Instrumentatie virtuala pentru [608916]

UNIVERSITATEA TEHNICĂ din
CLUJ-NAPOCA
FACULTATEA de INGINERIE
ELECTRICĂ

Instrumentatie virtuala pentru
panouri fotovoltaice

Conducător științific, Absolvent: [anonimizat]. Cosmin Dărab Ioan Florin Porumb

I. Enuntul temei: Instumentatie virtuala pentru panouri
fotovoltaice
II. Continutul proiectului de diploma:
1.O parte Hardware
2.O parte Software
III. Locul documentarii : Facultatea de Inginerie Electrică
IV. Conducator stiintific: As. Dr.ing. Cosmin Dărab
V. Data emiterii temei:11.12.2017
VI. Termen de predare: 09.09.2018

Acest document prezintă o soluție ieftină de instrumentație virtuală pentru a oferi nouă
tehnică pentru instrumentarea în timp real a caracteristicilor panoului fotovoltaic, cum ar fi
tensiunea, curentul și puterea. Proiectarea sistemului se bazează pe o placă de achiziție cu cost
redus, Arduino. Achizitia se face printr-un senzor de curent si tensiune la un cost redus si
datele sunt prezentate in Excel folosind PLX-DAQ, care permite comunicarea intre
microcontrolerul ATMega328 al placii Arduino UNO si calculator prin UART Bus. Prin
urmare, caracteristicile I- V și P -V, care au fost procesate în timp real, pot fi obținute direct și
reprezentate grafic într- o foaie de calcul Excel fără a fi necesară reprogramarea
microcontrolerului. O comparație între această instrumentație virtuală la cost redus și
instrumentația tradițională este trasată în această lucrare. S-a constatat că soluția noastră
prezintă mai multe avantaje comparativ cu soluția tradițională, cum ar fi datele pot fi
prezentate în formă grafică în t imp real. Astfel, în acest studiu sunt prezentate mai multe teste
experimentale pentru a confirma eficacitatea sistemului virtual de instrumentație dezvoltat.

I. Introducere.
Panourile fotovoltaice sunt principalele echipamente ale sistemului de generare a energiei
solare care servesc la transformarea energiei solare în en ergie electrică .
Energia generată de sistemele fotovoltaice depinde de condițiile de mediu cum ar fi
temperatura, radiația solară, direcția și spectrul de lumină solară. Și în condițiile standard de
testare (STC), caracteristicile panoului fotovoltaic sunt furnizate de producători. Cu toate
acestea, caracteristicile fotovoltaice nu sunt cunoscute din conditiile standard de testare.
Prin urmare, este necesară măsurarea caracteri sticilor fotovoltaice, motiv pentru care în
acest context sunt utilizate diferite instrumente tradiționale, cum ar fi multimetre. Cu toate
acestea, prin utilizarea acestui tip de instrumente este dificil să se facă o citire corectă de către
om în timpul sc himbărilor rapide ale temperaturii sau radiației solare. Astfel, câteva probe pot fi
capturate și, ca rezultat, caracteristicile obținute și trasate manual nu oferă suficiente informații
despre starea sistemului fotovoltaic. Cu toate acestea, există unele osciloscoape care pot
înregistra date prin intermediul comunicației USB, dar aceste instrumente sunt mai scumpe și nu
sunt disponibile pentru mulți cercetători.
Pe de altă parte, pot fi utilizate și instrumente virtuale pentru măsurarea caracteristicilor
fotovoltaice. Multe instrumente virtuale au fost propuse în literatura de specialitate, cum ar fi
Data Logger Solar Panel Parameters care colectează date de ieșire numai în formate de fișiere
text și nu pot fi preluate direct în timp real.

