Cap 1.Introducere [302380]

Cap 1.Introducere

Tehnologia panourilor fotovoltaice a revoluționat energia regenerabilă. În prezent societatea se confruntă cu o [anonimizat] a [anonimizat].

Societatea iși îndreaptă atenția către sursele primare și rentabile a [anonimizat], eoliană și o [anonimizat]. [anonimizat], ea este nelimitată și practic nepoluantă.

Această lucrare este realizată pentru ridicarea randamentului a [anonimizat] v-a [anonimizat]. Aceasta se realizează cu implementarea unui algoritm în placa de programare Arduino și montarea senzorilor de lumiă care vor căuta cel mai luminos punct.

Prin aceasta metodă se mărește randamentul panoului fotovoltaic de producere a [anonimizat] 30-40% mai mult față de panourile de la momentul actual.

Figura 1.1. Panou fotovoltaic [1]

Sistemele de urmărire a [anonimizat] o axă de urmărire a soarelui ce v-a permite mișcarea orizontală a panoului urmărind soarele de la răsărit la apus și siteme cu două axe ce v-a permite panoului mișcarea atât pe orizontală cât și pe verticală a panoului.

Pentru un sistem fotovoltaic ce v-a permite urmărirea soarelui este nevoie de următoarele elemente generale pentru crearea kitului:

-[anonimizat]

-interfața de comunicare PC RS232

-[anonimizat]

-[anonimizat]

-Placă de programare ARDUINO a motoarelor și a senzorilor

-[anonimizat] 2.Considerații Teoretice

2.1 [anonimizat], valoare fiind de 3.86 x 1026 J/s, într-o [anonimizat] X pană la unde radio. [anonimizat] “standard”. Radiația solară standard cunoscută și ca spectrul masei de aer AM 1.5 are o densitate de putere 1000 W/m2. Eficieța panourilor fotovoltaice multicristaline prezente pe piața este de aproximativ 12%, astfel un panou fotovoltaic obișnuit de 1 m2 aflat în câmp deschis în bătaia directă a razelor solare v-a produce o putere de vârf aproximativ 120 W.

[anonimizat].

[anonimizat] 85% [anonimizat].

Datorită principiuluui fundamental de conservare a energiei, electronii excitați nu pot avea energie mai multă sau mai puțină decât cea a razelor incidente venite de la soare.

Fotonii cu energie mai redusă decât decalajul de energie vor trece prin semiconductor și nici un electron nu v-a fi excitat. Fotonii cu energie mai mare decât decalajul energetic vor fi absorbiți, dar diferența de energie dintre fotoni și decalajul energetic este convertită în căldura de către vibrațiile de la nivelul țesaturii (moleculare).

2.2 Tipuri de panouri fotovoltaice

În prezent panourile solare sunt utilizate tot mai des pentru eficiența lor de producere a energiei electrice și pentru că se pot amplasa în diferite locuri și nu necesită un mediu special, costurile fiind diferite de producție si achiziție ceea ce permite să fie accesibil pentru oricine în orice domeniu . Soarele fiind ce mai eficientă resursă regenerabilă pentru producerea energiei electrice, ea fiind o resursă necostisitoare și infinită.

2.2.1. Panourile fotovoltaice monocristaline

Panourile fotovoltaice ce conțin celule monocristaline sunt cele mai eficiente în prezent având un randamend 20% pe celulă. Celulele fiind alcătuite din plăci de siliciu formate dintr-un material cristalin, aceste cristale reprezintă materia de bază pentru construirea celulelor fotovoltaice monoctristaline, fiind foarte costisitor procesul de producție. În prezent aceest tip de panou este foarte costisitor.

2.2.2 Panouri fotovoltaice policristaline

Panourile fotovoltaice cu celulele policristaline, conțin zone cu cristale diferite. Randamentul celulelor policristaline este de 13%, iar avantajele acestor panouri este cea de prodcție având în vedere caliatatea bună a lor și prețul foarte scăzut. De aceea aceste panouri sunt cele mai utilizate în industria panourilor fotovoltaice.

Panourile solare sunt alcătuite din celule fotovoltaice, datorită faprului că o celulă fotovoltaică nu poate produce suficient curent electric, atunci celulele sunt legate în serie-paralel formând un panou fotovoltaic.

Panourile fotovoltaice sunt produse în diferite dimensiuni având prețuri variate și depinzând și de locul unde v-a urma montarea panoului fotovoltaic. Cele mai folosite panouri fotovoltaice în gama rezidențială sunt cele cu o putere de 50 și 75W, iar pentru centralele fotoelectrice se folosesc panorui solare de puteri mari de circa 220W pana la 300W.

Un prim exemplu un panou fotovoltaic de 50W este de aproximativ 0,5 m2. Panourile fotovoltaice pot fi conectate la rândul lor în serie sau paralel ce permite să creăm sisteme mai mari de producere a curentului electric de ordinul MW.

2.2.3 Panouri fotovoltaice amorfe

Panourile nu conțin cristal, sunt construite pe bază siliciului amorf, din această cauză panourile sunt foarte subțiri. Au un randament de 10%, consturile de producție sunt mici, dar în cazul unei iluminări prea puternice a acestuia se pot degrada într-un foarte scurt interval de timp. De acceea cel mai des se utilizează în calculatoare de buzunar sau ceasuri.

2.2.4 Panouri fotovoltaice microcristaline

Aceste panouri sunt alcătuite din celule cu un strat subțire cu structura microcristalină, au un randament mai bun decat celulele amorfe, stratul lor nu este atat de gros ca și panourile policristaline,se utilizează parțial în industria panourilor fotovoltaice dar nu sunt atât de răspândite.

Figura. 2.1 Panouri fotovoltaice (monocristalin, policristalin și amorf) [2]

2.2.5 Panoruile fotovoltaice cu celule tandem

Panourile fotovoltaice cu celule tandem sunt, celule fotovoltaice suprapuse, în mare parte sunt celule policristaline si amorfe. Această tehnologie presupune captarea razelor solare pe un spectru mai larg din lumina solară. Costurile producției fiind mai mare.

