen er et solcellepanel som følger solen på himmelen. En styring som følger sola både vertikalt og horisontalt. Formålet er å få mer effekt ut i fra solcellepanelet til det som kan brukes til forbrukskilde. Gruppa skal også sette seg inn i solcelle-utvikling som tema. 3.1 Bakgrunn I lys av global oppvarming og relevansen til fornybar energi, er vi i gruppa fascinert av utviklingen av solenergi. Solens energi er hovedkilden til alle typer energi. Du sparer miljøet for global oppvarming ved å utnytte solens energi. Solenergi fordeles jevnt over hele jordkloden. Hvert år mottar jorda 15000 ganger mer energi fra sola enn det vi bruker i verden i dag, og i fremtiden er solenergi potensielt den viktigste energikilden. Vi tenkte å kunne prøve på å utnytte denne energien ved et solcellepanel. 3.2 Rammebetingelser Rsol ønsker å lage en styring av et solcellepanel med disse betingelsene nedenfor. 3.2.1 Ordinære Størrelse: Legomodell fullskala prototype Lite støy Webkamera som fungerer GPS Kunne gå både horisontalt og vertikalt Bør kunne være beskyttet mot vind Bør ha kjøling? Se fin ut 3.3 Kritiske suksessfaktorar Et godt gjennomført forprosjekt er kritisk suksessfaktor. Om vi får nok tid til å lage en prototype, vil dette sees på som en suksess. Et godt forprosjekt gjør at dette blir oppnådd. Vi må også komme tidlig i gang med utvikling av den valgte løsningen. Om det er mulig å starte bygging av modell parallelt med skriving av forprosjekt kan også være nøkkelen til en god prototype. Om vi klarer å få programmeringskoden til å fungere slik som den skal, er det også en kritisk suksessfaktor. Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 4.0 Forskjellige løsninger: 4.1 Sensor løsning: En måte å tracke sola på er å bruke sensorer [1]. Gruppen har sett på to forskjellige sensortyper. En LDR-sensor har høg motstand som minsker når lysinsensiteten øker. Typisk verdi er rundt 10M ohm i mørket, 10K ohm i moderat lys, og >2K ohm i direkte sollys. Tanken med denne typen styring ville vært å sette opp et solcellepanel med fire LDR-sensorer (se fig.1) Figur 2 LDR-sensor Figur 1Solcellepanel med sensorer Systemet vil styre seg, vertikalt og horisontalt, slik at alle sensorene har lik motstandsverdi, da vil solcelle-panelet stå direkte mot sola. Foto dioder kan omforme lys til elektrisk spenning. Fotodioder fungerer på samme måte som tradisjonelle solceller, men solceller har et større areal å fange sollys på. I prosjektet kunne vi brukt fotodioder til å detektere lyset på samme måte som med LDR-sensor. 4.2 Webcam løsning: Bildegjenkjenning ved bruk av kamera. En tredje måte å tracke solas bevegelser på er å bruke et kamera. Et webkamera blir plassert vinkelrett på solcellepanelet, en minipc med bildebehandlingsprogram gjør at kameraet kan kjenne igjen sola. Når kameraet har sola i sentrum er panelet i posisjon. Er sola utenfor senteret vil microkontrolleren styre panelet slik at sola blir sentrert i bildet. Fordelen med å bruke webkamera på denne måten er at styringa av panelet blir mer nøyaktig, i forhold til sensorer. Vi har også større muligheter til å utvide prosjektet i andre retninger, om dette blir aktuelt videre i prosjektet. 4.3 GPS: Vi kan bruke en GPS-mottager for å finne nøyaktig posisjon av sola. Dette vil vere en modul som sitter på microkontrolleren. 4.4 Valg av løsning: Gruppa har sett på forskjellige metoder for å følge sola, under diskusjon, med rettleder Olav Sande og gruppa, kom vi fram til at gruppa velger å bruke en kombinert løsning med GPS og Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 webkamera til å finne posisjonen til sola. Dette mener gruppa er den beste løsningen, siden panelet vil følge solas bane med GPS trenger webkameraet bare å finjustere panelet slik at det kommer i nøyaktig posisjon. GPS vil vi bruke siden systemet alltid vil vite hvor sola er uansett vær. Panelet vil også være i riktig posisjon når sola står opp. I første omgang har vi laget en liten modell i lego med to DC-motorer, der vi har laget et girsystem for å sakke omdreiningene. Seinere skal vi lage en fullskala prototype. For å kjenne igjen sola bruker vi OpenCV med kamera koplet til en minipc. Til å styre systemet vil vi programmere et Arduino Microkontroller med et transistorshield for å styre motorene. Microkontrollerene har gruppa fra tidligere prosjekt. GPS-modulen kan vi låne, evt. Kjøpe inn med skolen. Komponenter: Webkamera GPS-modul Mini pc o Hovedkort o CPU o Minne o Harddisk/Flashdisk o PSU (Power Supply) Microkontroller – Arduino UNO Arduino Transistor Shield Programvare: OpenCV Processing/C++? Arduino, Java Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 4.5 Mekanisk løsning Figur 3 Legomodell Denne modellen er den vi skal bruke å teste ut programmet til vi får en fullskala modell oppe og går. Figur 4 Frittstående stolpe Et alternativ er å kunne modifisere solcellepanel som allerede er montert på en frittstående stolpe. Tanken er da at hvem som helst skal kunne med enkle grep automatisere. Vi ser da for oss en hylse med en krans rundt (et tannhjul) som blir festet nede på eksisterende stolpe, og en annen hylse som blir tredd utenpå den første hylsa som inneholder motoren som dreier den horisontale retningen. Oppe på den sistnevnte hylsa er det da sveiset på ører som blir Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 innfestingen for eksisterende solcellepanel. Nede på hylsa vil det være tilsvarende ører til innfesting av en teleskopisk motor som kan styre den vertikale delen av solcellepanelet. Figur 5 Veggbrakett Et annet alternativ er en brakett som er festet på hus eller hytteveggen i sørlig retning. Der beveger solcellepanelet seg ut litt mer enn halve lengden av bredden av panelet slik at det kan dreies 180 grader mot øst for så å følge solen til den går ned i vest. Om kvelden eller ved eventuelt nødssituasjoner kan solcellepanelet og armen trekke seg inntil veggen om solen går ned eller at det blir for stor vindstyrke. Figur 6 Fundament Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Et tredje alternativ krever et fundament. Vi ser for oss en solid plate der en sveiser fast en bolt i midten. Et svinghjul til en lastebil, med et senterlager, blir tredd ned på bolten. Dette blir som en plattform for resten av modellen. For å kunne dreie svinghjulet, sveises det en brakett til festing av motoren i nærheten av tennene til svinghjulet. Oppå svinghjulet sveiser en fast en H-ramme som vil holde resten av solpanelet. I nederste del av H-ramma sveises det inn ekstra støttebein for symmetri for best mulig stabilitet. Likeledes en tverrbjelke øverst i H-en med støtte ned til det ene ekstra støttebeinet. 