TEST

Solar-Projekt

Der Schweißgut-Nurflügel "Eyecatcher"



Der 2,12 Meter große Nurflügel wurde mit 64 Solarzellen belegt

Kennen Sie das Gefühl wenn ein Gedanke oder eine Idee Sie nicht mehr loslassen? Seit ich das Buch "Solarmodellflug" von Helmut Bruß vor mehr als 20 Jahren gelesen habe, geht mir das Fliegen mit Sonnenenergie nicht mehr aus dem Kopf. Der Modellflug mit Solarenergie wird leider nach wie vor nur von wenigen Spezialisten betrieben. Die verwendeten Modelle sind Eigenkonstruktionen, sehr filigran und meist nur bei ruhigem Wetter einsetzbar. Auch mein erstes Solarmodell "Quäntchen II" fiel in diese Kategorie. Die superleichte Ausführung in Holz mit Papierbespannung hatte ein Abfluggewicht von 360 Gramm bei 1,6 Metern Spannweite. Der Erstflug erfolgte im März 2009 und viele weitere Flüge bestätigten die passende Auslegung mit Brushlessmotor im Direktantrieb, anstatt teurem Glockenankerantrieb mit Spezialgetriebe. In dem österreichischen Modellflugmagazin "Prop", Ausgabe 3/2009, habe ich darüber berichtet. Dieses Modell flog ungepuffert, somit stand nur die Momentanleistung, je nach Sonneneinstrahlung des Solargenerators als Antriebsquelle zur Verfügung. Die geringe Fluggeschwindigkeit von 15 Kilometern/Stunde und die schwache Motorisierung beschränkten in unserer windigen Gegend des nördlichen Niederösterreichs leider den Einsatz des Modells erheblich. Mein neues Ziel war es, mit handelsüblichen Komponenten ein Solarmodell zu bauen, das auch Allroundqualitäten besitzt. Doch gut Ding braucht bekanntlich Weile...

Im Winter 2011/12 hatte ich nach längerer Zeit mal wieder Kontakt mit Robert Schweißgut. Er kennt meine Begeisterung für Solarenergie seit langem und schlug mir vor, sein Modell "Eyecatcher" mit Solarzellen auszurüsten. Die Profiloberseite ab dem ersten Drittel bis zur Endleiste ist vollkommen flach, also wie gemacht für Solarzellen und daher bestens für die einfache Montage der Zellen. Natürlich war ich von dieser Möglichkeit sofort begeistert. Der "Eyecatcher" ist wesentlich schwerer als mein bisheriges Solarmodell "Quäntchen II" und hat damit auch einen größeren Geschwindigkeitsbereich. Durch das höhere Gewicht kommt allerdings eine ungepufferte Antriebsvariante nicht in Betracht. Das Spezielle an diesem Projekt ist also die Verwendung eines bestehenden Bausatzes und eines Antriebs "von der Stange", also kein Spezialpropeller, kein extra gewickelter Motor wie bei meinem "Quäntchen II". Wie bei einem Elektroauto mit zusätzlichem Benzinmotor als Generator soll der Solargenerator den LiPo-Akku des Antriebs im Gleitflug immer wieder voll aufladen. Das war das Konzept, wie ich es mir für die Umsetzung des Allround-Solarmodells ausgedacht hatte. Robert Schweißgut stellte mir dafür einen Bausatz zur Verfügung - danke nochmals nach Tirol.

Ein Nurflügel, und dann noch mit Solarantrieb, ist an sich schon eine große Herausforderung. Der österreichische Solarspezialist Oskar Czepa hatte große Zweifel ob mein Konzept überhaupt funktionieren würde. Das war umso mehr ein Ansporn für mich zu beweisen, dass es doch geht! Der Brettnurflügel "Eyecatcher" hat normalerweise ein Abfluggewicht in der Elektroausführung mit 3s-LiPo von unter einem Kilogramm. Mein Zielgewicht inklusive Solarzellen waren circa 830 Gramm. Um dies zu erreichen verwendete ich einen 2s-LiPo-Flugakku, einen leichten Motor und die extra leichte Solarfolie von Oracover als Bespannung der Rippenfläche. Außerdem halfen der sparsame Umgang mit Kleber und als "Flächenstahl" kam ein 6-mm-Kohlestab zur Anwendung.