2.3. Sisteme panouri fotovoltaice

2.3.1. Sisteme panouri fotovoltaice OnGrid

Sistemul OnGrid sunt panouri fotovoltaice conectate la rețea ce au în construcția lor panouri fotovoltaice cu invertoare OnGrid si grup de măsurare.

2.3.2 Sisteme panouri fotovoltaice OffGrid

Sisteme de panouri fotovoltaice autonome ce au în componență panouri fotovoltaice, controler de încărcare, baterii și invertor.

Invesția intr-un sistem fotovoltaic, fie el conectat la rețea OnGrid, fie el autonom OffGrid devine din ce în ce mai rentabilă, deoarece în ultimii trei ani evoluția Euro/Watt a panourilor fotovoltaice a fost una descendentă.[3]

Ca soluție pentru iluminare stradală, utilitații casnice cât și pentru camping, case de vacanță, ferme moderne și regiune neaccesibile transportului de energie electrică de la rețeaua natională, panourile fotovoltaice au devenit cele mai eficiente cât și cele mai accesibile. Pentru sistemele conectate la rețea, panourile fotovoltaice au devenit cele mai accesibile deoarece se pot achiziționa cu ajutorul fondurilor europene cât și datorită faptului că sunt eco, nepoluante.

2.4. Celule Fotovoltaice

Energia electrică este produsă atata timp cât celulele fotovoltaice primesc lumina solară, materialele din care sunt fabricate aceste celule fotovoltaice sunt materiale semiconductoare cu o durată de viața între 10 si 20 de ani, depinzând de tipul celulei fotovoltaice.

Figura 2.4 [4a]

1. Lumina (fotoni)

2. Suprafață frontală

3. Strat negativ

4. Strat izolator

5. Strat pozitiv

2.5. Avantaje, Dezavantaje a Sistemului Energetic Fotovoltaic

2.5.1. Avantajele sistemului energetic fotovoltaic

După investiția inițială în construirea unei centrale electrice solare,costurile de operare sunt foarte joase în comparație cu tehnologiile folosite în prezent în energia convențională.

Când este conectată la rețea,electricitatea generată solar poate înlocui cea mai scumpă electricitate pe durata perioadelor de solicitare maximă (în majoritatea zonelor climatice), poate reduce 7încărcătura rețelei și poate elimina nevoia locală de baterii pentru uz în perioade de întuneric sau pene de curent. Generarea de energie electrică solară este superioară d.p.d.v. economic in locurile unde conectarea la rețea sau transportarea combustibilului este dificilă, scumpă sau imposibilă.

Centralele pot funcționa cu un nivel minim de întreținere după punerea în funcțiune a acestora. Energia solară este nepoluantă pe durata utilizării acesteia. Deșeurile și emisiile de la finalul producției pot fi controlate ușor cu ajutorul metodelor de control existente.

2.5.2. Dezavantajele sisemului fotovoltaic

Este o tehnologie costisitoare. Investiția inițială într-un sistem solar este ridicată. Panourile fotovoltaice necesită echipamente adiționale (invertori) pentru a converti curentul continuu în curent alternativ, pentru a putea fi folosit în rețelele electrice. Instabilitatea luminii soarelui, înspecial cantitatea de radiații solare.Aceasta este variabilă în fiecare oră si sezon, depinzând de condițiile meteo și de poziția pe planetă.

2.6. Orientarea Panoului Fotovoltaic

Raza luminoasă parcurge o linie dreaptă de la soare la pământ. La intrarea în atosfera pământului o parte din lumină se impraștie iar o parte ajunge la sol intr-o linie dreaptă. O alta parte a lumii este absorbită de atmosferă. Lumina ce s-a împraștiat în atmosferă este ceea ce noi numim lumină difuză sau radiație difuză. Raza de lumină ce ajunge pe suprafața solului fără să fie impraștiată este denumită radiație directă. Radiația solară directă este ceea mai cunoscută și simțită in mod direct de către oameni.

Figura 2.6. Explicatii figură (1. Direct 2. Absorbtie 3. Reflexive 4. Indirect)[4b]

Numai o mică parte a radiației solare ce ajunge cu adevarăt pe solul pământului.

2.6.1 Unghiul de Înclinare a Panoului Fotovoltaic

Soarele traversează cerul de la est la vest. Panourile solare au un randament mai mare decât sunt orientate perpendicular cu Soarele la mijlocul zilei, când intensitatea luminoasă este cea mai mare. Majoritatea sistemelor solare sunt montate pe acoperiș sau un cadru metalic având o pozitie fixă neputând să urmărească Soarele pe durata zilei. Unghiul dintre planul orizontal și panoul solar este numit unghi de înclinare.

Deoarece Pământul se rotește în jurul Soarelui există variații și în funcție de anotimpuri. Razale Soarelui nu vor mai ajunge în același unghi la sol pe perioada iernii ca și în perioada verii. Această pozitie ar dezavantaja producția de energie pe timpul iernii, așa că v-a face un compromis între cele două situații. Pentru fiecare latitudine există un unghi de înclinație optim. Numai în zonele foarte apropiate de Ecuator panourile pot avea un unchi de înclinație mai aproape de zero.

Figura 2.6. Unghiul optim pe timp de iarnă și pe timp de vară [4c]

1. radiațe solară pe timp de iarnă

2. radiație solară pe timp de vară

Un panou solar produce energie electrică chiar si când nu există radiație solară directă. Așadar, chiar dacă este înorat afară un sistem solar v-a produce energie electrică. Totuși cele mai bune condiții de obținere a energiei electrice sunt în zilele însorite, iar panoul îndreptat direct spre Soare. Dacă nu se optează pentru zonele ce se află în emisfera Nordică, panourile se vor orienta spre sud iar între cele din emisfera sudică, se vor orienta spre nord.

O mică deviație de la orientare v-a avea un efect semnificativ în producția de energie electrică anuală.

2.7. Radiația Solară

Soarele emite în mod continuu cantități mari de energie, o parte din această energie ajunge pe pământ, iar în mare parte a energiei produsă de soare este absorbită de atmosferă sau reflectă înapoi în spațiu.