Prin urmare, a u fost propuse și multe sisteme de instrumente virtuale în timp real pentru
panoul fotovoltaic, cum ar fi instrumentația virtuală pentru monitorizarea în timp real a
sistemelor fotovoltaice bazate pe LabVIEW și instrumentația virtuală prin intermediul soft ului
standard de simulare Matlab. În plus, sunt disponibile diferite soluții software comerciale și sunt
utilizate în principal pentru măsurarea în timp real a caracteristicilor fotovoltaice. În general,
toate intstrumentele virtuale au un cost redus compa rativ cu instrumentele tradiționale. Cele mai
multe sisteme propuse sunt adesea bazate pe instrumentele LabVIEW sau Matlab, dar ele sunt
costisitoare și complexe.
Prin urmare, această lucrare propune un sistem de instrumentatie virtuala în timp real,
foarte ieftin, bazat pe Arduino Uno și Excel, deoarece Excel este instalat în aproape fiecare
calculator. Mai mult decât atât, acest sistem se bazează pe senzori de curent și tensiune ieftini.
Sistemul propus achiziționează în timp real curentul, tensiunea și puterea de ieșire
generata de panoul fotovoltaic. Achiziționarea datelor de măsurare de la senzorii de curent și de
tensiune se înregistrează direct în Excel utilizând aplicația de achiziție de date PLX -DAQ Excel
Macro, care permite comunicarea între micr ocontrolerul (ATMega328) și placa Arduino UNO,
utilizând UART Bus.
Principalele avantaje ale tehnicii propuse s- au manifestat prin simplitatea sa și prin
scăderea cererii de componente . În plus, această tehnică permite cercetătorilor să dobândească ș i
să vizualizeze caracteristicile sistemelor fotovoltaice de care au nevoie în munca lor într -un mod
mai simplu, mai ieftin și mai rapid.
Prin urmare, această tehnică este mai eficientă comparativ cu implementarea unui sistem
virtual de instrumente cu in strumente LabVIEW sau Matlab, care necesită mai multe abilități
tehnice și o pregătire preliminară pe aceste instrumente.
Pe de altă parte, pentru a demonstra eficacitatea sistemului nostru, această lucrare
prezintă o comparație între caracteristicile P-V și I-V ale panoului fotovoltaic obținute prin
soluția propusă și cele obținute prin instrumentele tradiționale printr -un multimetru. Trebuie
menționat că un model PSIM de panou fotovoltaic este utilizat ca referință , iar acest model este
deja validat.
Lucrarea este organizată după cum urmează: modelul panoului fotovoltaic este
prezentat în secțiunea 2. Proiectarea și descrierea sistemului de instrumentatie virtuala în timp
real a panoului fotovoltaic propus este făcuta în secțiunea 3. Experimentele și încercările sunt
prezentate în secțiunea 4. Îar in secțiunea 5 concluziile aceastei lucrari.

II. Modelul panoului fotovoltaic.
Panoul fotovoltaic este compus din mai multe celule fotovoltaice plasate în paralel sau în
serie care au ca rol conversia en ergiei solare în energie electrică , circuitul echivalent a panoului
fotovoltaic este prezentat în Fig.1:

Fig. 1 Circuitul echivalent al celulelor fotovoltaice

In Fig. 1, panoul fotovoltaic este modelat de o sursă de curent in paralel cu o dioda, o
rezistenta de șunt și o rezistenta serie. Curentul de iesire generat de panoul fotovoltaic poate fi
dat de ecuația (1):

În acest studiu, este folosit panoul solar TDC-M20- 36 și tabelul 1 prezintă caracteristicile
sale.

Caracteristicile panoului fotovoltaic
TDC -M20-36 AT STC (1000 W/m ², 25°C)
Caracteristici TDC-M20- 36
Puterea maxima, Pmax 20 W
Tensiunea la Pmax, Ump 18.76 V
Curentul la Pmax, Imp 1.07 A
Curentul de scurt circuit, Isc 1.17 A
Tensiunea circuitului deschis, Voc 22.70 V
Coeficientul de temperatură al Voc, Kv -0.35%/°C
Coeficientul de temperatură al lui Isc, Ki 0.043%/°C
Numarul de celule 36
Curent generat de lumină, Iph
1.173 A
Curent diodei de saturație, I0
2.6797e-11 A
Factorul de idealizare
1.0036
Rezistenta de sunt, Rsh 405.962 Ω
Rezistenta serie, Rs 1.0547 Ω

Pentru a valida eficacitatea, cât și acuratețea instrumentației virtuale în timp real propuse,
caracteristicile I-V si P-V ale panourile fotovoltaice care sunt obtinute de solutia propusa si cele
obtinute de multimetre v-or fi comparate, care sunt la randul lor obtinute prin modelul de panou
fotovoltaic PSIM.
Acest model este deja validat și rezultatele au arătat caracteristicile lui I -V și P -V oferite
de modelul de panou fotovoltaic PSIM sunt conforme cu cele obținute prin testul experimental.
Acest model este prezentat în Fig. 2 și curbele acestuia sunt prezentate în cadrul STC în Fig. 3.

