Proiect De Diplomă (1) [305161]

Licență

Proiect De Diplomă (1) [305161]

Byadmin ianuarie 1, 2024

UNIVERSITATEA "LUCIAN BLAGA" DIN SIBIU

FACULTATEA DE INGINERIE

DEPARTAMENTUL DE CALCULATOARE ȘI INGINERIE ELECTRICĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ

Îndrumător:

Prof. dr. ing. Bogdan Laurean

Absolvent: [anonimizat]:

Electronică Aplicată

Sibiu, 2017

UNIVERSITATEA “LUCIAN BLAGA” DIN SIBIU

FACULTATEA DE INGINERIE

DEPARTAMENTUL DE CALCULATOARE ȘI INGINERIE ELECTRICĂ

TITLUL TEMEI

ÎNCĂRCĂTOR ACUMULATOR AUTO CU PANOU FOTOVOLTAIC

Îndrumător:

Prof. dr. ing. Bogdan Laurean

Absolvent: [anonimizat]:

Electronică Aplicată

ÎNCĂRCĂTOR ACUMULATOR AUTO CU PANOU FOTOVOLTAIC

CAPITOLUL 1

[anonimizat]:

1 Realizarea unui studiu asupra încărcării cu energie electrică a unui acumulator auto

2 Panoul fotovoltaic ca sursă de energie electrică

3 Realizarea unui circuit de încărcare.

Bateria este un mediu electrochimic de stocare a energiei. La descărcare se transformă energia chimică (stocată) în energie electrică cu ajutorul unei reacții (redox) electrochimice. [anonimizat], în anul 1800 [anonimizat], [anonimizat] 1836, bateriile au devenit o [anonimizat]. Conform unei estimări realizate în anul 2005, industria dedicată acestora generează la nivel global 48 [anonimizat] o creștere anuală de 6%.

Bateriile și acumulatorii au ajuns să fie obiectele discrete dar foarte importante ce fac ca viața de zi cu zi să mergă cât mai bine. Absolut toate dispozitivele portabile care măresc confortul și dinamismul vieții ar dispărea sau ar fi pentru totdeauna legate de sursele de alimentare (prizele) din perete fără existența unei baterii sau a unui acumulator care să le dea energie.

O [anonimizat] o singură dată. Conform acestui principiu acumulatorii sunt reîncărcabili în timp ce bateriile au un singur ciclu de viață.

Figura . [anonimizat], elementele care sunt folosite pentru a [anonimizat], fiecare bazat pe o anumită reacție chimică și fiecare având avantaje și dezavantaje specifice. În ceea ce privește bateriile uzuale există două tipuri foarte des întâlnite: [anonimizat]. O baterie normală poate avea o [anonimizat] o baterie alcalină poate rezista o [anonimizat], lanternele sau aparatele de bărbierit. Ambele tipuri de baterii își mențin capacitatea pentru o [anonimizat], umezeala fiind cea mai periculoasă. Pe lângă bateriile normale și cele alcaline mai există și baterii bazate pe litiu. O baterie cu litiu oferă cea mai mare capacitate și nu prezintă pericolul scurgerilor, dar este de obicei mai scumpă și nu este fabricată în toate mărimile standard.

Figura 2. Baterii

Acumulatorii sunt și ei de mai multe tipuri, dar de departe cel mai versatil în casă este un acumulator Ni-MH (Nichel-Hidrat de Metal). Acumulatorii Ni-MH sunt perfecți pentru majoritatea aparatelor indiferent de consumul acestora, fiind produși în toate mărimile uzuale (AAA, AA, C, D) și având o plajă foarte largă de capacități (750 – 12000 mAh). Acumulatorul Ni-MH funcționează pentru mai mult de 100 de cicluri descărcare – încărcare fară a pierde sesizabil din capacitate și prezintă avantajul timpilor de încărcare scăzuți, mai ales în cazul în care se achiziționeză și un încărcător performant. Singurul dezavantaj pe care îl prezintă un acumulator Ni-MH este acela de a se descărca relativ repede (~15%/lună) atunci când nu este folosit, dar având în vedere că odată reîncărcat revine la o capacitate nominală.

Pe lângă aceste tipuri uzuale de baterii și acumulatori mai există și unele tipuri specializate cum ar fi bateria ultraalcalină ce are capacități egale cu bateria litiu dar este mai puțin utilizată și cam la fel de costisitoare, acumulatorul bazat pe chimia Li-Ion (litiu – ion) sau Li-Pol (litiu – polimer) care este foarte întâlnit în telefoanele mobile sau laptopuri, sau acumulatori plumb-acid care sunt folosiți cu precădere pentru automobile.

Orice acumulator sau baterie uzuală, indiferent de tip, este de obicei produs în mai multe mărimi standard care acoperă toate necesitățile aparatelor electronice de uz casnic. Dintre aceste mărimi, câteva sunt foarte folosite în zilele noastre: acumulatorii și bateriile AAA (R3, LR3) și AA (R6, LR6) sunt folosite la majoritatea covârșitoare a aparatelor electronice, de la telecomenzi și ceasuri de cameră, la higrometru și aparate foto. Acumulatorii și bateriile C (R14, LR14) și D (R20, LR20) sunt folosite la aparatele mai mari precum radio-cd portabile sau lanterne de mari dimensiuni. Bateriile de 9V (PP3) sunt folosite la diverse jucării cu radio-comandă și echipamente specializate de camping, iar bateriile plate (CR2032, LR44) sunt folosite de obicei la ceasuri de mână, calculator de birou sau plăci de bază pentru PC.

CAPITOLUL 2

ACUMULATORUL AUTO

2.1. Construcția și funcționarea unui acumulator auto

Construcția unui acumulator auto

Structura de bază a unui acumulator (acumulator acid) auto este celula, un acumulator de 12V având 6 celule.

Figura 3. Acumulator auto

Celula este alcătuită dintr-un vas, un element și electrolit.

Figura 4. Construcția acumulatorului acid

Vasul unei celule (1) este o incintă al întregului vas al acumulatorului (2), obținut prin compartimentarea acestuia cu ajutorul pereților despărțitori. Vasul este fabricat din polipropilenă.

La baza vasului, în interior, sunt prevăzute nervurile (4) pe care se așează electrozii (sub formă de placă), distanțându-se astfel de fundul vasului. Se creează un spațiu în care se poate depune substanța activă desprinsă de pe plăci, evitându-se scurtcircuitarea plăcilor.

În partea superioară, vasul este dispus cu un capac (5) care etanșează, acesta este prevăzut cu bușoane de umplere (3), prin care trec bornele exterioare ale acumulatorului.

Elementul reprezintă acel ansamblu al celulei format din electrozi și separatoare.

Electrozii sunt realizați în formă de placi, aceștia fiind de două feluri, electrozi pozitivi și electrozi negativi.

O placă este alcătuită dintr-un suport în formă de grătar și materia activă, având grosimea de aproximativ 1 mm (fig. 5). Un acumulator auto standard are grătarul pozitiv de 1,52 mm și cel negativ de 1,42 mm.

Figura 5. Gratar de acumulator auto

Grătarul este fabricat din Pb (plumb) la care mai sunt adăugate materiale pentru ușurarea procesului de turnare. Materialele adăugate pot fi antimoniu sau calciu.

Grătarul asigură:

forma plăcii;

rezistența mecanică a plăcii;

suport pentru materia activă;

calea de curent spre și de la materia activă a plăcii.

Materia activă este substanța care întreține fenomenele electrochimice la încărcare și la descărcare. Ea poate rezulta direct din metalul suportului, sau este preparată sub formă de pastă și apoi aplicată direct pe suport. Plăcile electrod sunt de tip pastat, în cazul acumulatoarelor auto.

Atât placile pozitive cît și cele negative au la bază același material activ, dar la cele negative se adaugă combinații de sulfat de bariu, litiu sau carbune, pentru creșterea performanțelor la temperaturi scăzute, prin acest lucru prevenindu-se tasarea plumbului spongios. Masa activă pentru electrodul pozitiv devine, după același proces de formare, dioxid de plumb (PbO2).

Formarea constituie procesul de încărcare a acumulatorului pentru prima data. În cadrul acestui proces electrochimic are loc schimbarea pastei de oxid de Pb din grătarul plăcii pozitive în dioxid de Pb la placa pozitivă și în plumb spongios la placa negativă. Formarea se realizează prin introducerea plăcilor într-o soluție slabă de acid sulfuric și aplicarea unui curent mic, astfel placa pozitivă devine cafenie la culoare, iar placa negativă devine cenușie.

Separatoarele au rolul de a izola plăcile pozitive de cele negative, evitandu-se astfel scurtcircuitarea lor. Separatoarele sunt plăci subțiri, poroase, izolatoare și confecționate din diferite materiale, ca și exemplu, polipropilenă poroasă. Rolul porilor este de a permite trecerea curentului ionic din electrolit între plăcile pozitive și negative.

Cele mai importante carcteristici ale separatoarelor sunt:

suprafața uniformă plată;

rezistența la oxidare;

porozitate;

dimensiune și distribuția porilor;

capacitate de umidificare și o bună difuzie a acidului;

Așezată spre placa pozitivă fața separatorului trebuie să realizeze:

o suprafață mai mică de contact;

spații mărite cu acid sulfuric (H2SO4);

activarea circulației acidului;

condiții pentru ridicarea la suprafața electrolitului a oricărei bule de gaz produsă.

Separatoarele se intercalează normal între plăcile electrod sau se pliază în jurul plăcii inferioare a electrodului, capsulând o față a acestuia.

Figura 6. Asamblarea unui element

Construirea unui element constă în asamblarea plăcilor pozitive, a separatoarelor și a plăcilor negative într-un pachet, ca în figura de mai sus.

Un singur element conține între 5 și 14 plăci de aceași polaritate. Ele sunt conectate prin sudare, pe partea superioară, cu ajutorul unor barete. Aceste barete sunt prevăzute cu borne pentru înserierea elementului vecin(Fig.6 și Fig.7).

Figura 7. Conectarea elementelor

Borna pozitivă a unui element este conectată cu borna negativă a elementului următor și tot așa până se ajunge la parametrii doriți.

Tensiunea pentru un element este de 2V, astfel încât un acumulator de 12V o să aibă un număr de 6 elemente.

Există un singur element pe fiecare celulă, așadar, dacă se crește numărul de plăci și a suprafeței acestora se va ajunge la creșterea valorii curentului pe care bateria poate să-l debiteze, sau, la același curent debitat, scade căderea de tensiune interioară.

Electrolitul este o soluție de acid sulfuric (H2SO4) cu apă distilată (H2O), la o anumită densitate, acest din urmă lucru depinzând de zona geografică. Majoritatea bateriilor utilizate în zona noastră au o densitate cuprinsă între 1,25 – 1,29 g/cm3 pentru acumulatorul complet încărcat. Pentru zonele tropicale densitatea variază între 1,21 – 1,23 g/cm3. O densitate mai micșorată a acidului în zonele calde prelungește viața acumulatorului, deoarece electrolitul mai slab deteriorează mai puțin separatoarele și plăcile decât un acid mai concentrat.

Funcționarea unui acumulator auto

O dată cu încheierea procesului de formare, acumulatorul poate fi supus unei etape de încărcare și unei etape de descărcare. Astfel încât există patru stări ale unui acumulator:

încărcat;

la descărcare;

descărcat;

la încărcare.

Descărcarea privește acea situație în care la bornele unui acumulator încărcat este conectat un consumator. Datorită diferenței de potențial care există între electrozii acumulatorului, consumatorul va fi alimentat. Alimentarea va dura atata timp cât procesele electrochimice mențin această diferență de potențial.

Cum apare diferența de potențial în interiorul unui acumulator?

Tensiunea electromotoare care apare la bornele unui acumulator este un efect al proceselor care au loc la interfața electrozilor, care sunt conductori de ordinul I, cu electrolitul, conductori de ordinul II.

Electronul negativ, adică cel de Pb, trimite ioni pozitivi în soluție lăsând în urmă doi electroni, la electrodul din Pb apărând un surplus de sarcină negativă:

Pb→Pb+++2e-

În cazul electrodului pozitiv (PbO2) procesele au loc în felul următor: PbO2 reacționează cu o mică cantitate de H2SO4 formându-se astfel tetrasulfură de plumb [Pb (SO4)2], care se disociază în ioni de Pb și radicalul SO4.

PbO2 + 2H2SO4→Pb(SO4) + 2H2O

Pb(SO4) →Pb++++ + 2SO4–

Ionii de Pb++++, determină apariția unui surplus de sarcină pozitivă pe electrodul numit de aceea "pozitiv", radicalul SO4 fiind trimis în soluție.

Astfel potențialul electrodului pozitiv V+, respectiv a celui negativ V- față de electrolit va fi: V+ = 1,2 + 0,8ρ V- = 0,36 – 0,2 ρ

unde : ρ reprezintă densitatea electrolitului exprimat în g/cm3 sau Kg/dm3.

