Sonnenstandsnachführung eines Photovoltaikmoduls zur Nutzung im Praktikum
Einfluss bestimmter Größen auf den Ertrag
Studiengang
Elektrotechnik (B.Eng.)Projektbeschreibung
Erneuerbare Energien und damit einhergehend Photovoltaik sind eines der meistdiskutierten Themen der heutigen Zeit.
Für den optimalen Betrieb eines PV-Moduls sind einige Faktoren zu beachten.
Mithilfe einer Sonnenstandsnachführung kann der Ertrag deutlich gesteigert werden.
Der Umgang mit diesem Modell soll den Einfluss folgender Größen auf den Ertrag verdeutlichen:
- Elevationswinkel
- Azimut
- Last
Zum leichteren Betrieb läuft das Projekt autark.
Das PV-Modul lädt den verbauten Akku, über welchen die Versorgungsspannung der Steuerung bereitgestellt wird.
Beteiligte Personen
| Studierendengruppe: | Florian Mittermeyer, Philipp Savin |
| Betreuer: |
Veranstaltung
Systems Engineering 1 (IK)
Laufzeit
WS 2023/24
Anforderungen
- Manuelle Einstellung der gewünschten Elevation bzw. des Azimut
- Elektromotoren fahren die eingestellten Winkel an
- Die Himmelsausrichtung wird mithilfe eines digitalen Kompasses angezeigt
- Strom und Spannung des PV-Moduls werden gemessen
- Leistung des PV-Moduls und Widerstand einer veränderlichen Last werden berechnet
- Ausgabe aller relevanten Werte über ein LCD-Display
- autarker Betrieb
Umsetzung
Das Gestell wurde aus Fichtenholzplatten gefertigt und besteht aus der Grundplatte, dem Drehkreuz und der Halterung für das PV-Modul. Ebenfalls aus Fichte ist das Gehäuse für die Verdrahtung.
Im Deckel des Gehäuses sind ein LCD-Display zur Ausgabe von Messwerten und ein TFT-Display zur Darstellung eines digitalen Kompasses.
- An der Vorderseite befindet sich ein Ein-/Ausschalter für die Steuerung,
- ein 3-Stellungs-Kippschalter zur Betriebsauswahl des PV-Moduls,
- ein Potentiometer als veränderliche Last und
- zwei Drehwinkelgeber zur Einstellung der beiden Achsen.
Die Elevation und der Azimut werden jeweils über einen Servomotor gesteuert. Die Versorgungsspannung wird von einem Akku bereitgestellt, welcher über einen DC/DC-Wandler und einen Laderegler von dem PV-Modul aufgeladen wird.
Zwei Spannungs- und ein Strommessmodule liefern Messwerte zur Auswertung am Display.
Ein Kompassmodul bestimmt die Himmelsausrichtung.
Die Steuerung erfolgt über einen Arduino Mega. Zum Anschluss der elektronischen Bauteile wird ein Shield-Board verwendet. Die Programmierung erfolgte in C in der Arduino IDE.
Verwendung
Die Sonnenstandsnachführung kann dank dem integriertem Akku mobil im Praktikum verwendet werden.
An einem geeignetem, idealerweise sonnigem Platz aufgestellt, kann mit dem Versuch gestartet werden.
Die Auswirkung auf den Ertrag des PV-Moduls durch verschiedene Elevationswinkel, Azimut und veränderbare Last kann untersucht werden.
Zum besseren Verständnis werden Spannung, Strom, Widerstand, Leistung sowie die Winkel der beiden Achsen auf dem Display ausgegeben. Bei angeschlossenem PC kann außerdem die Modul-Kennlinie in der Arduino IDE geplottet werden.
