Lustro słoneczne - sterowanie

Witam wszystkich

Chciałbym zbudować ciekawy mechanizm lustra słonecznego, które ustawiało by sie automatycznie pod takim katem aby skierować strumień świetlny zawsze w to samo miejsce.
Urządzenie takie można by wykorzystać do doświetlania pomieszczeń w budynku od strony np. północnej. Lustro takie było by umieszczone np. 20m za budynkiem powyżej linii okien i "świeciło" w jedno wycelowano okno. W efekcie tego mielibyśmy pomieszczenie oświetlone światłem słonecznym, co jest zdecydowanie przyjemniejsze niż np. światło sztuczne lub brak światła.
Oczywiście cały ten efekt byłby widoczny przy słonecznej pogodzie.

Mam 2 pomysły na mechanizm poruszający takim lustrem:
1. Mechanizm z osią obrotową skierowana w gwiazdę północną, dodatkowo mechanizm korekty kąta położenia słońca ze względu na pory roku. Sterowanie dość proste, oś wycelowana w gwiazdę północną poruszała by sie ruchem jednostajnym ( z niewielkimi korektami ze względu na równanie czasu) raz na dobę , natomiast korekta kąta pór roku bardzo nieznacznie raz na dzień o niewielki kąt.

2. Mechanizm z osią obrotową pionową obracająca się raz na dobę oraz mechanizm z osią obrotwą poziomą ustawiającą lustro pod odpowiednim kątem. Sterowanie trudniejsze wymagające dokładnego przeliczania kątów odbicia promieni światła.

Czy ktoś z Was miałby jakieś dodatkowe uwagi, pomysły lub zastrzeżenia co do tego pomysłu? Jakie sterowanie wybrać? Na co zwrócić uwagę?

Pozdrawiam

Jest jeden zdecydowany minus - spróbuj wyjrzeć przez okno oświetlane w ten sposób..

Co masz na myśli? Czy to że słońce będzie razić? Z pewnością nie bardziej niż gdyby prawdziwe słońce było na tej wysokości.
Lustro będzie zamontowane powyżej poziomu okien tak aby "udawało" prawdziwe słońce.

Moim zdaniem, z pewnością znaleźli by się kupcy gdyby cos takiego było juz w sprzedaży.

Jak duże musiało by być zwierciadło, aby słońce można było zobaczyć ze wszystkich okien północnej ściany niewielkiego nawet pałacu ?

Nie, nie, nie... lustro będzie oświetlało np. tylko 1 okno, takie doświetlenie.
Natomiast można by zrobić lustro wypukłe, które oświetlało by np. nieco wiekszą powierzchnię, oczywiście odpowiednio słabiej.

Bardziej zastanawiam się nad systemem sterowania niż przydatnością.

a no chyb, że tak myślałem że będzie trochę niżej

Sterowanie to pestka. Raczej pytasz o algorytm wyznaczania pozycji lustra. Samo sterowanie nie jest trudne. Dwa silniki krokowe, sterownik i gotowe.

Problemem jest algorytm wyznaczający ustawienie płaszczyzny lustra.

Ja bym raczej pytał na formu gdzie są matematycy.

jak będziesz miał algorytm to resztą można się zająć.

No właśnie, chodzi o ten algorytm. Wg mnie bardziej by tu sie przydała porada astronomów niż matematyków. Kąty, sinusy i tangensy to każdy potrafi wyliczyć.
Problemem może być tzw. równanie czasu, czyli odstępstwo ruchu Ziemi wokół słońca w stosunku do ruchu jednostajnego. Chodzi o to, że ziemia porusza się po elipsie a nie po kole i stąd są pewne odchyłki.

Być może że i nie tylko ten problem może wystąpić, dlatego założyłem to forum aby wypowiedział sie większy fachowiec ode mnie.

Do arkady_pl: czy potrafił byś zrobić takie sterowanie silnikami krokowymi, jesli już będzie ten algorytm?

Jak jest algorytm to zrobić można.
Zastanów się czy nie da się tego rozwiązać inaczej - prościej.
Z tym "prościej" jest o tyle problem, że nie ogniskujesz tego w punkt tylko na pewnym obszarze.

