Traçador de curvas para painéis fotovoltaicos

Ana Stephane Dantas · 14 de maio de 2018

Galera, então, preciso de dicas!

Estou em um projeto de pesquisa desde o ano passado, e este ano, quero transformá-lo em Projeto Integrador para me ajudar a concluir o curso. No entanto, fui informada pelo meu orientador que devo acrescentar mais coisas ao projeto, para que ele possa bagagem suficiente para se tornar Integrador. Queria dicas de vocês... Já pensei em bastante coisa, mas não sei se é suficiente. Vejam o resumo do projeto:

"Tem como objetivo desenvolver um sistema de baixo custo, baseado em microcontroladores de uso geral, para a obtenção das curvas características I-V de um painel fotovoltaico, pois, à partir destas curvas, é possível dimensionar corretamente a aplicação dos painéis fotovoltaicos e, assim, aumentar a eficiência da energia solar fotovoltaica."

Desde já, agradeço!

aphawk · 14 de maio de 2018

@Ana Stephane Dantas ,

Não é nada complicado. voce precisa apenas de um circuito de "carga variável" , e medir a tensão fornecida pelo painel com as diversas cargas.

Depois pode descarregar todas as medidas para uma planilha em Excel e fazer as análises e gráficos que achar necessário.

Se quiser ir ao extremo, pode também colocar um pequeno motor para variar o angulo do painel solar em relação ao Sol, e assim pode medir também sua eficiencia em relação à direção.

E para ganhar um 10, usar um display gráfico grande tipo 3,5" e fazer tudo no próprio aparelho, em vez de passar para um outro computador !

voce pode usar um simples Arduino Uno como base para um projeto mais simples, ou até um Arduino Mega2560 para o mais sofisticado.

Paulo

Sérgio Lembo · 15 de maio de 2018

@Ana Stephane Dantas , caso venha a desenvolver as última opções sugeridas pelo Paulo vai ralar um bocado. Em compensação vai aprender:

- programação (não é tão difícil assim, exige apenas dedicação)

- análise do comportamento de um dispositivo real, saindo dos modelos ideais e aprendendo as coisas como realmente são.

- ganhar a auto-confiança de poder realizar as coisas na sua garagem e saindo do mito derrotista de que apenas as empresas possuem condições de inovar.

O investimento necessário é inferior a uma baladinha de final de semana.

Divirta-se, é legal descobrir as coisas!

aphawk · 15 de maio de 2018

@Sérgio Lembo ,

E mais um brinde que deve interessar a ela pois é muito importante para quem trabalha na área :

As diversas curvas V x I permitem verificar qual delas que fornece a maior potência à carga, que é o chamado ponto de MPT.

Quem sabe até estudar um pouco mais essas curvas V X I e implementar um algoritmo de MPT usando a saída PWM do Arduíno aplicada a um simples chaveador tipo Bulk ( ou Boost dependendo do caso ) ?

Existem alguns algorítmos interessantes para manter o MPT em tempo real, um dos que mais gostei é o equivalente de Thevenin.

Fazer este projeto é uma excelente maneira de aprender muita coisa que faz a diferença para um profissional, e da melhor maneira que conheço : na prática, e tipo Faça Você Mesmo (DIY) !

Ha.... como queria ter meus 20

anos nos dias de hoje !!!!

Paulo

Sérgio Lembo · 16 de maio de 2018

5 minutos atrás, aphawk disse:

Ha.... como queria ter meus 20

anos nos dias de hoje !!!!

Só você? Já pensou: a energia e entusiasmo dos 20 anos combinado com as experiência dos 60? Não ia ter pra ninguém! ha ha ha.

Devia ter meus 30 anos quando os japoneses anunciaram um módulo IGBT de 300A para controle de motor AC. Foi legal acompanhar o parto dessas novas tecnologias, montar dentro das fábricas automação com o 8080 e o Z80. O computador era um slot dedicado para a CPU, ou outro para o banco de memória e dezenas de slots de IO, ficava do tamanho de uma caixa de laranja e o painel completo (centenas de interconexões com a área) do tamanho de um freezer, programação em assembler. Alguns anos antes, trabalhei com uma CPU octal semi discreta, um sanduiche de 2 placas interligadas com wire-up e que conseguia traçar a topografia de uma ferrovia a 80km/h fazendo 6 medições simultâneas a cada 12,5cm.