Așa încât diferența de potențial dintre cei doi electrozi, va fi:

Ue = V+ – V- = 0,84 + ρ[V].

În momentul conectării unui consumator electronii de pe electrodul negativ se vor deplasa, prin respectivul consumator, spre anod unde vor neutraliza jumătate din sarcinile pozitive, rezultând ioni bivalenți de Pb, (Pb++). Astfel, deplasarea ordonată prin consumator și prin conductoarele de legătură a sarcinilor electrice, reprezintă curentul electric, care determină funcționarea consumatorului.

O dată cu neutralizarea a două sarcini pozitive la electrodul pozitiv se formează ioni bivalenți de plumb ca și în preajma electrodului negativ. Ionii aceștia vor reacționa cu radicalul SO4– dând naștere la sulfatul de plumb (Pb SO4) care se depune pe ambii electrozi, de aici și teoria "dublei sulfatări". Efectul depunerii sulfatului de plumb este acela al scăderii potențialului de electrod, deci a tensiunii Ue.

Totodată, acidul sulfuric disociază:

H2SO4→H+ + SO4– + H+,

fiind eliberat astfel hidrogenul. Hidrogenul reacționează cu oxigenul de la electrodul pozitiv formând apa (H2O), care conduce la micșorarea densității electrolitului.

Relația generală va fi:

PbO2 + H2SO4 + Pb→2PbSO4 + H2O

Acest proces de descărcare poate dura până ce se consumă toată substanța activă, dar pentru ca reacțiile să poată fi reversibile descărcarea se oprește atunci când aproximativ 20 – 30% din substanța activă se transformă în PbSO4.

Materialele conductoare de ordinul I

Aceste materiale prezintă o conductibilitate de natură electronică, rezistivitatea lor crește odată cu creșterea temperaturii, iar sub acțiunea curentului electric ele nu suferă modificări de structură. Din această grupă fac parte metalele în stare solidă și lichidă.

Materialele conductoare de ordin II suferă transformări chimice sub acțiunea curentului electric, conductivitatea lor crește odată cu creșterea temperaturii (deci rezistivitatea scade), iar conductibilitatea în stare solidă sau lichidă, soluțiile de săruri (deci electroliții).

Materialele conductoare de ordinul I, după valoarea conductivității lor se pot subdivide în:

materiale conductoare de mare conductivitate, cum sunt Ag, Cu, Al, Fe, Zn, Sn, Pb.

materiale conductoare de mare rezistivitate care sunt formate, de obicei din aliaje și se utilizează pentru rezistențe electrice, instrumente de măsură, elemente de încălzire electrică, etc.

Rezistența internă și capacitatea unui acumulator auto

Figura 8. Măsurarea tensiunilor

Măsurând tensiunea unui acumulator auto fără sarcină, se va determina valoarea t.e.m Ue a acumulatorului care corespunde relației Ue = 0,84 + γ. Dacă voltmetrul din figura de mai sus se menține în circuit iar comutatorul K va fi închis se va constata o scădere a valorii pe care voltmetrul o va indica. Astfel, tensiunea măsurată va fi Ub, tensiunea în sarcină a acumulatorului, având o valoare mai mică decât t.e.m:

Ub < Ue

Principala cauză a diferenței dintre cele două valori o reprezintă căderea internă de tensiune ∆U:

∆U = Id * ri

unde: Ub – tensiunea la bornele acumulatorului;

ri – rezistența internă a acumulatorului;

Id – curentul de descărcare.

Așadar, tensiunea Ub este mai mică decât t.e.m Ue, cauza fiind rezistența internă ri.

Rezistența internă prezintă o semnificație mai ușor de înțeles după ce au fost făcute precizări asupra construcției acumulatorului.

În cele ce urmează se va face o scurtă referire la drumul curentului electric în interiorul acumulatorului.

Astfel, borna (-) este cea care face corp comun cu o punte de grupare, apoi se pătrunde în grătarul cu substanță activă, după care se ajunge la interfața placă-electrolit, electrolitul este strabătut printr-un separator, apoi se ajunge la interfața electrolit-placă pozitivă și iarăși substanța activă și grătarul , dar de acestă dată de la placa pozitivă, după care prin puntea de grupare a plăcilor pozitive și prin cea de legătură la borna (-) a celulei următoare și așa mai departe până la borna (+) de ieșire a acumulatorului. Tot acest traseu opune rezistență la trecerea sarcinilor electrice și determină astfel rezistența internă a acumulatorului. Fiecare zonă își aduce contribuția la formarea rezistenței interne într-un anumit procent și anume: rezistența parțială a plăcilor într-o proporție de 18-35%, rezistența separatoarelor 18-22%, a electrolitului 47-60%, a punților de grupare și cu o contribuție mai redusă a punților dintre elemente. De asemenea la rezistența internă a acumulatorului este adăugată și rezistența produsă de fenomenul de polarizație, acesta constând în modificarea valorilor potențialelor de electrod cauzată de variația concentrației substanțelor care participă la reacții și care duc la pierderi de tensiune în interior.

Cu toate acestea rezistența internă a acumulatorului auto reprezintă un parametru fundamental.

Rezistența internă depinde de o serie de factori:

numărul plăcilor, rezistența internă scade o dată cu creșterea numărului acestora;

starea de încărcare a acumulatorului, la descărcarea acumulatorului se formează, după cum am observat mai sus, sulfatul de plumb (PbSO4), aceasta fiind o substanță rău conductoare de electricitate și care duce la mărirea rezistenței interne, altfel spus cu creșterea stării de descărcare crește și rezistența internă a acumulatorului;

temperatura electrolitului, dacă temperatura electrolitului este scăzută, atunci crește vîscozitatea lui, astfel reacțiile chimice sunt mai lente iar rezistența internă va crește;

vârsta acumulatorului, o adată cu îmbătrânirea acumulatorului crește cantitatea de sulfat de plumb (PbSO4) și de asemenea și rezistența internă; astfel vine un moment când acumulatorul, din cauza creșterii rezistenței interne, să nu mai fie capabil să antreneze electromotorul autovehiculului, acest lucru mai ales în anotimpul rece.

În principiu, rezistența internă a unui acumulator auto, este de ordinul mΩ-lor.

Figura 9. Scema echivalentă a acumulatorului și măsurarea tensiunii Ub

În momentul în care K este închis, vom avea:

Ub = Ue – ri*Id.

În continuare va fi dat un mic exemplu, se consideră ri = 5mΩ și Ue = 12V, iar în timpul pornirii se presupune Id = 80A:

Ub = 12 – 5*10-3*80

Ub = 11,6V

Dacă ri ar fi fost de 10 ori mai mare, atunci căderea internă de tensiune s-ar fi multiplicat tot cu 10, iar Ub = 8V, aceasta fiind o tensiune foarte mică, insuficientă pentru asigurarea turației de pornire a motorului.

În figura de mai jos este prezentată sub formă grafică variația tensinuii și a densității electrolitului cu Id = constant.

Figura 10. Variația Ue, Ub și ρ la descărcarea acumulatorului cu Id = ct.

La momentul t = 0, cu Id = 0, Ub = Ue și corespunde valorii de 2,12V/element. Cu Id = ct., dacă se consideră relația teoretică de legătură dintre Ue și ρ, atunci Ue va înregistra în timp o scădere liniară de la 2,12V/element până la 1,96V/element, când se va opri descărcarea.

În același interval de timp, Ub scade rapid de la valoarea 2,12V/element la 1,95-2V/element, apoi lent până la 1,8V/element valoare în jurul căreia se produce o curbură pronunțată a diagramei, Ub scăzând rapid la zero. La 1,8 (1,75)V/element se oprește descărcarea.

În toată perioada descărcării, ρ scade liniar de la valoarea inițială, considerată 1,28 g/cm3 pentru relația dată, la 1,12 g/cm3.

Variația tensiunii Ub în timp este dependentă de mărimea curentului de descărcare. Cu cât Id este mai mare cu atât Ub scade mai rapid. De asemenea, și valoarea la care trebuie oprită decărcarea, pentru a se asigura versabilitatea fenomenelor, depinde de Id (acest lucru poate fi văzut in figura de mai jos).

Figura 11. Influența curentului Id asupra caracteristicii Ub = f(Id).

Dacă descărcarea acumulatorului se realizează la curenți mai mari în momentul acela este antrenată o cantitate de substanță activă mai mică, descarcarea fiind mai superficială, astfel se poate merge până la Ub = 1,2V/element în cazul unor curenți de descărcare foarte ridicați. Când descărcarea acumulatorului este realizată cu Id de valoare mică și în timp îndelungat (de exemplu 20 de ore) sulfatarea este în profunzime și astfel substanța activă se va epuiza mai repede, astfel oprirea descărcării trebuie să fie făcută la valori mult mai mari ale lui Ub.

Expresia In din figura de mai sus reprezintă curentul nominal de descărcare, al cărui aspect îl vom analiza în cele ce urmează.

Capacitatea acumulatorului auto

Capacitatea acumulatorului reprezintă o caracteristică foarte importantă, aceasta putând fi exprimată în mai multe moduri și este determinată după procedeul indicat de fiecare constructor în parte.

În această denumire de capacitatea a acumulatorului se înțelege în cel mai generic caz, cantitatea de electricitate oferită de un acumulator încărcat, în anumite condiții.

Capacitatea unui acumulator se notează cu C și este calculată cu relația:

C = [Ah]

sau, pentru i = Id = ct.:

C = Id*td [Ah]

C se măsoară în amperi x oră [Ah], reprezentând astfel sarcia electrică cedată de acumulator la descărcare.

În parte de jos a figurii 10 se poate observa cu dreptunghi, acesta reprezintă capacitatea acumulatorului, rezultând suprafața dată dintre Id*td.

La descărcarea acumulatorului este definită capacitatea lui de descărcare (Cd) în care curentul este Id, iar durată de descărcare este td și o capacitate de încărcare care va exprima sarcina electrică înmagazinată de acumulator în timpul de încărcare, tî când acumulatorul a fost alimentat cu curentul Ii.

La acumulatoarele auto un parametru foarte important este acela al capacității fiind înscris chiar pe carcasa acumulatorului. Această inscripție reprezentând chiar capacitatea nominală sau C20, a respectivului acumulator.

C20 = In * 20 [Ah]

Acest lucru reprezintă produsul dintre curentul maxim pe care poate să-l debiteze acumulatorul (care este numit curent nominal – In) și 20 de ore, timp după care tensiunea acumulatorului nu trebuie să scadă sub 1,8(1,75)V/element adică 10,8(10,5)V pentru un acumulator de 12V, la o temperatură de 26,7oC. Unii producători de acumulatoare stabilesc valoarea de 1,8V/element, alții 1,75V/element.

Un mic exemplu: C20 = 50 Ah, 12V

Curentul nominal pe care trebuie să-l debiteze acest acumulator timp de 20 de ore fără ca tensiunea lui să scadă sub 10,8(10,5)V este:

In = = = 2,5A.

Un lucru foarte important de precizat este valoarea curentului de descărcare și a tensiunii. După cum s-a putut observa mai sus, curentul Id are influență asupra cantităților de substanță antrenate și, implicit, va avea influență asupra capacității. Astfel, pentru un curent de descărcare Ix ≠ In se obține o capacitate Cx dată de relația:

Cx = C20 * (In/x)k unde k = 0,15 – 0,21.

Odată cu creșterea temperaturii va crește și capacitatea acumulatorului, reacțiile chimice fiind accelerate și electrolitul străbătând porii separatoarelor mult mai ușor, pe când temperatura scăzută are efect de scădere a capacității, deoarece reacțiile sunt mai lente (se poate observa acest lucru in figura de mai jos).

Figura 12. Influența temperaturii asupra capacității acumulatorului

Este bine cunoscut faptul că, în condiții de pornire la rece, vâscozitatea uleiului de ungere din motorul termic crește, calitatea amestecului se poate înrăutăți, condițiile de aprindere a amestecului devenind mai dificile.

Acestea, coroborate cu scăderea capacității acumulatorului la frig, dau o imagine asupra problemelor mai delicate asupra cărora trebuie să ne aplecăm. Cu toate acestea cheia rezolvării acestei probleme rămâne bateria de acumulatoare.

Parametrul pentru caracterizarea comportamentul la rece al acumulatorului este tot un fel de capacitate și anume capacitatea la rece (cold cranking), exprimată de asemenea în amperi (CCA).

CCA – ul reprezintă curentul de descărcare pe care acumulatorul poate să-l suporte pe o perioadă de 30 de secunde, fără ca tensiunea lui să scadă sub 7,2V(1,2V/element) pentru un acumulator de 12V, la temperatura de -17,8oC.

O altă situație care poate interveni în cazul unui autovehicul este aceea în care alternatorul nu mai funcționează în timpul deplasării autovehiculului, în tot acest timp este nevoie de energie electrică doarece sunt anumite echipamente electrice care deservesc buna funcționare a mașinii și acestea au nevoie de alimentare. Așadar, parametrul care se identifică în acest caz se numește rezerva de capacitate (RC), si care este exprimată în unități de timp (min).

