Bu proje, güneş fotovoltaik (PV) sistemlerini izlemek için uygun fiyatlı ve erişilebilir bir çözüm sunmaktadır. Bu, yenilenebilir enerjinin faydalarını maksimize etmeye ve karbon ayak izlerini azaltmaya yardımcı olabilir. Güneş panellerinin performansına dair gerçek zamanlı veriler sağlayarak, sistem, güneş PV sistemlerini optimize etmek ve enerji maliyetlerini azaltmak için proaktif adımlar atmamızı sağlar.
Proje, izleme sisteminin kurulumu için adım adım talimatlar sunmaktadır; bunlar arasında XIAO ESP32C3’ün nasıl kurulacağı, akım sensörünün nasıl bağlanacağı ve sistemin verileri web sunucusuna gönderecek şekilde nasıl yapılandırılacağı yer almaktadır. Proje ayrıca verilerin bir web arayüzü kullanılarak nasıl erişileceği ve analiz edileceği hakkında bilgi içermektedir.
Seeed Donanımı: Seeed Studio XIAO ESP32C3
Yazılım: Blynk
Sektör: Enerji
Arka Plan
Güneş PV sistemlerinin performansını izlemek ve kontrol etmek, enerji üretimini maksimize etmek, maliyetleri azaltmak, sistem güvenilirliğini sağlamak ve güvenliği temin etmek için gereklidir. Bir izleme sistemi kullanarak, kullanıcılar ortaya çıkabilecek sorunları proaktif bir şekilde tespit edip çözebilir, bu da daha verimli ve etkili bir güneş PV sistemi sağlar.
Zorluk
Bir güneş paneli izleme sistemi kurmak, veri toplama, uyumluluk, güç tüketimi, hava koşulları, bakım ve veri analizi gibi konuların dikkatlice değerlendirilmesini gerektirir. Bu zorlukları ele alarak, güneş panellerinin performansına dair değerli bilgiler sağlayan etkili ve güvenilir bir izleme sistemi inşa etmek mümkündür.
Çözüm
- Donanım Hazırlığı
ACS758, algılanan akıma orantılı bir analog voltaj çıkışı sağlamak için Hall Etkisi kullanan son derece hassas ve sağlam bir lineer akım sensörüdür. Hem AC hem de DC akımları ölçme yeteneğine sahip olduğu için güneş PV sistemlerinde güç akışını izlemek için idealdir.
ACS758’den gelen analog voltaj sinyalini XIAO ESP32C3 tarafından işlenebilecek dijital bir formata dönüştürmek için ADS1115 adı verilen hassas 16-bit Analogdan Dijitale Dönüştürücü (ADC) kullanılır.
Güneş panelinden gelen voltaj çıkışı yüksek olabileceğinden, ADC tarafından ölçülebilecek güvenli bir seviyeye düşürmek için bir voltaj bölücü devresi kullanılır. Voltaj bölücü devresi, giriş voltajını daha küçük, orantılı bir voltaja bölmek için iki direnç kullanır.
Sıcaklık değişiklikleri güneş panellerinin verimliliğini etkileyebileceğinden, geniş bir aralıkta yüksek hassasiyetli sıcaklık okumaları sağlamak için DS18B20 adı verilen dijital bir sıcaklık sensörü kullanılır.
XIAO ESP32C3, ADC ve sıcaklık sensöründen alınan verileri işleyen ve bilgileri OLED ekrana ileten kompakt ve özellik açısından zengin bir mikrodenetleyicidir. Ayrıca, Wi-Fi ve Bluetooth işlevleri aracılığıyla uzaktan izleme gibi IoT yetenekleri sunar.
Güneş panelinden gelen voltajı XIAO ESP32’yi beslemek için güvenli bir 5V seviyesine düşürmek için XL7015 adı verilen yüksek performanslı ve ayarlanabilir bir DC-DC modülü kullanılır.
Son olarak, işlenmiş verileri net ve okunabilir bir formatta sunmak için bir OLED ekran kullanılır; bu ekran yüksek kontrast, düşük güç tüketimi ve geniş görüntüleme açıları sunar.