Intensitatea luminii ce ajunge pe Pământ variază în funcție de perioada zilei, locația și condițiile meteorologice. Radiația solară ce ajunge pe Pământ se măsoară in Wh/m2 pe an. Pentru a simplifica calculele și a avea o baza comună de calcul s-a decis ca standard o putere de 1000Wh/m2 timp de o ora pentru o zi însorită. Această putere se regăsește într-o zi de vară pe o suprafață de un metru pătrat unde soarele este perpendicular pe aceasta.

Radiația solară ce cade pe sol poate varia atât cu perioada zilei, dar poate varia considerabil în funcție de locație, mai ales in zone de munte. Radiația solară variază între 1000KWh/m2 pe an în țările din Europa de Nord și 2000-2500 KWh/m2 pe an în zonele cu deșert. Aceste variații între locații sunt date de diferențele de latitudine și condițiile meteorologice.

Figura 2.7. Radioația solară asupra României.[4d]

2.8. Captarea radiției solare

Transformarea, sau conversia energiei solare în energie termică, este realizată în captatori solari, având funcționarea bazată pe diverse principii constructive.

Indiferent de tipul captatorilor solari, pentru ca randamentul conversiei energiei solare în energie termică să fie ridicat, este important ca orientarea captatorilor spre Soare, să fie cât mai corectă.

Poziția captatorilor solari este definită prin două unghiuri și anume, unghiul de înclinare față de orizontală, prezentat în figura și notat cu α, respectiv unghiul azimutului, reprezentând orientarea față de direcția sudului.

Figura 2.8. Unghiul de înclinare a captatorilor solari față de orizontală [4e]

Concluzii

Sistemul se poate realiza și cu diverse circuite electronice de comandă și alte componente electronice. În acestă lucrare voi prezenta un sistem de orientare după soare, se vor utiliza senzori pentru detectarea poziției soarelui, cu ajutorul fotorezistențelor.

Mecanismele de orientare dupa soare pot fi realizate în diferite moduri, controlul acestora se poate realiza cu automate programabile dar și cu circuite electronice de comandă.

Automatele programabile oferă facilitate, cum ar fi, programarea intervalului de timp în care sistemul se autoreglează dupa soare. Întârzierea orientării sistemului duc la scăderea energiei consumate de către motor.

Unghiul de captare a energiei Solare, v-a orienta automat prin intermediul fotorezistențelor care vor trimite un semnal placi Arduino pentru a porni motoarele.

Capitolul 3.

Realizarea Practică

3.1 Aspecte Generale

Panoul fotovoltaic este un dispozitiv alcătuit de către mai multe celule fotovoltaice legate în serie, celulele sunt așezate pe sticla transparentă, lipite cu silicon. Doua motoare de curent continuu v-a asigura mișcarea panoului fotovoltaic de la răsarit la apus. Iar converoarele de putere alături de senzorii de lumină cu ajutorul programului software vor ridica randamentul de producere de energie electrică cu până la 40%.

Software-urile folosite pentru această lucrare sunt Arduino Uno – care realizează legătura între partea harware și software si Processing – care este folosit pentru a experimenta moduri de corecție al datelor provenite de la senzorii inerțiali.

Figura. 3.1 Circuit electric de incărcare a acumulatorului [5]

3.2 Etapele de proiectare mecanice al unui panou Fotovoltaic

Acest panou are două componente principale, două motoare care ajută la rotirea panoului și la mișcarea în sus și jos pentru a putea sa se orienteze după soare. În primul rând am asamblat componentele mecanice după care am automatizat acest sistem.

În prima etapă pentru construirea acestui panou fotovoltaic,am ales o sticlă groasă de 3 mm, având latura de 73 cm, forma fiind pătratică. S-au achiziționat 16 celule fotovoltaice, policritaline.

Figura 3.2.1. Celule fotovoltaice

Celulele având puterea maximă de producere a energiei electrice de 3.75 W, Tensiune 0.6 V, Curent 6.3 A, Tipul celulei Policristalină cu 2 benzi. Calitatea fiind de Grad A, fară cioburi sau zgârieturi.

Celule policristaline, sunt lipite în serie, cu ajutorul bandei de cositor, lipiturile se fac cu mare atenție, deoarece de la o presiune prea mare din partea pistolului de lipit pe celulă, aceasta se poate fisura și nu va mai putea produce curent electric.

Figura 3.2.2. Celule legate în serie.[5]

După lipirea celulelor, se vor așeza pe sticlă lipinduse cu ajutorul siliconului, de culoare transparentă permițând trecerea luminii. Pentru ca celulele fotovoltaice să poată să producă energie electrică.

În imaginea următoare avem panoul fotovoltaic după ce s-au lipit celulele fotovoltaice pe geam și asamblarea acestuia.

Figura 3.2.3. Panou fotovoltaic

Pentru protecția celulelor fotovoltaice pe spatele panoului s-a lipit polistiren gros de 2 cm, de culoare albastră.

Figura 3.2.4. Protecție spate panou fotovoltaic

Sticla v-a avea o ramă de 5 cm pentru protectie, astfel încât să nu se poată fisura sau crăpa incât să pătrundă praf sau apă la celeulele fotovoltaice, în așa fel celulele vor putea da randamentul maxim din punct de vedere a transparenței sticlei și a captări razei solare.

Următoarea etapă a construcției, a fost creerea bazei panoului pentru a se putea orienta după soare, am ales o placă de lemn cu dimensiunile necesare pentru a putea asambla toate componentele necesare pentru creerea panoului. Pe placa de lemn au fost asamblate cinci picioare care au fost realizate din plastic. Picioarele fiind montate în părțile din colțul plăcii de lemn iar un picior montat pe mijlocul plăcii pentru a putea menține greutatea panolui fotovoltaic și pentru a nu se deteriora lemnul.

Figura 3.2.5. Suport panou cu 5 elemente.

Etapa următoare constă în poziționarea reductorului și a motorului de 12 V, pe centrul plăcii de lemn, reductorul fiind pe centrul greutății acesta v-a menține echilibru panoului pentru a nu se putea permite o înclinare prea mare a acestuia și să se deterioreze panoul fotovoltaic.

Figura 3.2.6. Motor 12 V și reductor.