Fig. 2 Modelul PSIM de panou fotovoltaic:

Fig. 3 Caracteristicile curbel or I-V si P-V pentru panoul fotovoltaic PSIM la STC
(T=25 °C and G=1000 W/m²)

III. SISTEM DE INSTRUMENTAȚIE VIRTUALĂ ÎN
TIMP REAL
Tehnica instrumentației virtuale în timp real propusa se face folosind PLX -DAQ achi ziție
de date Excel , în cazul în care date le pot fi achiziționate direct în timp real în Microsoft Excel .
PLX-DAQ Excel Macro poate achiziționa până la 26 de canale de date de la
microcontroler.
Structura de echipamente utilizate în sistemul de instrumentație virtuală poate fi văzută în
Fig. 4.

Fig. 4 Schema caracteristicii de iesire a sistemului de instumentatie a
panoului fotovoltaic.
Curentul si ten siune fotovoltaica sunt obținuti prin senzorii de curent și de tensiune.
Ieșirile celor doi senzori sunt transmise apoi microcontrolerului Arduino UNO. PLX-
DAQ Excel Macro permite comunicarea intre microcontroler și foaie de lucru Excel utilizând
UART Bus.
În timpul procesului de achiziție, datele obținute sunt stocate și reprezentate grafic în
timp real în foaia de calcul Excel. Ca orice si stem încorporat, sistemul propus de instrumentație
virtuală în timp real este împărțit în două părți: hardware și software.

1. Hardware:
În scopul dobandirii caracteristicilor panourilor fotovoltaice, diferite componente sunt
necesare, cum ar fi o placa de achizitie date, un senzor de curent și unul de tensiune.
A.Arduino UNO
Placa utilizata în această lucrare este Arduino UNO, în care este integrat microcontrolerul
ATMega328, este o placă de cost redus. Arduino UNO este prezentata în figura 5 si poate fi
alimentata de o sursa de curent continuu sau prin conexiune USB cu calculatorul. Aceasta placa
oferă 14 pini de intrare/ieșire digitală, 6 intrări analogice și pot fi program ate de programul
Arduino IDE.

Fig. 5 Placa Arduino Uno

B. Senzor de tensiune
Tensiunea fotovoltaica este măsurată de un senzor de tensiune , acest modul poate reduce
tensiunea de intrare până la 5 ori decat a tensiunii originale și este utilizat pentru a reduce
tensiunea de ieșire fotovoltaice (V) care este între 0 și 22.7V la o altă tensiune (V.d) între 0 și
5V,astfel incat să fie măsurabile de Arduino, deoarece intrarea analogica in Arduino este limitată
la 5V.
Tabelul 2 prezintă specificațiile sale și tabelul 3 prezinta conexiunile sale cu placa
Arduino. În funcție de producător, aceasta este de fapt un divizor de tensiune folosind două
rezistențe serie așa cum se arată în figura 7 .

Fig 6. Senzor de tensiune F031- 06

Tabelul 2
Specificatile tehnice ale senzorului de tensiune F031- 06
Specificatii Senzorul de tensiune FO31-06

Tensiunea de intrare
0–25 V

Interval de detectare a tensiunii
0.02445 –25 V

Rezoluție de tensiune analogică
0.00489 V

Tabelul 3
Conexiunile Senzorului de tensiune F031- 06

Simbolurile pinilor

Descriere

VCC -este conectat la partea inalta a tensiunii care trebuie măsurată

GND -este conectat la partea inferioara a tensiunii care trebuie măsurată

S -este conectat la o intrare analogă Arduino, aceasta este ieșirea măsurată

+ -nu este conectat
− -este conectat la impamantarea placutei

Senzorul de tensiune este pus in paralel cu sarcina ca în Fig. 10, atunci tensiunea de iesire
de pe acest senzor este transmisă convertorului analog -digital (ADC) de microcontrolerul de pe
Arduino. convertorul oferă o valoare digital a (V.out1) care variază între 0 și 1023, deoarece
aceasta din urmă este codificata în 10 biți.
Prin urmare, rezoluția de tensiune analogica a senzorului de tensiune este 0.00489 V (5 V
/ 1023), iar tensiunea de intrare minima detectata de acesta este 0.02445 V (0.00489 V × 5).
Intervalul de tensiune a senzorului este [0, 25V], raportul tensiunii este prezentat în
ecuația (2).
Tensiunea de iesire a panourilor fotovoltaice pot fi obținute prin ecuația prezentate în
relatia (3).

