Für die Rentabilität einer Photovoltaikanlage ist die jährliche Sonneneinstrahldauer ein wesentlicher Faktor. Üblicherweise nicht berücksichtigte Effekte wie Schneebedeckung und Wolkenbildung können mit einer eigenen Messstation erfasst werden.
Zutaten
- Rechner Aopen MX36LE-U, Intel Pentium III 733
- 512 MB RAM
- Hitachi 40 GB 2,5" HD
- iTuner picoPSU-60-WI
- Acer 19 V Notebooknetzteil
- zwei Solarzellen von Conrad (4 V/35 mA)
- zwei Widerstände 22 Ohm
- zwei Widerstände 1 MOhm
- Klingeldraht
- 3,5" Klinkenstecker
Beschreibung
Für die Rentabilität einer Photovoltaikanlage ist die jährliche Sonneneinstrahldauer ein wesentlicher Einflussfaktor. Üblicherweise nicht berücksichtigte Effekte wie Schneebedeckung und Wolkenbildung können mit einer eigenen Messstation erfasst werden. Die Nutzung einer Soundkarte als NF-Oszilloskop ist bekannt – der Rest ist selbst gesponnen.
Das Projekt ist ein drei Teile gegliedert: Bereitstellung des Analogsignals, Digitalisierung des Analogsignals, Minimierung des Stromverbrauchs.
Gemessen werden soll die solare Einstrahlleistung auf einer Fläche, der Spektralbereich ist entsprechend der Empfindlichkeit von Silizium zu wählen.
Hierzu nutzt man den Kurzschlussstrom einer bei Conrad erhältlichen 4V/35mA-Silizium-Solarzelle. Der Kurzschlussstrom verhält sich näherungsweise proportional zur Einstrahlleistung. Schließt man beide Pole der Zelle mit einem 22-Ohm-Widerstand kurz, baut sich bei einem Maximalstrom von ca. 35 mA eine Spannung von 0,77 V auf – dies ist für diesen Zweck hinreichend nah am Kurzschlussfall. Die Spannungsänderung zwischen Nacht und Mittagssonne ist dabei für die Digitalisierung ausreichend groß.
Als AD-Wandler wird die onboard-Soundkarte (Line-In-Eingang) der Aopen Hauptplatine verwendet. Zur Gleichspannungsmessung werden die Kondensatoren des Eingangshochpasses mittels kleiner Drahtstücke überbrückt (siehe Abbildung). Danach liegt zwischen Masse und Signaleingang jedes Line-In-Kanals eine kleine Spannung an. Senkt man diese durch Überbrücken mittels eines 1-MOhm-Widerstandes ab, schlägt der AD-Wert bei einer Soundaufnahme nach unten aus und behält konstant einen Wert bei.
Zur Messung fertigt eine Software kurze Audioaufnahmen (in der Regel ca. 5 s lang) an, bildet den Mittelwert über alle Stützstellen der Aufnahmedauer und ordnet den Mittelwert einem Aufnahmezeitpunkt zu. Momentan wird alle 6 Sekunden ein Messwert parallel auf zwei Kanälen erzeugt. Die Messdaten kann man anschließend in eine Analysesoftware laden (in meinem Fall Matlab), dort kalibrieren und für Auswertungen nutzen. Das eigentlich Interessante ist nämlich die Auswertung der Daten am Rechner.
x86-Hardware ist deutlich verbrauchsintensiver als z.B. eine Mikrocontroller-basierte Lösung. Deshalb sollte man hier etwas Hand anlegen. Durch Senken der Taktrate des Prozessors auf 366 MHz, Absenken der Kernspannung auf 1,05 V sowie der Verwendung eines picoPSU-Netzteils in Verbindung mit einem effektivem Notebooknetzteil kann man die Leistungsaufnahme auf knapp unter 11 Watt im Messbetrieb senken.
Weiterhin ist es ratsam, den Rechner in einer massiven Metallkiste zu verstauen, um brandschutztechnisch auf Nummer sicher zu gehen.
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