Hallo
Ich möchte euch hier das Solarprojekt von Daniel006 und mir vorstellen.
Es ist ein Solar-Nurflügler darauf ausgelegt, den ganzen Sonnentag in der Luft bleiben zu können.
Kurzum, es ist uns geglückt
Als Plattform haben wir uns für den Albatros XXL von kuestenflieger.de entschieden.
http://www.kuestenflieger.de/modelle/albatros/index.html
Ein Nurflügler mit 1m² Fläche bietet bei nur 2m Spannweite sehr viel Platz für Solarzellen. Generell gilt dieser Nurflügler als sehr effizient.
Aufgebaut ist der Flieger aus einem EPS Kern und einer Laminierung aus Packband. Diese Kombination erschien uns zunächst als nicht sehr robust, doch wir waren überrascht wie stabil die Flügelhälften sind. Das größte Argument für diese Materialeien ist das geringe Gewicht.
Die Flügelhälften werden nur mit Packband zusammen geklebt. Auch hier waren wir wieder überrascht wie gut das hält (Jeder Tapestreifen längs der Flügelhälften wird so mit der anderen Flügelhälfte gekoppelt, das hält so gut als wäre der Flieger in einem Stück Laminiert worden).
Anfangs hatten wir den Antrieb an der Nase, da wir so den Schwerpunkt besser hinbekommen wollten. Auch wäre der Antrieb etwas effizienter als am Heck.
Die Winglets haben wir nach hinten versetzt, da wir so der Verschattung der Solarzellen durch die Winglets entgehen wollten. Das hat leider nicht geklappt, da der Flieger um die Hochachse sehr instabil wurde. Deshalb sind die Winglets normal montiert und der Motor wanderte ans Heck.
Bei unseren Testflügen konnten wir feststellen dass wir mit 3A an 15V (rund 45W) stabil die Höhe halten können (später hat sich dann noch gezeigt, dass auch mit 40W noch auf Höhe bleiben können)
Die Grundlast der Utilities liegt bei ca 3W
Nachdem wir den Flieger gut eigeflogen hatten und der Autopilot gut eingestellt war, haben wir den Schritt gewagt und die Solarzellen angebracht.
Die Solarzellen werden jeweils mit 6 Lötstellen verbunden und sind mit doppelseitigem Klebeband mit dem Flügel verbunden. Dieser Aufwand ist recht groß (180 Lötstellen). Außerdem dürfen die Solarzellen nicht zu heiß werden und sollten keine Flussmittel-Spritzer abkriegen.
Das Anbringen der Solarzellen ist großer Schritt, denn Solarzellen sind extrem brüchig und empfindlich gegen Feuchtigkeit und Schmutz. Eine harte Landung und die Solarzellen brechen (Haben die Festigkeit von hauchdünnen Glasplatten). Beschädigte Solarzellen kann man nur austauschen, wenn man den ganzen Strang tauscht.
Zum Schutz haben wir ein extra leichtes Landegestell aus Draht an den Flügelenden und an der Nase gebaut:
Um die Solarzellen gegen Feuchtigkeit zu schützen und um die Flügelform beizubehalten, haben wir sie mit Frischhaltefolie bedeckt und angepresst. Die Solarzellen sind soweit biegsam, dass sie sich der Flügelform etwas anschmiegen können.
Hier sieht man die Folie wenn sie nicht ganz gespannt ist
Zum Setup:
Photovoltaik-Zellen:
30x Sunpower C60 125x125mm (max ETA: 22,5%)
Solarzellenfläche: 0,467m² (Ecken fehlen)
Autopilot:
Ardupilot 2.5 mit Arduplane FW
Ublox GPS
Airspeed-Sensor
Voltage/Current Meter
RC:
EzUHF 4ch RC-Rx
FPV:
Mini 90° Live Cam
Minimosd
Antrieb:
Brushless DC Motor: 4220 650kv
Hobbywing X-Rotor ESC - 20amp
Carbon folding propeller 11x10’’
4S3,6Ah 30C SLS Lipo
Betrieb und Verschaltung der Solarzellen:
Normalerweise werden Solarzellen über einen „Maximum Power Point Tracker“ (MPPT) betrieben.