Ayrıca, sistemin gece veya düşük güneş ışığı dönemlerinde kartı beslemek için fazla enerjiyi depolamak üzere entegre bir pil konektörü bulunmaktadır; bu, izleme sisteminin sürekli çalışmasını sağlar.
2. Çalışma Prensibi
3. Şematik Diyagram
4. Voltaj Ölçümü
Güneş paneli voltajı, R1=100k ve R2=10k dirençlerinden oluşan bir voltaj bölücü ağı kullanılarak algılanır. Çıkış, ADC1115 pin A0’a bağlanır ve bir seramik kapasitör C1 ile düzeltilir.
Voltaj bölücü devresinin denklemi Vout = R2/(R1+R2) x Vin’dir. ads.readADC_SingleEnded(0) fonksiyonu, ham analog verileri okur ve bu veriler daha sonra Vin = Ham Voltaj *(R1+R2)/R2 kullanılarak voltaja dönüştürülür.
Daha yüksek voltajlı güneş panelleri kullanmak için uygun dirençleri R1 ve R2 seçin. Voltaj bölücü direnç değerlerini seçmek için çevrimiçi bir hesaplayıcı kullanın.
5. Akım Ölçümü
Akımı ölçmek için, akım değerini voltaj değerine dönüştüren ACS758-50B adı verilen Hall Etkisi akım sensörü kullanılır. Hassasiyet değeri, veri sayfasında bulunan 40mV/A’dır. Akım sensöründen gelen çıkış, R3 ve R4 dirençlerinden oluşan bir voltaj bölücü ağına bağlanır. Akımı hesaplamak için formülü kullanın: Akım (A) = (ADCVoltaj – Offset Voltaj) / hassasiyet. ADCVoltaj, analogRead(Pin) değerinin ADC kazancı ve voltaj bölücü faktörü (R3+R4)/R3 ile çarpılmasıyla elde edilir. Offset voltajı Vcc/2 (2.5V) olarak alınır.
6. Ortam Sıcaklığını Ölçme
Ortam sıcaklığını ölçmek için, bir tel protokolü kullanarak iletişim kuran harici bir DS18B20 probu kullandım. Sinyal hattına bağlı bir pull-up direnci gerektirir; bunu PCB üzerindeki 3 pinli vida terminaline bağlı 4.7K direnci (R5) kullanarak sağladım. DS18B20 sıcaklık sensörü ile arayüz oluşturmak için One Wire kütüphanesini ve Dallas Temperature kütüphanesini kurun. Daha fazla ayrıntı için bu makaleye bakın. Kırmızı kabloyu Vcc’ye, sarı kabloyu DATA’ya ve siyah kabloyu GND’ye bağlayın; bunlar PCB üzerinde etiketlenmiştir.
7. OLED Ekran ile Arayüzleme
Güneş paneli parametrelerini yerel olarak görüntülemek için, I2C üzerinden ESP32 üzerindeki SDA (GPIO21) ve SCL (GPIO22) pinleri ile iletişim kuran 128 x 64 çözünürlüğe sahip 0.96” OLED ekran kullanılır. Bağlantı için, ESP32’nin 3.3V pinini VCC için ve GND’yi GND için kullanın; SDA ve SCL pinlerini OLED ekranındaki karşılık gelen pinlere bağlayın. Ayrıca, kodu uygun şekilde değiştirerek bir I2C LCD ekran da kullanabilirsiniz.
8. Seeed Studio Fusion Agile Manufacturing from 0.1 to ∞
Parçaları lehimlemek için:
- Parça bacaklarını PCB deliklerinden geçirin ve ters çevirin.
- Lehimleme demiri ile pad ve parça bacağı birleşimini ısıtın.
- Bağlantıya lehim uygulayın, böylece lehim bacak etrafında akarak pad’i kaplar.
Şanghay, Çin’de geniş kaynaklarla yenilik yaparken eşsiz hız ve verimlilik elde edin. Daha fazla bilgi için Seeed Fusion adresini ziyaret edin. Bugün proje planınızı bir teklif için bize gönderin.