Przeanalizuj czy myślę dobrze:
- ustawiasz lustro tak, aby oświetlało cel
- wspólnie z lustrem ma się poruszać "celownik"
- po ustawieniu lustra kierujesz celownik na słońce
- mechanizm ustawia "celownik" na słońce

Zatem według mnie skoro lustro jedzie z celownikiem a celownik jest skierowany na słońce a lustro było wcześniej ustawione poprawnie to powinno być cacy.

Moge się mylić oczywiście.

Czytam, czytam i chyba źle myślisz. Wg mnie powinno być tak:
- mam 2 celowniki - pierwszy skierowany na cel oświetlany, drugi skierowany na słońce.
- lustro natomiast musi być ustawione prostopadle do dwusiecznej kąta wyznaczonego przez oba celowniki

Krótko mówiąc pierwszy celownik wycelowuje sie raz na początku w jakiś cel, np. okno, a drugi celownik musi sukcesywnie podążać za słońcem. Lustro natomiast podążąć za dwusieczną wyznaczonego kąta. Odbity promień będzie wtedy zawsze skierowywany w cel.

Nie wiem jak można by zrobić to prościej.

jwalentek wrote:

Czytam, czytam i chyba źle myślisz. Wg mnie powinno być tak:
- mam 2 celowniki - pierwszy skierowany na cel oświetlany, drugi skierowany na słońce.
- lustro natomiast musi być ustawione prostopadle do dwusiecznej kąta wyznaczonego przez oba celowniki

Krótko mówiąc pierwszy celownik wycelowuje sie raz na początku w jakiś cel, np. okno, a drugi celownik musi sukcesywnie podążać za słońcem. Lustro natomiast podążąć za dwusieczną wyznaczonego kąta. Odbity promień będzie wtedy zawsze skierowywany w cel.

Nie wiem jak można by zrobić to prościej.

Czyli mój pomysł. Bo w Twoim pierwszy celownik podąża za śłońcem, drugi jest nie potrzebny bo lustro musi podążać dwa razy wolniej niż celownik.

Kwestia tylko podążania w obu płaszczyznach - nie w jednej - bo nasz grzejnik "porusza się" po łuku.

---------------
Zatem nastawiamy lustro aby oświetlało obiekt, nastawiamy celownik i gotowe. Gdy celownik poruszy się o dwa kroki to lustro o jeden krok.
Kwestia powrotu lustra w nocy do pozycji "0" o wybranej porze.

Ale następnego dnia Słońce nie startuje w tym samym punkcie, czyli powinna nastąpić jakaś regulacja punktu startu.

I to jest kolejny temat - jak to cudo regulowac automatycznie aby nadal tam świeciło gdzie ma świecić.

Dodano po 2 [minuty]:

Jeszcze jedno - jak mamy analizowac obraz gdy słońce zajdzie za chmury?
Co będzie gdy w dzień będzie duże zachmurzenie a słońce pojawi się 3 godziny później w innym miejscu? Będzie świeciło komu innemu np. panu policantowi w okno

Z chmurami żaden problem. Lustro będzie sterowane non-stop, czy są chmury czy nie, nawet gdyby cały tydzień nie było słońca. Sterownik, bedzie stale kierował lustrem, niezaleznie od pogody.

Czyba najlepiej zrobić sprzężenie zwrotne. Z oświetlanego okna wysyłać sygnały korygujące lustro. Wystarczy kilka fotorezystorów wyznaczających 'ramę świetlną' jak światło 'zejdzie' z jakiegoś fotorezystora to impuls do przesunięcia. Nie trzeba wtedy kombinowanej logiki.
Pamiętaj również że słońce 'chodzi' według zegarka (w trybie dziennym) i wg kalendarza (w trybie rocznym) - lub na odwrót czas 'chodzi' wg słońca.

jwalentek wrote:

Z chmurami żaden problem. Lustro będzie sterowane non-stop, czy są chmury czy nie, nawet gdyby cały tydzień nie było słońca. Sterownik, bedzie stale kierował lustrem, niezaleznie od pogody.

