Solarflieger

GC

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Solarflugpropeller

Solarflugpropeller

Hi Holle,

dass wir beide andere Lieblingspropeller haben, ist leicht zu erklären (15x 13 und 10x17 für Solarflug).

Ich komme vom Dauerflug mit Akkus. Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad beim Propeller erreichen zu können ist eine Strahlgeschwindigkeit, die etwas über der Fluggeschwindigkeit liegt optimal zum Höhe halten. Bei dieser Art zu fliegen lasse ich den Motor einen Stunde lang durchgehend laufen und zwar mit mehr oder weniger konstanter Drehzahl. Die Spannung nimmt in dieser Stunde ganz allmählich ab und ich erhöhe in dieser Zeit minimal die Gasstellung.

Beim Solarflug hat man ganz andere Verhältnisse. Man kämpft mit starken Spannungsschwankungen.

1. Ist die Strahlgeschwindigkeit durch starke Bewölkung, bzw schlechten Einstrahlungswinkel und schwache Energielieferung durch die Solarzellen geringer als die Fluggeschwindigkeit, so bremst der Propeller und sein Wirkungsgrad wird negativ. Abhilfe schafft man entweder durch Abschalten des Motors oder durch eine hohe Steigung des Propellers.

2. Bei "Durchschnittlicher" Sonneneinstrahlung wird somit die Strahlgeschwindigkeit des Propellers etwas mehr über der Fluggeschwindigkeit als bei meinen Dauerflieger liegen und einen etwas geringeren Wirkungsgrad haben.

3.Wenn die Sonne dann voll scheint, sinkt der Wirkungsgrad zwar noch etwas, aber es steht dann relativ viel Leistung zur Verfügung, so dass ein guter Steigflug erreicht werden kann.


Somit ist unmittelbar einzusehen, dass Dein Lieblingsprop 10x17 für Solarflug mit Sicherheit die deutlich bessere Wahl ist, denn es werden alle Bestrahlungssituationenn gut abgedeckt. Ich hoffe ich habe keinen Denkfehler begangen.

Generell ist zu sagen, dass im Zweifelsfalle ein Prop mit zu großer Steigung immer besser ist als mit zu kleiner Steigung, wenn man nur den Wirkungsgrad des Props betrachtet und alles andere außer 8 läßt.

Ist das eigentlich ein Speedprop von Dr. Markus Koch, den Du einsetzt oder ein spezieller für den Solarflug?
 

Dix

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Zur Erinnerung:
Ein Propeller ist nichts anderes als ein Tragflügel, welcher auf einer Schraubenbahn entlangläuft.
Der Tragflügel hat einen Grundriss, eine (bzw mehrere) Profilierungen und seinen Betriebsbereich. Der optimale Betriebsbereich kann schmal- oder auch breitbandiger werden.
Die Geschichte mit dem Betriebspunkt und dem "Anstellwinkel" ist nicht ganz trivial, da mehrere Parameter reinspielen (Fluggeschwindigkeit, evtl Boen, Motordrehzahl).

Der von Gerhard ist auf genau einen besten Betriebspunkt hin optimiert.
Der von Holger ist elastischer. Das heißt im besten Betriebspunkt etwas schlechter, auf einen breiteren Bereich aber geeigneter (2robuster") gegen Abweichungen vom Optimum.
 

FamZim

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Hallo

Das man bei Solarflug mit großen Spannungsschwankungen zu tun hat ist auch nur relatief, denn das gleicht ja die Elektronik aus.
Eher ist der Stromabfall das Problem.
Ich denke das ein Prop , der normal 80 % ETA hat, bei nur 20 % an Stromleistung noch nicht bremst , da das für die Verluste ja noch ausreicht, erst darunter bremst Er.

Gruß Aloys.
 

GC

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Hallo Holle,

darf ich Dich fragen, ob Du den 10x17S und eine 10x17B fliegst? (Langsam ist das schon Werkspionage von mir;)) Ich vermute mal den B.
 