5.0 Forskjellige teknologier Allerede i 1839 ble det oppdaget at det er mulig å omdanne solenergi til elektrisitet ved av den fotoelektriske effekten, men det fikk ingen praktisk betydning før i 1920-årene. Da startet de å bruke fotoceller av selen i eksponeringsmålere. Det finnes flere måter å lage en solcelle på, og cellens effektivitet er avhengig av produksjonsmetode vi har ramset opp 6 forskjellige her. Monokrystalline celler er enkeltkrystaller av silisium skjært i tynne skiver. Har en blå farge. Den mest effektive serieproduserte cellen. Polykrystalline celler er smeltet silisium som er støpt ut i blokker og skjært i skiver. Litt lavere effektiv enn monokrystalline celler, men produksjonseffektiviteten er rimeligere. Tykkfilmceller er silisium støpt inn i tynne lag på et underlagsmaterial. Tynnfilmceller er silisium dampet på f.eks glass eller stål. Billig å produsere, men dårlig effektivitet. Galliumarsenid-celler er veldig kostbare å framstille. Har marked der plass og vekt har høy kostnad. Blir brukt i romfart. Organiske celler er nyere teknologi under utvikling. Dette er solceller av glass, fleksibelt film med Titanoksid eller elektrolytt av organisk materiale. Kort levetid, så derfor er de ikke nyttige praktisk. Dette er under utvikling [5]. De mest benyttende solcellene er laget av silisium. Produksjonsprosessen for tradisjonelle silisiumbaserte solceller starter ved at kvarts blir renset. Dette skjer ved den såkalte Siemensprosessen hvor materialet blir fordampet til gass før det renses. Det rene halvledermaterialet materialet blir så støpt i blokker. Blokkene blir så kuttet opp i tynne skiver, såkalte "Wafere" hvor hver celle har en tykkelse på 0,2mm[2]. Solcellene blir så teksturert og baksiden er behandlet (dopet) slik at forsiden vanligvis har overskudd på frie elektroner og baksiden underskudd. I grensesjiktet mellom de to områdene dannes et elektrisk felt som driver frie elektroner mot fremsiden av cellen. Bundne elektroner i solcellen kan absorbere et foton og dermed bli frie. De aller fleste av disse vil fanges inn av feltet i grensesjiktet og transporteres til cellens fremside [3]. Det påføres det et antirefleksbelegg for så til slutt brennes kontakter av sølv gjennom antirefleksbelegget og etter dette er cellen klar for å monteres sammen med andre celler. En celle produserer ca 0,48 volt og det er vanlig å seriekoble cellene slik at spenningen til likestrømsanlegget er på 12 volt [2]. Mange spør seg hvor mye energi kan en solcelle produsere og svaret på dette er at det spørs hvor bor du i landet og hvilket klima er det der. Den momentane virkningsgraden for et solcelleanlegg varierer gjennom dagen og over året som for eksempel mengde innstråling og innstrålingsvinkel. Dette betyr at et solcellepanel har en høyere momentan virkningsgrad på klare dager med mye sol, enn når det er overskyet. Problemet på solrike dager er at virkningsgraden kan synke, fordi at et panel som er blitt Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 varmet opp hele dagen, har dårligere effektivitet enn et som er avkjølt [4]. Energiproduksjonen blir målt i Wp (Watt peak). Den varierer med mengden solinnstråling. Solinnstrålingen i Sør-Norge er på ca. 800-900 kWh/år. Et solanlegg med ytelse 1 kWp i SørNorge kreves det et areal på ca 6-10 m² dersom det er montert på et skråtak. Det betyr at solcellepanelet kan produsere mellom 80-112,5 kWh/m2/år [3]. Når solcellens virkningsgrad oppgis av produsenter har de en standard testforhold som gir den maksimale energimengden solcellene kan produsere ved en innstråling på 1000W/m2 og en temperatur på 25C. Den maksimal virkningsgraden for en silisiumscelle reduseres med ca 10 % etter 25 års drift. Alle materialer har et såkalt teoretisk maksimum. Det betyr at de har en fysisk grense for hvor mye av innstrålingen som kan ømgjøres til elektrisitet. For silisium er denne grensen på 28 %. Dersom systemet kan utnytte alle bølgelengder sollyset består av, er grensen på 85 %. I 2009 har prisen på silisium sunket dramatisk med hele 60 %. Dermed har tynnfilmteknologiene mistet en fordel i forhold til krystallinske celler. Tynnfilmteknologiens fremtid vil avhenge av utnyttelse av fleksibiliteten i form og størrelse. I tillegg at den er lettere enn krystallinske celler. Solcellene blir sett sammen i forskjellige størrelser. Krystallinske celler kan bli levert med 25 års garanti [3]. 5.1 Hvor mye energi produserer en solcelle Størrelsen på et solcelleanlegg angis ikke i kvadratmeter, men i installert ytelse. Denne måles ved standard testbetingelser og angis som Wp (Watt peak). Den faktiske energiproduksjonen varierer med mengden solinnstråling; et 1 kWp solcelleanlegg produserer for eksempel i gjennomsnitt: Sør-Norge: ca. 800-900 kWh/år Sør-Tyskland: ca 900-1130 kWh/år Sør-Spania: ca 1800 kWh/år Sahara: 2270 kWh/årFor solcelleanlegg med ytelse 1 kWp behøves et areal i størrelsesorden 6–10 m² på skråtak.For et anlegg i Sør-Tyskland betyr dette at et 1 kWp anlegg genererer mellom 90–140 kWh/m2 årlig (ved montasje på skråtak). 5.2 Solenergi i Norge Norge er den ledende nasjonen innen forskning og produksjon av solenergi, men er på jumboplass når det gjelder å utnytte den i følge Framtiden i våre hender ved fagrådgiver Liv Thoring. Nasjoner som Sverige og Danmark er langt foran. [6] Solenergi kan utnyttes må to måter. Det første er oppvarming ved hjelp av solfanger og produsere strøm, ved hjelp solcelle eller i solvarmekraftverk. Det andre er solfangere, såkalt termisk solenergi, den tredje største teknologien for produksjon av fornybare energikilder i verden. Den ti ganger større enn solceller. Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 En solfanger har også et stort potensial i Norge. Et slikt anlegg kan dekke rundt 50-70 % av varmtvannsforbruket og 20-30 % oppvarmingsbehovet i året i vanlig en bolig. Ca 2/3 av energiforbruket i boliger og næringsbygg brukes til oppvarming og varmtvann per dags dato. Med tanke på at Norge mottar en årlig energimengde tilsvarende 1700 ganger av det årlige innenlandsforbruket vårt fra sola, er det mer enn nok sol til det kunne brukes som en energikilde. Innen 2020 har Enova beregnet et potensiale for solfangere i Norge på 1,6 TWh, med visse forutsetninger. Som at alle nybygg, 11 % av boliger og 50 % rehabiliterte yrkesbygg får solfangere. Det realistiske potensialet er bare 66 GWh, altså bare 4 %. 45 m² solfanger pr 1000 innbygger. [7] Figur 7 Installert solfangerareal i Norge, Sverige og Danmark per 1000 innb 5.2.1 Hvorfor blir ikke solen fanget i Norge? Når solen har så stort energipotensial, og når store deler av Europa bruker solen som energikilde som et lønnsomt og miljøvennlig alternativ, hvorfor gjør ikke Norge det samme i like stor grad? Svaret ligger vel i lav strøm – og fyringsolje, dårlige støtteordninger for å kunne bruke teknologien og lite informasjon om hvor bra denne teknologien kan brukes her i Norge. I flere land i Europa som Østerrike, Sverige, Danmark, Tyskland er det flere støtteordninger og kampanjer som gjør at folk blir klar over hvor bra teknologi dette er. Støtteordninger som er her i landet er fra Enova. De dekker 20 % av investeringskostnadene, men dette er maks 10 000 kr. Det blir lite i forhold til folk i Østerrike. De får dekket 50 % Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 uansett pris. Dette gjelder hele pakken. Med andre ord vil det si at annethvert hus har solfanger og 483 m² solfanger per 1000 innb. Dette er først og fremst politikk. Norge har i stor grad petroleumsindustri og elektrisitetsprodusenter. De har staten som viktigste aksjonær. Ved bruk av sol til oppvarming, vil det ikke bli i like stor grad behov for å kjøpe strøm. Selskaper som f.eks StatoilHydro og Hafslund som vil tape på dette. 