3.3 Etapele Electrice de proiectare a panoului fotovoltaic

Panoul fotovoltaic este dezvoltat pentru a crește eficiența captării energiei solare. Acest panou are la bază 16 celule legate în serie ce v-a putea genera un curent de 12 V in zile însorite cu o putere de 35 Wh. Automatizarea panoului fotovoltaic cu ajutorul construcției mecanice pe care o am implementat, v-a urmări soarele de la est la vest pe parcursul zilei și v-a reveni la normal la sfârșitul ciclului, adică la începerea serii cand eficiența energetică solară nu v-a mai avea capacitatea de 100%. În circuitul electric am implementat un convertor step up DC-DC ce are capacitatea de a ridica curentul electric generat de panoul fotovoltaic cu o capacitate de 100%. Un prim exemplu: dacă panoul fotovoltaic v-a genera 12 V, convertorul v-a lucra cu un randament de 100% și v-a menține tensiunea constatntă de 12 V la intrarea în regulator. În cazul în care panoul fotovoltaic v-a genera 7 V atunci convertorul v-a lucra cu o capacitate de 90% pentru menținerea curentului la regulator. Ajutat de altfel și de sistemul mecanic automatizat de urmărire a soarelui, atunci acest panou v-a genera o putere de 75 Wh pe timpul zilei însorite.

Pentru stocarea energiei produse de către panou am atașat un acumulator de 12 V ,56Ah. Acest acumulator are scopul de a stoca curentul produs de către panoul electric și de a distribui în retea prin invertorul de putere ca v-a inversa curetul din DC-AC. Încărcarea și descărcarea acumulatorului este monitorizată de către regulator, care v-a încărca cu o tensiune de 14.4 V și când bateria atinge acest prag atunci regulatoru v-a opri încărcarea, dupa scăderea pragului de 12 V regulatoru v-a permite încărcarea bateriei.

Figura 3.3.1

3.3.1 Placuta de dezvoltare Arduino Uno

Arduino este o placă de dezvoltare, cu un singur microcontroler, ce permite dezvoltarea unor proiecte multidisciplinare, mult mai accesibile. Este un dispzitiv uimitor care îți permite să realizezi aproape orice proiect, de la opere de artă interactive, la roboți mobili. În forma cea mai simplă, o placă de dezvoltare Arduino, poate fi considerată ca un mic calculator căreia îi poți controla intrările și ieșirile de la chip. Placa de bază este alcătuit dintr-un microprocesor, un cistal sau un oscilator și un regulator de 5 V.

Aceasta este realizată dintr-un hardware și software (plăcuță fizică și program). Hardware-ul constă dintr-o placă open-source (sursă deschisă) concepută în jurul unui microcontroler Atmel AVR pe 8 biți sau un Atmel ARM pe 32 de biți. Partea de software, constâ dintr-un compilator cu limbaj propriu de programare executat pe microcontroler.

O placă Arduino constă dintr-un microcontroler și o serie de componente complementare pentru a facilita programarea și încorporarea în alte circuite. În funcție de tipul de plăcuță, acesta poate avea și un conector USB (universal serial bus) pentru a permite conectarea la un calculator. De asemenea, placa dispune de un anumit număr de pini pentru intrare (Input Pins) și pentru ieșire (Output Pins) prin intermediul cărora pot fi conectate alte circuite, cum ar fi senzori, LED-uri, motoare și altele.

Figura 3.3.1.1. Placa de programare Arduino Uno

Pentru programare se v-a utiliza Arduino IDE (Integrated Development Enviroment), care este un soft oferit gratuit de această firmă pentru programarea microcontrolerului în limbajul pe care acesta îl înțelege și anume C și C++. Arduino IDE permite scrierea programului pe calculator, care este format dintr-un set de instrucțiuni pas cu pas pe care le încarci apoi în plăcuță. După încărcarea programului propriu-zis, Arduino va efectua instrucțiunile date și va interacționa cu mediul. Arduino numește această programare Sketches (schițe.)

Arduino UNO este o placă de dezvoltare bazată pe microcontroler-ul Atmega328. Acesta are 14 pini de intrare și ieșire digitală, din care șase pot fi utilizate ca ieșiri PWM (puls cu modulare), șase intrări analogice, un oscilator cu cuarț de 16 MHz, o conexiune USB, o mufă de alimentare și un buton de resetare. Însă, alimentarea se mai poate face și direct pe plăcuță, prin intermediul pinilor de alimentare de 5 V respectiv 3,3 V. Pentru a putea folosi Arduino pur și simplu se conectează cu un cablu USB la calculator, se instalează soft-ul oferit gratuit de pe site-ul lor și anume “www.arduino.cc”, se încarcă codul dorit și apoi este gata de execuție. Numele de UNO, care provine din limba italiană și înseamnă „unu” este o versiune standard pentru marca  Arduino.

Ca și parte constructivă, lungimea și lățimea maximă a plăcii este de 7,5 respectiv 5,3 centimetri, care este extinsă dacă este conectat cablul USB și mufa de alimentare. Placa este echipată cu patru găuri pentru a putea fi fixată pe orice suprafață folosind șuruburi.

Figura 3.3.1.2. Diagrama electrica a placi Arduino[7]

3.5 Acumulatorul

Acumulatorul este o piesă importantă în sistemul fotovoltaic, au rol de a stoca energia electrică produsă și de a distribuii, cu ajutoul invertorului sau al altor elemente constructive in sistem. Acumulatorii conțin ioni negativi și ioni pozitivi, se folosesc ioni aproape electrozi, în interiorul electrolitului se produce o difuzie care reumple ionii în apropriere de electrozi Câmpul este creat la suprafețe de electrod. Acest lucru electric de câmp se opune fluxului de ioni, și apare energia electrică.

Figura 3.5.1. [8]

Reacțile chimice din suprafețele de electrozi se introduce electroni în electrodul de plumb, pentru a crea un deficit de electroni in electrodul PbO2. Sistemul ajunge la un echilibru în cazul în care energia necesară pentru depozistarea sau de a elimina un electron este egală cu energia generată .Tensiunea totală T=298 K si 1 acid electrolitic molar este: V batt=0356+1.685=2.041.