Moin Gerhard
So genau weiss ich das garnicht, das ist einer von den, die Ralph(Powercroco) selbst laminiert hatte, ich hatte den vom ihm in Bad Wünnenberg bekommen. Ich frag mal nach, das ist der mit dem breitem Blatt.

Eine gute Alternative ist, wie gesagt, auch der 11x12 Aeronaut, aber das ist alles auch Motorabhängig, Mittelstück habe ich so kleines vom Freudenthaler, der Andy hat da aber gerade die HM-Leicht-Spinner im Angebot, wiegen etwas dasselbe. Mit den Aeronatusystem (schwerer !!!) wäre noch plus minus 5° drinn, so das die 11x12 etwa von 11x10-11x14 eingstellt werden kann.

@Aloys, genau die Spannung wird ja möglichst konstant gehalten, der Strom schwankt, der Antrieb ist durch die Elektronik quasi "hyperelastisch", das Gegenteil der Heliregelung, diese ist ja Quasi "hyperdrehzahlsteif".

Drehzahlsteif: Drehzahl ändert sich wenig, der Strom schwankt stark
Drehzahlelastisch: Drehzahl schwankt stark, Strom ändert sich wenig.

Im Winter will ich endlich die SimonK (BL-Heliversion) angehen, die Heliregelung von konstanter Drehzahl auf konstanter Spannung umproggen, im Momant raucht mir da noch der Kopf bei den Codes.... :D Dann brauchen wir garkeine Elektronik mehr vor dem Regler, aber kommt Zeit, kommt Code.......

Bei den Arduinos bin ich jetzt nach zwei Ausflügen (Pro Micro USB = Zicke ;) sowie Pro Micro 5V 16Mhz) beim Pro Micro 3,3V 8Mhz gelandet (ohne USB), der wiegt weniger, verbraucht weniger, ist kleiner, und macht alles was man ihn sagt :D
(dennoch ist der Nano nicht schlecht, bei größeren Modellen eher handlicher, und durch das USB komfortabler).

Über den RAW-Pin mag der Spannung ab 3,5-12V man kann ihn projektabhängig also auch direkt ans Solar klammen, oder auch an die Empfängerstromversorgung, die 3,3V sind bei weiteren Aufgaben sehr "entgegenkommend", z.B. für Telemetrie.

Auf die Rückseite passt perfekt so ein kleiner Laderegler mit dem TP4057 Chip was 100-500mAh Ladestrom für 1S, bis etwas über 8V Eingangsspannung für die Empfängerstromversorgung.

@Gerhard, wenn Du magst, kann ich Dir mal ein Platinchen fertigmachen, ich muss nur Deine Solarspannung (möglichst Leer und am MPPT) wissen.
 
Ein paar Bilder

Der Arduino wird einfach zwischen Regler und Empfänger gesteckt.

Auf dem Nano sitzt auf der Rückseite der kleine Laderegler, das funzt aber nur bis zu einer Solarspannung mit etwa bis zu 8Volt.

Ein 1S Lipo (<100mAh reicht) wird irgendwo gesteckt, z.b. am Empfänger, der Laderegler kümmert sich um den Rest.

Am Regler müssen zwei Sachen noch geändert werden: (ist nicht auf dem Bild)
Ein zusätzlicher Kondensator LowESR 1500-2200uF muss mit in die Stromleitung
Das Rote Kabel der Servoleitung wird am BEC abgelötett/abgeknipst, und kommt direkt an Solarplus. BEC brauchen wir ja nicht, und so fungiert sie dann als Versorgung für den kleinen Laderegler und zugleich als Sensorleitung für die Steuerung.

Auf den Bilder sieht man die beiden Widerstände für den Spannungsteiler, und den Kondensator für die Referenzspannung (dadurch wird der Wert absolut gemessen, ohne Kondensator wird nur im Verhältniss zur Betriebsspannung gemessen), sowie meine bescheidenen Lötkünste (alles viel zu klein für jemanden der sonst lieber an Röhrenverstärkern bastelt :D, musste da die vorhendenen Stifleisten wieder rauslöten)
Ich habe einfach frech das USB Buchsenblech als Masse missbraucht, funzt gut.
 