5.1.3 Hva må gjøres? Norge må ha definert et klart mål for solvarme Øke støtten fra Enova på investeringskostnadene kraftig Samkjøring og forenkle øvrige støtteordninger uavhengig hvor du bor [8] Igangsetting av informasjonskampanjer. Krav om solfanger i nye offentlige bygg i Sør-Norge Rådgivere i hver kommune Ikke lov å forby solfangere pga estetiske grunner [9] 5.1.4 Solfangerareal i verden Figur nedenfor viser at Kypros verdensledende på solfangere klart foran Israel, Østerrike, Hellas og Australia. Som figuren viser, er Europa ganske dominerende. Kina er ikke så dominerende på denne listen, men på grunn av sin folkerikdom har de over halvparten verdens solvarmekapasitet. Norge er på en solid bunnplass. Globalt ligger veksten på 20 % årlig, og nærmere 30 millioner km² nytt. [10] Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Figur 8 Installert solfangerareal i noen land i verden pr 1000 innb Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 6.0 Organisering Organiseringen av prosjektet vårt kan deles inn 2 nivå. Styringsgruppe og prosjektgruppe Figur 9 Organisasjonskart 6.1 Styringsgruppe: Styringsgruppen består av Joar Sande, som er prosjektansvarlig og Marcin Fojcik og Olav Sande som rettledere. Kontaktinformasjon styringsgruppe: e-post: Telefon Joar Sande [email protected] 57722629 / 41440591 Marcin Fojcik [email protected] 57722670 / 91790947 Olav Sande 468 18 690 6.2 Prosjektgruppen: Prosjektgruppen består av Sigvart Hatlestad, Ola Sundt Melheim, Runar Sunnarvik og Lasse Moen. Gruppen har valt Ola Sundt Melheim prosjektleder. Gruppen har enige at oppgåvene skal fordeles i felleskap slik det passer. Når uforutsette ting dukker opp, så har vi blitt enige om å ta en demokratisk avgjørelse og avgjort ting etter hver 6.3 Framdriftsplan For å sette opp en plan for gjennomføringen av prosjektet, vart det laget et Gantt-skjema i programmet MS Project. Dette verktøyet har vi en god oversikt over hvor lenge de ulike delene og fasene i prosjektet skulle vare. Tidspunktene når de skulle være ferdige. Programmet er nyttig fordi då kan en kunne gå inn på hver aktivitet og oppdatere status på kor Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 langt du er komt med aktiviteten i prosent. Du kan også legge inn kommentarer. Se Ganttskjemaet i vedlegg. 6.4 Kontaktinformasjon om prosjekt gruppen: Medlem: Sigvart Hatlestad Ola Sundt Melheim Runar Sunnarvik Lasse Moen E - post: Telefon: [email protected] 99312563 [email protected] 92888892 [email protected] 90915474 [email protected] 41762091 6.5 Tidsressurs: Det ble sett opp en timeplan etter når det skulle jobbes med prosjekt ettersom to av gruppemedlemmene har matematikk 3 og to har praksis i bedrift. Matematikk 3 tok 6 timar uken fordelt på to dager. Praksis ble også satt desse dagene. Resten av tiden ble satt til prosjekt. Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Tabell 1 Timeplan Ti Tid me 1 08.30 09.15 2 09.30 10.15 3 10.30 11.15 4 11.30 12.15 Lunsj 5 12.30 13.15 6 13.30 14.15 7 14.30 15.15 8 15.30 16.15 Måndag Tysdag Onsdag Torsdag Fredag Prosjekt Praksis Prosjekt Matte3 Praksis Prosjekt Prosjekt Praksis Prosjekt Matte 3 Praksis Prosjekt Prosjekt Praksis Prosjekt Matte 3 Praksis Prosjekt Prosjekt Praksis Prosjekt Matte 3 Praksis Prosjekt Prosjekt Matte 3 Praksis Prosjekt Praksis Prosjekt Prosjekt Matte 3 Praksis Prosjekt Praksis Prosjekt Prosjekt Praksis Prosjekt Praksis Prosjekt Prosjekt Praksis Prosjekt Praksis Prosjekt 6.6 Milepæler Tirsdag 03.01.12 Torsdag 19.01.12 Fredag 17.02.12 Onsdag 23.05.12 Fredag 25.05.12 Onsdag 06.06.12 Prosjektstart Innlevering av prosjektbeskrivelse Innlevering av forprosjektrapport Innlevering av sluttrapport Presentasjon m/plakat Nettsida ferdigstilt. Opprydding ferdig. 6.7 Møteplan Møte ca. hver 14. dag (med innkalling, statusrapport og framdriftsplan for de neste 14 dagene). Statusmøte i gruppen hver uke. Se Gantt-skjema. 6.8 Dokumentflyt Gruppa har tidligere benyttet seg av Dropbox som et verktøy for å holde orden på alle dokumenter, dette skal vi fortsette med. I tillegg har vi tekt å bruke Googledocs, der alle medlemmene av gruppa kan skrive i samme dokument og lagre på nett. Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 6.9 Software Arduino OpenCV Processing/C++ Googlesketch Autocad 7.0 Konklusjon Gruppa har gjennom forprosjektet laget et mer interessant og spennende hovedprosjekt en opprinnelig var tenkt. Gjennom møte med rettleder kom gruppa fram til å bruke webkamera istedenfor sensorer, noe som gjør prosjektet mer omfattende en tidligere. Gruppa kom fram til at vi kunne kutte på den opprinnelige teoretiske delen av prosjektet, som skulle omhandle en svært omfattende del om solcelleteknologier som er tilgjengelig og under utvikling. Istedenfor dette skal gruppa konsentrere seg mer om bildebehandling og GPS, siden prosjektet har tatt en ny vending. Prosjektgruppa er fornøyd med den nye retningen, og mener vi har et bedre prosjekt nå en det som var utgangspunktet i starten. 7.1 Avgrensinger: Prosjektet skal ha en praktisk del og en teoretisk del. I den praktiske delen skal prosjektgruppa lage en mekanisk prototype som skal kunne følge sola ved hjelp av et webkamera og GPS. Prototypen skal ikke ha selve solcellepanelet montert, systemet skal bare vise selve styringen. Den teoretiske delen av prosjektet skal omhandle solcelleteknologi som finnes, og som er under utvikling. Vi setter fokus på hvordan vi kan på best mulig måte effektivisere bruken av solceller. 7.2 Hovedmål: Styre en fullskala prototype av et solcellepanel etter sola både horisontalt og vertikalt, ved hjelp av web kamera med bildebehandling og GPS. 7.3 Delmål: Prosjektrapport og dokumentasjon Webside og plakat Funksjonsbeskrivelse Programmering Cad tegning Teori: Solcelleteknologi Effektivisering av solcellepanel Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 8.0 Budsjett Tabell 2 Budsjett Komponenter Hovedkort CPU Minne PSU Flashdisk Kamera Arduino UNO Arduino PWR shield GPS Stål/Materiale Uforutsette utgifter SUM Antall 1 1 1 1 1 1 1 1 1 x est. Pris kr 400.00 kr 400.00 kr 250.00 kr 300.00 kr 250.00 kr 350.00 kr 0.00 Fra tidl. Prosjekt kr 0.00 Fra tidl. Prosjekt kr 800.00 mulighet for å låne kr 1,500.00 kan få dette sponsa kr 1,000.00 kr 5,250.00 Det meste av komponentene vil gruppa bestille fra utlandet, under uforutsette avgifter kommer frakt, toll og andre utgifter. Noen av komponentene har gruppa fra tidligere prosjekter. Prisene er satt opp estimert da valutakursene kan variere noe. Stål/Materiale er det muligheter for å så sponset, evt. få kappstål gratis fra lokale bedrifter. Dette er noe gruppen skal ta kontakt om snarest. Budsjettet er satt opp reelt, men noen avvik kan forekomme Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 9.0 Figur – og tabellliste Figur 1Solcellepanel med sensorer.......................................................................................................... 8 Figur 2 LDR-sensor ................................................................................................................................. 8 Figur 3 Legomodell ............................................................................................................................... 10 Figur 4 Frittstående stolpe ..................................................................................................................... 10 Figur 5 Veggbrakett............................................................................................................................... 11 Figur 6 Fundament ................................................................................................................................ 