Fig. 7 Circuitul senzorului de tensiune.

C. Senzorul de current
Un senzor de curent (INA169) este utilizat pentru a măsura imaginea
curentului panoului fotovoltaic.
Figura 8 a rată senzorul de curent selectat, tabelul 4 prezintă specificațiile
sale și tabelul 5 prezinta conexiunile sale cu placa Arduino.

Fig. 8 Senzor de curent INA169

Tabel 4. Specificatiile senzorului de curent INA169

Specificații
Senzor ul de curent INA169

Interval comun de tensiune DC 2.7 V – 60 V
Tensiune de intrare pe scară largă
500 mV
Tensiunea de decalaj la intrare (Max) ±1000 µV/V
Devierea maxima a intrarii ±1 µV/°C
Eroare de nonlinearitate (Max)
±0.1%
Eroare totală de ieșire (Max)
±2%
Raportul general de respingere (Typ) 120 dB
Lățimea benzii
440 kHz
Tensiunea de alimentare a rețelei
DC 2.7 V – 60 V
Intervalul temperaturii de funcționare
-40 °C – 85 °C
Curentul static 60 µA

Circuitul senzorului de curent INA169 este prezentat în figura 9. INA169 este un
"monitor a curentului de derivatie, unipolar, de înaltă tensiune", ceea ce înseamnă că măsoară
căderea de tensiune pe un rezistor de derivație (Rs) care este plasat pe partea de putere pozitivă .

Amplificatorul operațional din interiorul modulului INA169 emite o tensiune bazată pe
diferența dintre tensiunile măsurate de VIN + și VIN -. Apoi, tensiunea de ieșire a
amplificatorului este transformată într -un curent de către tranzistorul intern, acest curent este
transformat înapoi la o tensiune (Vo) când trece prin rezistența de sarcină (RL) la sol. Rețineți că
domeniul Vo depinde de tensiunea furnizată de VCC (5 V în cazul nostru).

Prin urmare, și conform figurii 9, curentul măsurat este obți nut p rin următoarea ecuație :

Vo × 1000
IS = (4)
Rs × RL

Fig.9 Circuitul senzorului de curent INA169

Amplificatorul masoara tensiune peste 0.1 Ω , 1 % / 2 W, din rezistenta de sunt (Rs).
Deoarece diferența maximă de intrare a ampli ficatorului este de 500 mV, aceasta
înseamnă că senzorul de curent INA169 poate măsura la 5A.
Rezultatul este un curent care este atras prin intermediul rezistorului (RL) de 10 K, astfel
încât tensiunea de ieșire este de 1V pe curent.
Tensiune de ieșire Vo a senzorului I NA169 este tensiunea de intrare a unui pin analogic
Arduino, atunci această intrare este transmisă microcontroller -ului ADC care oferă o valoare
digitale (Vout2) care variaza de la 0 la 1023.Ca urmare, imaginea curentului de ieșire a panoului
fotovoltaic poate fi obținuta prin ecuația prezentata în relatia(5). Deoarece microcontroller -ul
ADC este codificat în 10 biți, rezoluția de citire detectat a de curent este 0.00489 A. Modelul
senzorului de curent este pus în serie între partea pozitivă a panoului fot ovoltaic si cea a
încărcării, așa cum se arată în figura 10.

Fig. 10 Schema componentelor conectate la Arduino UNO

2.Software
În partea de software, vom prezenta codul Arduino și toate programele solicitate (PLX –
DAQ Excel Macro și Arduino IDE) pentru proiectarea sistemului de instrumentatie virtuala in
timp real și ghidul pentru a realiza acest lucru. Rețineți că Arduino IDE și PLX -DAQ Excel
Macro sunt surse deschise.

