1

تصمیم وتنفید منظومة تسجیل بیانات للخالیا الشمسیةوسام محمد رحومة

wessgaep@yahoo.comالزاویة جامعة السابع من أبریل–كلیة الھندسة

AbstractIn this paper a design and implementation of practical circuit to measure andrecord the solar radiation, temperature for solar modules that is available inthe Zawia faculty of engineering Zawia-Libya.PIC16f877A microcontroller, with 10bit ADC from microchip co. is used tomeasure the solar Radiation, ambient temperature, module temperature,voltage and battery voltage and process these measurements and send it tocomputer via serial port. LabView software is used to view the received dataand store it in computer hard desk.

ملخصكل من شدة االشعاع الشمسي، وتسجیلقیاس لعملیةدائرةتصمیم سیتمفي ھذا البحث

، جامعة السابع منظومة خالیا شمسـیة موجودة بمبنى كلیـة الھـنـدسـة بالزاویـــة لالحرارة اتودرج.من ابریل

ي محول تماثلي الي رقمي حیث یحتوي ھدا المتحكم علPIC16F877Aاستخدام المتحكم الدقیق تم بقیاس كال من درجة حرارة الخالیا الشمسیة وكذلك درجة حرارة الجو متحكمیقوم ھذا الو، مدمج

المحیط وأیضا جھد الخالیا الشمسیة وجھد البطاریات ثم معالجة البیانات التي تم قیاسھا و إرسالھا serialالحاسب عن طریق المنفذ التسلسليإلي port.تخدام برنامج وتم اسLabView لعرض

.البیانات المستقبلة وتخزینھاةمقدمـمسطحات خالیا شمسیة موصلة مع2من عدد الموجودة بمبني الكلیةشمسیة الخالیا منظومة التتكون

منظم شحن وإلى الحمل عن بطاریات عن طریق24تعمل المنظومة علي جھد ، طریق محول تیار

،كما ھو موضح ، 500VAتیارالمحول قدرةفولت،.)1(لشكل با

.منظومة الخالیا الشمسیة)1(الشكل

2

تم تركیب منظومة القیاس حیث تم قیاس درجة حرارة المسطحات ودرجة حرارة الجو و اإلشعاع .مسجل البیانات للمنظومةلصورةیبین)3(، والشكلوجھد البطاریاتالشمسي وجھد المسطحات

.مسجل البیانات للمنظومة دائرة)2(الشكل

مكونات الدائرة العملیة-1:التالیةالمكوناتتتكون الدائرة العملیة من

العددسماالرقمPic16f8771متحكم1RS2321وصلة21خلیة شمسیة معیاریة 3LM3241مضخم عملیات 420MHz1مذبذب كریستال5LM352مجس لقیاس درجة الحرارة 62مقاومات7 KΩ,10KΩ, 1KΩ 1PF222مكثف8RS232(Maxالي TTLمحول9 232)1

العملیةالدائرة -2وثم PCBحیث تم تركیبھا على لوحة اختبار مبدئیا ومن ثم القیام بعمل تم توصیل الدائرة العملیة

RSوتوصیلھا عن طریق )3(كما في الشكل تركیب القطع علیھا [1].الحاسب اآللي إلى 232

3

.العملیةشكل الدائرة )3(الشكل

-:ومعالجة االشارةالمجسات -3Temperatureالمجس الحراري 3-1 sensor

تم ،10mV/Coلقیاس درجة الحرارة، وحیث ان حساسیة المجس ھي LM35تم استخدام المجس 0الخرج عند درجة حرارة جھد،فیكون توصیل المجس مباشرة بالمتحكم Cº=0 وعند درجة ،

100حرارة Cº=1[2].فولت

:اقل درجة حرارة یمكن قیاسھافولت یمكن التعبیر 5الي 0یعني ان القراءات من وھذابت 10دقة المحول التماثلي الي رقمي ھو