11 Figur 7 Installert solfangerareal i Norge, Sverige og Danmark per 1000 innb ..................................... 14 Figur 8 Installert solfangerareal i noen land i verden pr 1000 innb [5] ................................................. 16 Figur 9 Organisasjonskart ..................................................................................................................... 17 Tabell 1 Timeplan ................................................................................................................................. 19 Tabell 2 Budsjett ................................................................................................................................... 21 Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 10.0 Referanseliste 1. http://www.pc-control.co.uk/howto_tracksun.htm, 13.02.12 2. http://no.wikipedia.org/wiki/Solcelle, 13.02.12 3. http://fornybar.no/sitepageview.aspx?sitePageID=1669, 13.02.12 4. http://fornybar.no/sitepageview.aspx?sitePageID=1670, 13.02.12 5. http://www.skjolberg.com/Solcelle.htm, 14.02.12 6. http://www.solenergi.no/norge-utklasses-pa-solenergi/, 15.02.12 7. http://naring.enova.no/sitepageview.aspx?articleID=4201, 15.02.12 8. http://www.enoketaten.oslo.kommune.no/article177442-5667.html, 15.02.12 9. http://www.rb.no/lokale_nyheter/article4052075.ece, 15.02.12 10. http://www.iea-shc.org/publications/downloads/Solar_Heat_Worldwide-2011.pdf, 15.02.12 11. Samlet rapport solenergi240311 pdf, 10.02.12 12. Forprosjektrapport APPS for mal, 01.02.12 13. HSF. Prosjekthåndbok, 10.02.12 Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 11.0 Vedleggliste 1. Møtereferat 2. Prosjektbeskrivelse 3. Gantt-skjema 11.1 Møte referat: Referat møte 09.01.12 I prosjekt møte 09.01 diskuterte prosjekt gruppa ulike valg av hovedprosjekt. Prosjekt gruppa vurdert ulike hovedprosjekt ideer, som sol energi, snø måling, værstasjon, hytte lås og strømstyring av hytte. Gruppa kom ikke fram til et endelig valg. Til neste møte skal gruppa komme med flere ideer, og ta en avgjørelse om hvilken ide hovedprosjektet skal omhandle. Referat møte 13.01.12 I prosjekt møte 13.01 diskuterte prosjekt gruppa ulike valg av hovedprosjekt. Og kommet fram til hva prosjektet skal omhandle. Prosjekt gruppa kom med noen få flere ideer, men kom til slutt fram til at hovedprosjektet skulle omhandle en teoretisk del og en praktisk del. Den praktiske delen skal omhandle styring av solpanel både vertikalt og horisontalt etter sola. Den teoretiske delen skal omhandle solcelle teknologi. Til neste møte skal gruppa komme fram med ulike løysinger av problem stillingen. Referat møte 03.02.12 I prosjekt møte 03.02 fikk prosjekt gruppa med seg rettleder Olav Sande, for og diskuter ulike løysinger av den praktiske delen av problem stillinga. Møte deltagerne hadde sett på ulike metoder for å styre solcelle panelet. Men kom fram til at en kombinasjon av web kamera som kalender, vil være den beste løsningen. Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 11.2 Prosjektbeskrivelse Mal for prosjektbeskrivelse PROSJEKTBESKRIVELSE/PLAN PROSJEKT OR2-300 Prosjekt (tittel): Sol energi. Dato, signatur: …………………….. ……………………………… Lasse Moen Ola Sundt Melheim ….………………………… ……...........................…… Sigvart Hatlestad Runar Sunnarvik Bakgrunn: I lys av global oppvarming og relevansen til fornybar energi, er vi i gruppa fascinert av utviklingen av solenergi. Problemstilling: Den tenkte sitasjonen er et solcellepanel som følger solen på himmelen, vil det føre til mer effekt fra solcellepanelet til forbrukskilde? Hovedmål: Konstruere en prototype styring som følger sola vertikalt og horisontalt. Styringene bør være enkel, sikker, billig og ha et lite strømforbruk. Gruppa skal også sette seg inn i solenergi som tema. Delmål: Forprosjekt: Tegninger Konstruksjonsløsninger sensorteknikk Autocad tegninger Budsjett Komponentliste - Sensorer - Mekanikk - Styring Skriftlig avtale med evnt. sponsor Hovedprosjekt: Programmering Innkjøp, evt lån av komponenter og materiell. Montering Testing av prototype Fordjupning i solenergi og teknologien bak Rapport Presentasjon: Powerpoint CAD tegning Løsning Prototype Rammer: Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 HMS Tidsramme: Våren 2012 Kontortid: Gruppe medlemmene forplikter seg til å møte opp, som til en vanlig arbeidsplass. Mandag, onsdag og fredag fra kl 0830 til kl 1530 Statusmøte med lærere hver andre uke. Tidsrammer: 4 x 500 timer Tidspunkt: 19. Januar 2012 – 23. Mai 2012 Framføring: 25. Mai 2012 Ressurser: 2000 timer, med teknisk støtte fra skole og evnt. sponsor. Kostnader: Bygging av prototype. Reising og telefon. Faser / oppgaver: Utdype tekniske løsninger Estimere arbeidstimer Beregne utgifter Lage AutoCad tegning Finne og bestille deler Sette sammen prototypen Programmere Rapportskriving Arbeidsfordeling Rappotering til sponsor og prosjektansvarlig Organisering Oppdragsgivar: Høgskulen i Sogn og Fjordane, Sponsor. Styringsgruppe: Prosjektansvarleg: Joar Sande. Rettledere: Marcin Fojcik og Olav Sande Prosjektgruppe: Ola Sundt Melheim (prosjektleiar), Sigvart Hatlestad , Lasse Moen og Runar Sunnarvik. Gjennomføring/Framdriftsplan Milepæler 1. Torsdag 19.01.12 Innlevering av prosjektbeskrivelse 2. Fredag 17.02.12 Innlevering av forprosjektrapport (beslutningspunkt) 3. Onsdag 23.05.12 Innlevering av sluttrapport 4. Fredag 25.05.12 Presentasjon med Plakat 5. Onsdag 06.06.12 Nettsiden ferdigstilt Kostnader/budsjett Sensorer, styring, mekanikk og Solarpanelet gir de største kostnadene for dette prosjektet. En sponsor hadde vært kjekt å ha. Risikoanalyse og kvalitetssikring Fra 1 til 5 Risiko Sannsynleghet Kommunikasjonssvikt Sykdom Programmeringsfeil Utskriftsdato: 23.05.2012 Konsekvens 1 1 1 Risikoverdi 3 3 1 3 3 1 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Leveranseproblem For lite tid Feilkonstruksjon Økonomi Maskinstøy Mangel på verksted Overarbeid Konflikt med sponsor Ukjent teknologi Arbeidskonflikt Kollisjon med andre fag 1 1 2 2 1 2 2 1 2 2 2 1 4 5 3 1 3 4 1 4 2 2 1 8 10 6 1 6 8 1 8 4 6 Kommunikasjon: Gruppen arbeider mye på skolen og er åpen for god kommunikasjon mellom gruppemedlemmene og skolen. Gruppen benytter kommunikasjonsverktøy som mobiltelefon, facebook og dropbox. Dette gir gruppemedlemmene en mulighet til å arbeide selvstendig. Da vi ennå ikke har fått noe sponsor må vi bare innordne oss deres evnt. kommunikasjonssystem. Sykdom: Siden gruppen har 4 medlemmer burde det ikke være noe hinder forhold til fremdriftsplan siden vi har et godt kommunikasjonsmedium. Leveringsproblemer: Forsinkelser, feil eller defekte deler kan oppstå ved levering av et produkt. Ved å enten bestille i god tid eller gode forhåndundersøkelser være gode tiltak som gruppen kan gjøre for å unngå dette. Programmeringsfeil: Dersom det blir behov for hjelp på grunn av programmeringsproblem, kan gruppen benytte seg av rettledere på skolen. For lite tid: Ved å sette bestemte mål og delmål som er formet på en måte som gjør at det blir passelig arbeidsmengde på hvert gruppemedlem. Dette innebærer at hvert enkelt gruppemedlem forplikter seg til å møte til avsatt tid. Feilkonstruksjon: Vi regner med litt prøving og feiling. Økonomi: Det vil bli sett opp et budsjett i gruppen med ting som vi trenger å bestille. Det vil bli ferdigstilt i slutten av forprosjektet. Mangel på verksted: Ved mangel på verksted kan det være problem utvikle prototype. Skolen her har lite verktøy tilgjengelig, men i samarbeid med andre skoler kan det være aktuelt å låne. F.eks teknisk fagskole i Førde. Overarbeid: God planlegging og arbeidsfordeling vil gruppen holde stort fokus på. Dette for å få minst mulig overarbeid og få misnøye innad i gruppen. Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Konflikt med eventuelle sponsorar: Det kan medføre store problem for gruppen derom eventuelle sponsorer ikke holder seg til kontrakten som er skrevet, spesielt økonomisk. Ukjent teknologi: Gruppen må være forberedt på at dette kan være en ukjent teknologi. Spesielt for studenter uten så mye arbeidserfaring. Arbeidskonflikter: Konflikter innad i gruppen kan oppstå. Ved erfaring fra tidligere prosjekt kan konflikter oppstå ved at f.eks. folk ikke møter opp til avtalt tid, ikke gjør det som de er bedt om eller at det er uenighet mellom forskjellige løsninger. Det gjør at det ikke blir noe framdrift i prosjektet og alt blir gjort i siste liten. Denne gruppesammensetningen har aldri jobbet sammen. Flere av gruppemedlemmene har samarbeidet i ulike sammensetninger, så medlemmene kjenner godt til hvordan de jobber. Det vil alltid vere mulighet for at det kan oppstå noen konflikter i et hovedprosjekt. Gruppen vil jobbe for at dette ikke skal skje. Kollisjon med andre fag: Gruppen ser at det kan oppstå kollisjon med andre fag som medlemmene deltar i. Tre av medlemmene har samme fag og den siste har noe annet, men gruppen har vært enige om at hovedprosjektet er førsteprioritet. Dette betyr at hvert medlem må tilpasse sin timeplan etter det. Medlemmene har muligheter til å jobbe selvstendig. Kritiske suksessfaktorer Forprosjekt: Et godt gjennomført forprosjekt er kritisk suksessfaktor. Prototype: Om vi får nok tid til å lage en prototype, vil dette sees på som en suksess. Et godt forprosjekt gjør at dette blir oppnådd. Vi må også komme tidlig i gang med utvikling av den valgte løsningen. Om det er mulig å starte å bygge modell parallelt med skriving av forprosjekt kan også være nøkkelen til en god prototype. Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 11.3 Gantt-skjema Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Vedlegg 2 Møtereferater: Møtereferater: Til: Joar Sande, Ola Sundt Melheim, Runar Sunnarvik, Lasse Moen, Olav Sande Frå: Sigvart Hatlestad Kopi: Dato: 27/02/12 Møtereferat styringsgruppe frå møte nr. 1 Møtedato 27/2-2012 13.45-14.10 Rom: Newton RSOL Lasse er ordstyrar Sakliste 1. Godkjenning av forprosjektrapport. Alle ting som skal være med er med. Litt avvik på referanseliste og litt ufullstendige setninger på et kapittel. 2. Status fremdrift Forprosjektrapport levert inn. Legomodell og Arduino testprogram ferdig. Websida ikke komt i mål. Helst oppe å går denne uken. Har laget plan for de neste 14 dagene. Se statusrapport 3. Ressurssituasjon og økonomi Ola har snakket med diverse plasser om deler til prototype av modellen. Fagskulen har verksted tilgjengelig. Har sett opp et budsjett. Har kjøpt inn webkamera. Usikker på enda kjøp av pc. Litt skevfordeling av timer. Til nå har en person skrevet timeliste. Nå skal hver person gjøre det. Det er satt opp en disposijson til hovedrapport. 4. Risikovurdering Lego og forprosjekt ferdig 5. Avvik og endringer Websiden er ikke oppe. Vart nedprioritet pga forprosjektrapporten 6. Neste møte Neste møte med styringsgruppen er satt opp den 12/3-2012 kl 13.45 på rommet Newton Refferent: Sigvart Hatlestad Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Til: Joar Sande og Ola Sundt Melheim Frå: Sigvart Hatlestad Kopi: Runar Sunnarvik, Lasse Moen Dato: 14 mars 2012 Møtereferat frå møte nr. 2 Møtedato 12 mars 2012 13.45 – 14.00 Rom: Newton RSOL Til stades: Joar Sande, Ola sundt Melheim og Sigvart Hatlestad Sakliste: Godkjenning av referat frå førre møte Joar godkjente referat fra forrige møte Status framdrift i forhold til plan Webside oppe å går, Programmering er litt uklart. Modelllen er tegnet. Fortsatt litt usikkert om vi får hjelp og støtte fra spesialvarer i Førde Disposisjon for hovedrapport er laget. Komt gang litt på rapporten. Avvik og endringar. Avvikshandtering Programmeringen fortsatt litt usikkert. Fortsette å jobbe med det. Bestilling av deler Planar for neste periode. Kven er ansvarleg(e) Alle Webside oppdateres ukentlig Forsette rapportskriving Bygge modell Bestille deler som vi trenger Programmere Neste møte når 26 mars på rommet Newton kl 13.45 Refferent: Sigvart Hatlestad Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Til: Joar Sande, Marcin Fojcik, Ola Sundt Melheim, Lasse Moen, Runar Sunnarvik Frå: Sigvart Hatlestad Kopi: Ola Sundt Melheim, Lasse Moen, Runar Sunnarvik Dato: 26/3-12 Møtereferat frå møte nr. 3 Møtedato:26/3-12 RSOL Sakliste Godkjenning av referat frå førre møte Godkjent Status framdrift i forhold til plan Fått tak i en Bang-Olufssen tv som svinger 120 grader. Ble enige om bruke en Thandar. Siden den går på 16V. Løsningen for programmering er fortsatt eit spørsmåltegn. Skal ha møte onsdag om det. Avvik og endringar. Avvikshandtering Sigvart har annonsert solcellepanel på kjøp-salg-leige-bytte-gis bort på facebook. Har vært i kontakt i med Pollen om vi kan bruke en opamp til å forsterke fra 12 til 16V. Planar for neste periode. Kven er ansvarleg(e) Fortsette på rapport. Bygge den mekaniske delen. Finne ut om tv-en går an å bruke. Neste møte når Onsdag 11/4-12 Sigvart Hatlestad Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Til: Joar Sande, Ola Sundt Melheim, Lasse Moen, Runar Sunnarvik, Marcin Fojcik Frå: Sigvart Hatlestad Kopi: Ola Sundt Melheim, Lasse Moen, Runar Sunnarvik Dato: 11/04-12 Møtereferat frå møte nr. 4 Rom: Newton Møtedato: 11/04-12 kl 13:45 RSOL Sakliste: Godkjenning av referat frå førre møte: Joar godkjente det Status framdrift i forhold til plan: Status på programmering: Fått til kamerastyring, x og y koordinater på bilderamme. Finjustering og kalibrering gjenstår. Har funne en likning på nettet på kalenderstyring. GPS fungerer ikkje på arduino. Kanskje bruke det på pc. Kompass rett rundt hjørnet. Modell: Kjøre spenning direkte på motor. Har fått pris frå Hellenes på sveising. Kanskje litt dyrt. Kanskje bruke stål. Prøve oss fram på korleis stålet påvirker kompasset. Planar for neste periode. Kven er ansvarleg(e): - Skrive rapport - Gjere ferdig programmering og feilsøking - Sette i hop alle ting Alle er ansvarlige Neste møte når: Sigvart Hatlestad Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Vedlegg 3 Statusrapporter: Statusrapport til statusmøte 1 Dokumenterer styring og gir grunnlag for styring - skal vere kort og presis Planlagt mot utført Kort generell vurdering (inkl. forventa måloppnåing) Framdriftsplan med aktuell og planlagt framdrift Kommentarar, evt i vedlegg - Avvikshandtering Avvik med omsyn på kvalitet, framdrift og økonomi Vurdering av årsaker Forslag til tiltak, konsekvensar av tiltak og val av tiltak - Kritiske suksessfaktorar Forprosjektrapport levert inn. Legomodell laga Testprogram i arduino Websida er ikke komt i mål Websida har blitt nedprioritert, skal ha den oppe å gå i løpet av neste uke. Ta med årsaker, konsekvensar og forslag til tiltak - At vi kom i mål med forprosjektrapporten. - Bygd legomodell - Må få oversikt over OpenCV, i den forstand at vi kan