Ein MPPT ist ein elektronisches Gerät welches die Solarzellen so betreibt, dass die maximale, aktuell verfügbare, Leistung genutzt wird. Dabei geht es konkret um die Kombination zwischen Spannung und Strom. Hier sieht man den Leistungsverlauf entlang einer typischen Solarzellenkennlinie.
In unserem Fall sieht die Kennlinie so aus (Sunpower C60):
Wir haben uns gegen einen MPP-Tracker entschieden. Diese Geräte sind recht groß und schwer und sind mit Wandlungsverlusten verbunden.
Auf den Albatros XXL lassen sich 30stk der 125x125 Zellen anbringen. Der MPP jeder Zelle ist je nach Einstrahlung im Bereich von 0,55V. Da bietet es sich an, die Zellen in Serie zu verschalten, denn 30x0,55=16,5V => Das passt zu einem 4S Lipo.
Das heißt wenn die Lipo Spannung möglichst hoch gehalten wird, lassen sich die Zellen auch effizient betreiben, ohne extra Gerät und Wandlungsverlusten.
Es ergibt sich folgender Spannungsbereich:
4S Lipospannung: 13,2-16,8V
Solarzellenspannung: 0,44-0,56V
Das ist unser Arbeitspunkt-Fenster:
Die Solarzellen sind über einen elektronischen Schalter mit dem System verbunden. So lässt sich der Betrieb steuern und ein Überladen des Lipos verhindern.
Der Stromsensor kann nur das Entladen des Lipos messen, Stromfluss in die andere Richtung zeigt er mit 0A an. Das ist zwar schade, aber praktisch nicht weiter schlimm. Wenn 0A angezeigt werden wissen wir, dass wir den Lipo laden. Wie schnell ist zwar interessant, aber praktisch egal. Den Ladeschluss erkennen wir an der Spannung.
Durch gezieltes EIN und AUS schalten der Solarzellen, lässt sich die ungefähre aktuelle Solar-Leistung ermitteln (schwankt aus vielen Gründen ständig).
Praktisch wird so geflogen, dass der Flieger möglichst wenig verbraucht (langsam). Dann wird der Flieger so ausgerichtet dass die Einstrahlung möglichst groß ist (Richtung Sonnen, wegen der Winglet Verschattung)
Wenn man dann mit dem Strom unter 0A kommt, kann man entscheiden ob man die überschüssige Energie zum Laden verwenden will, oder ob man mehr Gas gibt (zb um Höhe zu gewinnen oder schneller wohin zukommen)
Zum Flugtag:
Es war der 16. April gegen 11:30
Die Solarkonstante lag bei 1367W/m². Nach der Atmosphäre war die Einstrahlung bei ca 990W/m².
Laut der Boku Wien war die horizontale Einstrahlung am Boden bei 760W/m². Das ist ein recht hoher Wert. Der Sonnenhöhenwinkel lag bei 50°. Am 21. Juni ist das Maximum (Sonnenhöchststand).
Die Umgebungstemperatur lag bei 23°C, also nicht zu heißt, was für die Temperaturverluste der Solarzellen günstig ist. Wind gab es fast keinen.
Gewicht (AUW): 1660g
Wir haben die Solarzellen erst in der Luft zugeschaltet, da der Akku beim Start vollgeladen war. Außerdem gibt es das Problem, dass wenn die Winglets die äußeren Zellen verschatten, dass diese sehr heiß werden (Hotspot). Im Flug ist das durch die Luftkühlung kein Problem, aber am Boden würden sie den Flieger und die Folie aufschmelzen.
Von den verfügbaren 638,4W (0,467m² x 1367W/m²) werden dann tatsächlich nur ca 17W (3%) als Schub genutzt. Das kommt daher, dass wir sehr viele verschiede Verluste haben. Wir sind praktisch weit davon entfernt die Herstellerangaben der Solarzellen von 22,5% umsetzten zu können.
Hier ein Sankey Diagramm der Wirkungsgrade:
Abschließend ist hier unser Video vom Bau und Testflug:
https://www.youtube.com/watch?v=rMkPjBf6dNQ
Ich möchte euch hier das Solarprojekt von Daniel006 und mir vorstellen.