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Verschieden interessante Platinen, als Grössenreferenz eine Kombizange:

Mini BEC 500mA mit bis über 20V Eingangsspannung 1,5g
Laderegler 1S bis 500mA bis 8-8,5V Eingangsspannung 0,8g
Arduino Pro Mini 3,3V 8Mhz 2,2g
Arduino Pro Mini 5V 16Mhz USB 2,3g
Arduino Nano 5V 16Mhz USB 4-5g

Vergessen: das Bluetoothmodeul HC-06 hat etwa grösse vom ProMini 2,9g (es gibt auch kleinere).
Das BT Modul kann man einfach anschliesen, und sendet dann die Daten live zum Smartphon/Notebook, einen Art simple aber stromschluckende Einstellhilfe/Telemetrie für 5€.
BTW. Das HC-06 eignet sich auch bestens für HOTT-Sender zum EInbau, um Modell und Logdaten mit Smartphone und Notebook auszutauschen, Sprachübertragung (Vario-Kopfhörer)ist damit aber nicht möglich. Das Orginal BT Modul kostet sonst um die 80€.


Sooo, genug des Monologes ;)
 

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War mal wieder fleisig
Liliput Solarregler zum stecken zwischen empfaenger und BL-Regler auf basis vom ATtiny.

Der BL-Regler muss nur minimal modifiziert werden.

Kleiner und leichter wirds kaum noch gehen .....funzt wunderbar, auch wenns ne "schwere Geburt" war (sind ganz schön zickig, die kleinen ATtinys, absolutes Neuland :D)
 

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GC

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Was ist denn das? Sieht aus wie eine dicke Lötstelle unter Schrumpfschlauch??? ;)
 
Moin Gerhard
Nene, da ist der kmpl prozessor in dem schrumpfi, ok ein paar Lötstellen sind da auch :D
Ich denk am WE hab ich den Lilliput soweit das alles perfekt ist, probelauf hat er grad abgeschlossen, dann mach ich ein paar zum testen fertig. Ist ja viel angenehmer einzubauen als der arduino.
 

GC

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Holger,

wenn ich das so sehe, was Du machst, muß ich sagen, dass ich Lichtjahre;) hinterher bin! Ich bin begeistert!

Jetzt fahre ich erst mal für 2 Tage auf die Waku um durch andere Energien oben zu bleiben.
 

GC

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Mühsam nährt sich das Eichhörnchen. Ich bin jetzt einen kleinen Schritt weiter. Die Spannung wird auf 7,5V herunter "gestept".

Der Motor läuft auch schon mit Sonnenenergie - aber zu schwach. Entweder scheint die Sonne zu wenig oder die Solarzellen haben einen zu schlechten Wirkungsgrad oder beides.
 

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derjuwi

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Respekt Holger! Vor nicht all zu langer Zeit hattest du noch groessere Probleme beim Programmieren, ich sehe das du inzwischen viel gelernt hast :)

Ich habe lustigerweise vor ein paar Monaten genau sowas programmiert - da haetten wir mal besser Zusammengearbeitet. Allerdings muss ich anmerken das ich bei deiner Software ein paar Mankos sehe, Beispielsweise die Impulsmessung ohne Interrupts, was bei deinem Programm im Zweifel einiges an Verzoegerung bringt. Auch kann man die Servoausgabe ueber Timer oder sogar ueber HW Timer loesen. Ich hab dir mal meine alte Arduino Version angehaengt - nicht aufgeraeumt aber du bist inzwischen glaube ich fit genug damit arbeiten zu koennen.