lage ferdig modellen. Plan for neste periode Neste 14 dagene til neste statusmøte Utskriftsdato: 23.05.2012 Lasse har hovedansvar for å sette seg inn og lære seg open cv. Ola og Runar skal starte på den mekaniske delen. Runar starter på cad-tegning Sigvart skal jobbe med websida med litt hjelp fra Runar. Jobbe kontinuerlig med rapporten HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Statusrapport til statusmøte 2 Dokumenterer styring og gir grunnlag for styring - skal vere kort og presis Planlagt mot utført Kort generell vurdering (inkl. forventa måloppnåing) Framdriftsplan med aktuell og planlagt framdrift Kommentarar, evt i vedlegg - Avvikshandtering Webside er oppe å går Tegning er for modell er utført. Programmering ? Avvik med omsyn på kvalitet, framdrift og økonomi Vurdering av årsaker Forslag til tiltak, konsekvenser av tiltak og val av tiltak Modell - Har vært i kontakt med Førde Spesialvarer. De ville sponse oss med motor og snekkegir. Men etter gjentatte forsøk med Spesialvarer er vi ikke kommet lengre. Vi må kanskje se på andre løsninger. Webside - Mangler hovedbilde og video Deler er ikke bestilt Kritiske suksessfaktorer Ta med årsaker, konsekvenser og forslag til tiltak Modell: - Da vi har prøvd å ta kontakt med spesialvarer, håper vi at de snart tar kontakt med oss, om ikke må vi se etter andre sammarbeidspartnere. Plan for neste periode Neste 14 dagene til neste statusmøte Modell: Vi må få en avklaring fra spesialvarer, evnt. Se på andre løsninger. Forsette å skrive på rapport. Bestille deler. Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Statusrapport 3 Dokumenterer styring og gir grunnlag for styring - skal vere kort og presis Planlagt mot utført Kort generell vurdering (inkl. forventa måloppnåing) Framdriftsplan med aktuell og planlagt framdrift Kommentarar, evt i vedlegg - - Avvikshandtering Avvik med omsyn på kvalitet, framdrift og økonomi Vurdering av årsaker Forslag til tiltak, konsekvensar av tiltak og val av tiltak - Kritiske suksessfaktorar - Sigvart har annonsert solcellepanel på kjøp-salg-leigebytte-gis bort på facebook. Vært kontakt med Pollen om det er mulighet å bruke en opamp til å forsterke spenningen fra 12 til 16V. Eller at vi går for å bruke en Thander på 16V. Ganttskjema med evt kommentarar. Kan nytte same skjema som til framdriftsrapportering med evt utfyllande kommentarar. - Utskriftsdato: 23.05.2012 Programmering/styring?? kalender, GPS, kompass?? Har funnet en gratis Bang Olufssen tv som svinger ca. 120° se videosnutt, problemet er at motor er på 16V 300mA. Ta med årsaker, konsekvensar og forslag til tiltak - Plan for neste periode Har fått tak i motor som går 120° Rapporten er begynt på Disposisjon for hovedrapport Etter lite hjelp frå tools, så fann vi et firma som heter Elmeko. De var veldig behjelpelig fram til vi ville gå for den rimelige løsningen. Runar har starta med kalender, GPS, kompass Fortsette på rapport Bygge den mekaniske delen HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Statusrapport 4 Dokumenterer styring og gir grunnlag for styring - skal vere kort og presis Planlagt mot utført Kort generell vurdering (inkl. forventa måloppnåing) Framdriftsplan med aktuell og planlagt framdrift Kommentarar, evt i vedlegg - Fått klarsignal å bruke motor Klar til å bygge ramme Programmering godt i gang Kamerafunksjon fungerer Hovedrapport er startet på GPS på vei Avvikshandtering Avvik med omsyn på kvalitet, framdrift og økonomi Vurdering av årsaker Forslag til tiltak, konsekvensar av tiltak og val av tiltak Kritiske suksessfaktorar Ta med årsaker, konsekvensar og forslag til tiltak Plan for neste periode Ganttskjema med evt kommentarar. Kan nytte same skjema som til framdriftsrapportering med evt utfyllande kommentarar. - Utskriftsdato: 23.05.2012 Bygge ramme Skrive rapport Gjere ferdig programmering Sette i hop alle ting HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Vedlegg 4 Gantt-skjema Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Vedlegg 5 Motor typer Vi har sett på 3 aktuelle motortyper og valget har stått mellom likestrømsmotor med børster, steppemotor og børsteløse likestrømsmotorer. Nedenfor står det står det litt informasjon om disse. Den motoren vi har valt å bruke står i kapitlet valg av løsning. Børsteløse likestrømsmotorer Som i figuren nedenfor er børsteløse DC-motorer oppbygd i motsatt prinsipp forhold til en vanlig DC-motor. Viklingene sitter fast rundt ankeret. I alle BLDC-motorer roterer det permanente magneter. Induksjonsspolene er plassert på stator. Dermed er den stasjonær.[17, 18] Dette er motorer hvor kommentatoren og børstene er erstattet av en spesiell regulator som polvender stømmen slik at motoren dreier rundt. En bør være oppmerksom på er at det mer å hente i form av ytelse, på valg av en god regulator, enn forskjellen på de forskjellige motorene [19]. Når det gjelder dreiemomentet på børsteløse motorer, så er det forskjell. Disse turtallsmotorene er typisk 2-polet Dette gjør de til de motorene som rimeligst å få tak i. Med flere poler så øker dreiemomentet. Det seneste på motorområdet er såkalte LRK motorer. Dette er motorer som har mange poler. Vanligvis er dette antallet er 14. Dette gir disse motorene et ekstremt høyt dreiemoment[19]. Dette gjør at BLDC-motoren krever mindre vedlikehold og er mer pålitelig. Det er ingen slitasje av børster og eliminering av ioniserende gnister fra kommutatoren som gir en reduksjon av elektromagnetisk interferens (EMI). Den har en høy virkningsgrad. Typiske verdier er ca 80-90 %, der rekorden er 96 %. Børsteløse motorer finner vi i alle harddisker, DVD-spillere, vifter i PC-er, elektriske modellfly og helikopter, el-sykler, vaskemaskiner og annet utstyr. Største ulempe vi finner er prisen og at motoren har tilnærmet ingen stillstandsmoment. [17, 18, 19] Figur xx Børsteløs DC-motor Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Likestrømsmotor med børster Dette er en helt vanlig DC-motor. Det er det motsatt av en motor uten børster. Rotoren på motoren har to poler som magnetiseres av en elektrisk vikling. Det er også en stator som er permanent magnetisert. I prinsippet består kommutatoren som ligger i sentrum av rotoren av halvsirkelformede kobberlameller som tilføres strøm via to børster. De leder strømmen til viklingen. I figuren ved siden av er rotoren magnetisert med en nordpol og en sørpol. (N og S på figuren). Rotorens nordpol frastøtes av statorens nordpol og blir tiltrekket av statorens sørpol. Rotoren vil derfor rotere med klokken. Når nordpolen når fram til statorens sørpol ville statoren stoppet om ikke gapet i kommutatoren samtidig passerte forbi børstene, og strømretningen i rotorviklingen vil snu. Da snur magnetiseringen av rotoren, og dermed er igjen polene frastøtende og rotoren fortsetter. Figur xx Topolet DC-motor Det er noen svakheter med denne løsningen. Dette er gjerne den enkleste. Motoren starter ikke så lett i hvilken som helst stilling: Viss rotorens poler står rett utenfor statorens poler. Da vil den rotere kort i begge retninger. Da har den ikke noe startmoment og veldig lite pulserende moment når den løper. Børstene vil kortslutte når lamellene på akslingen ikke har et stort nok mellomrom fra hverandre. Dette er på grunn av at lamellene på kommutatoren har kontakt med børstene. Dette oppstår alltid viss det er like mange lameller som