Es ist ein Solar-Nurflügler darauf ausgelegt, den ganzen Sonnentag in der Luft bleiben zu können.
Kurzum, es ist uns geglückt
Als Plattform haben wir uns für den Albatros XXL von kuestenflieger.de entschieden.
http://www.kuestenflieger.de/modelle/albatros/index.html
Ein Nurflügler mit 1m² Fläche bietet bei nur 2m Spannweite sehr viel Platz für Solarzellen. Generell gilt dieser Nurflügler als sehr effizient.
Aufgebaut ist der Flieger aus einem EPS Kern und einer Laminierung aus Packband. Diese Kombination erschien uns zunächst als nicht sehr robust, doch wir waren überrascht wie stabil die Flügelhälften sind. Das größte Argument für diese Materialeien ist das geringe Gewicht.
Die Flügelhälften werden nur mit Packband zusammen geklebt. Auch hier waren wir wieder überrascht wie gut das hält (Jeder Tapestreifen längs der Flügelhälften wird so mit der anderen Flügelhälfte gekoppelt, das hält so gut als wäre der Flieger in einem Stück Laminiert worden).
Anfangs hatten wir den Antrieb an der Nase, da wir so den Schwerpunkt besser hinbekommen wollten. Auch wäre der Antrieb etwas effizienter als am Heck.
Die Winglets haben wir nach hinten versetzt, da wir so der Verschattung der Solarzellen durch die Winglets entgehen wollten. Das hat leider nicht geklappt, da der Flieger um die Hochachse sehr instabil wurde. Deshalb sind die Winglets normal montiert und der Motor wanderte ans Heck.
Bei unseren Testflügen konnten wir feststellen dass wir mit 3A an 15V (rund 45W) stabil die Höhe halten können (später hat sich dann noch gezeigt, dass auch mit 40W noch auf Höhe bleiben können)
Die Grundlast der Utilities liegt bei ca 3W
Nachdem wir den Flieger gut eigeflogen hatten und der Autopilot gut eingestellt war, haben wir den Schritt gewagt und die Solarzellen angebracht.
Die Solarzellen werden jeweils mit 6 Lötstellen verbunden und sind mit doppelseitigem Klebeband mit dem Flügel verbunden. Dieser Aufwand ist recht groß (180 Lötstellen). Außerdem dürfen die Solarzellen nicht zu heiß werden und sollten keine Flussmittel-Spritzer abkriegen.
Das Anbringen der Solarzellen ist großer Schritt, denn Solarzellen sind extrem brüchig und empfindlich gegen Feuchtigkeit und Schmutz. Eine harte Landung und die Solarzellen brechen (Haben die Festigkeit von hauchdünnen Glasplatten). Beschädigte Solarzellen kann man nur austauschen, wenn man den ganzen Strang tauscht.
Zum Schutz haben wir ein extra leichtes Landegestell aus Draht an den Flügelenden und an der Nase gebaut:
Um die Solarzellen gegen Feuchtigkeit zu schützen und um die Flügelform beizubehalten, haben wir sie mit Frischhaltefolie bedeckt und angepresst. Die Solarzellen sind soweit biegsam, dass sie sich der Flügelform etwas anschmiegen können.
Hier sieht man die Folie wenn sie nicht ganz gespannt ist
Zum Setup:
Photovoltaik-Zellen:
30x Sunpower C60 125x125mm (max ETA: 22,5%)
Solarzellenfläche: 0,467m² (Ecken fehlen)
Autopilot:
Ardupilot 2.5 mit Arduplane FW
Ublox GPS
Airspeed-Sensor
Voltage/Current Meter
RC:
EzUHF 4ch RC-Rx
FPV:
Mini 90° Live Cam
Minimosd
Antrieb:
Brushless DC Motor: 4220 650kv
Hobbywing X-Rotor ESC - 20amp
Carbon folding propeller 11x10’’
4S3,6Ah 30C SLS Lipo
Betrieb und Verschaltung der Solarzellen:
Normalerweise werden Solarzellen über einen „Maximum Power Point Tracker“ (MPPT) betrieben.