Code:
// ARDUINO Based MPPT
// Julian Wingert, 26.04.2015
//

#include <Servo.h>

#include <PinChangeInt.h>

// Modify this at your leisure.
#define RC_REC_PIN A4


#define REGLER_LEERLAUF  9500
// Notice that values that get modified inside an interrupt, that I wish to access
// outside the interrupt, are marked "volatile". It tells the compiler not to optimize
// the variable.
volatile unsigned long int start_rc_value=0;
volatile unsigned int rc_read_value = 0;

const int analogInPin = A0;  // Analog input pin that the potentiometer is attached to
const int analogOutPin = 9; // Analog output pin that the LED is attached to

int sensorValue = 0;        // value read from the pot

Servo regler;
unsigned int regler_value;

unsigned int sweet_spot_voltage = 1024;

volatile unsigned int watchdog_count = 0;

volatile unsigned int do_change_out_pwm = 0;


void interruptFunction() {

  
  uint8_t rc_pin_state = digitalRead(RC_REC_PIN);
  if(rc_pin_state == 1){
    start_rc_value = micros();
  }else{
    if (start_rc_value > 0){
      rc_read_value = micros() - start_rc_value;
      if(rc_read_value > 2100 || rc_read_value < 900){
        watchdog_count = 0;
      }
      if (rc_read_value > 2000){
        rc_read_value = 1000;
      }

      if (rc_read_value < 1000){
        rc_read_value = 0;
      }else{
        rc_read_value = rc_read_value - 1000;
          watchdog_count = 1000;
          do_change_out_pwm = 1;
      }
    }
  }
  
}


void setup()
{
  pinMode(RC_REC_PIN, INPUT_PULLUP);
  
  attachPinChangeInterrupt(RC_REC_PIN, interruptFunction, CHANGE);
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("MPPT Regler Online!\r\n");
  	
  
  regler.attach(9);
  regler_value = REGLER_LEERLAUF;
  regler.writeMicroseconds(REGLER_LEERLAUF / 10);
}

void loop()
{
  //check watchdog count
  
  if(watchdog_count < 10){
    sweet_spot_voltage = 1024;
    regler_value = REGLER_LEERLAUF;
  }else{
    watchdog_count --;
  }
  // read the analog in value:
  //if (do_change_out_pwm == 1)
  {
    do_change_out_pwm = 0;
    sensorValue = analogRead(analogInPin);
    sweet_spot_voltage = rc_read_value;
  
    if (regler_value < 20000 && sensorValue > sweet_spot_voltage){
   		regler_value +=6;
  	}
  
    if (regler_value > REGLER_LEERLAUF && sensorValue < sweet_spot_voltage){
  		regler_value -= 25;
  	}
 

    	regler.writeMicroseconds(regler_value / 10);
  }
  delay(1);
  //Serial.print("SSV: ");
  //Serial.print(sweet_spot_voltage);
  //Serial.print("PWM: ");
  //Serial.println(regler_value);
  
}

Was wichtig ist ist die Schrittgroesse fuers hoch- und runterregeln, sowie die schnelle, harte Abschaltbarkeit.

Und auch ich habe mir einen Flieger gebaut

Lightsaber heist das Schaetzchen

IMG_20150907_171658.jpg

Einlaminierte Zellen:
IMG_20150907_171706.jpg

Aufbau:

Flaeche geschnittenes Styrodur, belegt mit 12x SunPower C60 selektierten Zellen, Toplage 50g Glas, D-Box 110g Spread Tow.
Rumpf ist ein SAL Rumpf eines Bekannten, Solarsteuerung ist eine Eigenentwicklung mit integrierter Telemetrie.

Zum selektieren verwende ich ein selbstgebautes Messgeraet auf einem Xenon Stroboskop basierend das eine UI Kennlinie der Zelle erstellt.
damit kann man die faulen Eier Problemlos herausfiltern. Darf ich fragen wie du das machst Holger?

Die Steuerung ist eine Kleine von mir entwickelte Telemetrieeinheit:

singer_2_top.jpg

Basiert auf einem 32MHz Prozessor mit hochpraezisem Strom/Spannungssensor. Hier habe ich genug Rechenleistung um den MPPT geometrisch sauber zu bestimmen.
Auserdem liefert er mir noch in Echtzeit alle Relevanten Parameter auf meinen Sender :)

Die Solarzellen sind einfach von eBay, allerdings muss man die Zellen messen da ca. 10-20% Faule Eier mit bis zu 10% weniger Wirkungsgrad drunter sind.

Soo :)

Gruesse Julian
 

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derjuwi

User
Butter bei die Fische...

Butter bei die Fische...

