Mit der Sonne über das Wasser flitzen. Antriebsoptimierung eines Modellsolarbootes

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Mit der Sonne über das Wasser flitzen. Antriebsoptimierung eines Modellsolarbootes

Meyer, Nils / Becker, Christoph / Schmitthenner, Fabian

Eine Schülergruppe forscht seit 2008 mit großem Erfolg an Modellsolarbooten. Ziel der im Beitrag beschriebenen Arbeiten war es, ein Verfahren für die möglichst effiziente Umsetzung der wechselhaften Energieressource Sonne in eine hohe Geschwindigkeit eines Modellboots zu finden. Dabei konzentrierten sich die Aufmerksamkeit auf die Energieumwandlungen im System bestehend aus Solargenerator, Elektromotor und Bootsschraube. Zur Realisierung einer Datenloggerfunktion und einer intelligenten Motorregelung mit Maximum Power Point Tracking (MPPT) wurde eine eigene mikroprozessorgestützte Fernsteuerung entwickelt. Als Boards dienen zwei Arduino Duemilanove (ATmega 328) mit X-Bee 2,4 GHz Funkmodulen, die in C++ programmiert wurden. Der Schaltplan des Solarboots, eine schematische Darstellung der Datenübertragung zwischen Boot und Fernbedienung sowie der Schaltplan der Fernbedienung werden angegeben. Es wurde gefunden, dass die Solarzellen zur Leistungsoptimierung stets im MPP betrieben werden müssen. Es wurden zwei generell verschiedene Typen von MPPT-Algorithmen programmiert. Der Wirkungsgrad des Elektromotors soll im gesamten Arbeitsbereich möglichst hoch sein. Die dazu betrachteten Formeln stammen aus dem Vergleich der ausgewählten Motoren. Betrachtungen zur effizientesten Kombination aus Elektromotor und Schraube werden angeführt. Das vorgestellte Verfahren zeigt Optimierungsansätze, die weitgehend auch auf andere solare Antriebskonzepte übertragbar sind.