- Prototipten seri üretime, Seeed Fusion ile pazara çıkma süresini hızlandırın.
- Orijinal Tasarım Üretimi (ODM) ve Özelleştirme Çözümleri.
9. 3D Baskılı Kasa
10. Yazılım ve Kütüphaneler
XIAO ESP32 kartını Arduino kütüphanesi ile kullanmak için, ESP32 kart desteği ile Arduino IDE’yi kullanmanız gerekecek.
Henüz bunu yapmadıysanız, Arduino IDE’nize ESP32 Kart desteğini kolayca kurabilirsiniz; bunu yapmak için Sparkfun tarafından sağlanan bu eğitimi takip edebilirsiniz.
Kütüphaneleri Kurun:
Kodu yüklemeden önce aşağıdaki kütüphaneleri kurun:
2. Blynk
4. One Wire
11. Blynk 2.0 ile Arayüzleme
Blynk 2.0, sensör verilerini izlemek için özel panolar oluşturmanıza olanak tanır. Dört gösterge, iki etiket ve bir grafik ile web ve mobil panoları ayarlamak için:
- Blynk 2.0 hesabı oluşturun ve cihazınız için yeni bir proje oluşturun.
- Gerilim, akım, güç, enerji, sıcaklık ve tasarruf için veri akışları ekleyin ve V0’dan V5’e sanal pinler atayın.
- Yeni bir cihaz ekleyin ve kimlik doğrulama token’ını kaydedin.
- Widget’ları sürükleyip bırakarak ve parametrelerini ayarlayarak web ve mobil panolar oluşturun.
- Arduino kodunuzda kimlik doğrulama token’ını kullanarak projeyi cihazınızla senkronize edin.
12. Alan Testi
Cihazı alan testine almak için:
- Yükün negatif terminalini çıkış negatif terminaline, pozitif terminalini ise çıkış pozitif terminaline bağlayın. Çıkış terminalini inverter’e bağlayın.
- Güneş panelinin negatif terminalini giriş negatif terminaline, pozitif terminalini ise giriş pozitif terminaline bağlayın.
Giriş ve çıkış vida terminalleri için 26 – 10 AWG tel boyutları kullanın.
Not: Hasarı önlemek için doğru polariteyi sağladığınızdan emin olun. Devrede ters polarite koruması yoktur.
Bağlantı yapıldıktan sonra, OLED ekranda ve akıllı telefonunuzdaki Blynk uygulamasında güneş paneli parametrelerini kontrol edin.
Sonuç
Bu proje, bir güneş paneli sisteminin gerilim, akım, güç, enerji ve sıcaklık gibi çeşitli parametrelerini ölçen DIY Güneş PV İzleme Sistemi V2.0’dır. Sistem, bir XIAO ESP32C3, bir gerilim bölücü ağı, bir Hall Etkisi akım sensörü, bir dış DS18B20 probu, bir 0.96” OLED ekran ve verileri izlemek ve görüntülemek için Blynk 2.0 IoT platformundan oluşmaktadır. Mikrodenetleyici, sensörlerden verileri okur ve OLED ekranda görüntüler. Ayrıca verileri Blynk uygulamasına gönderir, bu da gerçek zamanlı bir izleme panosu sağlar. Sistem, 12V DC güç kaynağı ile çalışır ve kolay bağlantılar için vida terminalleri ile alan testine uygun olarak tasarlanmıştır. Proje, sistemi inşa etme ve programlama konusunda ayrıntılı talimatlar içermektedir, bu da onu güneş enerjisi meraklıları için erişilebilir ve bilgilendirici bir DIY projesi haline getirmektedir.
Daha Fazla Bilgi
Proje Detayları için Instructables’ta Daha Fazla Bilgi Edinin: DIY Güneş Paneli İzleme Sistemi – V2.0
Herhangi bir soru veya proje tartışmalarına katılmak isterseniz, lütfen maker.team@seeed.cc ile iletişime geçmekten çekinmeyin. Sorularınız ve ilginiz memnuniyetle karşılanır.