Solarzellen sind eine der besten Möglichkeiten, um erneuerbare Energie zu gewinnen. Je nach Einstrahlung haben diese eine optimale Arbeitsspannung. Ein Maximum Powerpoint Tracker (MPPT) ermittelt in Echtzeit den optimalen Arbeitspunkt. Besonders wichtig ist ein schneller MPPT, wenn sich die Beleuchtung schnell ändert, z.B. bei einer Installation der Solarzellen auf einem Autodach oder am Rucksack. Damit der MPPT schnell arbeiten kann, muss die Eingangsspannung eines Spannungswandlers schnell und präzise geregelt werden (üblicherweise wird bei Spannungswandlern die Ausgangsspannung geregelt).
Im Rahmen dieser Masterarbeit sollen zwei unterschiedliche Regelungsverfahren auf einem dsPic33 Microcontroller implementiert und miteinander verglichen werden: Zum einen ein PI(D)-Regler, der den aktuellen Stand der Technik hierfür darstellt. Zum anderen ein neuartiges Steuerungsverfahren, das gänzlich ohne CPU auskommt und nur Komparatoren und Timer des Microcontrollers benötigt.
Was genau erwartet dich?
- Recherche der Literatur zu bestehenden Regelungsverfahren für die Eingangsspannung von Buck-Convertern und MPPT-Verfahren
- Modellierung der Übertragungsfunktion des Spannungswandlers und Design des PI(D) Reglers. Für die Regelung der Ausgangsspannung gibt es zahlreiche Beispiele die als Orientierung dienen können.
- Simulation des Reglers in PLECS oder Python
- Möglichst effiziente Implementierung des Reglers auf einem dsPic33 Microcontroller
- Implementierung des neuartigen Regelungsverfahrens durch cleveres Ausnutzen der Peripherie des Controllers
- Test beider Verfahren im Labor auf bestehender Hardware
- Implementierung eines schnellen MPPTs, eventuell auch Test verschiedener MPPT-Verfahren
- Aufbau eines Testsetups zur Montage an einem Rucksack, um die beiden Verfahren unter realen Bedingungen vergleichen zu können.
Im Rahmen dieser Arbeit spannst du also den kompletten Bogen – von der theoretischen Modellierung, über die Simulation und Implementierung bis hin zu einem Test unter realen Bedingungen. Wichtiger als Vorerfahrung ist hierbei die Bereitschaft zur selbstständigen Einarbeitung in die Themengebiete, mit Hilfe von Fachliteratur und Application Notes. Ein guter Startpunkt für Interessierte findet sich hier: https://developerhelp.microchip.com/xwiki/bin/view/applications/power/digital-power-converter-basics/. Bei Fragen zur Arbeit schreibe gern eine Email an adrian.keil@iisb.fraunhofer.de
Betreuer: Adrian Keil
Für Studienfächer: EEI, Mechatronik, Energietechnik
Frühest möglicher Beginn: sofort
Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März