Hoje qualquer celular tem mais processamento e memória mas não sei se valeria a pena perder toda essa aventura de uma nova era. Foi legal ter participado da construção.

aphawk · 16 de maio de 2018

@Sérgio Lembo ,

Poxa eu peguei esse tempo também de placas no formato s-100 bus ( acho que era esse o nome )... idos de 1984, uma placa só tinha a CPU Z80A, as Eprom e as Ram com backup de bateria , outra placa tinha os Z-80 CTC e um relogio RTC gigantesco ... outra placa duas Z-80 PIO com drivers, outra placa com Z80-SIOs.... poxa compilava para esse sistema com um Gepetto Z-80 a 1 Mhz rodando CPM, com 16Kb de Ram, com dois disk drivers de 8” com a capacidade imensa de 160K cada um !!!!!!!

Olhando isso hoje mostra o quanto estamos velhos .... o Iphone que estou digitando tem 2.000 vezes mais poder de processamento, 250.000 vezes mais RAM, e umas 800.000 vezes mais capacidade de armazenamento kkkkkk, e é considerado um TELEFONE !

Se quiser gastar umas 4 vezes o valor do Iphone, aí sim monto um verdadeiro Computador de trabalho, com um CoreI7 de 4 núcleos top de linha, caches gigantescos, 32 Gb de RAM e 1 Tb de SSD, com um belo vídeo Nvidia com 5GB de memória de vídeo dedicada.

Mas também mostra que a qualidade dos engenheiros de hoje piorou centenas de vezes .... meu Windows 3.11 dos idos de 1994 voava, tudo era rápido, tempos na ordem de poucos segundos para quase tudo, e o Windows 3.11 instalado ocupava menos de 7 Mb no meu hd imenso de 40 Mb, no meu “incrível” 486 Dx4-120Mhz !

Hoje um Windows 10 ocupa uns 10 Gb, e demora muito mais para fazer qualquer coisa.... eu imagino que todo o poder que temos hoje de hardware apenas tornou possível que programadores medíocres façam programas gigantescos que demoram muiiito mais tempo do que deveriam se fossem escritos no velho kernel em Assembly, e assim tudo isso fica apenas “aceitável” , obscurecendo tudo o que os novos hardwares podem fazer !

Mas mesmo assim.... sinto inveja dos poucos que estão aproveitando tudo o que temos de novo hoje !

Paulo

Ricardov · 16 de maio de 2018

@aphawk você trabalhou com o Gepetto? E o que achava? Eu vi um em 89, por aí, mas em mau estado, nao funcionava mais direito.

Penso que o software nao evoluiu como o hardware. Os programas estão obesos e lentos, cheios de perfumarias que ninguem usa.

Sérgio Lembo · 16 de maio de 2018

9 horas atrás, aphawk disse:

... outra placa duas Z-80 PIO com drivers, outra placa com Z80-SIOs.... poxa compilava para esse sistema com um Gepetto Z-80 a 1 Mhz rodando CPM, com 16Kb de Ram, com dois disk drivers de 8” com a capacidade imensa de 160K cada um !!!!!!!

Tive mais sorte que você! Para programação usava um CRT pendurado num mainframe da IBM. As unidades de memória RAM eram caixas do tamanho de uma máquina de lavar roupa. Pobre é uma me*da! kkk

adicionado 18 minutos depois

8 horas atrás, Ricardov disse:

Penso que o software nao evoluiu como o hardware. Os programas estão obesos e lentos, cheios de perfumarias que ninguem usa.

Ricardo, bom dia! Não evolui na programação, mantive meu foco no hardware das máquinas, com a entrada do PC IBM começaram a surgir periféricos de interface e não foi mais necessário fazer o trabalho artesanal de antes. Foi quando me afastei disso. Mas lembro do seguinte: quando estávamos a fazer qualquer programa, tínhamos na mão um mapa que indicava o endereço físico de tudo o que seria necessário acessar através da CPU. Não se usava o comando print, era aberta a porta com os comandos de endereçamento e enviados os bytes. Hoje se tem uma bios que armazena o mapa com os endereços da placa-mãe e seus recursos, um sistema operacional que traz a si o controle e acesso a essas operações e finalmente o programa de usuário que tem que enfrentar toda essa burocracia para realizar as tarefas.

Há tempos ouço falar (não sou especialista) que o DOS da Microsoft é um programa de estrutura ruim que venceu por ter um excelente vendedor (Bill Gates). A necessidade das novas versões serem compatíveis com a anterior nunca teriam permitido ou facilitado a tarefa de se ter uma estrutura de melhor desempenho, fazendo do DOS (que é a base do Windows) uma colcha de retalho.

albert_emule · 16 de maio de 2018

Ao que parece os módulos fotovoltaicos costumam ter tensão sempre constante.

