I-V Curve tracer/es

Este proyecto consiste en el diseño y la elaboración de un dispositivo capaz de trazar una gráfica de VI para mostrar la relación VI de los paneles fotovoltaicos de silicio como indicador de eficiencia. Los datos deben registrarse y transmitirse a una base de datos en un ordenador mediante el puerto USB. El dispositivo también debe ser capaz de interrumpir la carga del panel para medir los valores de corriente y voltaje bajo diferentes niveles de radiación solar. El dispositivo está fabricado con materiales de bajo coste que permiten realizar investigaciones con bajo presupuesto.

Descripción general

Las mediciones de corriente y voltaje del sistema fotovoltaico, tomadas por el dispositivo para trazar la curva, deben registrarse y transmitirse a una base de datos en una computadora mediante medios inalámbricos. El dispositivo también debe ser capaz de interrumpir la carga del panel para medir los valores de corriente y voltaje bajo diferentes niveles de irradiación solar.

Curva IV

La curva IV de un dispositivo fotovoltaico representa todos los posibles puntos de operación de corriente y voltaje para dicho dispositivo bajo una incidencia solar y temperatura determinadas. Al graficar el voltaje en función de la corriente, se obtiene una curva. En esta curva, la corriente máxima se ubica donde comienza el gráfico y el voltaje máximo donde termina. El punto de máxima potencia del sistema fotovoltaico se encuentra en el punto de inflexión de la curva. El sistema fotovoltaico puede operar en cualquier punto de la curva, dependiendo del valor de la carga a la que esté conectado. La potencia producida por el sistema fotovoltaico es el producto de los valores de voltaje y corriente en cada punto de la curva.

Descripción del sistema

Son seis los subsistemas que componen el sistema de medición de la curva IV: alimentación, temporización, interrupción, acondicionamiento de señal, adquisición de datos y almacenamiento de datos.

Fuente de alimentación

Este diseño no es un sistema independiente, por lo que requiere alimentación externa. Para la alimentación, utiliza un adaptador de 220/110 a 9 VCC, con 100 a 500 mA, con un conector cilíndrico de 2,1 mm y un extremo positivo y el negativo en el exterior. También es posible alimentar el dispositivo con 5 V desde el puerto USB.

Momento

Dado que el muestreo no es continuo, es necesario contar con un reloj que permita al dispositivo tomar muestras cada hora, de 7:00 a 19:00. Para ello, se utilizó un reloj de tiempo real que indicaría a la placa Arduino cuándo tomar muestras y entraría en modo de ahorro de energía durante la noche.

Interrupción

El sistema consta de tres etapas, por lo que se requieren interruptores para conectarlas y desconectarlas. El primer relé (S1) conecta el panel al dispositivo de medición y lo desconecta de su carga. Un segundo relé (S2) conecta la carga capacitiva al panel. Al finalizar el muestreo, la carga se desconecta de nuevo. Un tercer relé (S3) conecta los condensadores a una resistencia de drenaje, dejándolos listos para el siguiente muestreo.

Acondicionamiento de señales

La señal de entrada del panel solar es demasiado alta para el Arduino, por lo que es necesario adaptarla para evitar dañar el microcontrolador. Para ello, se utiliza un divisor de tensión, de modo que la señal no supere los 5 V.

Adquisición de datos

Para tomar muestras de voltaje, se utiliza el sensor de voltaje Arduino ADC, un ADC de 10 bits que proporciona al sistema una resolución de 4,88 mV. Para la corriente, se utiliza una resistencia de derivación en el extremo inferior de la carga, y el voltaje a través de ella se mide con el ADC Arduino. Es necesario calcular el tiempo de barrido de una curva bajo diferentes condiciones solares. Este tiempo dependerá del valor del condensador, la Voc y la Isc; por lo tanto, este valor también variará según las características del panel.

Almacenamiento de datos

Los datos se almacenan en un archivo en formato .csv, que es "valores separados por comas" que permite manejar los datos en una hoja de cálculo.