Regelung

Die Effektivität der Windkraftanlage, gerade als Lademaschine, wird zum großen Teil durch eine gut eingestellte Regelung bestimmt. Denn der Generator kann nur dann effizient Strom erzeugen, wenn sich mit zunehmender Drehzahl auch die Generatorspannung erhöhen und quasi "mitlaufen" kann. 

Denn über die Beziehung P=U*I gibt es grundsätzlich immer zwei Möglichkeiten: entweder die Leistung kommt vorwiegend aus der Spannung oder aus der Stromstärke. Je größer die Spannung  desto kleiner die Stromstärke und umgekehrt. Je größer jedoch die Stromstärke, desto größer ist auch der Widerstand in den Spulen und desto größer die thermischen Verluste, die man unbedingt vermeiden möchte. Genau das passiert jedoch bei einem Direktanschluss (über einen Gleichrichter) an die Batterie. Die Spannung wird praktisch festgehalten auf Höhe der Systemspannung, die Stromstärke steigt und der Wirkungsgrad des Generators knickt mit zunehmenden Leistungen immer weiter ein, bei gleichzeitiger Überhitzung der Spulen. 


Ein MPP-Regler (Maximum Power-Point) bzw. PWM-Regler (Pulsweiten-Modulation) kann hier Abhilfe schaffen. Er lässt die Spannung anhand definierter Kennlinien mit der Drehzahl hochlaufen und transformiert sie schließlich wieder auf die Systemspannung herunter, so dass die Stromstärke und damit der Widerstand im Generator deutlich kleiner bleibt. Die Kennlinie des Reglers (d.h. mit wieviel Ampere bei welcher Spannung der Generator belastet wird) sollte dabei gut auf die Leistungsabgabe des Rotors abgestimmt sein und sollte etwas unterhalb liegen, damit das Windrad nicht ausgebremst wird (siehe unter 'Generator').


Gute und am besten programmierbare Regler sind leider sehr teuer und gerade für kleine Windkraftanlagen an der Grenze der Wirtschaftlichkeit. Sie erhöhen zwar die Energieausbeute erheblich, führen aber gleichzeitig auch zu hohen Kosten, die jede mehr erzeugte Kilowattstunde dennoch teuer macht.

Deshalb soll hier ein außergewöhnlich günstiger Laderegler entwickelt werden, der mittels eines programmierbaren Microcontrollers (Arduino Uno), eines Spannungswandlers und weiterer kleiner Komponenten nach der universellen Methode des Maximum-Power-Point-Trackings (MPPT) die Energieausbeute in idealer Weise erhöht. 
Dabei belastet der Regler den Generator schrittweise immer höher, bis das Maximum der aktuellen Generatorleistung erreicht ist, unabhängig davon welcher Wind (ob stark, schwach, verwirbelt oder laminar) das Windrad gerade antreibt. Bricht die Leistung etwas ein, wird der Generator solange entlastet, bis die Leistung wieder ansteigt. Dieses permanente Abtasten lässt das Windrad immer im optimalen Arbeitspunkt laufen ohne ausgebremst oder überdreht zu werden. Mit dem Ergebnis hoher Erträge und leisem, verwirbelungsarmem Lauf.

Der konkrete Aufbau, der Source-Code sowie erste Testergebnisse folgen in absehbarer Zeit..