Supra- descărcarea de gestiune duce la " sulfatare ", iar bateria este distrusă . Reacția devine ireversibil atunci când dimensiunea formațiunilor de plumb – sulfat devin prea mari Supraîncărcarea cauzează alte reacții nedorite. Electrolizii apei și generarea de hidrogen gazos. Electroliza altor compuși din electrozi și electrolit , care pot genera gaze otrăvitoare bombarea si deformarea cazurilor de baterii sigilate gestionare de încărcare a bateriei pentru a prelungi durata de viață a bateriei. Limita de adâncime de descărcare de gestiune. Atunci când nu este utilizat, utilizează " float " mod pentru a preveni curenții de scurgere de la bateria de descărcare. Pulsarea pentru a rupe bucăți de sulfat de plumb.

Figura 3.5.2. [8]

Conectarea unei sarcini electrice permite electronii să curgă de la negativ la terminale positive. Acest lucru reduce încarcarea tensiunii la electrozii. Reacțiile chimice sunt capabile să continue , generând noi electroni și generarea puterii , care este convertit în formă de a conduce câmpuri electrice, sarcina electrică externă. Pe măsură ce bateria este descărcată, electrozi sunt acoperiți cu plumb sulfat și electrolitul acidului devine mai slab.

Figura 3.5.3. [8]

Conectarea unei energie electrice este sursa forțelor de electroni care curg de la pozitiv la negativ .Acest lucru crește incărcarea si tensiunea la electrozii. Reacțiile chimice sunt conduse în direcția inversă. Pe măsură ce bateria este încărcată, plumbul este acoperit de sulfat pe electrozi, este îndepărtat , iar acidul electrolit devine mai puternic.

Legea Peukert reprezintă capacitatea bateriei și rata de descărcare a acesteia:

Cp = Ik t

[3.5.3.1]

Cp- este capacitatea de amperi oră la o rată de 1-O descărcare de gestiune.

I-este curentul de descărcare în Amperi

t-este timpul de descărcare de gestiune , în ore

k-este coeficientul Peukert , de obicei 1.1-1.3

Figura 3.5.4. [8]

Un profil de încărcare : încărcare în vrac la putere maximă. Încărcarea la tensiune constantă, curentul va scădea, acest lucru reduce evacuarea gazelor și v-a crește eficiența încărcării acumulatorului. " Absorția" sau " încărcare conică " prelinge de încărcare / modul plutitor egalizează încărcarea pe serie conectată la celulele fără gazarea semnificativă, previne descărcarea bateriei curenții de scurgere pulsând ocazional ajută sulfatarea inversă a electrozilor.

Eficiența energetică.:

[3.5.3.2]

EC=

ED=

Eficiența energetica=(eficiența tensiunii)(eficiența columb)

[3.5.3.3]

Eficiența columb=descărcarea Ah, incărcarea Ah

Eficiența de tensiune=tensiunea de descărcare/tensiunea de incărcare

Figura 3.5.5. [8]

de viață a bateriei , sau numărul de cicluri de încărcare / descărcare , este o funcție de adâncimea de descărcare de gestiune . Este de dorit să se descarce complet bateria , deoarece aceasta reduce durata de viață a bateriei . Pe cărucioarele de laborator PV , un semnal sonor v-a suna atunci când adâncimea de descărcare de gestiune atinge aproximativ 50 % ; starea de încărcare a bateriei ( SOC ) vs. tensiune terminale 100 % SOC 12.80 volți sau mai mare 75 % SOC 12,55 volți 50 % SOC 12,20 volți 25 % SOC 11,75 volți 0 % SOC 10.50 volți . [8]

3.6 Fotorezistența

Figura 3.6.1. Fotorezistența [9a]

Este un rezistor, realizat dintr-un material semiconductor omogen, a cărui rezistență se modifică sub incidența unui flux luminos incident. Se bazează pe fenomenul de fotoconductivitate prin care sub influența radiației lumi-noase sunt eliberați electroni liberi care cresc conductivitatea electrică a semiconductorului și implicit scad rezistența rezistorului (este o aplicație a efectului fotoelectric intern).

3.6.1 Structura fotorezistenței

Fotorezistorul este format dintr-o peliculă din material semiconductor, depusă prin evaporare în vid pe un grătar metalic care este fixat pe o placă izolatoare. Pelicula este prevazută la capete cu contacte chmmice care reprezintă terminalele și este protejată prin acoperire cu lac sau prin încapsulare în material plastic.

Figura 3.6.2. Structura fotorezistentei. [9b]

Figura 3.6.3. [9c]

3.6.2 Mod de utilizare fotorezistor.

Figura 3.6.4. [9d]

În general conductanța fotorezistenței este proporțională cu fluxul luminos. Materialele din care se realizeză fotorezistențele sunt sulfurile, seleniurile, precum și compusi de tipul A3B5 mai utilizate sunt PbS, PbTe, PbSe, InSb, Ge pentru infrarosu, iar pentru vizibil și ultraviolet apropiat:CdS, CdSe si TI2S.

Figura 3.6.5. Simbolurile grafice ale fotorezistorului [9e]

Valoarea curentului prin fotorezistor, la o tensiune data U depinde de nivelul de iluminare conform caracteristicii curent – tensiune.

Figura 3.6.6. Valoarea de tensiune a fotorezistorului [9f]

3.6.3 Comportarea fotorezistorului la modificarea intensitații fluxului luminos

Rezistența electrică a fotorezistorului scade o dată cu creșterea intensității fluxului luminos aplicat pe suprafața sensibilă fotorezistorului. În figura urmatoare se observă cum rezistența fotorezistorului se modifică în funcție de gradul de acoprire a suprafeței sensibile.

Figura 3.6.6. [9g]

Comportarea fotorezistorului la modificarea intensitații fluxului luminos conectat într-un circuit electric, fotorezistorul modifică intensitatea curentului din circuit. Intensitatea curentului crește proporțional cu creșterea intensitatii fluxului luminos. În circuitele electronice, în functie de modul de conectare, fotorezistorul poate fi activat de lumină.