Os gráficos dão a entender que a grandeza que varia com a luminosidade é a corrente.

Quando a tensão começa a cair, é porque não existe mais potência útil para ser extraída.

Fonte: https://www.canadiansolar.com/downloads/datasheets/v5.5/na/Canadian_Solar-Datasheet-MaxPower-CS6U-P-v5.51na.pdf

Com base neste funcionamento um pessoal desenvolveu um controlador MPPT de baixo custo num fórum gringo:

https://www.fieldlines.com/index.php/topic,149178.0.html

adicionado 3 minutos depois

aphawk · 16 de maio de 2018

12 horas atrás, Ricardov disse:

@aphawk você trabalhou com o Gepetto? E o que achava? Eu vi um em 89, por aí, mas em mau estado, nao funcionava mais direito.

Penso que o software nao evoluiu como o hardware. Os programas estão obesos e lentos, cheios de perfumarias que ninguem usa.

Sim, trabalhei com o Gepetto, era tudo grande demais para fazer pouca coisa.... mas funcionava direito, só era lento para compilar pois dependia muito do disk drive. E de vez em quando sujava a cabeça do floppy e aí era um deus me acuda pra funcionar de novo kkkk

3 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

Ricardo, bom dia! Não evolui na programação, mantive meu foco no hardware das máquinas, com a entrada do PC IBM começaram a surgir periféricos de interface e não foi mais necessário fazer o trabalho artesanal de antes. Foi quando me afastei disso. Mas lembro do seguinte: quando estávamos a fazer qualquer programa, tínhamos na mão um mapa que indicava o endereço físico de tudo o que seria necessário acessar através da CPU. Não se usava o comando print, era aberta a porta com os comandos de endereçamento e enviados os bytes. Hoje se tem uma bios que armazena o mapa com os endereços da placa-mãe e seus recursos, um sistema operacional que traz a si o controle e acesso a essas operações e finalmente o programa de usuário que tem que enfrentar toda essa burocracia para realizar as tarefas.

Há tempos ouço falar (não sou especialista) que o DOS da Microsoft é um programa de estrutura ruim que venceu por ter um excelente vendedor (Bill Gates). A necessidade das novas versões serem compatíveis com a anterior nunca teriam permitido ou facilitado a tarefa de se ter uma estrutura de melhor desempenho, fazendo do DOS (que é a base do Windows) uma colcha de retalho.

Sérgio, nisso aí de DOS quem se divertiu bastante fui eu kkkkk !

Eu participei de um projeto em 1986 que era fazer um microcomputador padrão IBM-PC para uso industrial, feito no Brasil.

O projeto foi dividido em 5 engenheiros , fizemos um BIOS, fizemos um Sistema Operacional compatível com o PC-DOS 3.2 , eu fiz a parte de hardware de I/O com Serial, paralela , interface para dois floppys até 1.44 Mb e relógio RTC, e as devidas alterações no BIOS, e o projeto e conclusão das PCBS via CAD.

O BIOS foi uma diversão enorme, através do processo da caixa-preta, demorou 7 meses para fazermos o nosso que não desse nenhum problema com os programas que testamos. Tudo em Assembly.....

O PC-DOS .... na época existia o MS-DOS ( original da Microsoft ) e o PC-DOS ( copiado na cara pelos fabricantes asiáticos ). Um engenheiro espanhol conseguiu os fontes do PC-DOS 3.2 , e pude aprender muita coisa como o DOS dependia do BIOS, isso valeu muito mesmo pelo aprendizado.

O que matou o DOS era o limite de RAM : 640K .

Para que fosse possível rodar os programas mais complexos, precisava usar um gerenciador de memória estendida, algo necessário para se usar os modernos microcontroladores padrão 386 que estavam surgindo.

Esse momento realmente transformou o DOS em uma colcha de retalhos enorme, seno que o DOS original parou no MS-DOS 3,3 , mas surgiram algumas variantes bem poderosas, como o DR DOS 6, que realmente era fantástico em recursos. Esse tempo era um festival de programinhas TSR ( Terminate and Stay Resident ) , que eram alocados na RAM livre acima do DOS.

A ultima versão do Windows normal baseado em DOS foi o 3.11 . Depois veio uma grande mudança, que era o WINDOWS 95, mas continuando baseado em DOS internamente. O Windows 98 já teve muita mudança, mudando muito do código original do DOS, mas mantendo a compatibilidade com os DOS anteriores, via janela de comando. Mas foi a ultima versão que manteve o kernel totalmente em Assembly. Desse ponto em diante, o Kernel passou a ser misto....