To musisz się wystarać o algorytm sterujący od "astronomów" i w oparciu o wieczny kalendarz wyliczać aktualne położenie a następnie wyliczać płaszczyznę lustra w funkcji połozenia celu względem źródła.

Fyszo wrote:

Czyba najlepiej zrobić sprzężenie zwrotne. Z oświetlanego okna wysyłać sygnały korygujące lustro. Wystarczy kilka fotorezystorów wyznaczających 'ramę świetlną' jak światło 'zejdzie' z jakiegoś fotorezystora to impuls do przesunięcia. Nie trzeba wtedy kombinowanej logiki.

Rozwiązanie jak najbardziej poprawne tylko wymagające interwencji u odbiorcy, który niekoniecznie może się godzić na instalowanie czegoś w środku mieszkania albo "szpecenia" mu ściany frontowej.

Dodano po 19 [minuty]:

I wymagane jest zapewnienie transmisji danych, zasilania urzadzenia dodatkowego i parę innych problemów jak chocby praca na różnych częstotliwościach(kanałach) itp. Wiem, że można stosowac kolejne mądre układy i kolejne technologie ale nie tędy droga. Układ nalezy maksymalnie uprościć i skondensować w małej przestrzeni, zmniejszyć jego wagę i prądożerność.

Jedno co się nasuwa to zamontowanie do tego mechanizmu baterii słonecznych bo szkoda tracić energię.

Też nad czymś takim myślałem.
Wszystkie celowniki, itd. nie są potrzebne - pozycję słońca da się określić w dowolnej sekundzie. Współczesne mikrokontrolery mają wystarczającą moc i pamięć by przeprowadzać takie obliczenia w czasie rzeczywistym.
Dodatkowo wszelkie czujniki będą źle reagowały na zachmurzenie, przelot ptaków, kupy ptaków, itd.

Ja zwróciłbym uwagę, że takie doświetlenie chyba potrzebne byłoby tylko wieczorem. Rano idzie się do pracy/szkoły, w południe zawsze jest jasno. Natomiast w domu najczęściej przebywa się wieczorem i wtedy jest największe zapotrzebowanie na światło.
Poza tym nie da się przy pomocy jednego lustra oświetlić północnego okna przez cały dzień. Można doświetlać przez większą część doby tylko jeżeli lustro będzie znajdowało się wysoko nad domem. Ale wtedy konstrukcja musi byc odporna na wiatr, więc mechanizm obrotowy musi być bardzo wytrzymały - inaczej lustro poleci z wiatrem.

moim zdaniem lepszym rozwiązaniem jest umieszczenie lustra nisko na ziemi i doświetlanie wyłącznie wieczorem zapewni to stabilniejsze mocowanie oraz prostszy i delikatniejszy mechanizm obrotowy.

Najlepiej rozrysuj sobie na kartce dom, okno, położenie słońca o różnych porach doby i optymalne położenie lustra.

Myślę, że powinieneś zacząć od przeczytania tego, co znajdziesz w Google pod "śledzenie słońca". Są tam odpowiedzi na większość pytań i wątpliwości.

Urządzenia takie budują również amatorzy (np. do sterowania bateriami słonecznymi), było to opisywane także na elektrodzie.
Pozdrawiam

Tak jak napisał jwalentek, ale tylko jeden "celownik", bo po co drugi. Lustro jest zamocowane na stałe, jego ruchy też są znane, położenie okna też się nie zmienia - ustala się je tylko raz, w stosunku do lustra, przy montażu lustra. Celownik przy lustrze określa kąt do słońca. Wtedy procesor oblicza jak ma ustawić lustro - to już tylko problem geometrii (trochę kątów i sinusów). Ruchy słońca są wolne, więc czasem obliczeń nie warto się przejmować.
Budowa celownika. Chyba wystarczą 3 fototranzystory (lub diody) ustawione pod odpowiednimi kątami co 120*, ewentualnie odpowiednio przysłonięte, trzeba by to było sprawdzić i dobrać doświadczalnie, bo teoretyzowanie tu bez sensu. Chodzi o to aby procesor mógł obliczyć kierunek z którego czujnik ten jest najbardziej oświetlony w danym momencie.
Astronomią i ruchami słońca nie zawracał bym sobie głowy, bo po co wpisywać do sterownika sztywne dane, od tego jest ten układ regulacji który się dostosowuje do bieżącej sytuacji.