Rezerva de capacitate este definită ca fiind timpul de descărcare a unui acumulator pentru un curent de 25A, la o temperatură de 26,7oC, până la 1,75V/element (10,5V pentru un acumulator de 12V).

Capacitatea unui acumulator este aproximativ proporțională cu suprafața totală a plăcilor, de aceea numărul plăcilor este mare. Menținerea suprafeței acestor plăci, adică a capacității și a rezistenței interne, este legată de menținerea nivelului de electrolit și de sulfatarea plăcilor care, din nefericire, crește odată cu vârsta acumulatorului. Odată cu creșterea capacității acumulatoarelor prin mărirea suprafeței plăcilor, va scădea și rezistența internă (ri).

Exemplu de capacități ale acumulatoarelor:

C20: 40Ah, 80Ah, 120Ah;

CCA: 320A, 380A, 420A;

RC: 75 min, 95 min, 100 min.

2.2. Încărcarea acumulatoarelor auto

Odată cu atingerea pragului de 1,8(1,75)V/element este recomandată încărcarea imediată a acumulatorului. Pentru încărcarea acumulatorului este nevoie de o sursă de tensiune superioară tensiunii maxime pe care o poate avea acumulatorul la sfârșitul încărcării sau de o sursă de curent capabilă să mențină un curent constant pe perioada de încărcare.

În cazul unui acumulator cu tensiunea de 12V sursa de tensiune cu care se va încărca acumulatorul va trebui să aibă o tensiune de 14,4V. Această sursă de tensiune mai poartă denumirea și de redresor, deoarece funcția de redresare a tensiunii alternative în tensiune de curent continuu este efectuată cu ajutorul unor diode redresoare.

Procesul de încărcare va fi efectuat în condiții asemănătoare cu cel de descărcare, adică Iî = ct.

Figura 13. Încărcarea acumulatorului de la redresor

În figura de mai sus se poate observa schema generică a unui redresor. În partea stângă este sursa de tensiune alternativă (~230V, 50Hz), urmată de transformator – cu rol de coborâre a tensiunii alternative, apoi se poate observa un comutator cu rol de modificare (urcare – coborâre) a tensiunii de ieșire din transformator, în funcție de poziția pe care o ocupă (transformatorul din figura este cu priză mediană), urmează apoi puntea redresoare, aceasta având rolul de a face din tensiunea alternativă – tensiune continuuă, un voltmetru legat în paralel pe acumulator, un ampermetru legat în serie și la sfârșit se observă acumulatorul sau sarcina.

Figura 14. Schema echivalentă a acumulatorului la încărcare

Ecuația corespunzătoare schemei de încărcare va fi:

Ub = Ue + ri*Iî

Variația tensiunilor Ub, Ue și a lui ρ sunt prezentate în figura de mai jos.

Figura 15. Variația parametrilor acumulatorului la încărcare

Inițial, acumulatorul fiind complet descărcat, rezistența opusă curentului de încărcare este foarte redusă și deci tensiunea sursei (Ub) nu trebuie să fie foarte mare. Ea va trebui însă să crească treptat pentru a fi în stare să mențină Iî = ct., deoarece pe măsura încărcării acumulatorului, crește și Ue.

Iî = = ct

Forma de variație a tensiunilor este explicată în felul următor:

Ue crește liniar de la valoarea de 1,96V/element până la 2,12V/element, în timp ce tensiunea Ub crește rapid de la 1,96V/element la 2-2,2V/element și apoi, lent, la 2,3V/element, ca la sfârșitul încărcării Ub să poată atinge chiar 2,6 – 2,7V/element.

Densitatea ρ înregistrează o variație liniară de la 1,12 – 1,28g/cm3.

Se consideră finalizată încărcarea atunci când valorile Ue, Ub și ρ se mențin constante. Curentul astfel absorbit servește la menținerea electrolizei apei. Descompunerea apei în hidrogen și oxigen începe de la 2,3 -2,4V/element, este deosebit de activă la sfârșitul încărcării și se manifestă printr-o agitare a electrolitului cu eliminarea de gaze, "fierberea electrolitului".

În partea de jos a figurii 15 se poate observa un dreptunghi cu laturile Iî și tî care determină o suprafață egală cu capacitatea de încărcare a acumulatorului:

Cî = Iî * tî [Ah]

valoarea curentului de încărcare Iî fiind constantă. Valoarea capacității de încărcare nu este dată, dar din cauza randamentului se poate aprecia că este superioară capacității acumulatorului (de descărcare) dată de fabricant.

Exemplu: C=24Ah Cî=1.3*24Ah=31.2Ah.

Astfel valoarea determinată oferă informații asupra curentului de încărcare.

Curentul de încărcare

În acest caz se are în vedere valoarea curentului de încărcare nominal sau a curentului de încărcare cu care se poate efectua acea operație de reîncărcare a acumulatorului. Chestiunea aceasta este valabilă, dar în special, pentru acea situație în care se dispune de o sursă de curent constant. Se pune problema la ce valoare se va stabili curentul?

De exemplu, dacă se dispune de o sursă de tensiune, cu Umax=14,4V și acumulatorul este complet descărcat și se aplică întreaga tensiune de 14,4V, va rezulta un curent destul de mare. Astfel, în acest caz trebuie avute în vedere anumite informații cu privire la curentul de încărcare Iî.

Curentul nominal de încărcare se poate afla din C[Ah], valoare care este scrisă pe corpul acumulatorului.

Exemplu: C=24Ah; In=24/20=1.2A care reprezintă atât curentul nominal cu care se determină capacitatea acumulatorului (de descărcare), cât și curentul nominal de încărcare.

Cu toate acestea, curentul de încărcare nominal va fi:

In=C20/20[A]

Astfel, ținându-se seama de randamentul acumulatorului, în practică este folosit un curent de încărcare obținut din relația Cî:

Iî=Cî/20=1.3*C20/20.

Exemplu: C20=24Ah, Cî=31.2Ah

Iî=31.2/20=1.56A

În practică, curentul de încărcare folosit este în limitele:

C20/10 – 3*C20/10 [A]

acest lucru dacă nu este o situație de urgență, adică se dorește o încărcare foarte rapidă și când se poate folosi un curent mai mare.

Încărcarea acumulatoarelor auto poate fi efectuată fie într-un regim normal fie într-un regim rapid.

Ca și metode de încărcare se folosesc, fie încărcarea la curent constant Iî=ct, fie la tensiune constantă Uî=ct.

În cazul regimului de încărcare normală, curentul de încărcare trebuie să fie egal sau mai mic de: C20/10 [A].

În momentul finalizării încărcării se va produce o agitare a electrolitului, fiind emis hidrogenul și oxigenul. Încărcarea este finalizată, dacă timp de o oră tensiunea la bornele acumulatorului rămâne constantă.

Pentru încărcarea cu tensiune constantă este nevoie de o sursă de tensiune constantă, aceasta trebuie să furnizeze o tensiune în limitele maxime de 2,1V – 2,75V/element, pentru a putea fi folosită la o gamă cât mai mare de acumulatoare.

În cazul în care acumulatorul este complet descărcat, la începutul încărcării, se limitează valoarea lui Iî.

Această metodă de încărcare este avantajată de faptul că la sfârșitul încărcării curentul de încărcare este redus, la fel și degajarea de gaze.

Încărcarea în regim rapid se efectuează cu foarte mare atenție și doar în cazuri extreme. Acumulatorii cu întrețienere se încarcă la o sursă cu 14,4V=ct, se oprește încărcarea când începe degajarea de gaze. Stabilizarea curentului de încărcare indică faptul că încărcarea a luat sfârșit.

Factori care afectează încărcarea

Temperatura scăzută conduce la creșterea rezistenței de încărcare, cu cât un acumulator este mai puțin încărcat, cu atât conținutul de apă crește și pericolul de îngheț se mărește.

Un acumulator încărcat poate fi depozitat la temperaturi scăzute fără probleme, deoarece autodescărcarea este redusă la temperaturi joase.

Un acumulator înghețat va debita un curent foarte mic, nesuferind o defectare permanentă, dacă carcasa acestuia nu se crapă, cu toate că înghețarea nu presupune întodeauna acest lucru, acidul nemărindu-și volumul în situația dată.

Nu este permisă, la temperatură scăzută, completarea cu apă distilată fără încărcarea acumulatorului.

Starea de încărcare. Acumulatorii care sunt puternic descărcați sunt greu de încărcat din cauza stratului de sulfat de plumb (PbSO4), care nu este ușor transformat în substanță activă care duce la distrugerea acumulatorului. Dacă în interiorul acumulatorului sulfatarea este redusă, încărcarea cu un curent mic pe o perioadă mai lungă poate duce la refacerea acumulatorului.

Tensiunea la bornele unui acumulator sulfatat crește foarte repede, în momentul încărcării, în timp ce la un acumulator care încă mai are viață creșterea tensiunii la borne este foarte lentă.

La descărcarea normală se formează cristale fine de sulfat de plumb, pe plăcile acumulatorului și prin încărcare acestea sunt transformate în substanță activă.

Figura 16. Punctele de îngheț ale acumulatorului acid

Autodescărcarea este un fenomen de pierdere graduală din capacitatea inițială de încărcare a unui acumulator neconectat într-un circuit electric și care inițial a fost într-o stare bună și încărcat normal.

Acest fenomen este provocat de procese chimice interne. Acumulatorii puși în funcțiune, după o perioadă de timp suferă de la efectul depozitelor de antimoniu de pe plăcile negative. Acestea formează baterii miniatură, care sunt scurtcircuitate folosind sarcina de pe plăcile negative. La acest fenomen se adaugă impuritățile metalice din apă care duc la descărcarea ambelor plăci (+) și (-).

Suprafața capacului acumulatorului afectat de umezeală, praf, vapori de acid poate conduce la scurgeri de curent și la autodescărcare. Curățirea periodică a capacului poate minimiza acest fenomen.

Autodescărcarea are loc într-un ritm de 0,1 – 0,2% [Ah] pe zi depinzând de vârsta acumulatorului. Autodescărcarea (K) crește odată cu creșterea temperaturii (fig. 17) și cu densitatea electrolitului.

Figura 17. Influența temperaturii asupra autodescărcării

Autodescărcarea K se determină cu ajutorul relației:

K = (C1-C2/NC1)*100

unde : C1 – capacitatea inițială a acumulatorului determinată cu Inom;

C2 – capacitatea după N zile de depozitare.

Se poate remedia fenomenul de autodescărcare la depozitare prin compensarea pierderii printr-un curent de încărcare egal cu autodescărcarea. Dacă, de exemplu, se apreciază că valoarea curentului de autodescărcare este Cn/1000, atunci acesta va reprezenta curentul de încărcare Iî.

Exemplu: Cn = 45Ah, Iî = 45/1000 = 0,045 A.

2.3. Surse neconvenționale de energie

2.3.1. Celulele fotovoltaice

Scurt istoric

Termenul "fotovoltaic" derivă din combinația cuvântului grecesc photos, ceea ce înseamnă lumină și numele unității de măsură a forței electromotoare – volt. Astfel, tehnologia fotovoltaică (PV) descrie procesul de generare a electricității cu ajutorul luminii.

Efectul fotovoltaic a fost descoperit în perioada revoluției industriale (1839) de către Alexandr Edmond Becquerel, acesta afirmând că "iluminarea unui electrod afundat într-o soluție conductivă va crea un curent electric".

Elementul de bază al unui sistem fotovoltaic îl reprezintă celula solară sau celula fotovoltaică (PV). Astfel prin expunerea la lumină, celula fotovoltaică determină obținerea unui curent electric continuu.

Figura 18. Celulă fotovoltaică

Prima celulă fotovoltaică a fost construită de electricianul american Charles Fritts în 1883, bazată pe selenium, construcția celulei fotovoltaice fiind patentată în anul 1884. Realizarea celulei era foarte asemănătoare cu celulele construite în zilele noastre, în schimb eficiența era mai mică de un procent (1%) , astfel fiind imposibilă obținerea unei utilizări industriale.

După aproape un secol de la descoperirea efectului fotovoltaic, Albert Einstein a primit premiul Nobel în fizică pentru explicarea efectului fotovoltaic, în anul 1921, fiind astfel permisă utilizarea practică a celulelor fotovoltaice.

În anul 1953, inginerii de la Bell Labs (Telephone Laboratories), D. Chapin, C. Fuller și G. Pearson au creat celula fotovoltaică din siliciu, aceasta având o eficiență cu mult mai mare decît celula fotovoltaică din selenium. În anul următor, aceeași echipă de ingineri au realizat o celula din siliciu cu un randament de 6%.

Astfel cu această nouă realizare apar și primii consumatori de energie fotovoltaică – sateliții artificiali. În anul 1957 au fost instalate celule fotovoltaice pe primul satelit artificial al pământului "Sputnic 3", iar un an mai târziu au fost instalate celule PV la bordul satelitului american Vanguard 1, acestea servind pentru alimentarea unui emițător radio. Până în prezent celulele fotovoltaice sunt cele mai recomandate surse de energie pentru tehnica spațială.