Hoje, o Windows me parece uma gigantesca colcha de retalhos muito maior do que o MS-DOS, pois tem milhares de atualizações de códigos de trechos, feito a centenas ou milhares de mãos, e o pior é que tudo é escrito em linguagem de alto nível, piorando cada vez mais a performance do sistema. Mas também vou te falar uma coisa : para fazer algum programa rodar no Windows 10 , só mesmo usando linguagem de alto nível, tamanha a quantidade de coisas que tem de ser obedecidas e interligadas entre o aplicativo e o Windows. Não dá para culpar quem faz as aplicações, pois tem de seguir o padrão do Windows. Se for só para fazer um simples programinha de terminal serial, tudo em Assembly para rodar numa janela de Windows, o programador deve demorar um tempão !

Paulo

albert_emule · 16 de maio de 2018

O funcionamento do circuito até que é simples:

Quando uma carga é acionada na saída do conversor, este começa a consumir potência dos módulos foto-voltaicos.

Quando a potência consumida é suficiente para começar a fazer a tensão do módulo foto-voltaico cair, o circuito atua, limitando o duty cycle do PWM do conversor que acaba ficando sempre no melhor ponto e equilíbrio.

O potenciômetro serve para ajustar o melhor ponto de equilíbrio. Mas o ajuste só precisa ser feito apenas uma vez.

Acho que até daria para fazer compensação das variações por temperatura.

Sérgio Lembo · 16 de maio de 2018

15 minutos atrás, aphawk disse:

Esse tempo era um festival de programinhas TSR ( Terminate and Stay Resident )

Me recordo de haver comprado 768kB de memória RAM no meu 1º XT, uma versão top de 8MHz. Tive que tomar whisky nacional naqueles meses, caríssima a memória. Como o sistema só reconhecia os 640K eu utilizava a extensão para fazer drive virtual e ganhar um pouco de desempenho, pura vaidade se considerarmos que eu tinha um caríssimo HD de 36MB.

aphawk · 16 de maio de 2018

42 minutos atrás, albert_emule disse:

O potenciômetro serve para ajustar o melhor ponto de equilíbrio. Mas o ajuste só precisa ser feito apenas uma vez.

Eu sempre ouço dizerem que com o envelhecimento do painel e sua consequente mudança de impedância dinâmica, o ponto de MPPT muda, então teria de mudar o ajuste do potenciômetro de tempos em tempos, ou é balela isso ?

Paulo

albert_emule · 16 de maio de 2018

1 minuto atrás, aphawk disse:

Eu sempre ouço dizerem que com o envelhecimento do painel e sua consequente mudança de impedância dinâmica, o ponto de MPPT muda, então teria de mudar o ajuste do potenciômetro de tempos em tempos, ou é balela isso ?

Paulo

Pois é. Teria que mudar de tempos em tempos.

Mas vejo comentar que painéis perdem 1% ao ano. Então devem ser tempos muito longos...

adicionado 0 minutos depois

Os MPPT de verdade que são digitais, já fazem isso por você

Sérgio Lembo · 16 de maio de 2018

@aphawk , já que está tudo digital, penso no seguinte algoritmo:

- Sabemos que potência é U x I e que a extração de potência se dará por um PWM.

- Se faz a leitura do U e do I e se calcula o produto.

- altera-se o duty do PWM em 1 LSB ´para cima.

- se faz as leituras e se refaz o cálculo. Se aumentar o produto, flag 1, else flag 0

- // início do loop

- altera-se o duty do PWM em 1 LSB ´de acordo com o flag

- se faz as leituras e se refaz o cálculo. Se aumentar o produto, flag 1, else flag 0

- loop

Também é possível se fazer o cálculo de forma analógica, basta lembrarmos que o anti-log da soma dos logs de A e B = A x B, mas não compensa. MCU tá barato demais pra se fazer isso.

aphawk · 16 de maio de 2018

@Sérgio Lembo ,

Sim, eu também faria algo desse tipo que você mencionou ! Ficar monitorando e alterando o PWM corretivamente o tempo todo. Até mais simples ... manter o PWM fixo no máximo e ir aumentando a corrente de consumo monitorando a tensão até ela começar a cair significativamente , que indica que estamos começando o joelho da curva, e a partir daqui sim controlar o PWM da maneira que você falou.

Melhor tudo no MCU mesmo .... um Atmega328 + um sensor de corrente tipo acs720 + um Mosfet + um conversor USB/SERIAL TTL e pronto, já dá para fazer tudo e mandar os dados para um PC !

Como você havia dito antes, um excelente trabalho para um fim de semana , e que custa menos que a balada kkkkk !

Paulo