Co do zastosowania. Nie wszyscy chodzą na godziny do pracy gdzieś tam daleko. Jak na przykład masz prywatny interes i montujesz elektronikę u siebie w warsztacie a tak niestety się złoży że okno masz np. od północy i zmienić tego nie możesz, to chyba ten pomysł z lustrem to ci się spodoba. A przypadki u ludzi są różne i różne mogą być potrzeby doświetlenia pomieszczeń.

Do RAPELC: owszem, jeden z celowników jest ustawiany raz na początku i to wszystko. Ale co jeśli np. zechciał być oświetlać sąsiednie okno? Po to ten drugi celownik. A wszystko zmierza do tego, że lustro musi być ustawione jak napisałem prostopadle do dwusiecznej kata pomiędzy tymi dwoma celownikami.

Co do fotoelementów - zrezygnowałem z tego na poczet precyzyjnych obliczeń astronomicznych. Po 1 taki układ regulacji musiał by pracować praktycznie bez przerwy, stale oscylując w jakimś niewielkim zakresie kątów np. 0.1° co było by widać na świetle odbitym, tzn. byłby efekt drgającego lustra. Nie wspomnę już o dużej konsumpcji energii elektrycznej. A propos, ktoś wspomniał, bardzo podoba mi się pomysł baterii słonecznych, w końcu liczymy na dużo słońca w tej całej zabawie, a ciągnięcie zasilania do układu to spory kłopot.

Rozpocząłem już obliczenia algorytmu obliczania niezbędnych kątów w czasie, jak sie okazuje nie jest to duży problem. Teraz zastanawiam się w jaki sposób podać te dane do sterownika. Nie jestem automatykiem z wykształcenia i nie programuję takich sterowników. Zatem proszę o debatę na temat sposobu podania danych do sterownika.
Do wyboru może być:
1- wyznaczenie wzoru matematycznego ( ale ostrzegam , będzie skomplikowany) i umieszczenie go w programie sterującym sterownika
2- wyznaczenie tez dość sporej tabeli ustawienia lustra w danej chwili roku. Tu pytanie co ile minut podać wyniki? Drugie pytanie - załóżmy, że np. podam co 5min w tabeli kąt ustawienia lustra to nie będzie dużym błędem, jeśli pomiędzy tymi 5-cio minutowymi odcinkami ustalimy ruch jako jednostajny.

Tu sprecyzuję, że w tabeli będą podane w rzeczywistości nie katy a ilości kroków silników krokowych poruszających mechanizmem.

Opiszę jeszcze jak mógłby wyglądać mechanizm lustra:
- obrotowy talerz z pionowa osią obrotu
- pierwszy silnik krokowy będzie poruszał właśnie tym talerzem (znalazłem dzisiaj ciekawy, gotowy, niedrogi mechanizm który można zastosować do tego celu - obrotnica do anten satelitarnych o dokładności 0,1° - to wystarczy z pewnością). Podaje link http://www.satserwis.pl/pokaz.php?nazwa=oferta/14/1411.dat
- na tym talerzu będzie stało lustro (prawie pionowo) na zawiasie u dołu, jak gdyby podparte ruchomym siłownikiem liniowym
- siłownik liniowy będzie sterował kątem lustra w pionie

Tu dodam, że do tego celu można również zastosować siłownik od anteny satelitarnej, ale dokładność mniejsza ok. 0,5mm na 1 krok, co daje ok. 0,5° dokładności kata, ale powiedzmy, że na początek wystarczy. Siłowniki takie pobierają bardzo mało prądu.

Czy ktoś podjął by się zaprogramowania sterownika do poruszania tymi siłownikami wg ustalonego algorytmu?

