Schaltplan MPPT-Laderegler:
Der vom Generator erzeugte Wechselstrom (3 Phasen) wird zunächst über den Brücken-Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt, der alle weiteren Komponenten versorgt und schließlich zur Batterieladung verwendet wird.
Das zentrale Element der Schaltung ist der große Step-Down-Converter in der Mitte links. Er transformiert die variable Generatorspannung auf die Ladeschlussspannung der Batterie und lässt somit den Generator möglichst effizient mit hoher Spannung und geringer Stromstärke laufen.
Am Spannungswandler befinden sich zwei Potentiometer. Mit dem einen lässt sich eine feste Ausgangsspannung einstellen (Ladeschlussspannung), mit dem anderen ein konstanter Widerstand, der den Stromfluss und damit die Belastung des Generators bzw. die Ladeleistung bestimmt. Da der Generator jedoch sehr unterschiedliche Leistungen liefert, muss die Belastung permanent angepasst werden, weshalb das ursprüngliche Potentiometer durch ein ansteuerbares, digitales Potentiometer ersetzt wird. Über den Microcontroller (Arduino Uno) lassen sich somit beliebige Widerstandswerte einstellen, durch die alle Formen der Leistungssteuerung ermöglicht werden. Entweder es wird im Programm eine feste Kennlinie hinterlegt oder - wie hier angestrebt - ein "intelligenter" MPPT- Algorithmus implementiert.
Um die jeweils passende Generatorbelastung zu bestimmen, müssen die aktuelle Spannung und im Falle von MPPT auch der Stromfluss gemessen werden. Nachdem die Batteriespannung den Messbereich des Microcontrollers übersteigt (0-5V) , kommt ein Spannungsteiler zum Einsatz, der die aktuelle Ladespannung verkleinert und über den analogen Eingang des Arduino A0 messbar wird. Der Stromsensor misst den Stromfluss zur Batterie, wird über die Spannung des Arduinos versorgt und liefert Messwerte über den analogen Eingang A1.
Der Microcontroller selbst wird direkt vom Generator mit Strom versorgt. Da seine Versorgungsspannung nur bei 5V liegt, wird ein kleiner Step-Down-Wandler dazwischengeschaltet, der die schwankende Generatorspannung herunter transformiert und stabil hält. Der Regler wird also nur dann gestartet, wenn auch tatsächlich Strom vom Windrad produziert wird.
Sobald der Generator eine Spannung über 5V erzeugt, schaltet sich der Microcontroller ein, setzt den digitalen Widerstand auf den Startwert und ist sofort startklar. Sobald die Generatorspannung über der Batteriespannung liegt, wird das Relais 2 geschlossen und die Ladung beginnt. Sobald die Spannung unter die Akkuspannung sinkt, wird der Stromkreis zur Batterie wieder getrennt. Bei weiterer Spannungssenkung unter die Arduino Betriebsspannung schaltet der Regler komplett aus. Eine Entladung der Batterie ist somit ausgeschlossen, was bei vielen Ladereglern nicht der Fall ist. Bei (tage-) langen Windpausen können dadurch relativ große Stand-By-Verluste vermieden werden.