Der Solargenerator besteht aus je zwei Einzelgeneratoren mit 16 Zellen in Serie auf je einer Flügelhälfte. Er soll bei einer Sonneneinstrahlung von 50 Milliwatt/Quadratzentimeter 1,3 Ampere Strom bei 8,3 Volt liefern. Diese Werte sind von Ende März bis Anfang Oktober zwischen 10 und 16 Uhr absolut realistisch. Bei strahlendem Sonnenschein liegt der Wert bei 70 bis über 100 Milliwatt/Quadratzentimeter. Ziel ist: der Solargenerator soll den 2s-LiPo 1.000 mAh während der Gleitflugphase des Modells wieder vollladen. Dazu benötigt er bei 1,3 Ampere eine Zeit von 46 Minuten. Die Tabelle der technischen Daten zeigt, dass die Gleitflugzeit mit 34 Minuten eindeutig zu kurz ausfällt. Da gibt es einerseits Thermik die hilft sowie die sehr vorsichtige Annahme der Sonneneinstrahlung. Den Beweis dafür bringt erst der Praxistest.

Zum Bau des Modells gehe ich hier nur auf meine Änderungen ein: Der Rumpf wurde ab der Mitte in Richtung Seitenleitwerk wesentlich schmäler aufgebaut um möglichst Gewicht hinter dem Schwerpunkt zu sparen. Trotzdem war es erforderlich den Motor außerhalb des Rumpfs zu montieren um ohne Blei den notwendigen Schwerpunkt von 36 Millimetern hinter der Nasenleiste zu erreichen. Die Solarzellen wurden jeweils zu Dreierstrings direkt verlötet. Die weitere Verbindung erfolgte mit dünnem Silberdraht.

Nachdem der Flügel bespannt war, wurden die Strings in der Mitte mit einem kleinen Stück doppelseitigem Klebeband versehen, am Flügel vorsichtig angeklebt und passend verschaltet. Alle diese Arbeiten erfordern Geduld, vorsichtiges Hantieren und Fingerspitzengefühl. Abschließend habe ich den Solargenerator an seinen Außenrändern mit durchsichtigem Klebeband befestigt. In die Plusleitung jedes der insgesamt vier Solargeneratoren wurde eine Schottkydiode 1N5818 in Serie geschaltet. Dies ist notwendig, um bei einer Teilabschattung des Generators Fehlerströme zu vermeiden.

Ein Problem gab es noch: Der Solargenerator hat eine Leerlaufspannung von 9,6 Volt. Der LiPo darf aber nur mit maximal 8,4 Volt Spannung geladen werden. Die Lösung hatte mir eine schlaflose Nacht eingebracht. Sie sollte nämlich einfach und effizient sein, einen geringen Spannungsabfall haben und nur wenige Gramm Gewicht auf die Waage bringen. Erfüllt hat diese Voraussetzungen letztlich der Low-Drop Spannungsregler LT1529CT mit einer Dropout Voltage von 0,6 Volt. So habe ich nur drei zusätzliche Bauteile und einen kleinen Kühlkörper benötigt.

Das flugfertige Modell hatte nun ein Abfluggewicht von 880 Gramm. Nicht gerade mein Zielgewicht, aber noch immer im grünen Bereich. Der Motor ist ein "Roxxy 2827/34" von Robbe mit 11x6,5"-Luftschraube. Auch die Srevos kommen von Robbe: "S3156 MG Digital". Außerdem fliegen ein Vario- und ein Spannungssensor mit. Auf die Tragfläche befinden sich 64 Solarzellen "TZE 6238", zu je 16 Stück in Serie geschaltet. Deren Beschaffung war eine etwas schwierige Aufgabe. Ich habe den Restposten von Carbonwerke Weißgerber aufgekauft. Die Zellen haben einen guten Wirkungsgrad von circa 17 Prozent.

Endlich konnte es ans Fliegen gehen: Dieser lange Winter war für uns Modellflieger einfach schrecklich. Kaum ein Sonnentag und wenn die Sonne einmal schien, dann gab es dazu kräftigen Wind. Zum wiederholten Mal wurde auch meine Geduld auf eine harte Probe gestellt. Im März war es dann endlich soweit, der Erstflug stand an: Die Bedingungen waren immer noch nicht optimal, aber jetzt musste es einfach sein! Bei +4 °C, einer Sonneneinstrahlung von circa 45 Milliwatt/Quadratzentimeter und leichtem Wind wurde der Nurflügel eingeflogen. Die Angaben von Robert zur Schwerpunktlage und der notwendigen Hochstellung der Elevons zeigten sich beim ersten Handstart ohne Motor als passend. Der Akkutester zeigte 85 Prozent Ladezustand des 2s.LiPo-Akkus. Also los: Mit Vollgas und kräftigem Schwung habe ich den Nuri gestartet. In einem flachen Winkel mit 2,2 Meter/Sekunde Steigen ging es aufwärts. Die Solargeneratorspannung zeigte 8,5 Volt - also alles soweit okay.