.قیمة1023الي 0عنھا بقراءات من

mV88.41024

5

2

V5V

n

o

o3

3

C488.0C/mV10*10

mV10*88.4

factorScale

Vt

.المجس الحراري)4(لالشك

4

Referenceالخلیة الشمسیة 3-2 Solar cell:-Referenceتم استخدام خلیة شمسیة Cell الخلیة خرجلقیاس االشعاع الشمسي، وحیث ان

100-0منالقیاسیةالشمسیة mV)( 1000-0والذي یناظرw/m² وھو جھدھذه العملیة باستخدام مضخم إشارة تم إجراءولقد مرة ،50مقدار بصغیر یحتاج إلى عملیة تكبیر

[2]).5(غیر العاكس، شكل

.العاكس غیرتكبیر جھد الخلیة الشمسیة باستخدام المضخم)5(الشكل

-:ویتم حساب عملیة التكبیر كاآلتي

B

A

R

R1*ViVo

1K

49K1*ViVo

Vo = 50 Vi

والبطاریاتالشمسيالمسطحقیاس جھد -4لقیاس .24V-0والبطاریاتللمسطحالشمسیة على التوالي وكان جھد الخرجالیاتم توصیل الخ

24-0الجھد من تقلیل جھد المسطحات والبطاریات یجب V)( إلى)5-0 V( لیتناسب معADC[2]).6(تخدام مضخم اإلشارة العاكس كما في الشكل باسعلیھ تم تقلیل الجھدو.الموجود في المتحكم

24-0من دائرة لتحویل جھد المسطحات )6(الشكل V)( إلى)5-0 V(باستخدام مضخم اإلشارة العاكس.

5

-:كاآلتيVoویمكن حساب جھد الخرج

2i

2f

i1

1f

R

R

R

R*ViVo

K

KK

1

1

10K

2*ViVo

Vo = 0.2 Vi

برمجة المتحكم5-ءةویقوم البرنامج بقرا، +Protonتم برمجة المتحكم باستخدام لغة البیسك عن طریق المترجم

بیانات المجسات ومن ثم تحویلھا من رقمي الي تماثلي وارسالھا عن طریق المنفد التسلسلي الي Averagingمرشح بالبرمجة وجد ان البیانات المقاسة مشوشة، وعلیھ تم عمل.الحاسب filter.

[3].وفیما یلي نسخة من البرنامج المستخدم

' This program designed to read data from ADC and prosess the data and remove the noise using anaveraging filter, and then send the data to serial port via RS232.

Include "PROTON_20.INC"ADIN_RES 10ADIN_TAD 10 ' Choose the RC osc for ADC samplesADIN_STIME 100 ' Allow 100us for charge time

’Variables definitionsdim i as worddim ch0 as floatdim ch1 as floatdim ch2 as floatdim ch3 as floatdim ch4 as floatdim sum0 as floatdim sum1 as floatdim sum2 as floatdim sum3 as floatdim sum4 as floatTRISA = 1 ' Setup bit-0 of PortA as an inputTRISB = 0ADCON1 = %10000010 ' Set PORTA analog ,right justify Again:PORTB.7=1i=0N=500sum0 =0sum1 =0sum2 =0sum3 =0sum4 =0for i =1 to N

ch0=ADIN 0 ' Read the ADC ch0ch1=ADIN 1 ' Read the ADC ch1ch2=ADIN 2ch3=ADIN 3ch4=ADIN 4

6

sum0=sum0+ch0sum1=sum1+ch1sum2=sum2+ch2sum3=sum3+ch3sum4=sum4+ch4

next ich0=sum0/Nch1=sum1/Nch2=sum2/Nch3=sum3/Nch4=sum4/Ndelayms 300ch0 = 100*ch0*(5/1024) ' Air Temperaturech1= 100*ch1*(5/1024) ' Module Temperaturech2= 220*ch2*(5/1024) ' Solar Radiationch3= ch3*(5/1024) ' Battery Voltagech4= ch4*(5/1024) ' Module Voltage

HSEROUT [ "@"," ",DEC ch0," ",DEC ch1," " ,DEC ch2," ",DEC ch3," ",DEC ch4, "", "* ",13]PORTB.7=0delayms 3000goto Again ' Do it forever

Hyperمن مسجل البیانات باستخدام برنامج قراءتھاالبیانات التالیة تم Terminal الموجود في بیئةwindows.لمعرفة )*(وتنتھي بعالمةلمعرفة بدایة الجملة المرسلة )@(تبداء القرات بالعالمة

كما ھو موضح،نھایة الجملة، @ Air temp. Module temp. Solar Radiation Battery voltage Module voltage *

Hyperالتي تم اخدھا باستخدام القراءات)7(شكل Terminal.