fastmonterte børster. Det blir også like mange kortslutninger pr. omdreining som det er børster. Det er derfor ofte at man velger en løsning med flere poler og lameller enn det er børster. Med noen begrensinger i en praktisk gjennomførelse vil flere poler gi et jevnere dreiemoment. Som i figuren ved siden består en enkel og praktisk DC-motor av tre poler på en aksling som får strøm fra tre lameller og to børster. Rundt de tre roterende spolene sitter det to fastmonterte magneter. Dersom statoren også magnetiseres av en spole istedenfor permanent magneter har man to måter å koble disse på. Det er vist nedenfor med forklarende tekst under. Figur xx Trepolet DC-motor Utskriftsdato: 23.05.2012 Figur xx Måter å koble spole på statoren HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 A: Parallellkobling: Stator og rotor koblet hver for seg til strømforsyningen. Blir kalt shuntmotor. Magnetiseringen i stator er konstant. Det gir en motor med et stabilt turtall og dreiemoment. B: Seriekobling: Viss rotoren kobles i serie med statorviklingen får man noe så enkelt som en seriemotor. Magnetiseringen av statoren blir stadig større når strømmen i rotoren øker. Rent praktisk betyr dette at når du har stor belastning på motoren så faller turtallet litt mens momentet øker. Blir brukt mye for traksjonsformål i tog og elektriske kjøretøy. C: En kombinasjon av serie - og parallellkobling. Blir kallet compoundmotor. Denne blir laget for å få en kombinasjon av egenskapene til disse koblingene. [21] Steppermotorer En steppermotor har samme prinsipp som en helt vanlig DC-motor. Akslingen til giret på motoren er det en rund skive i metall. Den har tenner som et grovt tannhjul. Det er en uformet magnet som denne tannformede skiven går gjennom. Denne magneten blir brukt til å registrere når tennene passerer. En tann og en puls, og en vet hvor mye akslingen har beveget seg. En stepper motor er børsteløs og har en elektrisk synkron motor som konverterer digitale pulser til mekanisk akselrotasjon. Hver motor er delt inn i et diskret antall skritt. I mange tilfeller er det snakk om 2000 skritt. Det må sendes en egen puls for hvert et skritt. Steppermotorer tas det bare et skritt i gangen, men disse er like store. For hver puls gjør til at motor roterer med en presis vinkel, vanligvis 1,8°. Motorens posisjon kan derfor styres uten en tilbakemeldingsmekanisme. Økningen av de digitale pulsene i frekvens, skrittendringene i kontinuerlig rotasjon, med rotasjonshastigheten som er direkte proposjonal med frekvens av pulser. Denne type motor blir brukt hver dag i både industrien og kommersielle programmer pga lave kostnader, pålitelighet, høyt dreiemoment ved lave turtall. Er enkel og den har en robust konstruksjon. Den er brukt i nesten alle miljøer.[20] Utskriftsdato: 23.05.2012 Figur 10 Steppermotor HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 VEDLEGG 6 REKKEKLEMMETABELL Kabelside (ekstern) X1 Apparatside (intern) pos. nr. klemme nr. pos. nr. GPS 3,3 Volt 1 3,3 Volt GPS GND 2 GND GPS TX 3 RX GPS RX 4 TX Potmeter 5V 5 5 Volt Potmeter A1 6 A1 Potmeter GND 7 GND Motor Horisontal. + 8 Rele 3. Motor Horisontal. - 9 Rele 4. Motor Vertikal. + 10 Rele 9. Motor Vertikal. - 11 Rele 10. Rekkeklemme x2. 1 12 Rele 1. Rekkeklemme x2. 2 13 Rele 2. Rekkeklemme x2. 3 14 Rele 7. Rekkeklemme x2. 4 15 Rele 8. Endebryer 1. 16 Rele 7. Endebryer 1. 17 Rele 9. Endebryer 2. 18 Rele 7. Endebryer 2. 19 Rele 10. Endebryer 3. 20 Rele 1. Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Endebryer 3. 21 Rele 3. Endebryer 4. 22 Rele 1. Endebryer 4. 23 Rele 4. Kabelside (ekstern) X2 Apparatside (intern) pos. nr. klemme nr. pos. nr. Rekkeklemme x1. 12 1 Trafo 1 + Rekkeklemme x1. 13 2 Trafo 1 - Rekkeklemme x1. 14 3 Trafo 2 + Rekkeklemme x1. 15 4 Trafo 2 - Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 VEDELGG 7 Rele koblingsskjema: Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 VEDLEGG 8 Generelt om GPS En GPS er et satelittbasert navigasjonssystem laget av et nettverk av 24 satellitter som er plassert i en bane rundt jorden som er laget av forsvarsdepartementet i USA. Originalt var GPS laget for militære operasjoner, men på 80-tallet vart systemet gjort tilgjengelig for at vanlige folk kunne bruke dette. Så lenge det er fri siktlinje til fire eller flere satellitter, vil det gi sted og klokkeslett til alle som har en GPS mottaker. En GPS vil kunne fungere i alle slags værsituasjoner og til alle døgnets tider. Det vil ikke koste noe å kunne ta i bruk en GPS. Her er noen små fakta om GPS-systemet. - Første satelitten skutt opp i 1978 Alle satelittene kom plass i 1994 Hver satelitt varer i ca 10 år. Stadig utskiftninger og sjøsatt i bane Veier ca 900 kilo og 17 meter i diameter inkludert solcellepanelene Hvordan virker det? En GPS satellitt går i en ganske så nøyaktig bane rundt jorden to ganger om dagen. Deretter sender den signal til jorden. GPS-mottakere vil ta imot denne og bruker en triangulering til å regne ut mottakerens nøyaktige posisjon. Mottakeren sammenligner tidspunktet der signalet ble sendt med tidspunket det ble mottatt. Denne forskjellen vil fortelle avstanden til satellitten. Med en slik måling fra flere satellitter, vil mottakeren si hvilken posisjon den har. Det blir vist på et elektronisk kart. En mottaker må ha et signal fra minst tre satellitter for å regne ut lenge – og breddegrad. Med fire eller flere kan den også regne ut høyde. Når dette er beregnet, kan den også beregne annen informasjon som fart, turlengde, avstand og når solen går opp og ned osv. [14] Bruksområder Bruksområder til en GPS er langt flere nå enn det egentlig var tenkt til. Når dette systemet ble det laget for militært bruk, men når myndighetene i USA bestemte at systemet skulle bli gjort tilgjengelig for alle, ble flere bruksområder og utviklingen gikk raskt. De fleste mottakerne av GPS-er før var også store og tunge. De kostet også flesk. Nå er de små og kan puttes i lommer og har et lite strømforbruk. Bruksområdene i dag mange. Navigasjon av bil, båt og fly. Samt styring av gods – og persontransport og trafikkovervåking. Automatisk stadfesting av nødanrop er fremtiden. Ute i rommet kan også GPS bestemme posisjonen romfartøyer og satellitter. [15] Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Vedlegg 9 Vindberegning Vi har tenkt litt på hvilke krefter som vil kunne påvirke storskala modellen. Vindtrykket mot storskalamodellen er avhengig av vindhastigheten, samt samspillet mellom luftstrømmen og strukturen. Vind er luft i bevegelse, trykket som oppstår kan sees på som kinetisk energi. Hvis den kinetiske energien blir omdannet til trykk, vil vi få den resulterende økningen gitt ved dette uttrykket: q = ½ * ρ * V² ρ = massetetthet luft V = Vindhastighet Formel for vindtrykket q: På modellen: Areal panel vertikal retning: 0,5 * ρ * V² 1,292 Kg/m³ 1,204 Kg/m³ 10 m/s q * areal 0,5598 m² Utregning av vindtrykket pr m²: Ved 0°: Ved 20°: Massetettheten luft ved 0°: Massetettheten luft ved 20°: Vindhastighet: Arealet på modellen: 64,6 N/m² 60,2 N/m² Ved 0°: Ved 20°: 36,16308 N 33,69996 N * http://www.knmi.nl/samenw/hydra/faq/press.html http://wiki.answers.com/Q/Method_to_determine_wind_pressure_from_wind_speed * http://www.engineeringtoolbox.com/drag-coefficient-d_627.html Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Vedlegg 10 Batteriberegninger: Regneeksempel. Vi har tatt et regne eksempel på batteri utregninger, lading, forbruk motorstyring Generelt om batteri: Prisen for et solcelle anlegg er avhengig av ønsket forbruk og årstiden hytta blir brukt. Ved beregninger må man se på antall soltimer det er i det området du oppholder deg, og om du er der sommer og/eller vinter. Med hensyn på levetid til batterier er det generelt anbefalt at man ikke lader de ut mer enn 50% på vinterstid og 70% sommerstid. Det er fordi batterisyrevekten går ned ved utlading og batteriene kan fryse i stykker. Prisene gjelder kun for solcelle pakke inkl. mva (2012). * Et vanlig solcellepanel pakke på 0,66m2 og 80 Watt koster fra kr 9.000,- . Batteri utregning: Vi tar utgangspunkt i at man ønsker et forbruk på 1000W/dag på hytta, 7 dager i uka. Dette gir et forbruk på 83,3Ah/dag* 7dager = 583,1Ah. For å kompensere med vinter sesongen på 50% trenger vi det dobbelte av Amper timer (Ah) dvs. 1166,2Ah for å kunne forsvare et forbruk på 1000W vinterstid. Dette vil medføre at man har tilgjengelig 1400W sommerstid. Tabell 3 Soltimer Bergen Jan Feb Mar Apr Mai Juni Juli Aug Sept Okt Nov Des Timer 19 56 94 147 185 189 167 144 86 60 27 12 Ah 129 371 625 977 1233 1257 1114 958 571 401 181 79 W 1544 4448 7496 11720 14800 15088 13368 11496 6856 4808 2176 952 Total 1184 7896 94752 Kilde: http://metlex.met.no/wiki/Soltimer Lading på vinterstid: Dette er det dårligste utgangspunktet. Vi regner et snitt soltimer i vinterhalvåret fra oktober til mars og vi tar utgangspunkt i Bergen. Dette gir oss da et snitt på 44,63timer/mnd. vinterstid. Et 80Watts solpanel lader ved 100 % innstråling 6,67Ah. Dette gir oss en snitt ladning på 297.7Amp/mnd og 3572Watt/mnd, for et solcellepanel. Vi kan ha et forbruk på hytta som er 583,1Ah pr 7dager, som er 50% av batteri kapasiteten. Viss vi antar at vi besøker hytta bare maks en gang pr mnd om vinteren, vil vi få 583,2Ah / 297,7Ah/mnd, det vil si at vi trenger 1,96 solcelle panel som følger sola. Lading på sommerstid: Dette gir best utgangspunkt. Vi tar snitt soltimer i sommerhalvåret. Vi regner ut snitt soltimer i perioden fra april til september og utgangspunktet er fortsatt i Bergen. Dette gi da et snitt på 153timer/mnd. sommerstid. Et 80 Watts solpanel gir da en snitt ladning på 1020,51Ah/mnd og 12246,12W/mnd. Vi kan ha et forbruk på hytta som er 816,34Ah pr 7dager, som er 70% av batteri kapasiteten. Vi antar at vi besøker hytta bare maks en gang pr mnd om sommeren. Vi vil da få 816,34Ah / 1020,51Ah/mnd , og det vil si at vi trenger 0,80 solcelle panel som følger sola. Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Dette vil si at en snitt beregning med 2 solcellepanel gjør at vi kan produsere: 2solcellepanel*153t/mnd*6,67A= 2041Ah/mnd. Vi tar 2041Ah og deler på forbruket pr dag 116,62Ah/dag, og får at vi kan være på hytta 17,5 dager med et forbruk på 1400Watt. Dersom vi reduserer forbruket til kun 1000Watt/dag, altså 50% av batterikapasiteten dvs. 83,31Ah/dag vil vi få 2041Ah/mnd delt på forbruket 83,31Ah/dag. Det betyr at vi kan være på hytta i 24.5dager Forbruk motor og styring: Vi beregner forbruket på motorstyringen. Som kjent er ofte startstrømmen til en motor 8 ganger større enn ved normal gange, dette har vi valgt å legge til for å få et mer reelt bilde av forbruket til motorene, siden det blir en del ganger i løpet av en dag at motorene starter opp og flytter panelet etter sola. Vi tenker at begge motorene går fra startposisjon til endeposisjon og tilbake, noe som vil dekke forbruket for en dag. For og legge inn ekstra tidsmargin har vi her beregnet at begge motorene går et minutt hver dag. Normalt vil begge motorene klare distansen frem og tilbake på kortere tid. Er det 365dager i et år og motorene går et minutt pr dag, gir det 365minutter pr år. For å få dette ut i timer deler vi på 60 minutter, dette gir 6,083timer/år motorene går. Horisontal motor: 3,3V *0,3A*8 startstrøm = 7,92W*6,083timer = Vertikal motor: 36V*0,6A*8 startstrøm = 172,8W*6,083timer = Micro kontroller (hjernen til panelet): 5V*0,1A = 0,5W*8760t/år = Totalt forbruk for styre-enheten er på 128.5W/år 1051,14W/år 4380W/år 5559,64W/år Vi vet at en watt er en watt uansett spenning, så vi tar totalforbruket og deler på 12V som gir 463,3A/år deler vi på 12 igjen får vi forbruk pr mnd. Som blir 38,6A/mnd. Vi ser for oss at skal man først investere i solcellepanel er det prisen på motorstyring som må legges til grunn og motorstyringens forbruk. Nedenfor har vi prøvd å gjøre noen beregninger av hvor lønnsomt dette er. Pris på solcelle panel * Prisen for et komplett solcellepanel 2x80 Watt, med veggfeste brakkete, 4 stk. 140 AGM batteri, 20A styringstavle, 50m PR kabel 2,5mm2, 10m kabel fra panel til styringstavle, 2stk koblingsbokser, 4 støpsel, 4 stk kontakter, 200 stk ledningsklips og batterikabler. I den prisen får man inkludert en lampepakke med LED belysning til kr 1750,- inkludert i prisen. Alt dette får du for kr 17650,- inkl. frakt. (ref. w.hyttetorget.no) Vi fikk et anbud fra hyttetorget, dersom vi bestilte 100 komplette pakker fikk vi en totalrabatt på 43%. Det vil si at innkjøpsprisen vår blir kr17650 - 43% rabatt = 10060,Tabellen nedenfor viser en hvor mye to enkle solcellepanel produserer og styringsenheten produserer og hva det koster å ha i bruk første året. Den viser også hvor mye en sparer i strømkostnader per år ut i fra en fast kilowattpris. Vi har tatt utgangspunkt i en tabell fra Bergen. Prisen på 5 kr pr kWh er sett pga hva det vil koste en person å få strøm på f. eks hytten gjennom e-verket. E-verket bygger ikke linje for en hytte så sant det ikke er økonomisk gunstig for dem. Eller at hytteeieren tar kostnaden for å få bygd en linje. Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 Tabell xx Bruk og kostnader hvert år Enkelt solcellepanel produserer Forbruk per år styringsenhet Netto produksjon Netto produksjon med 2 solcelle panel Kostnader: Styringsenhet Pris en kWh Totalt inntjening per år: Total kostnad første år 94,7 5,56 89,14 178,28 kWh kWh kWh kWh Kr 12156,25 kr 5,00 kr 891,40 kr 8 108,60 I tabellen nedenfor har vi regnet ut nettonåverdi for å vise om det er lønnsomt å investere i en solfølger med solcellepanel, kontra et tilsvarende solcellepanel som er fastmontert. Da har vi tatt en antatt besparelse fra tabellen ovenfor i hvert år i 25 år og sett det inn i en tabell som inneholder denne formelen: NNV= - investering + besparelse hvert år* Utskriftsdato: 23.05.2012 HO2- 300 Hovudprosjekt 2012 VEDLEGG 11 Sunpos formelen: Sunpos er en formel som bruker GPS koordinater, tid og dato, for og reine ut posisjonen til sola. Formelen kan brukes uavhengig av hvor du er, og kan brukets hvor som helst på jorda. Sunpos beregner hvor asimut og horisontal vinkelen til sola er, asimut vinkelen er den vinkelen solen har i solbanen sett fra nord. Og horisontal vinkelen er hvor høyt sola står på himmelen i forhold til horisonten. Sunpos beregner først forskjellen i dager, mellom gjeldene Julian Day og middagstid 1. januar 2000. så beregner den ekliptikken koordinater og himmelske koordinater, for så å bruke disse for å finne lokale koordinater som asimut og horisontal vinkelen. Eksempel Ønskede verdier for Sunpos: Latitude, Longitude = 45.6667, eller 5.4321 Minutes, Hours, Day, Month = Heltall verdier som 4 ,10 (ikke 04) Year = 2012 Utskriftsdato: 23.05.2012
© Copyright 2024