Grundidee der Diplomarbeit war die optimale Nutzung eines Savoniusrotors als alternative Energiequelle
zum Laden eines Akkumulators über einen Maximum Power Point Tracker.
Der Savoniusrotor besteht aus zwei S-förmig angeordneten Rohrhälften, die um 20% zueinander versetzt sind.
Um den Rotor windunabhängiger und leistungsfähiger zu machen, wird ein weiteres Rotorpaar, um 90° verdreht,
darüber angebracht. Mit der aus dem Wind gewonnenen Energie treibt der Rotor einen Gleichstromgenerator
an um elektrischen Strom zu erzeugen.
Der Maximum Power Point Tracker (MPPT) besteht aus einem Step Up Converter und einem Mikrokontroller,
der diesen überwacht und regelt. Der Step Up Converter wandelt die nicht konstante geringe Eingangsspannung auf einen höheren Ausgangswert,
um einen 24 Volt Bleigel-Akkumulator zu laden. Der Mikrokontroller misst mit seiner Sensorperipherie die Ein- und Ausgangsströme und Spannungen
um die in den Akku geladene Leistung zu bestimmen und durch den Vergleich mit dem vorherigen Wert den Schaltvorgang im Step Up Converter
und damit die Belastung des Savoniusrotors passend zur Windstärke zu optimieren.
englisch:
The basic idea of this thesis was to find the best possible way of using a Savonius-rotor as an alternative energy resource for charging an accumulator
by means of a Maximum Power Point Tracker (MPPT).
The Svonius-rotor consists of two halves of a pipe, 20% shifted and arranged in an S-shaped way.
To make the rotor more independent of the wind direction and increasingly powerful, a further rotor pair, rotated 90 degrees,
is attached on top of the first one. With the energy produced by the wind, the rotor impels a direct current generator that produces electricity.
The Maximum Power Point Tracker consists of a step-up-converter that is controlled by a microcontroller. The step-up-converter converts the non-continuous
low level input voltage into a higher level output voltage to charge a 24 Volt lead-gel-accumulator. The microcontroller, by means of its sensor periphery,
measures the input and output currents and voltages to identify the capacity that is charged into the accumulator. By comparing this value with the capacity's
earlier value, the microcontroller optimises the step-up-converter's switching operation and this way also the Savonius-rotor's load in relation to the wind strength.
Zunächst bestand die Notwendigkeit ein Modell zu bauen, um Erfahrungen für die Fertigung der Strom erzeugend Anlage zu erhalten
und um Test mit Windleitschaufeln durchführen zu können. Diese Windleitschaufeln sollten sonst ungenutzten Wind zum Rotor hin leiten,
es stellte sich aber heraus, dass diese unnütz waren.
So wurde der große "Savoniusrotor oben ohne", der seinen Beinamen erhielt, weil er nur einseitig gelagert wurde(oben ohne Lagerung),
ohne Windleitschaufeln geplant. Die einseitige Lagerung wurde durch zwei hochwertige Lager im Abstand von 350mm an der Unterseite des Rotors realisiert.
Nach der Fertigung des Rotors in der Werkstätte der Firma Werfring wurden Tests am Rotor durchgeführt,
um einen passenden Generator auswählen zu können. Anschließend wurde eine Ummantelung angefertigt und das Gestell lackiert.
Für den Maximum Power Point Tracker war zuerst der Step-Up Converter zu dimensionieren und Überlegungen zur Regelung anzustellen.
Anschließend mussten die für die Regelung nötigen funktionen der Schaltung und die dazu nötigen Bausteine definiert werden.
Diese musste es ermöglichen die Strom- und Spannungswerte zu messen und den Schalttransistor des Wandlers, mittels eines Mikrokontrollers anzusteuern.
Anhand der ausgewählten Bauteile konnte dann ein Layout, und daraus eine Platine gefertigt werden, welche bestückt wurde.
Zur Strommessung wurde ein MAX472 verwendet, welcher den Strom in eine für den PIC messbare Spannung umwandelt. Außerdem wurde ein DS275,
ein power-line Pegelkonverter verwendet um eine möglichst stromsparende Kommunikation mit dem PC realisieren zu können.
Für den PIC-Mikrokontroller musste zuletzt noch ein Regelprogramm geschrieben werden. Anhand der eingelesenen Strom- und Spannungswerte wird
die momentane Leistung berechnet. Diese wird mit dem vorherigen Wert vergleicht und so ermittelt wie das Tastverhältnis der PWM,
welche zur Ansteuerung des Step-Up Converters verwendet wird verändert werden soll. Weiters kann das Programm über das USART-Modul
die Messwerte auch an den PC übertragen, falls dieser sie anfordert.
Mehr Infos auf: http://savonius.patrickredl.com/