Doz prostszym i gotowym rozwiązaniem problemu byłoby zastosowanie montażu paralaktycznego i ew rozbudowanie go o lustro. Ot cała filozofia! On sam podąża za słońcem:)


Kombinujecie jak koń pod górę a w astronomii od dawna są takie gotowe urządzenia np:
Link

Rzeczywiście bardzo ciekawe te urządzenia, mozna się na nich wzorować, ale widzę tu pewne trudności:
- one tylko podążają za słońcem, lub innymi ciałami niebieskimi, a nam potrzeba ustawiać lustro w dwusiecznej kąta pomiędzy słońcem a celem
- są dość delikatne, a nam trzeba bardziej wytrzymałe
- są to urządzenia do pracy krótkotrwałej, np. przez 1 noc, a nasze urządzenie ma pracować lata i to bezobsługowo, uwzględniać pory roku, równanie czasu, nie budzić domowników o świcie blaskiem słońca, itp...
- trzeba by napisać jakieś dodatkowe oprogramowanie do sterowania a jak znam życie producent nie udostępni danych do sterowania
- montaż który mógłby sie nadawać nawet tymczasowo do prób kosztuje kilka grubych tysięcy złotych, myślę, że domowym sposobem można by zbudować cały nasz mechanizm nie przekraczając 1000zł

Jak widzę już prawie wszystko co mam do napisania było powiedziane, ale może jeszcze nie do końca.
Ja widzę to tak:
Napęd obrotu lustra (opisuję tylko jedną oś) jest przez przekładnię przeniesiony na "wykrywacz słońca" ale z podwojeniem kąta (np. na osi zwierciadła kółko zębate i na osi "wykrywacza" kółko z dwakroć mniejszą liczbą zębów [dla zachowania kierunku trzecie kółko pośrednie], albo pasem/łańcuchem). Napędzamy zwierciadło ale warunkiem równowagi jest wcelowanie "wykrywaczem".
To samo powtórzone dla drugiej osi (może być oddzielny "wykrywacz", jeden poziomy drugi pionowy). Osie wybrane jak komu wygodnie - H/V albo montaż paralaktyczny.
Zerowanie: ustawiamy osie "wykrywaczy" równolegle z osią prostopadłą do zwierciadła i cały ten interes wycelowujemy w wybrane okno.
Jako wykrywacz chyba najprościej (dla kierunku poziomego) pionowa blacha i po obu jej stronach fotodiody i obie na komparator. Jak słońce z boku to jedna bardziej oświetlona. Można też dać coś progowego żeby się zanadto nie trzęsło wokół położenia optymalnego.

I jeszcze przyda się nocny usypiacz układu, bo inaczej skieruje nam w okno najsilniejszą latarnię.

Ja mam pytanie. Chciał bym zrobić lustro wklęsłe np z czaszy anteny satelitarnej. Wie ktoś jak to zrobić? Są jakieś farby lub substancje do tego.....

Tniesz lustro na małe kwadraciki i wyklejasz tym czaszę.

Z tym wyklejaniem to nie bardzo bo dużo roboty i dokładność nie za wielka. Może jakaś farba typu chrom a na to lakier bezbarwny i potem polerka... Jak ktoś robił coś takiego lub ma jeszcze jakiś pomysł to poproszę.

Chyba dobrze trafiłem!!!
Niedawno zbudowałem z kolegą kolektor skupiający o średnicy 2m ( ze starego talerza od anteny satelitarnej), wszystko działa jeśli chodzi o podgrzewie, problem stanowi śledzenie słońca.




Nie chce stosować układu z fotodiodami tylko sterownik ustawiający kolektor do słońca wykorzystując proste równanie matematyczne uwzględniające szerokość i długość geograficzną na której się znajdujemy.
Wiem, że takie układy są i szukam ewentualnych producentów zarówno sterownika wraz z silnikami krokowymi (jedyne sensowne rozwiązanie), nie chce budować czegoś od zera. Ze strony mechanicznej nie mam problemu więc mogę całość przekonstruować na potrzeby układu sterowania.
Podobne układy stosowane są przy sterowaniu teleskopami nawet amatorskimi, może ktoś z was ma jakieś namiary.
Proszę tylko nie pisać o programach solar tracker itd, lub „wyszukaj w Google”, sam program nic mi nie da bez dalszej elektroniki i silników sterujących, z którą i tak sobie nie poradzę.
Liczę na trafione odpowiedzi.

