Datenlogger zum selbst bauen für Windkraftanlagen Bastler

Definitiv interessant ist die Aufzeichnung von Spannung und Strom (aus denen dann die Leistung errechnet werden kann). Grundsätzlich könnte man dann auch gleich einen PWM-Ausgang für Maximum Power Point Tracking vorsehen. Ich persönlich halte es für sinnvoller, die Daten auf SD-Karte (einfaches Protokoll) zu speichern. Dann muss nicht immer ein PC nebenher laufen, der ja schließlich auch Energie benötigt. Interessant ist unter Umständen noch die Temperatur des Generatorstators. Optional könnte man ein Display vorsehen, das die aktuellen (Maximal-)Werte anzeigt.

Hab jetzt mal ein bissel was zum Thema MPPT gelesen. Aber den Sinn hab ich noch nicht ganz verstanden. Der Step Up Converter ist klar, aber was genau tut der MPPT mit dem Step Up Converter? Ändert der die Ausgangsspannung, um den Ladestrom zu verringern/zu vergrößern und damit die Last am Generator an die aktuelle Belastung anzupassen?

Ich hab dazu ein Papier zu einer Diplomarbeit mit einem Savonius gefunden. Da ist auch die Rede davon, neben Generatorspannung/Strom auch Ausgangspannung/Strom des Converters zu messen. Ich denke, dass würde die Anforderungen an einen Datenlogger doch etwas sprengen. Das würde ich in zwei getrennte Module packen.

Die Controller, den ich vorgesehen habe, hat maximal 40 IO (ATmega32). Davon 8 analoge Eingänge. Je nach Messmethode braucht man pro analogem Signal ein bis zwei analoge Eingänge. Für die Windrichtung brauche ich, wenn ich keinen zusätzlichen Aufwand betreiben will, 4 Eingänge. Drehzahl von Anemometer und Rotor jeweils ein Eingang. Für Schnittstelle, Datenspeicher, ein paar Bedienknöpfe und Status LEDs gehen auch einige IO drauf. Die 40 IO sind da schnell belegt.

Außerdem soll der Controller nur mit 3,3V laufen und wird vermutlich nur mit 7,37MHz arbeiten. Zum einen, um Strom zu sparen und zum anderen, um den Anschluss einer SD Karte oder ähnlichen Datenspeicher zu vereinfachen. Diese Speicher arbeiten meist mit 3,3V. Das reduziert die maximal mögliche Rechenleistung deutlich. Berechungen für MPPT, FAT16 und der ganze andere Krempel könnten dann sowohl den verfügbaren Speicher als auch die Rechenleistung etwas überreizen.

Nein, mit dem PWM dürfte wohl kaum der Wandler geregelt werden. Das ist eher ein externes Stellelement

Prinzipiel läuft MPPT folgendermaßen ab:

1. Messe aktuelle Leistung (Spannung und Strom)
2. Vergrößere PWM-Frequenz
3. Messe aktuelle Leistung (Spannung und Strom) erneut
4. Verkleinere PWM-Frequenz
5. Messe aktuelle Leistung (Spannung und Strom) erneut
6. Setze PWM-Frequenz auf den Wert, der die höchste Leistung erbracht hat

Es gibt natürlich ausgefeiltere Algorithmen, aber das ist das Prinzip. Interessant ist übrigens nicht nur der untere Leistungsbereich mit Step-up-Wandler sondern auch der obere mit Step-Down-Wandler.

So, ich habe mir jetzt nochmal ein paar Gedanken gemacht. Ich werde einen ATmega32 als Controller vorsehen. Der soll mit 7,3728MHz bei 3,3V laufen. Als Datenspeicher werde ich SD Karten vorsehen und sehr wahrscheinlich doch normale PC lesbare Textfiles abspeichern. Für jeden Tag werde ich eine neue Datei erstellen mit dem Datum als Dateinamen.

Jetzt nochmal zu den Datenwerten, die erfasst werden sollen. Bis jetzt habe ich:
* Windgeschwindigkeit
* Rotordrehzahl
* Windrichtung
* Spannung und Strom des Generators.

Denkbar wären noch weitere Werte:
* Temperatur
* Luftfeuchte
* Luftdruck
* ???

Insbesondere Luftfeuchte und Luftdruck würden aber teilweise recht teure Sensoren erfordern.

