Praca dyplomowa inżynierska PROJEKT ORAZ BUDOWA URZĄDZENIA DO ŚLEDZENIA SŁOŃCA WYKORZYSTYWANEGO DO ŁADOWANIA AKUMULATORÓW Dyplomanci : Jan Grabe Jacek Mueller KAO Promotor dr inż. Krystyna Maria Noga
CEL PRACY Celem pracy dyplomowej inżynierskiej było: zaprojektowanie i realizacja urządzenia do śledzenia słońca wykorzys- tywanego do ładowania akumulatorów, opracowanie i uruchomienie programu sterującego obrotnicą panelu fotowoltaicznego, zoptymalizowanie procesu ładowania akumulatorów współpracujących z panelami fotowoltaicznymi. Wykorzystano: zestaw laboratoryjny DE_2 firmy Terasic, środowisko Quartus II firmy Altera oraz język programowania sprzętu VHDL (edytor tekstowy oraz graficzny), żarnik halogenowy jako źródło światła, umocowany do wysięgnika obrotnicy naśladującej ruch słońca w zadanym czasie.
PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIA
PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIA cd.
SCHEMAT BLOKOWY SYSTEMU OBROTNICA „SŁOŃCA” CZUJNIKI KOMPUTER INTERFEJS ALTERA DE2 ADC AKUMULATOR OBROTNICA Z PANELEM FOTOWOLTAICZNYM REGULATOR OBCIĄŻENIE
Dodatkowe elementy składowe moduł przetwornika z ADC 0808 z adapterem, moduł panelu fotowoltaicznego, czujnik położenia słońca, obrotnica panelu , akumulator z regulatorem prądu ładowania i rozładowania oraz obciążenie, płyta bazowa wraz z elementami mocującymi oraz okablowanie, obrotnica symulatora Słońca, zasilacz, sterowanie obrotnicy symulatora Słońca, Interfejs współpracy zestawu laboratoryjnego DE_2 z obrotnicą panelu.
Wykonane prace wybór panelu fotowoltaicznego, dopasowanie akumulatora, regulatora, dobór obrotnic i elementów sterujących obrotnicami, scalenie urządzenia , napisanie oprogramowania sterującego, wykonanie symulacji pracy urządzenia, poprawa oprogramowania (wprowadzenie progu uaktywnienia sterowania, zmniejszenie czułości, wyświetlanie napięć z „przecinkiem”),
Do konwersji sygnałów zastosowano przetwornik ADC firmy SLS Płytka układu ADC 0808 Płytka układu adaptera do ADC 0808
OBROTNICE „SŁOŃCA” I PANELU FOTOWOLTAICZNEGO
UKŁAD ELEKTRONICZNY
Pierwotna konstrukcja urządzenia SYMULATOR SŁOŃCA PANEL FOTOWOLTAICZNY OBROTNICA PANELU FOTOWOLTAICZNEGO AKUMULATOR OBROTNICA SYMULATORA SŁOŃCA REGULATOR PRĄDU I NAPIĘCIA AKUMULATORA STEROWNIK SILNIKÓW ALTERA DE_2
KONSTRUKCJA URZĄDZENIA Wersja ostateczna urządzenia zapewniająca bezkolizyjny ruch panelu i odsunięta obrotnica „słońca” z możliwością symulowania pory roku (ręczna nastawa „zima”, „lato”).
Czujniki wykonane z fotorezystorów z potencjometryczną regulacją równowagi mostka
OPRACOWANIE OPROGRAMOWANIA STERUJĄCEGO Przykładowy kod licznika lpm z biblioteki komponentów środowiska Quartus component LPM_COUNTER generic (LPM_WIDTH : natural; -- Musi być większa niż zero LPM_MODULUS : natural := 0; LPM_DIRECTION : string := "UNUSED";--Niewykorzystany LPM_AVALUE : string := "UNUSED"; --Niewykorzystany LPM_SVALUE : string := "UNUSED"; --Niewykorzystany LPM_PORT_UPDOWN : string := "PORT_CONNECTIVITY"; LPM_PVALUE : string := "UNUSED"; --Niewykorzystany LPM_TYPE: string := L_COUNTER; LPM_HINT : string := "UNUSED"); --Niewykorzystany port (DATA : in std_logic_vector(LPM_WIDTH-1 downto 0):= (OTHERS => '0'); CLOCK : in std_logic ; --wejście binarne zegara CLK_EN : in std_logic := '1'; --włączenie zegara CNT_EN : in std_logic := '1'; --umorzliwienie zliczania UPDOWN : in std_logic := '1'; --wybór zliczania góra/dół SLOAD : in std_logic := '0'; --załad. synch. wartości do licznika SSET : in std_logic := '0'; --ustawienie synch. stanu licznika SCLR : in std_logic := '0'; --wyzerowanie synch. licznika ALOAD : in std_logic := '0'; --asynch. załąd. wartości do licznika ASET : in std_logic := '0'; --asynch. ustawienie wartości licznika ACLR : in std_logic := '0'; --asynch. zerowanie licznika CIN : in std_logic := '1'; --wejście logiczne C COUT : out std_logic := '0'; --wyjście logiczne C Q : out std_logic_vector(LPM_WIDTH-1 downto 0); --wektor wyjściowy(szerokość-1 do zera) EQ : out std_logic_vector(15 downto 0)); end component;
SCHEMAT BLOKOWY STEROWANIA
PODSUMOWANIE Opracowanie projektu oparto na zestawie laboratoryjnym DE_2 firmy ALTERA oraz na ogólnodostępnych na rynku podzespołach zapewniających wymaganą trwałość i estetyczny wygląd urządzenia do śledzenia słońca. Do realizacji programu sterującego wykorzystano środowisko Quartus i język VHDL. Program sterujący został zaimplementowany w układzie FPGA firmy Altera. Opracowany i wykonany model zostanie wykorzystany jako stanowisko dydaktyczne do ćwiczeń w laboratorium Techniki Cyfrowej. Dobór elementów był podyktowany wielkością urządzenia (panel fotowoltaiczny) i wartościami parametrów (dopasowanie użytych elementów do panelu). Podstawą opracowania był monokrystaliczny panel fotowoltaiczny o mocy 20W używany do małych zestawów autonomicznych, np. (jachty, domki letniskowe, sygnalizacja świetlna).
PODSUMOWANIE cd. Możliwe jest optymalizowanie punktu pracy panelu fotowoltaicznego ukierunkowane na maksymalną moc pozyskiwaną z panelu. Ze względu na szeroki zakres wykonanych prac nie podjęto tej próby. Po zastosowaniu pomiaru prądu panelu fotowoltaicznego i zastosowaniu modułu regulacji tego prądu można wymuszać punkt pracy panelu fotowoltaicznego ukierunkowany na maksymalną moc pozyskiwaną z panelu. Przetwornik ADC posiada niewykorzystane dwa wejścia analogowe, które można wykorzystać do pomiaru prądów.
WNIOSKI KOŃCOWE W trakcie realizacji projektu wykonano pięć wersji opracowywanego układu sterowania W wyniku przeprowadzonych prób i eksperymentów opracowywanego układu sterowania powstała optymalna wersja programu sterowania solar_5 Przeprowadzone próby wykazały poprawność działania układu sterowania zgodnie z założeniami projektowymi Symulator Słońca generuje niewiele energii w panelu, ale umożliwia przeprowadzenie poprawnej symulacji Celowa jest budowa układów nadążnych (pokazano w rozdziale prezentującym inne rozwiązania)
DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