Szukam takiego lustra już od dawna! dla mnie zrobć takie sterowanie to coś co lubie najbardziej - gorzej z tym lustrem. Licze na współprace musze mieć tylko takie lustro jeżeli dowiem śię jak je zrobić to je zrobie lub jeśli trzeba kupię. Sterowanie w funkcji zegara (miesiąc dzień godzina) zrobie można dorobić korekcje od fotodiod - to proste . Udostępnie program tylko prosze o szybki kontakt.

Dodano po 2 [minuty]:

Acha - sterowanie zrobie silniki i sterownik + mechanikę zamówie u znajomego

Witam,
Cieszę się, że ktoś w końcu się tematem zainteresował!
A teraz do sedna sprawy:
Talerz wykonany jest jak już poprzednio wspomniałem z anteny satelitarnej o śr . 2m, antena jest aluminiowa znaleziona gdzieś na złomowisku, jak likwidowano nadajniki telewizji naziemnej.
Antena jest okrągła (w przeciwieństwie do większości anten, które są paraboliczne) wyklejona od strony zwierciadła samoprzylepną folią srebrną. Folię taką kupiłem w sklepie papierniczym, służy do produkcji reklam itd. Antena klika lat była na zewnątrz i folia się nie odkleiła. W kilku miejscach jest przytarta ale przy tej średnicy nie ma to żadnego znaczenia.

Myślę, że warto poszukać anteny a nie robić jej od podstaw, chyba, że ktoś ma doświadczenie w laminatach z włókna szklanego to jak najbardziej, trwałe i wytrzymałe.
W razie konkretnych pytań proszę dawać gdyż mój sprzęt stoi i ozdabia okolicę a nie produkuje kW-ów.
Pozdrawiam

super - mam takich anten , niestety stalowych 3 szt jutro jade szukać folii. Konstrukcje podejrzałem, ale mam pytanie co jest w ognisku? Odchodzi jedna gruba rura:?: Jeszcze jedno pytanie organizacyjnejak działają te wasze układy do zmiany ustawienia - obrotowy i góra dół czy do obrotowego można podłączyć silnik (z przekładnią ) a ten góra dół trzeba mechanizm linkowy?

W ognisku jest wymiennik ciepła składający się z obudowy o wymiarach ok fi 160 i długim na ok 150mm. W ogniskowej jest płyta miedziana, której większość znajduje się wewnątrz wymiennika (ok. 3,5kg miedz z jakiegoś wkładu grzejnego znalezionego na złomie), tak duża ilość miedzi akumuluje dużą ilość ciepła, którą dalej przekazuje przepływającej wodzie. W wymienniku są króćce wlotowy i wylotowy (dwa przewody-rury) oraz do pomiaru temperatury, całość ocynkowana. Ogniskowa nie musi być skupiona w jak najmniejszym punkcie ponieważ aż za bardzo nagrzewa miedz na małej powierzchni co zwiększa straty ciepła.

Z uwagi na dużą masę wymiennika wraz z izolacją (której u mnie jeszcze nie ma) i odległość od zwierciadła ok 90cm, należy pamiętać o zaprojektowaniu całej ramy tak aby środek ciężkości był jak najbardziej z tyłu ( tutaj zbiornik wyrównawczy jest chociażby za zwierciadłem). Umożliwi to swobodne przestawianie zwierciadła podczas pracy.
Obrót w poziomie to przekładnia zębata i najlepiej silnik krokowy, którego na razie brak.
W pionie najlepiej mechanizm śrubowy z przekładnią zębatą do z silnika krokowego. Na razie jest mechanizm śrubowy do otwierania bram ale ze zwykłym silnikiem, który nie zdaje egzaminu (chodzi o silnik).

Jakie wyniki uzyskaliście z kolegą na tym zwierciadle. Temperatury wejścia/wyjścia, moc cieplną?

Pozdrawiam.