Celula fotovoltaică: caracteristici și parametri tehnici

Celula fotovoltaică este un dispozitiv opto-electronic, funcționarea lui datorându-se efectului generării de către lumină a purtătorilor de sarcină liberi și separarea acestora de către câmpul electric intern al joncțiunilor P-N, MOS și Schottky. Materialul semiconductor de bază folosit în fabricarea celulelor fotovoltaice este siliciul, acesta poate fi cristalin sau policristalin. În tabelul de mai jos se poate vedea randamentul conversiei fotovoltaice, bazate pe trei tipuri de materiale fotovoltaice: siliciu cristalin sau monocristalin, siliciu policristalin și siliciu amorf.

Figura 19. Compararea materialelor pentru celulele fotovoltaice

Pe langă materialele fotovoltaice prezentate în figura 19 mai sunt și altele, dar acestea au tehnologii mai puțin cunoscute și anume: Celule fotovoltaice cu GaAs (folosite des pe nave spațiale și sateliți), Celule fotovoltaice tandem (cu GaAs/GaSb, folosite în cercetare și dezvoltare), Celule fotovoltaice cu CdTe (pregătite pentru producția industrială), Celule fotovoltaice organice cu coloranți organici sau cu polimeri (Cercetare/Dezvoltare, nu sunt disponibile comercial încă) și Celule fotovoltaice cu CuInSe2 (folosite în producție industrială).

La ora actuală, tehnologia siliciului monocristalin și a celui policristalin este cea mai avansată (84% din producția mondială de celule fotovoltaice), acest lucru asigură producerea de module fotovoltaice la scară industrială cu un randament de 14 – 17% și cu o durată de viață de 30 de ani. În schimb această tehnologie are și un dezavantaj esențial, potențial limitat de scădere a costurilor de producție în viitor. Experți în domeniu sunt de părere că, costul unui watt nu va scădea mai jos de 2 euro. Din această cauză, tehnologia siliciului amorf și a siliciului în straturi subțiri poate avea o perspectivă mai promițătoare, deoarece costurile de producție a unui watt, cu ajutorul acestei tehnologii scade până la 1 euro – cost limită la care energia electrică fotovoltaică devine mai ieftină decât energia electrică produsă din surse fosile.

În figura de mai jos se pot observa cotele părți de pe piața mondială a diferitelor tehnologii de producere a celulelor fotovoltaice.

Figura 20. Divizarea pieței mondiale în funcție de materialele utilizate pentru producerea celulelor fotovoltaice

În continuare este prezentat principiul de funcționare al unei celule fotovoltaice care are la bază un material semiconductor de tip p. Celula fotovoltaică este expusă unei radiații incidente, această radiație este echivalată cu un flux de fotoni, care au energia: E=h*v (1), unde h reprezintă constanta lui Planck, iar v reprezintă frecvența fotonilor. În momentul în care energia fotonului este mai mare decât energia benzii energetice interzise a semiconductorului, în urma interacțiunii fotonului cu un atom, electronul din banda de valență va trece în banda de conducție, devenind liber, generând astfel și un gol în banda de valență. Așadar are loc generarea de perechi electron-goluri sub acțiunea fotonilor, acest efect purtând denumirea și de efect fotovoltaic interior.

Figura 21. Schema constructivă a unei celule fotovoltaice

În partea stângă a figurii de mai sus se observă că , fotonul A are o frecvență mai mică și, deci o energie mai mică, iar fotonul B are o frecvență mai mare și de asemenea o energie mai mare (unda electromagnetică cu frecvență mică pătrunde în material la adâncimi mai mari și invers). Câmpul electric al joncțiunii p-n separă purtătorii de sarcină liberi, acesta fiind caracterizat prin pontențialul de barieră U0 și care în funcție de tipul de semiconductor folosit, are valori cuprinse între 0,2 – 0,7 V. Așadar electronii sunt dirijați spre zona n, iar golurile spre zona p a celulei fotovoltaice. De aici poate fi trasă concluzia că sub influența luminii, zona p se încarcă pozitiv, iar zona n se încarcă negativ, lucrul acesta ducând la apariția unui curent electric prin circuitul extern, ca efect al conversiei radiației solare. Curentul care apare în urma acestei conversii, duce la caderea de tensiune U pe sarcina externă R, această sarcină fiind conectată la contactele din spate și contactul grilă frontal (fig. 21). Tensiunea U, în raport cu joncțiunea p-n acționează în sens direct și la rândul său va determina prin joncțiune curentul diodei Id de sens opus curentului fotovoltaic Is.

Id = I0[exp(eU/kT)-1] (2)

I0 – intensitatea curentului de saturație;

k – constanta lui Boltzmann;

T – temperatura absolută;

e – sarcina electronului;

Caracteristicile unei celule fotovoltaice

Principalele caracteristici ale unei celule fotovoltaice sunt:

caracteristica volt – amper U(I);

caracteristica de putere P(U).

Curentul (I) în circuitul exterior este determinat ca diferența dintre curentul fotovoltaic Is și curentul diodei Id:

I = Is – Id = Is – I0[exp(eU/kT) -1] (3)

Acestei ecuații îi corespunde schema echivalentă simplificată (a) a celulei fotovoltaice prezentată în figura de ma jos.

Figura 22. Scheme echivalente ale celulei fotovoltaice: a – simplificată; b – completă.

Semnul convențional pentru o celulă solară se indică asemănător unei diode, sau fotodiode prin intermediul unei săgeți în sensul curentului pentru conectare. Caracteristica unei celule solare se deosebește totuși de cea a unei fotodiode ideale. Pentru a modela aceste diferențe, există mai multe scheme echivalente.

Schema echivalentă simplificată este compusă dintr-o sursă de curent legată în paralel cu o diodă ideală (figura 22 – a). Această sursă produce un curent dependent de intensitatea luminii și este modelat de fotocurentul Is.

La valoarea curentului total contribuie și curentul prin diodă Id.

I = Is – Id = Is – I0[eUd/n*UT – 1] (4)

Schema completă ține cont de parametrii reali ai elementelor componente care apar în procesul de fabricație. Prin aceasta se încearcă modelarea cât mai exactă din punct de vedere electric a celulei solare. Față de schema echivalentă simplificată la cea extinsă cu o diodă, schema se întregește cu o rezistență legată în paralel și una legată în serie.

Rezistența în paralel Ri ia în considerare defectele de cristal, impurificări neomogene și defecte de material prin care apar curenți de pierdere care traversează joncțiunea p – n. La celulele fotovoltaice bine construite această rezistență este relativ mare.

Rezistența în serie Rs, prin acesta se iau în considerare efectele în urma cărora crește rezistența totală a elementelor componente. Acestea sunt în principal rezistența semiconductorului, rezistența contactelor și a legăturilor. La celulele fotovoltaice această rezistență trebuie să fie cât se poate de mică.

I = Is – Id – Ui / Ri = Is – I0[eUd/n*UT – 1] – (U + Rs * I) / Ri. (5)

Puterea electrică cedată sarcinii R a unei celule fotovoltaice este:

P = U * I = U{Is – I0[exp(e*U / k*T)] – 1}. (6)

Figura 23. Caracteristicile unei celule fotovoltaice

Valoarea maximă a acestei puteri se obține într-un punct M al caracteristicii curent – tensiune, ale cărui coordonate sunt rezultate din condiția dP/dU = 0.

UM = U0 – UT ln(1 + UM / UT), (7)

IM = IS(1 + I0 / IS) * UM / (UM + UT), (8)

unde UT = kT / e. (9)

Pentru o sarcină rezistivă, valoarea optimă a rezistenței sarcinii va fi:

RM = UM / IM. (10)

Parametrii celulelor fotovoltaice

Celulele fotovoltaice sunt asamblate și încorporate într-un modul fotovoltaic sau PV. Modulele fotovoltaice sunt conectate într-un sistem care este denumit panou PV sau generator solar. Întregul sistem este cunoscut sub denumirea de sistem fotovoltaic sau PV. Un astfel de sistem poate să fie conectat la rețeaua electrică (sistem PV conectat la rețea) sau nu (sistem PV autonom). Sistemele fotovoltaice mai sunt denumite și centrale solare.

Producătorii de celule și module fotovoltaice au obligația de a indica în cartea tehnică a produsului, parametrii ridicați în condiții standard:

radiația solară globală pe suprafața celulei, G = 1000 W/m2;

temperatura celulei, TC = 250 C;

masa convențională de aer, AM = 1,5 global.

AM 1,5 global indică slăbirea luminii solare la suprafața pământului în funcție de latitudinea dorită parcurgerii unei mase mai mari de aer proporțional cu latitudinea (în cazul acesta se consideră latitudinea de 500). Iarna condițiile corespund unor valori de AM=4 până la AM=6. Prin absorbție atmosferică și spectrul luminii ce cade pe PV se deplasează.

Principalii parametrii ai unei celule solare sunt următorii:

a). Curentul de scurt-circuit (Isc) – curentul de scurtcircuit se obține la scurtcircuitarea bornelor sarcinii R din fig. 22. Pe caracteristica I-U din fig. 23, acesta este punctul cu coordonatele U = 0, I = Isc. Puterea furnizată de către PV în acest caz fiind egală cu 0, P = 0. Isc este proporțional cu intensitatea radiației solare (iradianța).

b). Tensiunea de mers în gol (U0) – reprezintă tensiunea maximă la curent zero și corespunde punctului de pe caracteristica I-U cu coordonatele I = 0, U = U0. Puterea debitată de celula fotovoltaică în acest caz este egală cu 0, P = 0.

Tensiunea de mers în gol poate fi determinată din relația (3), pentru I = 0:

U0 = kT/e*ln[(Is + I0)/I0] = kT/e*ln(Is/I0). (11)

Pentru o celulă din siliciu raportul Is/I0 este de circa 1010, factorul kT/e, numit și tensiune termică, este egal cu 26mV. Astfel U0 = 0,6V.

c). Puterea critică sau puterea de ieșire maximă (PM) – reprezintă produsul dintre curentul și tensiunea în punctul M a caracteristicii I-U. În limba engleză acest parametru se numește peak power, fiind notat cu PC și corespunde la o iradianță de 1000W/m2.

PC = UM * IM. (12)

d). Factorul de umplere (FF – de la Fill Factor) – reprezintă o măsura a calității celulei fotovoltaice. Altfel spus, cu cât este mai mică rezistența internă Rs a celulei PV, cu atât FF este mai mare, de regulă FF > 0,7.

FF = (UM * IM) / (Isc * U0). (13)

de unde se poate obține ca: PM = UM * IM = FF * U0 * Isc. (14)

e). Randamentul celulei sau a modulului PV – reprezintă raportul dintre puterea generată de celula sau modului PV în punctul optim de funcționare M la o temperatură specifică și puterea radiației solare.

ƞ = PC/A*G. (15)

unde PC reprezintă puterea livrată de celula PV în W; A este suprafața celulei sau a modulului PV în m2; G reprezintă radiația globală incidentă pe suprafața celulei sau a modulului PV în W/m2.

Ca și exemplu, un modul PV cu randamentul de 10% și aria suprafeței de 1 m2, expus la o radiație solară de 1000 W/m2 va produce în jur de 100W.

În condiții de laborator au fost obținute celule de siliciu monocristalin cu un randament de 13-25% în funcție de suprafața celulei, iar în condiții de fabrică 12-14%. Randamentul celulei PV din siliciu policristalin este de până la 20% în condiții de laborator. Limita teoretică a randamentului celulei din siliciu monocristalin este de 37%, iar a celei din siliciu amorf 28%.

f). Temperatura normală de funcționare a celulei PV – aceasta corespunde temperaturii celulei PV la funcționarea în gol la temperatura de 200C, radiația globala de 800 W/m2 și viteza vântului mai mică de 1m/s. Parametrul NOCT se situează între 42 și 460C, în cazul celulelor uzuale.

Parametrul NOCT indică puterea la temperatura de funcționare normală (normal operating cell temperature). Dacă este cunoscut parametrul NOCT, se poate determina temperatura celulei TC în alte condiții de funcționare caracterizate de temperatura mediului TA și radiația globală G.

TC = TA + [(NOCT – 20)/0,8]*G. (16)

g). Influența radiației solare și a temperaturii asupra caracteristicilor celulelor și a modulelor PV. Caracteristicile celulei PV pentru diferite valori ale radiației solare sunt prezentate în figurile 24 și 25. De aici se poate observa că, curentul de scurt-circuit este direct proporțional cu radiația solară, iar tensiunea de mers în gol variază puțin, acest lucru datorându-se potrivit relației (11), tensiunea U0 depinde logaritmic de radiația solară (Is este proporțional cu radiția) și adesea în calcule practice acest lucru este neglijat.