A. Arduino IDE
Programul Arduino IDE face posibila scrierea, modificarea un ui program și
de a transforma într- o serie de instrucțiuni care sunt ușor de înțeles pentru
microcontroller-ul de pe placa . Arduino IDE poate rula pe Windows, Linux sau
Mac. Placa Arduino utilizata în această lucrare este programata de IDE, care are un
cod de editare și compilare, care se transfera din program la microcontroler prin
cablu USB.
Pentru a realiza acest lucru, va trebui realizati următorii pași:
-Obtinerea placii Arduino si a unui cablu USB
-Descarcarea aplicatiei Arduino IDE si instalarea ei
-Deschiderea aplicatiei Arduino IDE
-Scrierea codului in program ca in fig. 11
-Selectarea tipului de placuta utilizat (Arduino Uno)
-Conectarea la placuta
-Selectarea porturilor utilizate
-Verificarea si incarcarea programului la microcotrolerul Arduino

Fig.11 Fereastra programului Arduino IDE.

B.PLX- DAQ
PLX- DAQ Excel Macro a fost utilizat pentru achiziția date de pe microcontrolerul
Arduino pe o foaie de calcul Excel.
Trebuie doar să -l descărcați, după instalare un folder numit "PLX -DAQ" va fi creat
automat pe PC în care o comandă rapidă numită "Foaie de calcul PLX -DAQ" se află în interior.
Apoi, așa cum se arată în figura 12, se stabileste o comunicare între placa și Excel, avem
nevoie sa deschidem foaia de calcul și sa definim setãrile conexiunii (binară și portul) în
fereastra PLX- DAQ.

C. Codul programului Arduino IDE
Placa Arduino UNO oferă un mod simplu de a comunica cu un computer sau alte
microcontrolere.
Microcontrolerul ATMega328 de pe placa Arduino UNO oferă o comunicare cu serialul
UART TT (5 V). Apoi, circuitul integrat ATMega328 pe placa conectează aceast serial de
comunicare de la portul serialului Arduino UNO la portul USB al calculatorului, care apare ca un
port comun virtual în fereastra PLX-DAQ.
Codul programului implementat în placa Arduino UNO, permite sa dobandeasca date
masurate de senzori i de pe panoul fotovoltaic și le trimite la foaia de calcul PLX -DAQ, codul
este prezentat in urmatoarea imagine:

Codul programului Arduino IDE

IV. REZULTATE ȘI DISCUȚII
Figura 13 prezintă configurația experimentală a sistemului virtual de
instrumentație.
Microcontrolerul plăcii Arduino obține tensiunea și curentul de ieșire al panoului
fotovoltaic, care sunt măsurate de senzori și apoi calculează puterea de ieșire. Odată ce placa
Arduino este conectată la computer printr -un cablu USB, lansăm PLX -DAQ Exce l Macro și
definim seria portului , dacă placa Arduino este conectată la calculator ș i rata binara (9600 bit /
sec) în fereastra PLX- DAQ după ce este afișat așa cum se arată în figura 12.
Rețineți că rata binara definita în fereastra PLX -DAQ trebuie sa fie aceași ca ce a
utilizat în codul de program implementat în placa Arduino.
Prin u rmare, după ce se face clic k pe "connect", datele de ieșire vor fi colectate și
afișate în timp real pe foaia de calcul Excel, după cum se arată în figura 14.

Figura 13. Configurarea experimentală a sistemului de instrumentatie virtu ala.

TABELUL 6

Specificații de precizie ale multimetrului digital MU58A (Precizie: ± (a citire +
b cifre) Temperatura de operare: 18 ° c ~ 28 ° c).

Măsurare

Specificații de precizie a multimetrului digital
MU58A

Gama Rezolutie Precizie

Tensiune CC
(Impedanta de intrare ≥
10MΩ)
20 V
10 mV
±(0.5% +1)
200 V
100 mV
Curent continuu
200 mA
0.1 mA
±(1.5% +1)

20 A
10 mA
±(2% +5)

TABELUL 7

Specificații de precizie ale multimetrului digital ADM01 (Precizie: ± (a%
citire + b cifre)).

Măsurare

Specificații de precizie a multimetrului digital
ADM01
Gama Precizia

Tensiune CC
(Impedanta de intrare
:10MΩ)
20 V
±(0.5% +2)
200 V
Curent continuu

200 mA

±(1% +3)

10 A
±(3% +3)

Figura 16. Caracteristicile I- V și P-V ale panoului fotovoltaic prin utilizarea
multimetrelor la (T = 72 ° C și G = 1100 W / m²).

