DIY Arduino MPPT-Laderegler zur Solarstromoptimierung

Komponenten und Materialien

Komponente	Anzahl
Arduino Nano R3	1
MOSFET-Transistor (Schaltend), z. B. IRFZ44N	4
Espressif ESP8266 ESP-01 WiFi-Modul	1
Alphanumerisches LCD-Display, 20×4 Zeichen (I2C)	1
Dualer MOSFET-Treiber (z. B. IR2104)	1
Stromsensor ACS712 (5 A)	1
TVS-Diode (2 Pins, z. B. P6KE36CA)	1
Allzweck-Transistor NPN (z. B. 2N2222)	1

Apps und Online-Dienste

• Arduino IDE

Projektbeschreibung

Was ist MPPT (Maximum Power Point Tracking)?

Der MPPT-Algorithmus dient dazu, die maximal verfügbare Leistung aus einem Photovoltaik-Modul unter den gegebenen Bedingungen zu extrahieren. MPPT ist ein weit verbreitetes Werkzeug, um Solarenergie (eine erneuerbare Energiequelle) effizient zu nutzen. Wenn wir den CO₂-Fußabdruck reduzieren wollen, müssen wir auf saubere Energie aus natürlichen Ressourcen wie Sonne, Wasser und Wind setzen – andernfalls steuern wir direkt auf die globale Erwärmung zu.

Jedes Land sollte auf grüne Energie umsteigen, insbesondere China, da es mit 63 % der globalen CO₂-Emissionen der Hauptverursacher ist.

Wie funktioniert MPPT? Warum liefert ein 150-W-Solarmodul nicht 150 W?

Ein Beispiel: Sie kaufen ein Solarmodul, das 7 A Strom liefern kann. Die Batterie ist auf 12 V eingestellt: 7 A × 12 V = 84 W (P = V × I). Sie verlieren über 66 W, obwohl Sie für 150 W bezahlt haben. Diese 66 W gehen nicht verloren, sondern resultieren aus der schlechten Anpassung zwischen Solarmodul-Ausgangsstrom und Batteriespannung.

Nach Anwendung des MPPT-Algorithmus erhält die Batterie nun 12 A bei 12 V. Die Ausgangsleistung beträgt P = 12 × 12 = 144 W. Sie haben nun fast 144 W, und alle sind zufrieden.

Projektspezifikationen

• LED-Anzeige für niedrigen, mittleren und hohen Ladezustand
• LCD-Display (20×4 Zeichen) zur Anzeige von Leistung, Strom, Spannung etc.
• Blitz-/Überspannungsschutz
• Schutz vor Rückstrom
• Überlast- und Kurzschlussschutz
• Datenlogging per WiFi
• USB-Anschluss zum Laden von Smartphones, Tablets und anderen Geräten

Elektrische Spezifikationen

• Nennspannung: 12 V
• Maximaler Eingangsstrom: 5 A
• Laststrom: bis zu 10 A
• Eingangsspannung (Solarmodul): 12–24 V
• Solarmodulleistung: 50 W

Benötigte Bauteile (Detailierte Liste)

• Widerstände: 3×200 Ω, 3×330 Ω, 1×1 kΩ, 2×10 kΩ, 2×20 kΩ, 2×100 kΩ, 1×470 kΩ
• TVS-Dioden: 2×P6KE36CA
• Arduino Nano
• Stromsensor ACS712-5A
• Buck-Converter LM2596
• WiFi-Modul ESP8266
• LCD-Display 20×4 I2C
• MOSFETs: 4×IRFZ44N
• MOSFET-Treiber IR2104
• 3,3 V Linearregler AMS1117
• Transistor 2N2222
• Dioden: 2×1N4148, 1×UF4007
• Kondensatoren: 4×0,1 µF, 3×10 µF, 1×100 µF, 1×220 µF
• Induktivität: 1×33 µH / 5 A
• LEDs: Rot, Gelb, Grün
• Sicherungen: 5 A

Benötigte Bibliotheken für Arduino IDE

• TimerOne.h – Download
• LiquidCrystal_I2C – Download

Hinweis: Erstellen Sie für jede Bibliothek einen Ordner mit dem gleichen Namen (z. B. „TimerOne“, „LiquidCrystal_I2C“) und kopieren Sie diese in den Arduino/Libraries-Ordner.

Modell des Arduino-basierten MPPT-Ladereglers

Die folgenden Abbildungen zeigen den Schaltplan, die Proteus-Simulation und den WiFi-Datenlogging-Aufbau mit ThingSpeak.

Die Simulation wurde in Proteus 8.6 erstellt. Sie können sie mit der Arduino-Bibliothek für Proteus nachbauen. Kontaktieren Sie uns, wenn Sie die Simulationsquelldatei erwerben möchten.

WiFi-Datenlogging mit ESP8266 und ThingSpeak

1. Registrieren Sie sich auf ThingSpeak.
2. Erstellen Sie einen neuen Channel und benennen Sie Feld 1 als „Solar Panel Data“.
3. Kopieren Sie den API-Key und fügen Sie ihn in den Quellcode ein.
4. Fertig – die Daten werden nun live übertragen.

Projektbilder

Quellcode herunterladen

Wichtig: Installieren Sie alle notwendigen Bibliotheken, bevor Sie den Code auf den Arduino Nano hochladen.

Schaltplan:

Bei Fragen oder Schwierigkeiten beim Nachbau stehen wir Ihnen 24/7 zur Verfügung.