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BIBEBUVAMaster of Science in EngineeringMaximum Power Point Tracker für das SolarShipEnergy and Environment / Betreuer: Prof. Dr. Andrea VezziniExperte: Markus SchwabProjektpartner: SolarShip, KanadaIn Entwicklungsländern ist die Versorgung mit Lebensmitteln und medizinischen Gütern aufgrund fehlenderStrassen oft nicht gewährleistet. Daher entwickelt die kanadische Firma SolarShip ein Solarluftschiff zumTransport von Lasten. Die mit Helium gefüllten Tragflächen haben eine Spannweite von 15 m und erzeugensowohl statischen als auch dynamischen Auftrieb. Dadurch ist es möglich das Solarschiff auf einem Fussballfeldzu starten und zu landen. Die Energie der Solarpanels wird in einer Batterie gespeichert, um damitdrei 40 kW Elektromotoren anzutreiben.Irene Kunzkunz.irene@gmail.comDas SolarShipIm Rahmen dieser Arbeit soll einMaximum Power Point Tracker(MPPT) entwickelt werden. Dieserbetreibt die Solarpanels im optimalenArbeitspunkt, um so möglichstviel Energie in der Batteriezu speichern.Der MPPT soll nicht nur hocheffizient,sondern auch möglichstleicht sein und eine hohe Zuverlässigkeitaufweisen.AusgangslageDas Solarpanel besitzt eine maximaleEingangsleistung von 4 kWbei einer Eingangsspannung von80 bis 130 V, welche mit einemBoost Converter auf eine Zwischenkreisspannungvon 140 bis200 V umgewandelt wird. So ist esmöglich die gewonnene Energieaus dem Solarpanel an eine Batterieoder direkt an den Wechselrichterdes Elektromotors abzugeben.RealisierungUm eine möglichst hohe Effizienzzu erreichen, wird der Boost Converterim Transition Mode betrieben.Das bedeutet, dass der MOS-FET zum Zeitpunkt, in dem derSpulenstrom null erreicht, eingeschaltetwird und so praktischekeine Schaltverluste auftreten. DieSchwierigkeit bei dieser Betriebsartliegt darin, dass sich die Schaltfrequenzbei unterschiedlichenBetriebspunkten verändert (vgl.Abbildung).Verhalten bei variierendem AusgangsstromWeiter wird aus der Grafik ersichtlich,dass der Betrieb im TransitionMode einen hohen Eingangsstromrippelzur Folge hat. ZumAusgleich dieses Rippels wird deshalbeine grosse Kapazität benötigt.Um diesen Nachteil zu beheben,werden vier Wandler parallelgeschaltet und jeweils um 90°zueinander phasenverschoben.Dieses interleaved Prinzip bewirkteine teilweise Auslöschung desStromrippels und ermöglicht zudemdie Leistung auf diese vierPhasen aufzuteilen. Dadurchkönnne die vier Induktivitäten unddie Eingangskondensatoren deutlichkleiner gewählt werden undsind in der Summe leichter als eineLösung mit nur einer Stufe.Eine weitere Steigerung der Effizienzwird erreicht, wenn die Diodedes Boost Converters durch einenweiteren, synchron geschaltetenMOSFET ersetzt wird. DieserMOSFET wird erst ausgeschaltet,wenn der Spulenstrom auf einenbestimmten negativen Wert abfällt,so dass die in der Induktivitätgespeicherte Energie gerade ausreichtum die AusgangskapazitätCoss des unteren MOSFETs zuentladen. Anschliessend kann diesernahezu verlustlos eingeschaltetwerden.Um die Zuverlässigkeit des MPPTszu steigern wird die Leistung aufzwei Platinen verteilt, welche übereine CAN-Schnittstelle miteinanderkommunizieren. Falls eine Platineausfällt, kann die Zweite immernoch die halbe Leistung von2kW an den Zwischenkreis abgeben.ResultatDie Funktionsweise dieses 4 kWBoost Converters wurde mit derPLECS Toolbox in MATLAB / Simulinksimuliert und deren Machbarkeiterwiesen. Anschliessendwurde ein Prototyp entwickelt undaufgebaut. Die Regelung diesesSystems wurde mit einem DSP derPiccolo Familie von Texas Instruments(TMS320F28035) realisiert.Prototyp des MPPT28 ti.bfh.ch