Real-time zonnepaneelmonitoring met Arduino: Goedkope data-acquisitie

Onderdelen en benodigdheden

Benodigde tools en machines

• Parallax PLX-DAQ
• Arduino IDE

Over dit project

Dit project stelt een goedkope manier voor van virtuele instrumentatie voor real-time monitoring van PV-paneelkenmerken zoals spanning, stroom en vermogen. Het systeem is gebaseerd op een goedkope Arduino-acquisitieboard. De meting geschiedt via goedkope stroom- en spanningssensoren, en de data worden in Excel weergegeven met behulp van de PLX-DAQ data-acquisitie-macro.

De opstelling is schematisch weergegeven in de onderstaande figuur. De PV-stroom en -spanning worden verkregen via de sensoren. De uitgangen gaan naar de microcontroller van de Arduino UNO. Tijdens de acquisitie worden de data opgeslagen en real-time geplott in een Excel-spreadsheet.

Dit project is gekoppeld aan een onderzoeksartikel.

Uitlegvideo: (niet beschikbaar in bron)

Code

Real-time data-acquisitie van zonnepaneel met Arduino en Excel Arduino

De in de Arduino UNO ingebedde programmacode voor het acquisitie van PV-paneeldata van de sensoren en verzenden naar een PLX-DAQ-spreadsheet:

/*****************************************************************************
 Aboubakr El Hammoumi
*****************************************************************************/
/******************************************************************************
 PROJECT : Instrumentatie van PV-paneelkenmerken
 Functie : Real-time data-acquisitie van zonnepaneel met Arduino en Excel
******************************************************************************
 * 
 * Geschreven door : Aboubakr El Hammoumi
 * Datum : 04/05/2018
 * 
 * Email : aboubakr.elhammoumi@usmba.ac.ma
*****************************************************************************/

/* Initialisatiefunctie */
void setup() {
  // Seriële verbinding instellen
  Serial.begin(9600);
  // Wis alle data
  Serial.println("CLEARDATA");
  // Definieer kolomkoppen (PLX-DAQ commando)
  Serial.println("LABEL,t,voltage,current,power");
}

/* Hoofdprogramma */
void loop() {
  // Spanning meten met "B25 0-25V" Spanningssensor
  // Stroom meten met "INA169" Stroomsensor
  // Lezen van stroom en spanning van sensoren
  float voltage = analogRead(A0) * 5 * 5.0 / 1023; // PV-paneelspanning
  float current = analogRead(A1) * 5.0 / 1023;     // PV-paneelstroom
  float power = voltage * current;                  // PV-paneelvermogen

  // Data in real-time naar Excel sturen via seriële poort
  Serial.print("DATA,TIME,"); // PLX-DAQ commando
  Serial.print(voltage);
  Serial.print(",");
  Serial.print(current);
  Serial.print(",");
  Serial.println(power);
  delay(1000); // 1 seconde wachten
}

Schema's

De spanningssensor wordt parallel met de belasting aangesloten. De stroomsensor-module wordt in serie geschakeld tussen de positieve kant van het PV-paneel en die van de belasting.

De PLX-DAQ Excel-macro wordt gebruikt voor data-acquisitie van de Arduino naar een Excel-spreadsheet. Download en installeer; er wordt automatisch een map "PLX-DAQ" aangemaakt met een snelkoppeling "PLX-DAQ Spreadsheet". Open de spreadsheet en stel de verbindingsinstellingen in (Baudrate en poort) in het PLX-DAQ-venster.

De microcontroller meet de PV-paneeluitgangsspanning en -stroom, berekent het vermogen en stuurt dit via USB naar de computer. Na het starten van de PLX-DAQ-macro en instellen van de seriële poort en baudrate (9600 bit/sec, gelijk aan de code), klik je op "connect" en worden de data real-time in Excel weergegeven. De lichtintensiteit wordt handmatig gevarieerd met een variabele weerstand (0-330 Ω) om de I-V en P-V-karakteristieken te traceren. Optioneel kan een pyranometer de straling meten. De microcontroller meet elke seconde de PV-stroom, -spanning en -vermogen.

De I-V en P-V-karakteristieken van het PV-paneel verkregen met onze virtuele instrumentatie.

Resultaten van een test met verminderde stapgrootte van 1s naar 100ms. Er verschijnen oscillaties op de kurven door meetonauwkeurigheid, maar met een groter steekproefvolume. Een compromis tussen kleine en grote stapgrootte is nodig. Voor nauwkeurige veranderingen: kleine stapgrootte. Voor snellere metingen: grote stapgrootte.

Monitoringtest van stroom, spanning en vermogen. Maximumvermogen van 17,07 W gemeten om 15:14:02 bij 14,15 V en 1,20 A. Minimumvermogen 822,2 mW bij 18,23 V en 45,1 mA. Het systeem kan als virtuele instrument dienen voor periodieke monitoring van PV-systemen in de praktijk.