Figura 24. Caracteristica celulei PV la variația radiației solare

Curentul de scurtcircuit, pentru diferite valori ale radiației solare G, poate fi determinat cu o aproximație satisfăcătoare, cu ajutorul următoarei formuli:

Isc = (G/Gst)*Iscst. (17)

unde Iscst reprezintă curentul de scurtcircuit al celulei corespunzător radiației standard Gst = 1000 W/m2.

Temperatura celulei PV are o influență semnificativă asupra tensinunii de mers în gol, dar cu mult mai puțin asupra curentului de scurcircuit, astfel o dată cu creșterea temperaturii, tensiunea de mers în gol va scădea. În cazul celulelor PV din siliciu, coeficientul de variație a tensiunii ce temperatura KT este egal cu 2,3mV/0C, astfel parametru U0 pentru temperaturi diferite de cea standard se va calcula cu relația:

U0 = U025 – 0,0023(t – 25). (18)

unde : U025 – tensiunea de mers în gol a celulei PV la temperatura standard;

t – temperatura la momentul curent a celulei PV, exprimată în 0C.

Figura 25. Caracteristica celulei PV la variația temperaturii

Module fotovoltaice

Celulele fotovoltaice moderne produc energie electrică de putere care nu depășește 1,5 – 2W la tensiuni de 0.5 – 0.6V. Pentru obținerea de puteri și tensiuni necesare consumatorului, celulele fotovoltaice se conectează în serie și/sau în paralel. Cea mai mică instalație fotoelectrică formată din celule fotovoltaice interconectate în serie și/sau în paralel , încapsulate pentru a obține o rezistanță mecanică mai mare și a proteja celulele de acțiunea mediului se numește modul fotovoltaic. Un număr de module fotovoltaice asamblate mecanic ca o unitate mai mare și conectate electric poartă denumirea de panou sau câmp de module. În acord cu standardele Comisiei Internaționale de Electrotehnică (IEC) se utilizează termenul "array", ceea ce înseamnă sistem sau rețea.

Denumirile de "modul fotovoltaic", "panou fotovoltaic" sau "câmp de module" de cele mai multe ori au una și aceeași semnificație. La proiectarea modulelor fotovoltaice se ia în considerare folosirea frecventă a modulelor fotovoltaice pentru încărcarea acumulatoarelor electrice, a căror tensiune este de 12 – 12.5V. Cu toatea acestea, în condiții de radiație standard, tensiunea UM trebuie să fie 16 – 18V, iar tensiunea de mers în gol undeva între 20 – 22.5V. O singură celulă generează în gol circa 0.6 V și trebuie să fie conectate în serie 33 -36 de celule pentru a obține tensiunea dorită. Puterea modulului fotovoltaic va oscila între 5-100 W. Construcția unui modul fotovoltaic este de obicei sub formă dreptunghiulară. Suportul este confecționat din aluminiu anodizat și separat de structura laminată a celulelor cu căptușeală, care nu permite pătruderea umezelii. Celulele fotovoltaice sunt protejate de acțiunea condițiilor nefavorabile, care pot interveni pe parcursul exploatării: grindină, ploaie, praf, zăpadă, de un sistem care constă dintr-un strat de sticlă și cel puțin două straturi din etilen vinil acetat EVA sau polivinil butirol PVB.

Pentru a se obține tensiunea și puterea necesare consumatorului de energie electrică, modulele fotovoltaice pot fi conectate în serie, paralel sau serie-paralel.

Figura 26. Conexiunea serie a doua module PV

La conectarea în serie a doua module fotovoltaice identice curentul debitat consumatorului rămâne același, iar tensiunea crește de două ori. În figura de mai sus se poate observa că modulele PV1 și PV2 sunt conectate în serie cu bateria de acumulatoare GB. Punctul de funcționare a sistemului PV – GB este punctul de intersecție M al caracteristicilor respective: a două module fotovoltaice conectate în serie și a acumulatorului. Diodele VD1 și VD2, numite diode by-pass se conectează în paralel cu fiecare modul sau cu un grup de module conectate în paralel.

Dioda by -pass are rolul de a limita tensiunea inversă, dacă un modul din circuitul consecutiv este mai puțin performant sau este umbrit, evitându-se astfel suprasolicitarea termică. În regim de funcționare normală, diodele VD1 și VD2 nu consumă energie.

Dioda VD, numită și antiretur, se conectează în serie cu sarcina, având rolul de a evita acea situație în care modulul fotovoltaic poate deveni consumator de energie electrică, acest lucru putându-se întâmpla doar în acea situație cand tensiunea de pe panoul fotovoltaic este mai mică decât tensiunea de pe acumulator. Este de înțeles faptul că pe dioda antiretur va avea loc o cădere de tensiune de circa 0.5 V, acest lucru ducând și la mici pierderi de energie.

Figura 27. Conexiunea paralel a doua module PV

În figura de mai sus este prezentată conectarea în paralel a doua module fotovoltaice identice. În acest tip de conexiune tensiunea generată rămâne aceeași, iar curentul crește de două ori. Punctul de funcționare al sistemului module fotovoltaive – rezistența R este punctul de intersecție M al caracteristicilor amper -volt ale modulelor și consumatorului, astfel I = (1/R)*U. Diodele antiretur VD11 și VD22 nu permit ca un modul sau un grup de module unite în paralel să treacă în regim de consumator, atunci când nu sunt identice sau sunt umbrite.

Figura 28. Conexiunea serie – paralel a modulelor PV

În figura de mai sus modulele PV1 – PV2, PV3 – PV4 și PV5 – PV6 sunt unite în serie, dar între ele sunt conectate și paralel. Astfel, se obține majorarea de doua ori a tensiunii și de trei ori a curentului, puterea instalației crescând de șase ori.

Diodele VD1 – VD6 sunt diode de ocolire (by-pass), iar VD12, VD34, VD56 sunt diode antiretur.

2.3.2. Energia eoliană

Alte forme de energii regenerabile pe langă cea solară mai sunt și energia eoliană, energia cinetică a apei curgătoare a râurilor, energia valurilor mării, etc.

Energia eoliană a fost folosită de om pe parcursul a mii de ani. De peste 3000 de ani, morile de vânt sunt folosite pentru măcinat sau pomparea apei. Și astăzi, în secolul informaticii, al energiei nucleare și electricității, mii de mori de vânt sunt folosite pe diferite continente pentru pomparea apei și a petrolului, pentru irigare, producerea energiei mecanice în scopul acționării mecanismelor de mică putere.

Electricitatea poate fi obținută folosind diferite metode, dar absolut toate necesită combustibil în cele mai multe cazuri de origine fosilă: cărbune, gaz natural, petrol sau uranium 235 și plutonium 239 la centralele termonucleare.

În zilele noastre, expresia utilizarea energiei eoliene semnifică, în primul rând, energia electrică nonpoluantă produsă la o scară semnificativă de "morile de vânt" moderne numite turbine eoliene, termen prin care se încearcă accentuarea similarității cu turbinele cu aburi sau cu gaz, folosite pentru producerea electricității și totodată, pentru a face o distincție între vechea și noua lor destinație.

Încercări de a obține energie electrică din vânt datează de peste o sută de ani, începând cu sfârșitul secolului al XIX-lea. O adevărată înflorire a acestei tehnologii se atestă, însă, abia după criza petrolului din anul 1973. Creșterea bruscă a prețului la petrol a impus guvernelor țărilor dezvoltate să aloce substanțiale surse financiare pentru programe de cercetare, dezvoltare și demonstrare. Pe parcursul a 20 de ani, la nivel mondial, s-a creat o nouă tehnologie, o nouă industrie și de facto, o nouă piață de desfacere: piața Sistemelor de Conversie a Energiei Eoliene (SCEE) – Wind Energy Conversion Systems (WECS).

Dacă în anul 1973 principalul stimulent de dezvoltare a SCEE l-a constituit prețul petrolului, astăzi s-a adăugat un al doilea: tendința omenirii să producă energie electrică "curată" sau "verde" fără sau cu mici emisii de dioxid de carbon. Anul 1993 a fost marcat ca începutul unui boom eolian care se caracterizează printr-o creștere anuală de peste 20% a capacităților de putere instalată. Astfel, în 1999, capacitatea mondială a crescut cu 4033 MW, ceea ce a constituit un record pentru filiera eoliană și , ceea ce este foarte semnificativ, pentru prima dată a depășit capacitatea de putere nucleară instalată în lume în același an. În perioada 1996 – 2006, capacitatea mondială a crescut de peste 12 ori și a atins cifra de 73904 MW în 2006.

Pentru o cunoaștere integrală a tehnologiei conversiei energiei eoliene în energie electrică sunt necesare cunoștințe din diverse domenii, inclusiv, meteorologie, aerodinamică, electrotehnică, inginerie mecanică și a construcțiilor civile. De asemenea, pentru a lua o decizie corectă în ce privește investițiile, sunt necesare cunoștințe în domeniul analizei economice a proiectelor.

Figura 29. Distribuția puterii instalate eoliene la nivel mondial

Liderul incontestabil în producția de electricitate cu ajutorul turbinelor eoliene la nivel mondial este Comunitatea Europeană UE – 27 cu o cotă de 65%, urmată de SUA și India.

Figura 30. Prima turbină construită, Gedser, Danemarca

2.3.3. Biomasa

Biomasa – sursă de nergie regenerabilă

În sens larg biomasa este reprezentată de materia organică vegetală, reziduurile metabolice de origine animală (gunoiul) precum și microorganismele. În sens strict biomasa agricolă include produsele secundare ale plantelor cultivate, precum: paiele, ciocălăii, tulpinile (floarea soarelui, soia), frunzele (sfeclă), păstăile (soia, fasole), cojile (nuci, alune), semințele (prun, cais, piersic) și gunoiul din fermele de animale. Pe lângă sursele de biomasă agricolă mai există și cele forestiere, materialul principal și secundar din exploatarea pădurilor de foiase și rășinoase. Chiar și combustibilii fosili precum cărbunele și țițeiul, deși nu sunt considerați biomasă își au originea în biomasa vegetală a erelor trecute, transformată substanțial prin procese geologice.

În acest context, biomasa poate fi arsă pentru a genera căldură și electricitate, sau poate fi folosită ca material grosier pentru producția de biocombustibili (biodiesel, bioetanol) și a unor compuși chimici.

Biomasa este biodegradabilă și regenerabilă. Producerea de biomasă reprezintă un domeniu în plină expansiune datorită creșterii interesului pentru sursele alternative de energie.

Producerea biomasei vegetale la scară mare presupune cultivarea a numeroase specii de plante, cele mai importante fiind: iarba elefantului, iarba de pampas, cânepa, porumbul, plopul, salcia, sorgul și trestia de zahăr.

Impactul utilizării energetice a biomasei asupra mediului

Biomasa reprezintă o componentă importantă în ciclul carbonului. Carbonul din atmosferă este transformat în materie biologică (biomasă) prin procesul fotosintezei. Prin moartea sau combustia materiei vegetale, carbonul trece înapoi în atmosferă sub formă de dioxid de carbon. Acest circuit se întinde pe o perioadă relativ scurtă, iar biomasa utilizată ca și sursă de energie poate fi în mod constant înlocuită prin recultivare.

Biomasa reprezintă prin urmare, o sursă de energie regenerabilă, denumită uneori "combustibil cu carbon neutru", a cărei utilizare contribuie încă uneori la accentuarea fenomenului de încălzire globală. Aceste efecte nedorite au loc atunci când apar dereglări în echilibrul natural al carbonului, generate prin defrișări masive, urbanizare excesivă etc.

Atunci când biomasa este folosită ca și combustibil, luând locul celor fosili, se eliberează aceeași cantitate de dioxid de carbon în atmosferă. În cazul în care utilizarea biomasei are ca scop producerea de energie, este considerată combustibil cu carbon neutru, datorită reducerii drastice a emisiilor de gaze în atmosferă prin producerea metanului în locul dioxidului de carbon (CO2). Carbonul reprezintă circa 50% din masa uscată vegetală și este parte a ciclului carbonului atmosferic. Biomasa fixează CO2 din atmosferă pe parcursul creșterii, după ce carbonul propriu este eliberat sub forma unui amestec de dioxid de carbon (CO2) și metan (CH4), funcție de ultima utilizare a materialului vegetal.

Prin urmare, biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie regenerabilă, ce va juca un important rol pe piețele energetice mondiale și europene. Rolul utilizării resurselor energetice din biomasă devine cu atât mai important cu cât strategiile de dezvoltare și independență energetică europene țintesc spre 20% surse regenerabile până în 2020. În momentul de față utilizarea biomasei asigură circa 5% din consumul total de energie la nivel european, iar în state precum Finlanda, Suedia și Austria biomasa asigură 15 – 20%. Utilizarea biomasei are loc pe ambele planuri, atât pentru producerea de energie și căldură în instalații de cogenerare, cât și ca materie primă în producerea de bioconbustibili.