Figura 3.6.7. [11]

Figura 3.6.8. [9h]

Montaj cu fotorezistor activat de lumină

Figura 3.6.9. [9i]

Montaj cu fotorezistor activat de întuneric, din potențiometrul P se reglează sensibilitatea fotorezistorului R3. Rezistența R1 protejează fotorezistorul.

3.6.4. Performanțele fotorezistorului

Performanțele fotorezistorului se apreciază prin mărime: rezistența la întuneric – dependența de dimensiunile geometrice (w, d, l) si de concentrația de impurități a semiconductorului pragul fotoelectric – reprezentând lungimea de undă maximă pâna la care dispozitivul mai functionează. Sensibilitatea spectrală – reprezintă raportul dintre conductanța fotorezistenței si fluxul luminos incident inerția fotorezistenței – reprezentând timpul după care rezistența elementului se stabilizează la noua valoare, atunci când fluxul luminos variază prin salt.

Parametrii specifici unnui fotorezistor

1. Valoarea rezistenței electrice la întuneric,

2. Tensiunea maximă admisă la borne,

3. Puterea maximă disipată,

4. Sensibilitatea la lumină.

Utilizari

Fotorezistențele se utilizează cel mai adesea ca detectoare de radiații în gama de frecvențe vizibil-infraroșu îndepărtat. [9]

3.7. Regulator de tensiune

Regulatorul de tensiune îl vom folosi pentru a menține tensiunea încărcării bateriilor la 12/24v 10A. În funcție de nivelul de tensiune al acumulatorului regulatorul v-a furniza energia necesară pe tot parcursul zilei.

Se poate utiliza pentru panouri fotovoltaice de pana la 240W, intensitatea maximă a curentului fiind de 10 A.

Regulatoru se v-a seta automat în funcție de tensiunea dorită de baterie 12 V sau 24 V reglând automat curentul de încărcare a acumulatorului.

Avantajele Regulatorului CMP 12 sunt că păstrează acumulatorii în conditii foarte bune, protejează bacteria la supraîncarcare, protejează bacteria la supradescarcare, blochează alimentarea cu energie din baterie a panourilor solare în timpul nopți.

Există 3 LED-uri roșii care indică nivelul de încărcare a bateriei, când bacteria este încărcată atunci cele 3 LED-uri se vor aprinde. Cand 1 sau 2 LED-uri sunt aprinse atunci regulatoru ne v-a avertiza că acumulatorii sunt descărcati și nu vor funcția în randamentul cel mai mare și există posibilitatea de întreruperi de curent. Când tensiunea acumulatorului ajunge la 12,6 V, sarcinile de lucru se vor relua in mod automat.

Figura 3.7.1

Acumulatorul este în curs de încarcare când LED-ul verde v-a fi aprins. Cand LED-ul pâlpâie atunci înseamnă că încărcarea pe acumulator a fost oprită, acumulatorul fiind încărcat la maxim.

Caracteristicile de funcționare ale CMP 12:

-Tensiune ieșire: 12/24 V, detectează automat tensiunea;

-Curent maxim de încărcare 10 A;

-Tensiune maximă de încărcare 14 / 28 V;

-Tensiune deconectare sarcina 10.8 /21.6 V;

-Tensiunea de reconectare sarcina: 11.8 / 23,6 V;

-Tensiune de operare: -20 / +60 grade C;

-Dimensiuni 101 x 95 x 35 mm;

-Greutate 120g.

3.8 Convertor Step UP

Figura 3.8.1.

LTC1871 face parte dintr-o gamă largă de convertoare step-up , modul curent , impuls , flyback sau controler de care conduce o putere N -canal MOSFET și necesită foarte puține componente externe . creeat pentru curenti mici la aplicații de putere medie , se elimină necesitatea unui rezistor de sens curent prin utilizarea puterii MOSFET on- rezistență , maximizând astfel eficiența.

Frecvența de operare IC poate fi setat cu un extern resistor de peste peste 50kHz pană la gama 1MHz , și pot fi sincronizate la un ceas extern folosind MODE / SYNC PIN-ul . Mod de operare de parcurgere a curentului la sarcini ușoare , un minim redus de tensiune de alimentare de 2.5V și o închidere scăzută actuală. Starea de veghe 10 μA face ca LTC1871 ideal de potrivit pentru sistemele cu baterie. Pentru aplicații care necesită o operație de frecvență constantă , Modul de operare de spargere poate fi învins folosind MODE / SYNC PIN-ul. Aplicațiile flyback sunt posibile cu LTC1871 prin conectarea PIN- SENSE la un rezistor în sursa MOSFET de putere . LTC1871 este disponibil în pachetul MSOP 10 – plumb .

LTC1871 lucreaza la o frecvență constantă , controler de modul curent pentru DC / DC impuls. LTC1871 se distinge de controlere de mod curent , deoarece bucla de control de curent poate fi închisă prin detectarea căderii de tensiune pe puterea MOSFET, comută peste un rezistor de sens discret. Această tehnică de detectare îmbunătățește eficiența , crește densitatea de putere , și reduce costurile a soluției de ansamblu.

Figura 3.8.2.[10]

Programarea, frecvența de operare, Alegerea de frecvență de funcționare și valoarea inductorului este un compromis între eficiență și dimensiunea componentelor . Scăzut îmbunătățește funcționarea la frecvență prin reducerea eficienței MOSFET și de comutare, diode pierderi . Cu toate acestea , mai mici operațiuni de frecvență necesită mai multa inductanță pentru o anumită valoare a curentului de sarcină .

Figura 3.8.3. [10]

Condensatorul de intrare a unui convertor de impuls este mai puțin critică decât condensatorul de ieșire , datorită faptului că inductorul este în serie cu intrare sub forma de undă, curentul de intrare este continnuu. Sursa de tensiune de intrare impedanță determină mărimea condensatorului de intrare , care este de obicei în intervalul de la 10μF 100μF . Se recomandă condensator , deși nu este la fel de important ca pentru condensatorul de ieșire . Intrarea curentului RMS, curentul din condensatorele de undă pentru un convertor impuls.