Așa cum a fost descris anterior panoului fotovoltaic, este utilizat modelul PSIM ca
referință pentru validarea eficacității și acurateței instrument atiei virtuale.

Prin urmare, caracteristicile fotovoltaice obținute prin soluția propusă și cele obținute
prin multimetre vor fi comparate cu caracteristicile fotovoltaice obținute prin modelul panoului
fotovoltaic PSIM. In figura 17 se prezintă caracteris ticile I- V și P -V obținute prin modelul PSIM
(la T = 72 ° C și G = 1100 W / m²).

În figura 18 sunt prezentate comparații ale datelor modelului panoului fotovoltaic
PSIM cu cele ale testului experimental prin instrumentele noastre virtuale și multime tre (la T =
72 ° C și G = 1100 W / m²).

După cum se arată în figura 18, caracteristicile P -V și I -V ale panoului fotovoltaic
achiziționate de instrumentația noastră virtuală sunt în concordanță cu datele simulate atât în
curbele de curent, cât și în curbe de putere cu un nivel bun de precizie.

Cu toate acestea, curbele obținute pe baza multimetrelor prezintă mici erori de precizie
datorate vârfurilor prezentate în ambele curbe. Acest lucru poate fi explicat prin precizia scăzută
a multimetrelor ut ilizate, pe de o parte, incapacității omului de a citi toate datele de pe ecranul
multimetrelor în timp real, în fiecare moment în timpul variațiilor rapide de măsurare.În plus,
eroarea poate fi mai semnificativă pentru probele mai mici măsurate decât pent ru cele mai mari.

Cu toate acestea, o instrumentație virtuală în timp real ne permite să citim fiecare
variație a măsurătorilor, deoarece acestea au fost înregistrate automat datorită sistemului de
achiziție în timp real.

Figura 17. Caracteristicile I- V și P -V ale panoului fotovoltaic PSIM.

Figura 18 Curbele modelelor I- V și P -V și datele experimentale ale panoului
fotovoltaic.

Rezultatele unui test similar cu cel precedent pentru instrumentația virtuală sunt prez entate în
figura 19, i n timp ce diferența se referă la scăderea timpului probei de la 1s la numai 100 ms.
După cum se arată în figura 19, au apărut oscilații pe curbele I -V și P-V. Ca rezultat, obținerea
unor caracteristici fotovoltaice bune necesită un compromis între utilizarea timpului scurt sau mare de
proba.
În cazul nostru și așa cum se arată în figura 15, un timp de proba de 1s este foarte util pentru
obținerea caracteristicilor panoului fotovoltaic utilizat fără oscilații.

Figura 19.
Caracteristicile I- V și P -V ale panoului fotovoltaic prin utilizarea timpului de
eșantionare de 100 ms la (T = 71 ° C și G = 1130 W / m²).

Figura 20.
Monitorizarea caracteristicilor de ieșire ale panoului fotovoltaic:
(a). Curba de monitorizare a curentului
(b). Curba de monitorizare a tensiunii
(c). Monitorizarea puterii de ieșire (la T = 75 ° C și G = 1100 W/ m²).