Ein Nurflügel reagiert wesentlich empfindlicher auf eine falsche Schwerpunktlage als ein Normalmodell. Ist es kopflastig, steigt die Sinkgeschwindigkeit. Aber auch bei Rücklage des Schwerpunkts reagiert das Modell mit größerem Sinken. Unterschiedlich ist aber das Verhalten im Geradeausflug: Bei zu großer Rücklage fängt der "Eyecatcher" an zu schlingern. Dies ist bei Schwerpunktvorlage nicht der Fall. Optimal eingestellt bevorzuge ich nun eine leichte Schwerpunktrücklage. Dabei fliegt das Modell ohne jede Tendenz zum Schlingern, reagiert aber auf Störungen wie Thermik oder Böen mit einem leichten Aufbäumen oder einer Gier- Bewegung. Das geringste Sinken erreicht das Modell dabei im leichten Wellenflug.

Der so eingestellte "Eyecatcher" hat wie fast alle Nurflügel die positive Eigenschaft, in der Thermikblase sich selbst zu zentrieren. Die gefundene Thermik des Erstflugtages war schwach, aber das Modell gewann in flachen Kreisen mit knapp über einem Meter/Sekunde kontinuierlich an Höhe. Dieser Erstflug dauerte etwa eine Stunde. Nach der letzten Landung wurde der LiPo-Akku wieder geprüft: 86 Prozent Ladezustand, also sogar etwas mehr als noch vor dem ersten Start - super! Am Ostermontag meinte es der Wettergott noch endlich gut mit mir und ermöglichte einen weiteren Probeflug. Gestartet wurde bei 91 Prozent Akkukapazität und nach einem 20-Minuten-Flug zeigte das Messgerät 92 Prozent Akkukapazität. Eine weitere Bestätigung der passenden Auslegung.

Mein Allround-Solarmodell hat nach mehr als 70 Arbeitsstunden seinen Jungfernflug erfolgreich absolviert. Das Modell ist bis auf die selbstgebaute einfache Ladeelektronik nur mit Standardkomponenten und aus einem Bausatz entstanden. Die leicht zerbrechlichen Solarzellen sind natürlich sehr vorsichtig zu behandeln. Wobei die Bruchgefahr beim Löten und Montieren des Solargenerators auf den Flügel am höchsten ist. Während des Fluges erkennt man keinen Unterschied, ob das Modell mit oder ohne Solarzellen unterwegs ist. Die Landung sollte aber mit Bedacht erfolgen, denn ein gebrochener Flügel ist schnell repariert, gebrochene Zellen können nur durch neue ersetzt werden.

Selbst die sicher berechtigten Zweifel von Oskar Czepa konnte das Konzept "Eyecatcher Solar" zerstreuen. Fliegen, fliegen und nochmals fliegen, ohne Akkuwechsel oder Ladestation, nur mit Sonnenenergie - das ist das Besondere am "Eyecatcher Solar".

Wolfgang Wallner
Fotos: Ingrid Wallner


Fakten

"Eyecatcher Solar"
Ein Nurflügel von Schweißgut

Spannweite: 2.120 mm
Länge: 850 mm
Gewicht: 880 g
Fläche: 51 qdm
Flächenbelastung: 17,3 qdm
Schwerpunkt: 36 mm
Antrieb:
Drehzahl: 4.230 U/min
Stromaufnahme: 5,6 A
Motorleistung: 31,5 W
Vortriebsleistung: 23,3 W
Steigleistung: 2,1 m/s
Solargenerator:
Solarzelle "TZZE 6238": 64 Stück, 62x38 mm
Gewicht: 90 g
Leerlaufspannung: 9,6 V
Strom bei 100 mW/qcm: 3,1 A
Strom bei 50mW/qcm: 1,55 A


Ein String besteht aus drei in Serie geschalteten Einzelsolarzellen


Der vorsichtige Umgang mit den Solarzellen ist Pflicht


Der Motor musste aus Schwerpunktgründen außerhalb des Rumpfs montiert werden


Selbstgebaute Elektronik zur sicheren LiPo-Ladung aus dem Solargenerator


Mit "S3156"-Servos werden die Ruder angesteuert. Direkt davor die im Text erwähnte Entkopplungsdiode 1N5818


Die Solarmodelle des Autors: "Quäntchen II" und "Eyecatcher Solar"


Der Start des "Eyecatcher" ist auch mit dem verhältnismäßig kleinem Antrieb kein Problem


Der Steigflug kommt auf rund zwei Meter pro Sekunde


Steiler Kreisflug bei kaltem Osterwetter




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