LabViewبرنامج -6labتم استخدام برنامج viewوھذه الكلمة اختصار لـLaboratory Virtual Instrument وھو

graphical(طیة برنامج مختبر افتراضي متكامل یستند إلى البرمجة التخطی programming( ،[4].من خالل استعمال األشكال و الرموز التخطیطیة

.والشكل التالي یوضح واجة المستخدم التي تم تصمیمھا

7

.LabViewالمستخدم لبرنامجواجھة)8(شكل

8

تحلیل البیانات التي تم قیاسھا-7:ا موضح باألشكال التالیة بعد تسجیل البیانات تم رسم كل البیانات المقاسة كم

15/05/2007منحني االشعاع الشمسي لیوم)9(شكل

ویصل الي ذروتھ عند 7:00,االشعاع الشمسي یبدا في التزاید بعد الساعة الحظ ان ن)9(الشكل من.مساء 7:00ظھرا، وبعدھا یبداء بالتناقص حتي الساعة 1:00الساعة

االشعاع الشمسي، وتزید معھا حرارة المسطحات كما في الشكل تزداد درجة حرارة الجو بزیادة.التالي

و المسطحاتمنحني درجة حرارة الجو)10(شكل

9

یبداء بالزیادة مع زیادة االشعاع الشمسي ویزداد ایضا جھد البطاریات نتیجة لشحنھ جھد المسطحات.عن طریق الخالیا اثناء النھار

ل من المسطحات والبطاریاتمنحني جھد ك)11(شكل

منحني الجھد مع االشعاع الشمسي)12(شكل

10

مع االشعاع الشمسيالجوحرارةمنحني درجة )13(شكل

:الـنتائـج-8:تم التوصل للنتائج التالیةقمن خالل ما سب

Averagingوالقیام بقراءة البیانات واستخدام PICBASICتم برمجة المتحكم الدقیق بلغة .1filterلمعالجة التشویش الموجود في القراءات.

تم قراءة البیانات من منظومة الخالیا الشمسیة وھي درجة حرارة الجو والمسطحات ، .2.وقیاس جھد كال من البطاریات وجھد الخالیا

.وقراءة وتسجیل البیانات في الوقت الحقیقيLabViewتم استخدام برنامج .3.المقاسة ورسم النتائج المتحصل علیھاتم عمل تحلیل البیانات .4

:التوصیات-9استخدام البیانات المقاسة للقیام بالدراسات علي منظومات الخالیا الشمسیة ومعرفة مدي نباال مكا

.تأثرھا بالظروف المناخیھ المختلفة، ویمكن دراسة تأثیر الحرارة علي الخالیا الشمسیةϱήѧΧΕΎѧδΠϣϲѧϠϋϝϮѧμ ΤϟϦϣϦϜϤΘϧϢϟέΎѧϴΘϟα Ύѧϴϗβ ѧΠϣϭˬϳήѧϟϩΎѧΠΗϭΔϋήѧγΕΎѧδΠϣϞѧΜϣ

.الناتج من الخالیاϚϟάѧΑΔѧλ ΎΧΕΎѧδΠϣϡΪΨΘѧγΎΑΔϴѧδϤθϟΎѧϳϼΨϟέΎѧϴΗϭΡΎѧϳήϟΔϋήγα ΎϴϗΔϣΩΎϘϟΔϗέϮϟϲϓϢΘϴγϭ,

.ومعایرة البیانات المقاسة