Cea mai mare problemă o reprezintă însă costurile mari de investiție necesare pentru montarea și punerea în funcțiune a unei instalații de producere a energiei din biomasă. O altă problemă este legată de suprafețele de teren necesare pentru producerea biomasei și care trebuie să asigure materia primă în flux continuu. De asemenea, investițiile în utilajele pentru pregătirea, întreținerea și recoltarea biomasei, cu influență directă asupra calității acesteia.

Se poate observa deci cote de investiții ridicate ce presupun intervenția a numeroși actori alături de investitori (organisme ale statului, bănci, fermieri etc).

2.4. Microcontrollere

Microcontrollerul structură hardware

Microcontrollerul este un microcircuit care încorporează o unitate centrală (CPU) și o memorie împreună cu resurse care-i permit interacțiunea cu mediul exterior.

Absolut toate aplicațiile în care sunt folosite microcontrollere fac parte din categoria așa ziselor sisteme integrate – încapsulate (embedded systems).

Microcontrollere sunt folosite în foarte multe aplicații la standard industrial, printre care: climatizare, sisteme de alarmă, diagnoză, controlul aprinderii/stingerii/reglarea turației unui motor. Sunt folosite foarte des în electronica de consum: televizoare, camere foto-video, laptopuri, telefonie mobilă, gps, jocuri electronice. În aparatura electrocasnică: aspiratoare, cuptoare cu microunde, frigidere, mașini de spălat, etc.

Utilizarea unui microcontroller, oricât de evoluat, nu elimină unele componente ale interfeței cu mediul exterior (atunci când ele sunt chiar necesare): subsisteme de prelucrare analogică (amplificare, redresare, filtrare, protecție-limitare), elemente pentru realizarea izolării galvanice (octocuploare, transformatoare), elemente de comutație de putere (tranzistoare de putere, relee electromecanice sau statice).

Arhitectura unității centrale de calcul (CPU) este unul din elementele cele mai importante care trebuie luat în vedere în analiza oricărui sistem de calcul. Principalele concepte luate în considerare și întâlnite aici sunt următoarele:

Arhitectura de tip Harvard

La această arhitectură sunt spații de memorie separate pentru program și date, astfel ar trebui să existe și magistrale separate (de adrese și date) pentru codul instrucțiunilor și respectiv pentru date.

CISC

Aproximativ toate microcontrolerele au la baza realizării CPU conceptul CISC (Complex Instruction Set Computer), aceasta înseamnă un set uzual de peste 80 de instrucțiuni, multe dintre ele foarte puternice și specializate.

RISC

RISC (Reduced Instraction Set Computer) este un concept de realizare a CPU care a început să fie utilizat cu succes de ceva timp și la realizarea microcontrolerelor. Prin implementarea unui set redus de instrucțiuni care se pot executa foarte rapid și eficient, se obține o reducere a complexitații microcontrolerului, suprafața salvata putând fi folosită în alte scopuri.

Orice microcontroller are anumite module periferice:

Modulul de PWM;

Pini digitali input/output;

Pini de intrare analogici.

Pini de programare a microcontrollerului.

Caracteristici principale

RISC CPU:

– Gama tensiunii de alimentare: 1.8V la 5.5V

– Regulator de tensiune intern la 3.3V

– Frecvența maximă de operare : 64MHz

– Memoria program (flash): 64K (10000 erase/write)

– Data EEPROM: 1K (100000 erase/write )

– Oscilatoare interne: LF-INTOSC (31KHz), MF-INTOSC (500KHz), HF-INTOSC (16MHz)

– 8×8 "single-cycle"miltiplicator hardware

Periferice digitale:

module CCP/ECCP:

– module Capture/Compare/PWM (CCP)

– modul Enhanced Capture/Compare/PWM (ECCP)

module 8/16 biti Timer/Counter:

– Timer0: 8/16 biti timer/counter cu prescaler pe 8 biți

– Timer1, Timer3: 16 biti timer/counter

– Timer2, Timer4: 8 biti timer/counter

Comunicare serial sincron prin SPI si I2C

Periferice analogice:

Convertor analog/digital (A/D) pe 12 biti, pe 11 canale

Doua comparatoare analogice

Programabil Brown-out reset (BOR)

Figura 31. Diagrama bloc a microcontrollerului

Programarea microcontrollerelor

Programarea microcontrolerelor presupune scrierea unui program în interiorul microcontrolerului, program cu ajutorul căruia obținem rezultatele/efectele pe care le așteptam de la un microcontroler. Programarea se face într-un limbaj de programare precum C, C++, Java, Pascal, Basic, samd. Un limbaj de programare este un set bine definit de expresii și reguli valide de formulare a instrucțiunilor pentru un computer. Un limbaj de programare are definit un set de reguli sintactice și semantice. El dă posibilitatea programatorului să specifice în mod exact și amănunțit acțiunile pe care trebuie să le execute calculatorul, în ce ordine și cu ce date. Specificarea constă practic în întocmirea/scrierea programelor necesare ("programare").

2.5. Concluzii

Din energiile regenerabile cea mai accesibilă este energia solară, orice persoană poate să folosească acestă energie gratuită. De cele mai multe ori, sistemele fotovoltaice sunt utilizate în combinație cu alte surse de energie (energia hidraulică, energia obținută prin arderea combustibililor fosili, energia eoliană).

Sistemele fotovoltaice se află în continuuă dezvoltare sub aspectul reducerii costurilor de fabricare. Sunt cercetate diferite materiale semiconductoare, tehnologii moderne de fabricare a celulelor fotovoltaice.

Domeniile în care celulele fotovoltaice își găsesc utilizare pe scară tot mai largă sunt consumatorii de energie electrică izolați. Tehnologiile solare folosesc energia soarelui pentru a produce căldură, lumină, apă caldă și chiar aer condiționat pentru locuințe și zone inductriale.

Panourile solare sunt una din cele mai populare surse alternative de energie folosită pentru sistemele electrice private și industriale.

CAPITOLUL 3

PROIECTAREA UNUI ÎNCĂRCĂTOR AUTO

3.1. Acumulatorul YUASA NPL24 – 12

Acumulatoarele cu plăci de plumb și acid sulfuric sunt utilizate comercial de mai mult de 100 de ani pentru stocarea energiei electrice.

Figura 2. Acumulatorul YUASA NPL24 – 12I

Acumulatorul cu plumb pe care îl folosesc în acest proiect este achiziționat de pe situl www.tme.eu și are următoarele specificații:

NPL Valve Regulated Lead-acid Batteries (VRLA)

Caracterisitici

Acumulatorul Yuasa VRLA poate fi folosit în toate aplicațiile care folosesc tensiuni de 12 V cu excepția cazului în care este folosit continuu la o alimenatre inversată.

Materialul din care este confecționat exteriorul acumulatorului este ignifug.

Acest acumulator este produs într-o fabrică care respectă standardul ISO 9001: 2000

Figura 33. Specificații generale

Intervalul de temperatură operațional este:

Charge -15oC to 50 oC

Discharge -20oC to 60 oC

Storage – 20oC to 50 oC (fully charged condition)

Figura 34. Caracteristica de încărcare la un curent de 10% din capacitatea acumulatorului

În figura de mai sus se poate observa carcateristica de încărcare la acest acumulator la un curent de 10% din capacitatea acumulatorului. În lucrarea de față acest lucru înseamnă:

CAh = 24 A , deci curentul de încărcare va fi de 2,4 A. Observăm ca la un curent constant de încărcare de 2,4 A, acumulatorul ajunge la o tensiune de aproximativ 13V în 10 h.

Figura 35. Caracteristica de încărcare la un curent de 25% din capacitatea acumulatorului

În figura 35 se observă caracteristica de încărcare la un curent de 25% din capacitatea acumulatorului. În acest caz pentru capacitatea de 25 Ah este nevoie de un curent constant de încărcare de 6 A. Se poate vedea că la acest curent de încărcare în 3 h tensiunea pe acumulator poate ajunge cu puțin peste 15V.

Figura 36. Autodescărcarea acumulatorului

3.2. Celule fotovoltaice ca surse de energie

În realizarea acestui proiect o să folosesc două panouri fotovoltaice identice.

Modulele fotovoltaice pe care le folosesc în proiectul de față sunt module fotovoltaice de tip policristalin (MF – 20).

Figura 7. Modulul fotovoltaic MF – 20

Modulul fotovoltaic policristalin MF – 20 cu o putere nominală de 20 W este potrivit pentru acest proiect, deoarece are tensiunea joasă nominală de 17.49 V, pentru funcționarea autonomă.

Modulul fotovoltaic este format din mai multe straturi laminate, în partea din spate având un plastic protector de culoare albă, o folie cu adeziv pe ambele fețe, iar pe cealaltă parte a panoului, iarăși, o folie protectoare cu adeziv față – verso și apoi o suprafață de sticlă călită special.

Celulele fotovoltaice sunt presate împreună sub presiune și temperatură înaltă. De asemenea, partea din față și din spate sunt foarte bine protejate împotriva pătrunderii umezelii. Pe langă aceasta, panourile fotovoltaice au în ramele lor din aluminiu o umplutură în formă de U siliconat, acest strat împiedicând de asemenea pătrunderea umezelii.

Aceste module fotovoltaice au anumite avantaje, și anume:

panoul fotovoltaic conține o diodă by-pass, aceasta având rolul de a împiedica pierderea de energie dacă este umbrit sau mai puțin însorit;

panoul fotovoltaic este fabricat de către lideri în industria fotovoltaică, având certificări internaționale de calitate, performanță și siguranță;

producția a fost realizată în conformitate cu standardele sistemului de management al calității ISO 9001;

gradul ridicat de fiabilitate garantează excelenta performanță;

are un aspect frumos, prezintă durabilitate optimă și instalare ușoară.

După cum spune și titlul lucrării de față, eu voi folosi aceste panouri fotovoltaice să încarc un acumulator auto (acumulator plumb – acid). Aceste module fotovoltaice pot fi ulilizate și sunt utilizate și în condiții mai aspre de mediu, precum: iluminat stradal cu LED-uri, diverse activități maritime, garduri electrice, pe autostăzi, etc.

Modulele fotovoltaice din proiectul de față prezintă următoarele caracteristici electrice:

Puterea nominală (Pmax): 20 W;

Tensiunea la Pmax: 17.49 V;

Curentul la Pmax: 1.14 A;

Curentul de scurtcircuit: 1.22 A;

Tensiunea de mers în gol: 21.5 V;

Alte caracteristici pe care le prezintă sunt:

Temperatura de operare: de la -40 la +90oC;

Cadru: aluminiu;

Cutie de joncțiune: IP65;

Panou frontal: sticlă securizată;

Dimensiuni: 505 x 353 x 25mm

Masă: 2.3kg.

Modulul fotovoltaic este un generator de curent continuu.

Pentru a realiza acest proiect a fost necesară dimensionarea acestui sistem fotovoltaic, adică a fost necesară calcularea puterii (puterea nominală a panourilor fotovoltaice pe care urmează să le folosesc) necesare pentru încărcarea unui acumulator auto.

Principiul general care stă la baza dimensionării instalației fotovoltaice este următorul:

este necesară respectarea permanentă a echilibrului dintre energia produsă de generatorul fotovoltaic și energia consumată de utilizator, în cazul de față mă refer la consumatorii care absorb energia din acumulatorul auto.

Acest echilibru trebuie realizat pentru o perioadă definită de timp, de obicei o zi sau o lună. Prezența acumulatorului permite compensarea deficitului dintre energia produsă și cea consumată, deficit care poate fi cauzat de timpul noros sau de o anumită suprasolicitare din partea consumatorului.

Dimensionarea unui sistem fotovoltaic presupune parcurgerea următoarelor etape:

Calculul radiației solare disponibile pe suprafața panoului fotovoltaic.

Calculul consumului diurn de energie electrică EC.

Calculul cantității de energie electrică care trebuie produsă de către modulul fotovoltaic Ep.

Calculul puterii critice a modulului fotovoltaic PC și alegerea acestuia.

Calculul capacității acumulatorului C și alegerea acestuia.

Verificarea echilibrului consumului și producerii de energie electrică.

Calculul radiației solare disponibile pe suprafața modulului fotovoltaic. Unghiul de înclinație a modulului fotovoltaic față de orizont β se determină din condiția asigurării echilibrului "consum – producere energie electrică" în lunile cu cea mai mică radiație solară.

Calculul consumului diurn de energie electrică. Cu acest scop, se determină puterea nominală și orele de utilizare zilnică pentru fiecare consumator de curent. Consumul de energie electrică EC este determinată ca fiind produsul dintre puterea nominală și numărul de ore:

unde: k – numărul de consumatori de c.c.;

m – numărul de consumatori de c.a.;

Pni, Pnj – puterea nominală a consumatorilor de c.c și c.a.;

ti, tj – durata de funcționare a consumatorilor respectivi;

ƞR, ƞCF, ƞAC – randamentul regulatorului de încărcare – descărcare al acumulatorului și al convertorului de frecvență.