Condensatorul de intrare, se poate vedea ca are o creștere bruscă mare atunci când o baterie este brusc conectat la intrarea convertorului și condensatorii pot eșua în mod catastrofal în aceste condiții . Fiind sigur pentru a specifica condensatori testați la supratensiui. “Burst Modul” de operare și alegerea MOSFET RDS ( ON ) și valoarea inductor , de asemenea, determină curentul de sarcină la care LTC1871 intră în operațiune “Mod de spargere” .

Figura 3.8.4. [10]

Ceea ce reprezintă aproximativ 20% din maxim 150m VSENSE tensiune pini. Curentul mediu corespunzător depinde de cantitatea de curent de undă. Inductor inferior v-a reduce curentul de sarcină la care operațiuniea „modul de spargere” începe, deoarece acesta este curentul de vârf care este prins. Ondulația tensiunii de ieșire poate crește în timpul „Mod Serie” operațiune în cazul în care este ΔIL substanțial este mai mică decât IBURST. Acesta poate aparea în cazul în care tensiunea de intrare este foarte scăzută sau în cazul în care este ales un inductor foarte mare. La ciclurile înalte de serviciu, un ciclu omit determină curentul prin inductor să se dezintegreze rapid la zero.Cu toate acestea, pentru că ΔIL este mic, este nevoie de mai multe cicluri pentru curent la sol înapoi până la IBURST (PEAK). Pe parcursul acestui interval de încărcare inductor, condensator de ieșire trebuie să furnizeze curentul de sarcină și în tensiunea de ieșire în care poate avea loc. În general, este o idee bună pentru a alege o valoare de ΔIL inductor, între 25% și 40% de IIN (MAX). Alternativa este de a crește fie valoarea condensatorului de ieșire sau dezactivând modul de funcționare în serie folosind PIN-ul MODE / SYNC.

Modul de operare de spargere poate fi învinsă prin conectarea MODE / SYNC PIN-ul la o tensiune de nivel logic de mare (fie cu o intrare de comandă sau prin conectarea acestui PIN la INTVCC). În acest mod, clema de spargere este îndepărtată, iar cipul poate funcționează la frecvență constantă din conducta continuă. Modul (CCM) la sarcină maximă, în jos, în adânc discontinue. Modul de conducere (DCM), la o sarcină ușoară. Înainte de a sării peste impulsuri la o sarcină foarte ușoară (adică, <5% din sarcina totală), regulatorul v-a funcționa cu un comutator minim la timp în DCM.

Figura 3.8.5. [10]

Caracteristicile generale ale convertorului Step-Up. Convertorul are o intrare +/- si o iesire +/-. Timpul output single, tipul convertorului este de curent continuu DC-DC, mărimea acestuia este de 67.5 x 41.5 mm, curentul de intrare pe cale il poate converti este de 3~35 V curent continuu. Curetul de iesire maxim generat de către convertor este de 6 A, iar tensiunea de iesire maximă este de 3.5 V ~ 35 V, tensiunea fiind ajustabilă printr-un pontențiometru, greutatea convertorului este de 0.03 KG, puterea generată la iesire de către convertor este de 65 W, 100 W. [10]

Observații:

Realizarea practică a proiectului reprezintă o simulare a panoului fotovoltaic ce reprezintă creșterea eficienței de producere a energiei electrice prin mișcarea automatizată a panoului de către motoare orietânduse după soare pe parcursul zile urmărindul de la răsarit la apus,motoarele sunt montate pe două axe, creșterea energiei electrice cu ajutorul convertorului step up.

Sistemul automatizat este limitat din punct de vedere funcțional atunci când:

În cazul în care acumulatorul este descărcat sau având defect.

În cazul întreruperi alimentării circuitului electric.

Atunci când sistemul este folosit pe perioada iernii și se depune un strat gros de zăpadă neavând acces pentru a putea curăța panoul.

În cazul în care durata de viață a celulelor fotovoltaice a trecut limita de 10 ani, nemaiputând produce energie electrică.

Concluzii.

Această lucrare are ca scop imbunătățirea funcționării panourilor fotovoltaice, cantitatea de energie electrică produsă de către panou este direct proporțională cu intensitatea energiei produsă de către soare care cade pe panoul fotovoltaic.

În această lucrare s-a folosit un convertor step up care are rol de a ridica tensiunea electrică produsă de panoul fotovoltaic care are un randament situat intre 30 pana 40%.

În urma măsurătorilor s-a obținut un curent de 3.3 când convertorul a început ridicarea tensiunii cu un randament de 70%, ridicarea tensiunii fiind între intervalul 12.3 V, 13.4 V, 7.2 când convertorul a ridicat tensiunea între intervalul 12.3 V, 13. 6 V cu un randament de 100%.

S-a observat că regulatorul are rol de a stabiliza tensiunea de încărcare a acumulatorului, tensiunea electrică stabilizată la o valoare de 12 V indiferent de curentul produs din panourile folovoltaice .

În această lucrare s-a dorit să se dezvolte un sistem de orientare a panoului fotovoltaic având ca scop de a produce un randament cât mai eficient.

Această lucrare are ca scop de a simula un panou fotovoltaic pentru a se demonstra eficința acestor sisteme în caz că se dorește construirea unui parc fotovoltaic. Algoritmul de orientare a panoului fotovoltaic este creat pentru a putea permite orientarea pe două axe, orizontal și vertical, cu ajutorul senzorilor de lumină și fotorezistențe.

Acest sistem poate duce la o creștere a eficienței energiei electrice cu un cost cat mai redus a productiei . Momentan nu se poate introduce acest sistem în România deoarece cablurile electrice sunt sub dimensionate – în proportie de 30- 40% din capacitatea de producere a energiei electrice pe care o exportăm întrun sistem de cosnum. Mai apare un risc, se introduce în rețea armonici care poate afecta sistemul global de energie electrică. Sistemul realizat se poate adapta în orice condiții meteorologice, și se poate modifica în funcție de nevoile individuale a fiecărui consumator.

Principalele avantaje ale acestui sistem creat este, creșterea de producțe energetică a panoului fotovoltaic prin implementarea sistemului de orientare.