Ich habe jetzt aber noch ein paar Überlegungen, wo ihr mir helfen müsstet, weil ich mich bei den Kleinwindanlagen noch nicht so auskenne. Die Rotoren und/oder Anemometer sitzen üblicherweise an unzugänglichen Stellen (Mast). Der Datenlogger müsste, um Störungen zu vermeiden, möglichst nahe an der Datenquelle liegen, also möglichst oben auf dem Mast. Um den Strom und die Spannung zu ermitteln müsste man die Leitungen nach dem Gleichrichter in den Datenlogger führen. Montiert ihr den Gleichrichter in der Nähe des Generators oder führt ihr die Leitungen aus dem Generator bis zum Laderegler und der Batterie? Letzteres wäre für den Datenlogger ein Problem.

Theoretisch könnte man den Gleichrichter auch gleich in den Datenlogger integrieren, aber da es verschiedene Generatoren und verschiedene Anforderungen gibt halte ich das nicht für sinnvoll

Wichtig wäre auch zu wissen, welche Signale bzw welche Sensoren zur Messung der Drehzahl von Anemometer und Rotor so zum Einsatz kommen. Die einfachen Varianten wären Reed Relais oder einfache optische Sensoren, die einen Impuls pro Umdrehung liefern oder, wie bei dem Anemometer aus dem Shop, vier Impulse. Gibt es noch andere Varianten?

Ich hab das Anemometer leider erst vorgestern bekommen. Deshalb hab ich noch nicht so richtig angefangen. Ich habe nur ein einfaches Programm für den Controller geschrieben, das mir die Frequenz im Sekundentakt an den PC sendet. Ich muss da noch ein wenig experimentieren.

Ich verwende wie gesagt AVR Controller. Ich habe dafür ein extra Programmiergerät. Man kann aber auch einen Bootloader verwenden, dann braucht man nur eine serielle Schnittstelle oder USB.

Ich muss mich da mal vortasten. Die erste Version wird wohl erstmal aus zwei Controllern und einer RS485 Schnittstelle bestehen und nur die Windgeschwindigkeit messen. Das mit den Potis kann man denke ich vergessen. Zum einen fällt mir im Moment keine Bezugsquelle für solche Potis ein und zum anderen ist der mechanische Widerstand vermutlich zu groß.

Mal schauen, wie es weitergeht.

Ein Foto von außen wäre mal ganz interessant. Das Innenleben bringt wenig.

Am Wochenende will ich mal den ersten Praxisversuch mit dem ersten Prototypen machen. Alles noch sehr einfach und provisorisch.

Wieso nimmst du so einen alten Atmega? Ich würde den Atmega644V empfehlen, der hat viel Speicher (SRAM, EEPROM, Flash), viel Peripherie (zB. PinChange-Interrupte, 6 PWM-Kanäle, 3 Timer) aber vor allem benötigt er viel weniger Strom!

Ich würde dir zudem empfehlen, zusätzliche EEPROMs in die Schaltung einzubauen, wie zB. 4 mal 24C-Serie. Dafür benötigt man nur 2 Pins am Controller, aber man kann massig Daten speichern, die der User dann mit einem Rechner herunterladen kann.

hallo zusammen,
ich bin seit einiger zeit auch dabei einen logger zu basteln.
anfangs hab ich eine sd-karte dafür benutzt, qaber jetzt schwebt mir eine lösung ähnlich "solarlog" vor.
dafür suche ich aber noch einen ftp-client für den avr.
falls jemand was dazu einfällt bitte melden.

grüsse joachim

Meiner Meinung nach wäre ein Datenlogger auf SD-Kartenbasis ideal. Je nach Anwendungsfall muss der halt autonom laufen können (z.B. Ferienhütte im Wald). Durch die SD-Karte hätte man maximale Freiheit bei der Menge der gespeicherten Daten. Der kurzen "Daten-Ausfall" beim Wechsel der Karte kann, denke ich, ignoriert werden.

Man kann natürlich auch über ne Schnittstelle für USB-Sticks nachdenken, das Interface ist aber deutlich komplizierter.

Damit alles möglichst einfach zu benutzen ist, sollten die Daten in einer Textdatei abgelegt werden. Man braucht also ein Dateisystem.