Este proyecto consiste en el diseño y elaboración de un dispositivo capaz de trazar una gráfica de IV para mostrar la relación IV de los paneles fotovoltaicos de silicio como indicador de eficiencia. Los datos deben ser registrados y transmitidos a una base de datos en una computadora a través del puerto USB. El dispositivo también debe ser capaz de interrumpir la carga del panel para medir valores de corriente y voltaje, bajo diferentes niveles de irradiación solar. El dispositivo está hecho de materiales de bajo costo que permiten realizar investigaciones de bajo presupuesto.
Descripción general
Las medidas de corriente y voltaje del sistema fotovoltaico tomadas por el dispositivo para trazar la curva deben ser registradas y transmitidas a una base de datos en un computador a través de 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 funcionamiento de la corriente y el voltaje para ese dispositivo bajo una determinada incidencia solar y temperatura. Cuando se grafica el voltaje en función de la corriente, se obtiene una curva. En esta curva, la corriente máxima se encuentra donde comienza el gráfico y el voltaje máximo se puede ver donde termina el gráfico. El punto de máxima potencia del sistema fotovoltaico se encuentra en el "codo" 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 de 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 autónomo, por lo que requiere alimentación externa. Para la alimentación se utiliza un adaptador de 220/110 a 9 VDC, con 100 a 500 mA, con clavija cilíndrica de 2,1 mm, y un extremo positivo, con el negativo en el exterior. También es posible alimentar el dispositivo con los 5 V desde el puerto USB.
Momento
Como el muestreo no es continuo, es necesario contar con un reloj que permita al dispositivo tomar muestras cada hora, desde las 7 am hasta las 7 pm. Para ello se utilizó un reloj de tiempo real, de manera que le indique a la placa Arduino cuándo es el momento de tomar muestras y de entrar en modo ahorro de energía durante la noche.
Interrupción
El sistema cuenta con tres etapas, por lo que es necesario contar con 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 terminar el muestreo se desconecta nuevamente la carga y un tercer relé (S3) conecta los capacitores a una resistencia de drenaje, para que estén listos para el siguiente muestreo.
Acondicionamiento de señal
La señal de entrada del panel solar es demasiado alta para el Arduino, por lo que es necesario adaptarla para no dañar el microcontrolador. Para ello se utiliza un divisor de tensión, de forma que la señal no supere los 5V.
Adquisición de datos
Para tomar muestras de voltaje, el sensor de voltaje utilizado es el Arduino ADC, que es un ADC de 10 bits que le da al sistema una resolución de 4.88mV. Para la corriente, se utiliza una resistencia shunt, en el extremo inferior de la carga, y el voltaje a través de ella se mide utilizando el ADC de Arduino. Es necesario calcular el tiempo de barrido para una curva bajo diferentes condiciones de sol, el tiempo de barrido dependerá del valor del capacitor, el Voc y el Isc, por esta razón este valor cambiará también de acuerdo a las características del panel.
Almacenamiento de datos
Los datos se almacenan en un archivo con formato .csv, que es, “valores separados por comas” que permite manejar los datos en una hoja de cálculo.