ƞR = 0.95 – 0.98

ƞAC = 0.85 – 0.90

ƞCF = 0.85 – 0.95.

În concluzie cu necesitățile, consumatori vor fi doar de curent continuu, consumul de energie electrică va fi:

EC = (40W * 3 h) / (0.95 * 0.85)

EC = 107,36 W/h (1)

Calculul cantității de energie electrică necesară a fi produsă de panoul fotovoltaic.

K – reprezintă pierderile în cabluri, abaterea punctului de funcționare a ansamblului panou fotovoltaic – consumator și ia în vedere și incertitudinea aspectului meteorologic.

K poate lua valori între 0.75 și 0.85.

Energia necesară a fi produsă de panoul fotovoltaic este:

EP = 107.36 / 0.75

EP = 143.15 W/h (2)

Calculul puterii critice a panoului fotovoltaic

Gβ – valoarea medie a radiației solare globale pe perioada de interes în localitatea dată pentru unghiul de înclinație β a panoului fotovoltaic. În relația de mai sus Gβ este egal cu numărul de ore pe zi de radiație solară standard, egală cu 1000 W/m2 și se notează cu HRS.

În cadrul proiectului de față puterea critică a panoului fotovoltaic este:

PC = 143.15 / 6

PC = 23.85 W (3)

În funcție de puterea critică (PC) se alege puterea unui panou fotovoltaic și numărul de panouri care vor fi conectate în serie:

UCC – reprezintă tensiunea nominală a consumatorilor de curent continuu

UM – tensiunea nominală a unui panou fotovoltaic, de obicei acesta se consideră a fi egală cu 12V.

NS = 12 / 12

NS = 1 modul (4)

Numărul de panouri fotovoltaice conectate în paralel se determină în felul următor:

se calculează curentul mediu al sarcinii pe parcursul unei zile

În cazul acestui proiect curentul mediu este:

Imed = 143.15 / (24 * 12)

Imed = 0.49 A (5)

Cu toate acestea, din condiția respectării balanței de energie într-o zi, se poate scrie:

IPV – curentul panoului fotovoltaic

IPV = (24 * 0.49) / 6

IPV = 1.96 A (6)

Numărul de panouri fotovoltaice conectate în paralel va fi:

ISC – curentul de scurtcircuit al unui panou fotovoltaic, este considerat aproximativ egal cu curentul în punctul M.

NP = 1.96 / 1.22

NP = 1.06 module (7)

Așadar în acest proiect pentru a putea ajunge la puterea dorită voi folosi două panouri fotovoltaice.

Calculul capacității acumulatorului

Capacitatea acumulatorului o voi determina cu ajutorul următoarei relații:

n – reprezintă numărul de zile fără soare

KD – coeficientul de descărcare a acumulatorului (aprox. 0.5 – 0.6)

C = (2 * 55.72) / (0.5 * 12)

C = 18.6 Ah

Se poate observa cum capacitatea acumulatorului ales de mine este bună, deoarce din calcule reiese o capacitate de 18.6 Ah, iar acumulatorul pe care îl folosesc în acest proiect are capacitatea de 24 Ah.

Dacă acumulatorul este complet descărcat perioada de timp în care el se poate încărca se determină cu următoarea formulă:

C = Iî * Tî

Unde: C – capacitatea acumulatorului (în cazul de fața 24 Ah)

Iî – curentul de încărcare

Tî – timpul de încărcare

Astfel: Tî = C/ Iî , rezultând Tî = 24 / 2.2

Tî = 11 h

3.3. Proiectarea circuitului de încărcare

Circuitul de încărcare sau regulatorul de încărcare a acumulatorului auto pe care l-am realizat reprezintă piesa intermediară dintre panoul fotovoltaic și acumulator.

Figura 38. Schema bloc a sistemului

Circuitul de încărcare realizat este de tipul PWM (Pulse Width Modulation sau cu modulație în impuls). El trimite o serie de impulsuri scurte atunci când se încarcă acumulatorul.

PWM (modulația lățimii pulsului) este o tehnică prin care se poate controla un semnal digital de ieșire prin pornirea și oprirea acestuia foarte rapid, prin modificarea lățimii duratei de pornire-oprire, va da efectul variației tensiunii de ieșire.

VOUT = TON(TON + TOFF)*VIN

T = TON + TOFF

Unde: TON(TON + TOFF) * 100 sau TON/T * 100 se numește Duty Cycle sau Factor de Umplere

Figura 39. PWM cu Duty Cycle diferit

Tot circuitul de încărcare este bazat în jurul unui microcontroler, care are rolul de a aranja întregul proces de încărcare, monitorizare și inclusiv de avertizare în cazul descărcării acumulatorului sub un anumit prag de tensiune.

Pe langă microcontroler în circuitul de încărcare am mai folosit și alte dispozitive și anume:

microcontroler

driver

regulatoare de tensiune liniare LM 7812 (stabilizator de tensiune la 12V) și LDO 1117 (5V)

senzor de curent

amplificator operațional OPA2342

avertizor sonor (buzzer) și vizual (LED-uri)

divizoare de tensiune pentru citirea tensiunilor de pe panoul fotovoltaic și de pe acumulatorul auto

LCD

tranzistor MOS cu canal N și bipolar de tip NPN

diodă antiretur

Microcontrolerul pe care l-am folosit în proiectul acesta este PIC16F877A și a fost produs de către compania Microchip. Pe acest microcontroler va fi implementat programul soft care se va ocupa de controlul întregului sistem pe care l-am realizat.

Microcontrollerul a fost ales în funcție de performanțele necesare dar și în funcție modulele periferice necesare.

Modulele necesare pentru controlul întregului sistem sunt următoarele:

Modulul de control PWM;

Pini digitali input/output;

Pini de intrare analogici.

Pini de programare ai microcontrollerului.

Caracteristici principale – PIC16F877A

RISC CPU:

35 de instrucțiuni single-word

toate instrucțiunile sunt "single-cycle", exceptând instrucțiunile de salt (program branch) care sunt "two-cycle"

Frecvența maximă de funcționare: DC – 20 MHz clock input, DC – 200 ns ciclul de instrucțiune

memorie program (FLASH) 8k x 14 words, 8k de cuvinte a câte 14 biți pentru codificarea instrucțiunilor

memorie de date (RAM) 368 x 8 bytes, adică 368 de bytes (octeți) a câte 8 biți fiecare, această memorie fiind folosită pentru salvarea variabilelor.

memorie de date EEPROM 256 x 8 bytes

configurația pinilor compatibilă fie pentru capsulă de 28 pini, fie 40/44 pini

Periferice digitale:

Timer0 : 8 biti timer/counter cu prescaler pe 8 biți

Timer1 : 16 biti timer/counter cu prescaler

Timer2 : 8 biti timer/counter cu 8 biți prescaler și postscaler

2 module de Capture/Compare și PWM

Capture pe 16 biți, rezoluția max. 12.5 ns

Compare pe 16 biți, rezoluția max. 200 ns

PWM cu rezoluția max. pe 10 biți

comunicare serial sincron prin SPI (Master mode) sau I2C (Master/Slave)

comunicare serial sincron/asincron prin UART/SCI cu detecție 9 bit address mode

circuit de detecție Brown-out detection pentru Brown-out reset.

Periferice analogice:

convertor analog-digital (A/D) pe 10 biți, pe 8 canale

Brown-out reset (BOR)

două comparatoare analogice cu tensiune de referință programabilă și intrările selectabile printr-un multiplexor.

Caracteristici specifice:

100.000 cicli erase/write pentru memoria de program

1.000.000 cicli erase/write pentru memoria de date EEPROM

memoria EEPROM menține datele nealterate > 40 ani

auto-reprogramabil sub controlul software-ului

programare In-Circuit-Serial-Programming (ICSP), via doi pini

are nevoie de o singură tensiune de alimentare de 5 V pentru ICSP

Watch Dog Timer (WDT) cu propriul circuit de oscilație on-cip de tip RC

cod de protecție programabil

Sleep mode pentru reducerea consumului de energie

obțiune de selectare oscilator

In-Circuit-Debug (IDB), via doi pini

Driverul IR2104S

– Tensiunea de offset: max 600V

– Curentul de iesire (I0): +/- 130mA / 270mA

– Tensinea de iesire: 10 – 20V

– Tensiunea de alimentare: 10 – 25V

– Intrarea logica este compatibila cu 3.3V, 5V și 15V

– Blocare la tensiune joasă (subtensine)

– Ieșirea este în fază cu intrarea

Acest driver are proprietatea de a proteja microcontrolerul de anumite pericole venite din partea tranzistorului MOS.

Microcontrolerul poate debita pe iesirea unui pin o putere foarte mică (100 mW), iar daca semnalul este trecut printr-un driver acesta îl poate amplifica, acest lucru ducând la rezultatele dorite.

Microcontrolerul generează un semnal de tip PWM cu un anumit factor de umplere acest lucru depinde de tensiunea de pe panoul fotovoltaic. Dacă tensiunea pe panoul fotovoltaic este în jurul valorii de 15-16V (cu acumulatorul conectat) atunci duty cycle-ul este undeva la 98%, când tensiunea pe PV crește duty cycle-ul începe să scadă, astfel încât tot timpul pe sursa MOSFET-ului să fie o tensiune egală cu 13,5V.

Așadar rolul driverului este acela de a proteja microcontrolerul și de a funcționa într-un regim de bootstrap.

Tehnica bootstrap se bazează pe un consum foarte mic de energie al driverului. Astfel, pe un anumit interval de timp, care corespunde unei anumite perioade de comutație, energia poate fi asigurată de un mic acumulator de energie cum este condensatorul C.

De fiecare dată când tranzistorul MOS este adus în conducție în pinul VB al driverului este adus GND-ul și se crează condițiile de încărcare a condensatorului C. Când tranzistorul este adus în regimul blocat, energia stocată în condensator se cumulează cu cea din borna VCC și este livrată mai departe în circuit, asigurând astfel o cantitate de energie electrică suficientă pentru acumulator.

Dioda D3 are rolul de a proteja sursa VCC împotriva vreunui scurtcircuit, ea este o diodă rapidă, de comutație cu tensiune repetitivă inversă mare.

Figura 40. Diagrama bloc IR2104

3.4. Proiectarea circuitului de monitorizare a încărcării

Monitorizarea încărcarii acumulatorului este realizată de către microcontroler, acesta citește cu ajutorul unui pin analogic (RA2) tensiunea de pe divizorul de tensiune pe care l-am implementat la intrarea/ieșirea acumulatorului și tensiunea de pe divizorul de tensiune implementat la ieșirea panoului fotovoltaic, cu ajutorul altui pin analogic (RA0).

Menționez că la ieșirea divizorului de tensiune am conectat un amplificator operațional în conexiunea repetor, acest amplificator este rail to rail fiind alimentat la tensiunea de 5V. În acest fel dacă la intrarea amplificatorului este aplicată o tensiune mai mare de 5V, amplificatorul pe iesire sa nu scoată mai mult de 5V, protejand în acest fel pinul microcontrolerului.

Am recurs la acest lucru deoarece tensiunea pe panoul fotovoltaic variază foarte mult, în funcție de intensitatea razelor soarelui, și datorită faptului că divizorul de tensiune nu este nici el așa de echilibrat, rezistorii având la rândul lor o mică toleranță.

La monitorizarea curentului absorbit de acumulator am recurs prin citirea valorii curentului cu ajutorul unui shunt.

Am folosit un shunt de 68mΩ pe care l-am conectat în serie pe traseul de GND. De pe shunt este citită căderea de tensiune cu ajutorul unui pin conectat la un amplificator operațional (conexiune neinversor). Am considerat curentul maxim prin circuit I=3A.

Astfel,

3A x 0.068Ω = 204mV

Dacă VIN = 204mV atunci Vout =5 V

Astfel 5V / 0.204V = 24

A = 24 amplificarea operaționalului

R12 = 1kΩ și R11 = 23 kΩ

Vout = Vin(1+ R12/ R11)

R13 și C3 formează un filtru trece jos, acest acest filtru având drept scop micșorarea variațiilor de tensiune citite de ADC.

Figura 1. Circuitul de monitorizare a curentului

Astfel dacă tensiunea pe panoul fotovoltaic este mai mare de 13V, microcontrolerul verifică tensiunea de pe acumulator și de pe panoul fotovoltaic și apoi afișează cele două valori pe LCD.

Dacă tensiunea pe acumulator este mai mică de 12V atunci microcontrolerul va trimite comanda și va începe încărcarea propriu zisă a acumulatorului. În caz contrar ciclul se va relua de la început pană în momentul când va fi sesizată o tensiune mai mică de 12V.

Acumulatorul se consideră încărcat la maxim atunci când pe ieșirea lui este sesizată o tensiune de 13V.

La monitorizarea încărcării am folosit și un shunt cu ajutorul căruia se poate observa și curentul pe care acumulatorul îl soarbe în momentul încărcării.