Moin!

ich bin grade bei ein einfaches Setup das problemlos nachbaubar ist fertigzustellen.

Motor wird ein Multirotor Motor, da diese dem Solar aehnliche Anforderungen haben, Teillastbetrieb, geringe KV, hoher Wirkungsgrad im TLB.
Ich bin fast fertig die SimonK Software zu ueberarbeiten das Sie eine einfache Spannungsregelung beherrscht, sobald ich das getestet habe werde ich einen Branch auf GitHub aufmachen.
Die Zellen gibt es von zwei Quellen, einmal aus England und einmal aus Polen, beide ueber eBay zu beziehen. Wer vermessene Zellen will darf sich gerne per PN an mich wenden, allerdings habe ich grade etwas wenig Zeit. Wer um Hamburg wohnt darf selbstverstaendlich gerne seine Zellen bei mir messen.

Ich teste gerade noch zwei potentielle Motoren und sobald ich durch bin werde ich mal eine Stueckliste posten.
Oder interessiert das hier garnicht mehr? Ist so ruhig geworden ;)

Gruesse Julian
 

Ondas

User
Hi,
Ich fände das sehr cool, da ich Solarflieger megaspannend finde. Wahrscheinlich würde ich mir die relevanten Infos speichern, nachbauen dürfte die nächsten 1 1/2y schwer werden, da ich gerade das 2.mal Vater geworden bin. Wenn hier sich alles eingespielt hat, sehe ich mir den Ordner mit gespeicherten Fliegern durch und schaue, für was Zeit und Geld (Haus wurde auch noch gebaut) da ist.
Warum erzähle ich das? Ich weiß den Aufwand zu schätzen und nur weil ich oder auch andere nicht sofort mit Nachbauten antworten, heisst das nicht, dass nicht irgendwann nachgebaut wird.
Ralf
 

GC

User
Moin!

ich bin grade bei ein einfaches Setup das problemlos nachbaubar ist fertigzustellen.

Motor wird ein Multirotor Motor, da diese dem Solar aehnliche Anforderungen haben, Teillastbetrieb, geringe KV, hoher Wirkungsgrad im TLB.
Ich bin fast fertig die SimonK Software zu ueberarbeiten das Sie eine einfache Spannungsregelung beherrscht, sobald ich das getestet habe werde ich einen Branch auf GitHub aufmachen.
Die Zellen gibt es von zwei Quellen, einmal aus England und einmal aus Polen, beide ueber eBay zu beziehen. Wer vermessene Zellen will darf sich gerne per PN an mich wenden, allerdings habe ich grade etwas wenig Zeit. Wer um Hamburg wohnt darf selbstverstaendlich gerne seine Zellen bei mir messen.

Ich teste gerade noch zwei potentielle Motoren und sobald ich durch bin werde ich mal eine Stueckliste posten.
Oder interessiert das hier garnicht mehr? Ist so ruhig geworden ;)

Gruesse Julian

Hallo Julian,

das interessiert hier doch sehr. ES gibt bestimmt einige, die gebannt und gespaannt mitlesen und vor lauter Ehrfurcht sich nicht mehr trauen, etwas dazu zu sagen.

Leider wohne ich ziemlich weit von Hamburg entfernt ...
 
Ja, es gibt begeisterte Mitleser, die bisher stumm blieben. Bitte berichtet weiter. Noch fehlt mir die Zeit. Aber ein Solarflugzeug möchte ich gerne bauen.

LG
Ralf W.
 

derjuwi

User
Ok Ok ;)
genug Ego gestreichelt...

Motor:
motor.png

kostet 28 Euro.

Der funktioniert von 12-16 Zellen (6,4V - 9,6V) und hat die wichtigen Eigenschaften:

Der Wirkungsgrad muss bei geringer Einstrahlung (30-50%) hoch sein, bei voller Einstrahlung ist er nicht so wichtig - da hat man eh Power.
Der IMPP liegt bei der C60 Zelle ca. bei 6Ampere, d.h. von 3A-4A sollte der Motor den hoechstmoeglichen Wirkungsgrad haben. Da hat man naemlich nur Grenzwertig Leistung zur Verfuegung.