În figura 20 sunt prezentate rezultatele unui test de monitorizare a curentului, a
tensiunii și a puterii panoului fotovoltaic. Din rezultatele experimentale prezentate în figura 20,
se poate observa că panoul fotovoltaic a produs o putere maximă de 17,07 W la "15h14min02s"
când apare o tensiune de 14,15V și un curent de 1,20A. Ulterior, puterea de ieșire tinde la o
valoare minimă de 822,2 mW atunci când există o tensiune de 18,23 V și un curent de 45,1 mA.
Astfel, deoarece sistemul actual este utilizat ca instrument virtual pentru a obține
caracteristicile panoului fotovoltaic în condiții reale de funcționare, acesta poate fi utilizat și pe
activități de monitorizare periodică pe teren pentru sistemele fotovoltaice.
Obiectivul acestei lucrări a fost de a prezenta un nou instrument virtual pentru
caracteristicile de ieșire ale panourilor fotovoltaice, care este simplu și ieftin. Tabelul 8 prezintă
o comparație între prețul sistemului virtual de instrumentație propus și cel al diferitelor
instrumente tradiționale.
Alegerea unui instrument se caracterizează prin prețul său, precum și prin
caracteristicile sale tehnic e, și anume măsurarea preciziei, marja de măsurare, condițiile de
funcționare și posibilitatea de înregistrare a datelor. Instrumentul virtual propus costă
aproximativ 10 $.
Acest instrument este alcătuit din placa Arduino UNO, un senzor de tensiune (F03 1-06)
și un senzor de curent (INA169). În plus, partea software, care constă din codul încorporat
Arduino și din Excel Macro pentru achiziția de date PLX -DAQ.
Astfel, dacă vrem să ne îmbunătățim cercetarea, putem adăuga și în sistemul nostru alți
senzori cu costuri reduse, cum ar fi senzorii de temperatură (DS18B20) și iradiere (TSL230BRD –
TR) pentru monitorizarea temperaturii și iradierii solare.
Pe de altă parte, instrumentele tradiționale sau clasice, cum ar fi multimetrele și
oscilatoarele, sunt cunos cute pentru prețul lor ridicat. Cu toate acestea, sunt unele excepții de
osciloscoape care au elemente pentru înregistrarea datelor prin USB ca osciloscopul inteligent
PKT-1265 cu valoarea de (438,12 $) sau în timp real cu osciloscopul PCSU1000 (397,08 $), dar
aceste instrumente sunt și mai scumpe.
Pentru multimetre, chiar presupunând utilizarea multimetrului digital FLUKE 725 care
costa (2.906,00 $), cunoscut pentru precizia sa ridicată de măsurare. Este foarte dificil și
improbabil să se efectueze o citire corectă de pe ecranul multimetrului de către un om într -o
situație de schimbări bruște de curent sau de tensiune, chiar dacă se presupune o concentrație
optimă umană.
În consecință, pot fi capturate mici probe, atunci caracteristicile care au fost urmărite
manual nu reflectă caracteristicile reale ale sistemului fotovoltaic.
Spre deosebire de un instrument virtual robotic care a fost programat cu un utilitar
predefinit care înregistrează instantaneu fiecare variație de măsurare în cazurile extreme ș i rapide
care pot fi întâlnite.
Sistemul virtual de instrumentație propus în această lucrare permite utilizatorilor să
monitorizeze și să urmărească caracteristicile unui panou fotovoltaic într -un mod mai simplu,
mai ieftin și mai rapid. Sistemul nostru e ste foarte util pentru panourile solare care au o marjă de
tensiune de ieșire între 0 și 25 V, o marjă de curent între 0 și 5 A. Pentru panourile mari care
generează o tensiune și un curent superior celor menționate mai sus, codul Arduino prezentat în
această lucrare rămâne același cu mici modificări pe câteva linii ale programului în care
microcontrolerul calculează curentul și tensiunea care sunt achiziționate de noii senzori de
tensiune și curent.

TABELUL 8
PREȚUL SISTEMULUI DE INSTRUMENTARE VIRTUALĂ PROPUS ÎN
COMPARAȚIE CU INSTRUMENTELE TRADIȚIONALE

Instrumentatia vitruala
propusa Pret ($)
Sistemele de baza
– Placa Arduino UNO
– Senzorul de tensiune
F031-06
– Senzorul de current
INA169
4.75 ( www.aliexpress.com )
0.74 ( www.aliexpress.com )

3.30 ( www.aliexpress.com )

Total 8.79
Cu senzori de temperature
si de iradiere solara 8.79

2.72 ( www.banggood.com )
4,32 ( www.mouser.com ) – Senzorul de temperature
DS18B20
– TSL230BRD-TR
Total 15. 83
Instrumente traditionale Tipul Pret ($)
* Multimetre digitale ieftine :
– RM109
– UNI-TUT61E
* Multimetre inteligente:-
FLUKE 725 (precizie mare )
– ET201 (low-cost)
* Oscilloscope
– LONGWEI L-5040
(Osciloscop normal ) –
PKT- 1265 (osciloscop
inteligent )
– PCSU1000 (Masoara
in timp real) (www.aliexpress.com )

25.60
48.27

2.906,00 (www.pce-instruments.com )

49.83 ( www.aliexpress.com )

304.55( www.aliexpress.com )

438.12 (www.pce-instruments.com )
397.08 (www.pce-instruments.com )

V. CONCLUZII

Această lucrare descrie o instrumentație virtuală cu costuri reduse a caracteristicilor
panourilor fotovoltaice bazate pe Arduino și Excel. Sistemul de instrumentație propus este
capabil să achiziționeze, să monitorizeze și să stocheze datele sistemului fotovoltaic în timp real.
Mai mult decât atât, acest instrument este validat în această lucrare prin compararea datelor sale
experimentale cu cele obținute printr -un model PSIM de panou fotovoltaic, care a fost verificat
de diverși cercetători în studiile lor.