Ein MPPT ist ein elektronisches Gerät welches die Solarzellen so betreibt, dass die maximale, aktuell verfügbare, Leistung genutzt wird. Dabei geht es konkret um die Kombination zwischen Spannung und Strom. Hier sieht man den Leistungsverlauf entlang einer typischen Solarzellenkennlinie.
In unserem Fall sieht die Kennlinie so aus (Sunpower C60):
Wir haben uns gegen einen MPP-Tracker entschieden. Diese Geräte sind recht groß und schwer und sind mit Wandlungsverlusten verbunden.
Auf den Albatros XXL lassen sich 30stk der 125x125 Zellen anbringen. Der MPP jeder Zelle ist je nach Einstrahlung im Bereich von 0,55V. Da bietet es sich an, die Zellen in Serie zu verschalten, denn 30x0,55=16,5V => Das passt zu einem 4S Lipo.
Das heißt wenn die Lipo Spannung möglichst hoch gehalten wird, lassen sich die Zellen auch effizient betreiben, ohne extra Gerät und Wandlungsverlusten.
Es ergibt sich folgender Spannungsbereich:
4S Lipospannung: 13,2-16,8V
Solarzellenspannung: 0,44-0,56V
Das ist unser Arbeitspunkt-Fenster:
Die Solarzellen sind über einen elektronischen Schalter mit dem System verbunden. So lässt sich der Betrieb steuern und ein Überladen des Lipos verhindern.
Der Stromsensor kann nur das Entladen des Lipos messen, Stromfluss in die andere Richtung zeigt er mit 0A an. Das ist zwar schade, aber praktisch nicht weiter schlimm. Wenn 0A angezeigt werden wissen wir, dass wir den Lipo laden. Wie schnell ist zwar interessant, aber praktisch egal. Den Ladeschluss erkennen wir an der Spannung.
Durch gezieltes EIN und AUS schalten der Solarzellen, lässt sich die ungefähre aktuelle Solar-Leistung ermitteln (schwankt aus vielen Gründen ständig).
Praktisch wird so geflogen, dass der Flieger möglichst wenig verbraucht (langsam). Dann wird der Flieger so ausgerichtet dass die Einstrahlung möglichst groß ist (Richtung Sonnen, wegen der Winglet Verschattung)
Wenn man dann mit dem Strom unter 0A kommt, kann man entscheiden ob man die überschüssige Energie zum Laden verwenden will, oder ob man mehr Gas gibt (zb um Höhe zu gewinnen oder schneller wohin zukommen)
Zum Flugtag:
Es war der 16. April gegen 11:30
Die Solarkonstante lag bei 1367W/m². Nach der Atmosphäre war die Einstrahlung bei ca 990W/m².
Laut der Boku Wien war die horizontale Einstrahlung am Boden bei 760W/m². Das ist ein recht hoher Wert. Der Sonnenhöhenwinkel lag bei 50°. Am 21. Juni ist das Maximum (Sonnenhöchststand).
Die Umgebungstemperatur lag bei 23°C, also nicht zu heißt, was für die Temperaturverluste der Solarzellen günstig ist. Wind gab es fast keinen.
Gewicht (AUW): 1660g
Wir haben die Solarzellen erst in der Luft zugeschaltet, da der Akku beim Start vollgeladen war. Außerdem gibt es das Problem, dass wenn die Winglets die äußeren Zellen verschatten, dass diese sehr heiß werden (Hotspot). Im Flug ist das durch die Luftkühlung kein Problem, aber am Boden würden sie den Flieger und die Folie aufschmelzen.
Von den verfügbaren 638,4W (0,467m² x 1367W/m²) werden dann tatsächlich nur ca 17W (3%) als Schub genutzt. Das kommt daher, dass wir sehr viele verschiede Verluste haben. Wir sind praktisch weit davon entfernt die Herstellerangaben der Solarzellen von 22,5% umsetzten zu können.
Hier ein Sankey Diagramm der Wirkungsgrade:
Abschließend ist hier unser Video vom Bau und Testflug:
https://www.youtube.com/watch?v=rMkPjBf6dNQ
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