Bibliografie

[1] http://finestcom.ro/produs?id=90

[2] http://www.sistemepanourisolare.ro/panouri-fotovoltaice

[3] http:// sistemepanourisolare.ro/panouri-fotovoltaice

[4] http://energie-verde.ro/panouri-fotovoltaice

[5] http://cumsefaceunaalta.blogspot.ro/2010/05/instalatia-electrica-fotovoltaica.html

[6] http://atc-membrii-activi.blogspot.ro/2012/06/panou-solar-fotovoltaic.html

[7] http://brittonkerin.com/annotateduino/annotatable_uno.html

[8] https://www.coursehero.com/file/9423108/Lecture7/

[9] http://cursuri.flexform.ro/courses/L2/document/Cluj

Napoca/grupa1/Aranyi_Iulia/site/fotorezistenta.html

[10] http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/1871fe.pdf

[11] https://ro.wikipedia.org/wiki/Flux_luminos

Anexa 1

Codul sursă a aplicației

#define releu_pin_Vert_1 4 //SUS

#define releu_pin_Vert_2 5 //JOS

#define releu_pin_Horiz_1 6 //DREAPTA

#define releu_pin_Horiz_2 7 //STANGA

#define stanga 1

#define dreapta 2

#define jos 1

#define sus 2

#define esantioane 8 //nr de esantioane achizitionate, 2 – 64

int delay_relee = 200;

int prag_vert = 50;

int prag_horiz = 50;

bool flag_vert =1;

bool flag_horiz =1;

/*

bool lim_vert_sus =1;

bool lim_horiz_sus =1;

bool lim_vert_jos =1;

bool lim_horiz_jos =1;

*/

//Asocierea intrarilor analogice la LDRs

int ldrtopl = 2; // top left LDR

int ldrtopr = 1; // top right LDR

int ldrbotl = 4; // bottom left LDR

int ldrbotr = 3; // bottom right LDR

void setup ()

{

Serial.begin(9600);

pinMode(releu_pin_Vert_1, OUTPUT);

pinMode(releu_pin_Vert_2, OUTPUT);

pinMode(releu_pin_Horiz_1, OUTPUT);

pinMode(releu_pin_Horiz_2, OUTPUT);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); //limitare verticala jos

//Relee off

digitalWrite(releu_pin_Vert_1, HIGH); //releu activ LOW

digitalWrite(releu_pin_Vert_2, HIGH);

digitalWrite(releu_pin_Horiz_1, HIGH); //motoare decuplate

digitalWrite(releu_pin_Horiz_2, HIGH);

delay(10);

} //end setup

void loop()

{

//capturing mean of n = esantioane analog values of each LDR

int topl = analogRead_nSamples(esantioane, ldrtopl);

int topr = analogRead_nSamples(esantioane, ldrtopr);

int botl = analogRead_nSamples(esantioane, ldrbotl);

int botr = analogRead_nSamples(esantioane, ldrbotr);

/*

Serial.print(topl);Serial.write(0x20);

Serial.print(topr);Serial.write(0x20);

Serial.print(botl);Serial.write(0x20);

Serial.print(botr);Serial.write(0x20);

//Serial.println(" ");

Serial.write(0x0D);

*/

// calculeaza intensitatea medie a perechilor verticale si orizontale

/*

int avgtop = (topl + topr) / 2; //average of top LDRs

int avgbot = (botl + botr) / 2; //average of bottom LDRs

int avgleft = (topl + botl) / 2; //average of left LDRs

int avgright = (topr + botr) / 2; //average of right LDRs

*/

// fara impartire cu 2

int avgtop = (topl + topr) ;

int avgbot = (botl + botr) ;

int avgleft = (topl + botl) ;

int avgright = (topr + botr) ;

if (digitalRead(2)) {

{stop_vert(); flag_horiz = 1;}

//orientere pe Verticala

if ( flag_vert == 1 ){

if ((avgbot – avgtop > prag_vert))

{ orientare_Vert(jos); flag_horiz = 0; }

if (avgtop – avgbot > prag_vert)

{ orientare_Vert(sus); flag_horiz = 0; }

}

if ((avgbot – avgtop < prag_vert /4) && (avgtop – avgbot < prag_vert /4))

{stop_vert(); flag_horiz = 1; }

//orientere pe Orizontala

if ( flag_horiz == 1 ){

if (avgleft – avgright > prag_horiz)

{ orientare_Horiz(stanga); flag_vert = 0; }

if (avgright – avgleft > prag_horiz)

{ orientare_Horiz(dreapta); flag_vert = 0; }

}

if ((avgleft – avgright < prag_horiz /4) && (avgright – avgleft < prag_horiz /4))

{ stop_horiz(); flag_vert = 1; }

delay(10);

} //end loop

void orientare_Horiz(byte sens)

{

delay(delay_relee);

if (sens == dreapta){

digitalWrite(releu_pin_Horiz_1, LOW); //releu activ LOW DREAPTA

digitalWrite(releu_pin_Horiz_2, HIGH);

}

if (sens == stanga){

digitalWrite(releu_pin_Horiz_1, HIGH); //releu activ LOW STANGA

digitalWrite(releu_pin_Horiz_2, LOW);

}

} //end orientare_Horiz

void orientare_Vert(byte sens)

{

delay(delay_relee);

if (sens == sus)

{

digitalWrite(releu_pin_Vert_1, LOW); //releu activ LOW SUS

digitalWrite(releu_pin_Vert_2, HIGH);

}

if (sens == jos)

{

digitalWrite(releu_pin_Vert_1, HIGH); //releu activ LOW JOS

digitalWrite(releu_pin_Vert_2, LOW);

}

} //end orientare_Vert

void stop_vert(void) {

digitalWrite(releu_pin_Vert_1, HIGH); //motor decuplat

digitalWrite(releu_pin_Vert_2, HIGH);

} //end stop vert

void stop_horiz(void) {

digitalWrite(releu_pin_Horiz_1, HIGH); //motor decuplat

digitalWrite(releu_pin_Horiz_2, HIGH);

} //end stop horiz

int analogRead_nSamples(byte samples, int input)

{

byte i = samples;

int valoare = 0;

while(i–)

{

valoare += analogRead(input);

// delay(1);

}

return (valoare / samples);

}

Anexa 2

Realizarea practică