Luftschraube 12x13, 11x12 sollte gut gehen, je nach Profil und Zellenzahl. Wer mag kann den Motor ja selber ins DC eintragen und herumspielen.

Zellen bekommt man auf Ebay Beispielsweise unter der Nummer: 252042714010

dort kann man sich auch das Video zum verloeten ansehen sowie die benoetigten anderen Teile bekommen :)
Und NEIN, wir vergiessen nicht mit Silikon ;)

Wenn Ihr Zellen testet, benutzt KEIN Halogen oder Sonstiges Kunstlicht. Es funktioniert recht gut:

Halogen-Metalldampflampen (nur mit elektronischem Vorschaltgeraet, die anderen Flimmern mit 50Hz was das Messen erschwert)
Xenon Licht

Letzteres ist nahezu unmoeglich bezahlbar zu bekommen, ausser als Stroboskop - was einen dann allerdings vor die Aufgabe stellt waehrend eines 5 Millisekunden dauernden Blitzes zu messen (geht :) )
Ersteres bekommt man gebraucht billig ebenfalls auf eBay.
Mit ein Paar 0,1Ohm Widerstaenden kann man sich dann eine primitive Messeinrichtung bauen mit der man zumindest die schlimmsten Ausfaelle erkennen kann bevor man verbaut.

Achtung - die Zellen zerbrechen vom Ankucken! Ernsthaft, wirklich empfindlich!
Die Zellen ausschliesslich mit Handschuhen anfassen. Alles andere Hinterlaesst Flecken die nicht entfernbar sind. Die Zellen kann man nicht reinigen, aufgrund der speziellen hochempfindlichen Oberflaeche.

Verbaut werden die Zellen unter 50g oder 25g Glasgewebe. Zum Thema Steuerung koennte der Nanite85 ganz gut gehen bis ich mit der SimonK Software durch bin (oder Holger...)
Den gibt es fuer 6 Euro bei Watterott.com und der hat einen USB Bootloader, was das Einspielen von Software recht angenehm macht.

Flaechenaufbau... Was recht einfach gehen sollte und keine Besonderen Anforderungen stellt waere eine oben Beplankte Rippenflaeche. Auf das Beplankungsbalsa oben kann man dann bevor damit Beplankt wird das Zellenarray aufgebracht werden, vorzugsweise im Vakuumsack, sonst auch per normalem verpressen.

Wenn man Zellen verpresst muss immer eine Harte Platte auf den Zellen aufliegen, niemals direkt im Sack aufbringen, immer etwas wie eine GFK Platte oder Hartfaserplatte zwischen Zellen und Vakuumsack einbringen damit die Zellen nicht aufgrund der unebenheiten durch das loeten brechen.

Meine Flaechen sind in SAL Positivbauweise gehalten, Nase als Carbonbox, vollflaechig mit 50g Glas im Sack beplankt. Bei der naechsten Flaeche werde ich beim Bauen mal die Kamera mitlaufen lassen. Da ich aber auch in ein paar Wochen Nachwuchs erwarte und wir vermutlich auch noch umziehen in den naechsten Wochen koennte es sein das das noch etwas dauert ;)

Wenn Fragen Sind bitte stellen, wenn jemand mir Hilft koennen wir gerne eine Wiki Seite zum Aufbau und allem drumherum machen...

Gruesse Julian
 

GC

User
Hallo Julian,

Dein Motor ist nicht schlecht. Nur warum finde ich ihn nicht im Drivecalc? Habe ich eine alte Version 3.4?

Man könnte doch einen Halogenlicht eines KFZs benutzen?

Wie schwer ist denn Dein Flieger und wieviel Watt braucht er denn um Höhe zu halten?

Warum muss es denn der tabbing wire sein? Ist feine Litze nicht genauso gut?
 
Hallo Julian,

Auf welche (notwendige) Bestrahlungsstärke ist Dein Flieger ausgelegt und an wie viel Tagen im Jahr (Zeitfenster) könnten wir das Modell einsetzen?

Vielen Dank u. mfG
Robert R.
 
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