O altă chestiune pe care am implementat-o este că în momentul când tensiunea pe acumulator este mai mică de 12,5V se va aprinde un LED de culoare roșie, iar cand tensiunea va depăși 12,5V se va aprinde unul de culoare verde.

De asemnenea, dacă tensiunea pe acumulator va scădea sub pragul de 11,5V microcontrolerul va detecta acest lucru și va porni automat un buzzer, care are rolul de a avertiza sonor descărcarea acumulatorului.

Toți parametrii, și anume tensiunea de pe panoul fotovoltaic, tensiunea de pe acumulator, precum și curentul de încărcare vor fi afișați pe LCD-ul utilizat în acest scop.

3.5. Proiectarea, realizarea circuitului imprimat și programarea sistemului

Schema electrică a acestui proiect am realizat-o în programul Eagle PCB Design cu ajutorul aplicației Schematic Editor. Tot în acest program am realizat și layout-ul proiectului, cu ajutorul aplicației Layout Editor. Layoutul este realizat pe două straturi TOP și BOTTOM.

După realizarea schemei electrice și a layoutului am trecut la partea de imprimare a layoutului pe două folii transparente, câte una pentru fiecare strat în parte. Pe cele două folii cu conținutul imprimat le-am unit sub forma unui plic, așa încât să intre placuța pe care se va expune circuitul.

După realizarea PCB-ului acesta a fost supus procesului de imprimare cu ajutorul razelor ultraviolete, apoi a urmat etapa de developare a stratului de fotorezist prin introducerea PCB-ului într-o baie de sodă caustică, iar în cele din urmă etapa de corodare (îndepărtarea stratului de Cu nefolosit) fiind introdus în clorură ferica circa 10 minute pe fiecare strat. După corodare a urmat o spalare intensă a PCB-ului pentru îndepărtarea petelor de clorură ferică.

După toate aceste intervenții s-a trecut la gărirea PCB-ului în zonele unde trebuiau montate componente THT și în zonele de via-uri. După acest proces de gaurire s-a început amplasarea și lipirea componentelor THT și finalizând cu cele SMD.

Programarea întregului proces am realizat-o în programul mikroC PRO for PIC, iar încărcarea codului sursă pe microcontroler a fost făcută cu ajutorul programului Pickit 2.

Figura 42. Schema logică

3.6. Afișarea parametrilor

Toți parametrii, și anume tensiunea de pe panoul fotovoltaic, tensiunea de pe acumulator, precum și curentul de încărcare vor fi afișați pe LCD-ul utilizat în acest scop.

Figura 43. Afișarea parametrilor

Stânga sus – Valoarea tensiunii de pe acumulator

Stânfa jos – Valoarea curentului absorbit de acumulator în momentul încărcării

Dreapta – Tensiunea de pe panoul fotovoltaic, aflat în sarcină

Figura 44. Schema bloc input – output

CAPITOLUL 4

APLICAȚII ȘI EXPERIMENTE

Figura 45. Semnalul PWM generat de microcontroler

Microcontrolerul este programat în așa fel încât atunci când pe panoul fotovoltaic se citește o tensiune mai mare de 13 V și pe acumulator este o tensiune sub 12V, să genereze semnal de tip PWM cu un factor de umplere de de 80-90% .

Figura 46. Semnalul de tip PWM după ieșirea din driver, măsurat în grila MOSFET-ului

Figura 47. Măsurătoare efectuată în sursa MOSFET-ului

CAPITOLUL 5

CONCLUZII FINALE, PERSPECTIVE ȘI CONTRIBUȚII

Concluzii finale

Proiectul pe care l-am realizat prezintă un studiu experimental asupra unui sistem de încărcare a unui acumulator auto cu ajutorul unui panou fotovoltaic.

Modulul fotovoltaic prezintă proprietatea de a fi îndreptat sau orientat în direcția razelor soarelui pentru a genera puterea necesară încărcării acumulatorului. Prin simpla expunere la lumină puterea generată de panou este mică, curentul debitat de el este undeva la câțiva miliamperi, acest lucru ducând la o încărcare lentă.

Acest sistem implementat este foarte benefic în momentul în care acumulatorul este solicitat, iar mototul autovehiculului este oprit, acumulatorul încărcându-se singur fără vreo intervenție.

Contribuții personale

Realizarea unui studiu experimental bazat pe încărcarea unui acumulator cu ajutorul energie solare (panou fotovoltaic).

Efectuarea de simulări și teste pe panourile fotovoltaice, am legat cele două panori fotovoltaice în paralel pentru a debita un curent mai mare. Am măsurat tensiunea pe care cele două panouri o dau, mai întâi la lumina artificială apoi la lumina naturală (la soare), am constatat că la lumina artificială panourile au pe ieșire o tensiune de 17,5V dar curentul pe care-l debitează este foarte mic (60 mA). Apoi, am scos panourile si le-am expus la lumina soarelui, în acest caz situația s-a schimbat, în gol tensiunea era în jurul valorii de 21V, iar curentul debitat a crescut considerabil, atingând valoarea de 2A (binențeles acest lucru variază și în funcție de temperatura ambiantă.)

Panourile fotovoltaice împreună cu acumulatorul și circuitul de încărcare le-am montat pe niște șine și apoi pe un stand mobil pe patru roți, acest lucru facându-le mai ușor de manevrat.

Implementarea codului sursă, compilarea și corectarea erorilor de compilare (debugging), acesta fiind scris în programul mikroC PRO.

De asemenea contribuția personală a fost și de proiectarea și realizarea-execuția schemei electrice de încărcare, precum și a circuitului imprimat, acest lucru realizânu-l cu ajutorul programului Eagle.

Perspective

Acest proiect am dorit la început să-l realizez cu panouri fotovoltaice flexibile, deorece am vrut să fie pliabile pe capota unui autoturism, dar din lipsă de buget am renunțat deoarece aceste tipuri de module fotovoltaice sunt foarte scumpe (un panou cu puterea de 80 W se ridică la suma de 1000 RON). Pe viitor doresc să implementez în acest proiect un asemnea panou, deoarece este mai redus ca dimensiune și greutate.

De asemnea a-și dori ca pe viitor acest tip de încărcător să-l folosesc cu panori de putere mai mare care se pot monta direct pe remorci sau rulote, deoarece acestea aduc un beneficiu considerabil utilizatorilor.

Acest sistem implementat de mine poate fi folosit și chiar doresc să propun proprietarilor de locuințe din localități care nu beneficiază de energie electrică că îl pot folosi și este forate la îndemâna oricui. De asemnea m-am gândit ca acest sistem să-l recomand și refugiilor și cabanelor montane, stânilor sau altor adăposturi izolate.

BIBLIOGRAFIE

Prof. univ., Laurean Bogdan, Cursuri și aplicații, http://web.ulbsibiu.ro/laurean.bogdan/html/

Emilian Lefter, Alimentarea cu energie electrică a autovehiculelor, Ed. Mediamira, Cluj-Napoca 2006

Laurențiu Fara (coord), Fizica și Tehnologia Celulelor Solare și Sistemelor Fotovoltaice, Editura Academiei Oamenilor de Știință din România, București, 2009

Thomas Markvart, Solar Electricity, Ediția a II-a UNESCO energy engineering series, England, 2000

Popescu Lizeta, Materiale Electrotehnice, Editura "Alma Mater", Sibiu, 2003

I. Bostan, V. Dulgheru, I. Sobor, V. Bostan, A. Sochirean, Sisteme de conversie a energiilor regenerabile, Editura "Tehnica-Info", Chișinău, 2007

R. Dones, R. Frischknect, Prog. Photovolt Applications, 1998

C. Stanescu, Surse Regenerabile de energie, Note de curs, Sibiu, 2016

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39582b.pdf

http://www.enviromission.com.au/

https://ro.wikipedia.org/wiki/Limbaj_de_programare

https://ro.wikipedia.org/wiki/Baterie_electrică

Anexe

Figura 48. Schema electrică

Codul sursă

// Lcd module connections

sbit LCD_RS at RB4_bit;

sbit LCD_EN at RB5_bit;

sbit LCD_D4 at RB3_bit;

sbit LCD_D5 at RB2_bit;

sbit LCD_D6 at RB1_bit;

sbit LCD_D7 at RB0_bit;

sbit LCD_RS_Direction at TRISB4_bit;

sbit LCD_EN_Direction at TRISB5_bit;

sbit LCD_D4_Direction at TRISB3_bit;

sbit LCD_D5_Direction at TRISB2_bit;

sbit LCD_D6_Direction at TRISB1_bit;

sbit LCD_D7_Direction at TRISB0_bit;

// End Lcd module connections

#define LED_GREEN PORTC.F5

#define LED_RED PORTC.F4

#define BUZZER PORTC.F6

#define ON 1

#define OFF 0

#define NUM_OF_ADC_SAMPLES 64f

unsigned int charge_duty_cycle, i;

unsigned int adc_battery_voltage, adc_charge_current, adc_solar_panel_voltage;

unsigned int battery_voltage, charge_current, solar_panel_voltage;

char *displ_battery_voltage = "00.00 V";

char *displ_charge_current = "0.00 A";

char *displ_solar_panel_voltage = "00.00 V";

void main()

{

TRISC = 0b00000000;

TRISA = 0b11111111;

PORTC = 0b00000000;

Lcd_Init();

ADC_Init();

PWM2_Init(500);

PWM2_Start();

Lcd_Out(1,1,"Incarcator solar");

Lcd_Out(2,3,"Baterie auto");

Lcd_CMD(_LCD_CURSOR_OFF);

Delay_ms(2500);

Lcd_CMD(_LCD_CLEAR);

while(1)

{

adc_battery_voltage = ADC_Read(2); // U bat

adc_charge_current = ADC_Read(1); // Current

adc_solar_panel_voltage = ADC_Read(0); // U panel

for (i = 1; i < NUM_OF_ADC_SAMPLES; i++)

{

adc_battery_voltage += ADC_Read(2); // U bat

adc_charge_current += ADC_Read(1); // Current

adc_solar_panel_voltage += ADC_Read(0); // U panel

Delay_ms(10);

}

adc_battery_voltage /= NUM_OF_ADC_SAMPLES;

adc_charge_current /= NUM_OF_ADC_SAMPLES;

adc_solar_panel_voltage /= NUM_OF_ADC_SAMPLES;

// adc_charge_current = ADC_Read(1); // Current

battery_voltage = ((5.0 * adc_battery_voltage * 10) / 1023.0) * 14.0 / 4.20;

charge_current = ((5.0 * adc_charge_current / 1023.0) / 1.70) * 100;

solar_panel_voltage = ((5.0 * adc_solar_panel_voltage * 10) / 1023.0) * 21.0 / 4.85;

if(battery_voltage < 110.0)

{

BUZZER = ON;

}

else

{

BUZZER = OFF;

}

displ_battery_voltage[0] = battery_voltage / 100 + 48;

displ_battery_voltage[1] = (battery_voltage / 10) % 10 + 48;

displ_battery_voltage[3] = battery_voltage % 10 + 48;

displ_charge_current[0] = charge_current / 100 + 48;

displ_charge_current[2] = (charge_current /10) % 10 + 48;

displ_charge_current[3] = charge_current % 10 + 48;

displ_solar_panel_voltage[0] = solar_panel_voltage / 100 + 48;

displ_solar_panel_voltage[1] = (solar_panel_voltage / 10) % 10 + 48;

displ_solar_panel_voltage[3] = solar_panel_voltage % 10 + 48;

Lcd_Out(1,1,displ_battery_voltage);

Lcd_Out(2,1,displ_charge_current);

Lcd_Out(2,10,displ_solar_panel_voltage);

if ((solar_panel_voltage > battery_voltage ) && (battery_voltage <= 120.0))

{

charge_duty_cycle = (140.0/solar_panel_voltage) * 255.0;

}

else

{

charge_duty_cycle = 0.0;

}

if (battery_voltage >= 120.0)

{

LED_GREEN = 1;

LED_RED = 0;

}

else

{

LED_GREEN = 0;

LED_RED = 1;

}

PWM2_Set_Duty(charge_duty_cycle);

Delay_ms(10);

}

Realizarea practică

Copyright Notice

© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.

Acest articol: Proiect De Diplomă (1) [305161] (ID: 305161)

Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.

Proiect De Diplomă (1) [305161]

Copyright Notice

LUCRARE METODICO-S TIINT IFIC A PENTRU OBT INEREA [616034]

Proiect de lecție [308059]

FUNDAȚIA PENTRU CULTURĂ ȘI ÎNVĂȚĂMÂNT IOAN SLAVICI TIMIȘOARA [303574]

Andrei Victor SANDU [606533]

Studiu comparativ privind două tehnologii de prelucrare a unei piese din material MDF Conducător științific, Conferențiar dr. ing. Adrian TRIF 2020… [303653]

Claudiu.marconi@gmail.com 891 (ioan I. Ică Jr.) Canonul Ortodoxiei I Canonul Apostolic Al Primelor Secole Text

Copyright Notice

Similar Posts