Napelem teljesítményének mérése

A napelem vagy fotovillamos elem, amit az idegenes photo-voltaikus kifejezésből a magyar irodalom olykor PV elemnek is nevez, olyan szilárdtest eszköz, amely az elektromágneses sugárzást (fotonbefogást) közvetlenül villamos energiává alakítja. Az energiaátalakítás alapja, hogy a sugárzás elnyelődésekor mozgásképes töltött részecskéket generál, amiket az eszközben az elektrokémiai potenciálok, illetve az elektron kilépési munkák különbözőségéből adódó beépített elektromos tér rendezett mozgásra kényszerít, vagyis elektromos áram jön létre. Ez a jelenség bármilyen megfelelő fényspektrummal rendelkező fényforrás esetén is lezajlik, nem szükséges kizárólagosan napfény.

https://hu.wikipedia.org/wiki/Napelem

A napelem paraméterei

Type	Solar Modul
Maximum power	5 Watt
Maximum-power voltage	9 volt
Maximum-power current	0,56A
Open-circuit voltage	10,8V
Short circuit current	0,61A
Size of Module	278*186*17mm
Tolerance	± 5%

Gyári teszt condition: 10000W/m² AM 1.5, 25^oC

A méréshez, 3db DS18B20 hőmérséklet szenzort, egy ACS712 áramszenzort és az Ardunínó analóg bemenetét fogjuk használni. A feszültség méréshez egy feszültségosztót használunk majd, hogy ne lépjük túl a maximális 5V-ot.

A hőmérséklet szenzorok elhelyezése:

• Külső hőmérséklet

• Napelem hőmérséklete

Bekötési rajz + képek

Fogyasztóként akár egy 1Ω-os ellenállást is használunk, amit 10W-ig tudunk terhelni, a panel teljesítményleadása pedig ennek a fele,

de egy 12V-os számítógépből kiszerelt ventilátor praktikusabb megoldás:

Az árammérésre egy ACS712 használunk (https://www.sparkfun.com/products/8883) ez a kép bal oldalán van.

A másik a GY-712 modul ez egy 5A-es áramszenzor, még nem teszteltem (http://shop.tavir.hu/product_info.php/szenzor-acdc-precizios-arammero-szenzor-p-472)

A mérés elve

Az átfolyó áram a félvezetőn belül mágneses teret hoz létre. Ezt hall elem segítségével méri, így a mérendő és a mérő áramkör közt villamos csatolás nem lép fel. A mérési kimenet 0-5V tartományú analóg jel – mely az átfolyó árammal arányos.

 

A feszültség mérésére az Arduino analóg bemenetét használjuk, egy feszültségosztó közbeiktatásával.

R₁ = 100K, R₂ =10K

Kód

float r1 = 100000;
float r2 = 10000;
int x = 0;
int sensorpin = A1; 

void setup(){
  Serial.begin(9600);
}


void loop() {
  
  float correction = 0;    // helps in zeroing the current sensor output
   
  float ReadingA0 = readACS712_low_current(sensorpin);
  

 
 
  float voltage = ReadingA0 * (5.0 / 1023.0);
  
 // float amps = 10*(voltage-1.34) ;

float amps = (3.99 - voltage) - correction;

 //Serial.println(voltage);
  Serial.println(amps);
  delay(200);

  x = analogRead(0);
  
  if (x > 90){
     float vPow = 5.1;
     float v = (analogRead(0) * vPow) / 1024.0;
     float v2 = v / (r2 / (r1 + r2));
   Serial.println(v2);

        }
    else if ((x < 90) && (x > 33)){
      float vPow = 5.2;
      float v = (analogRead(0) * vPow) / 1024.0;
      float v2 = v / (r2 / (r1 + r2));
   Serial.println(v2);
        }

  else {
      float vPow = 5.6;
      float v = (analogRead(0) * vPow) / 1024.0;
      float v2 = v / (r2 / (r1 + r2));
   Serial.println(v2);
        }
    
}

#define NUM_READS 100
float readACS712_low_current(int sensorpin){
   // read multiple values and sort them to take the mode
   int sortedValues[NUM_READS];
   for(int i=0;i<NUM_READS;i++){
     int value = analogRead(sensorpin);
     int j;
     if(value<sortedValues[0] || i==0){
        j=0; //insert at first position
     }
     else{
       for(j=1;j<i;j++){
          if(sortedValues[j-1]<=value && sortedValues[j]>=value){
            // j is insert position
            break;
          }
       }
     }
     for(int k=i;k>j;k--){
       // move all values higher than current reading up one position
       sortedValues[k]=sortedValues[k-1];
     }
     sortedValues[j]=value; //insert current reading
   }
   //return scaled mode of 10 values
   float returnval = 0;
   for(int i=NUM_READS/2-5;i<(NUM_READS/2+5);i++){
     returnval +=sortedValues[i];
   }
   returnval = returnval/10;
   return returnval*1100/1023;

}

A “vPow = ” mint faktor használom a kalibráláshoz, ezt mérésekkel határoztam meg, ha csak egy szorzót használok, akkor akár 400mV eltérés is mutatkozik a mérésben, függően attól, hogy 1-2 voltot mérünk vagy 7-8-at, de így sem tökéletes, meg persze a kódon is van mit javítani.

Mérési eredmények

Az adatgyűjtésről és ábrázolásról bővebben itt: http://weblaboratorium.hu/2015/09/02/3db-ds18b20-digitalis-homerseklet-mero-szenzor-egy-csatornan/

Adatok →

A mérés 18:25-től 21:26 ig tartott, a napelem egy dél-nyugati tájolású ablakban volt elhelyezve, a helyszín pedig Frederiksberg, Dánia 2016.07.09.

A grafikonon látható, hogy néhány felhő átvonult a nap előtt, így a feszültség és áramerősség értékek nagy ingadozást mutattak. Az elején lehetett mérni a legnagyobb teljesítményt, ami 2,28W volt, de még 20:25 kor is 1,48W volt. Aztán persze ahogy a nap nyugodott le, az értékek gyorsan csökkentek.

Luxmérővel mért érték

21:12 – 425 lux (ekkor már nem volt elég energia a ventilátor működtetéséhez)

 

folyt. köv…

Hőmérséklet mérés.