Rezultatele comparației arată c um caracteristicile fotovoltaice achiziționate de
instrumentul virtual sunt în concordanță cu cele obținute în cadrul PSIM cu o precizie ridicată.
De asemenea, se face o comparație între instrumentația virtuală propusă și instrumentația
tradițională care utilizează multimetre și sa constatat că soluția noastră prezintă mai multe
avantaje comparativ cu soluția tradițională, cum ar fi datele pot fi prezentate în formă grafică în
timp real.

Astfel, poate înlocui intervenția umană pentru a evita posibile erori legate de citirea
datelor de la multimetru, deoarece este mai ieftină și economisește mult timp. Prin urmare,
sistemul propus poate facilita asimilarea și înregistrarea datelor, precum și crearea și
personalizarea rapoartelor care pot fi analizate pentru a îmbunătăți performanța sistemelor
fotovoltaice.

VI. Bibliografie

[1] S. Ozdemir, N. Altin, I. Sefa, "Single stage three level grid interactive MPPT inverter for PV
systems", Energy Conversion and Management, vol. 80, pp. 561-572, 2014.
[2] J. Jean, P. R. Brown, R. L. Jaffe, T. Buonassisi, V. Bulović, “ Pathways for solar
photovoltaics, ” Energy & Environmental Science, vol. 8, no. 4, pp. 1200 –1219, 2015
[3] G. Singh, "Solar power generation by PV (photovoltaic) technology: A review", Energy, vol.
53, pp. 1-13, 2013.
[4] S. Motahhir, A. El Ghzizal, S. Sebti, A. Derouich, “Proposal and Implementation of a novel
perturb and observe algorithm using embedded software ”, IEEE International Renewable and
Sustainable Energy Conference, pp. 1-5, 2015.
[5] M. A. Eltawil, Z. Zhao, “Grid-connected photovoltaic power systems: Technical and
potential problems —A review, ” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 14, no. 1, pp. 112 –129, 2010.
[6] D. P. Hohm, M. E. Ropp, “Comparative Study of Maximum Power Point Trackin g
Algorithms, ” Progress in photovoltaics: Research and Applications, vol. 11, no. 1, pp. 47 –62,
2003.
[7] Panou solar de dimensiuni reduse / modul fotovoltaic 20w, vedere panou solar de dimensiuni
mici, TDCSolar Details de la Yongkang Tendency Solar Energy Co., Ltd. on Alibaba.com. 2017.
[Online]. Disponibil : https://tdcsolar.en.alibaba.com/product/60014424874220763581/small
size_solar_panel_20w_pv_module.html .
[8] PLX-DAQ Parallax Inc, Parallax.com. 2017. [Online]. Disponibil:
https://www.parallax.com/downloads/plx-daq
[9] S. Motahhir, A. Chalh, A. El Ghzizal, S. Sebti, A. Derouich, “Modeling of Photovoltaic
Panel by using Proteus ”, Journal of Engineering Science and Technology Review, vol. 10, no. 2,
pp. 8-13, 2017.
[10] "Arduino-Software" [Online]. Disponibil: https://www.arduino.cc/ro/Main/Software
[11] Modul senzor de tensiune Arduino compatibil. 2017. [Online]. Disponibil:
http://www.emartee.com/product/42082/Voltage%20Sensor%20. [27] Foaie de date INA169
[Online]. Disponibil: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina169.pdf?HQS=TI-null-
nullalldatasheets-df- pf-SEP-wwe.pdf
[12] A. Hemza, H. Abdeslam, C. Rachid, M. Pasquinelli, D. Barakel, “Tracing current-voltage
curve of solar panel Based on LabVIEW Arduino Interfacing, ” Bilișim Teknolojileri Dergisi,
vol. 8, no. 3, pp. 117 –123, 2015.