Designing of environmental parameters measurement device for solar energy systems

Abstract

In this study, a low cost, developable and easy-to-use device was designed to measure and store the environmental parameters of incoming irradiation onto photovoltaic panel, photovoltaic panel temperature, and ambient temperature. The designed device is consisted of an Arduino board, two temperature sensors, a current sensor, a LCD screen, a SD card module, a memory card, a clock module, jumper wires and supplementary materials. The designed device measures the environmental parameters instantly and records them at five-minute intervals. Environmental parameters were measured by using the new device for a selected day. By using measured environmental parameters, the amount of energy that a photovoltaic panel will produce is calculated as 500 Wh. The advantages of the designed device are being low cost, being develop-able and user-oriented, appealing to all types of users, easy to use and modular. At the end of the study, an average cost analysis was made and it was determined as $38.

Keywords

• Arduino
• solar energy
• irradiation
• photovoltaic module temperature
• ambient temperature

Güneş enerjisi sistemleri için çevresel parametre ölçüm cihazının tasarlanması

Abstract

Bu çalışmada, çevresel parametreler olan fotovoltaik panel üzerine düşen ışınım miktarını, fotovoltaik panel sıcaklığını ve çevre sıcaklığını ölçen ve kaydeden düşük maliyetli, geliştirilebilir ve kullanımı kolay olan bir cihaz tasarlanmıştır. Tasarlanan cihaz; bir adet Arduino karttan, bir adet akım sensöründen, iki adet sıcaklık sensörün-den, bir adet saat modülünden, bir adet SD kart modülünden, bir adet hafıza kartından, bir adet ekrandan (LCD), bağlantı kablolarından ve diğer yardımcı malzemelerden oluşmaktadır. Tasarlanan cihaz anlık olarak çevresel parametreleri ölçmekte ve beşer dakikalık aralıklarla kaydetmektedir. Seçilen bir gün için tasarlanan cihaz kullanılarak çevresel parametreler ölçülmüştür. Ölçülen çevresel parametreler kullanılarak bir fo-tovoltaik panelin üreteceği enerji miktarı 500 Wh olarak hesaplanmıştır. Düşük mali-yetli olması, geliştirilebilir ve kullanıcı odaklı olması, her tip kullanıcıya hitap eden ko-lay kullanım ve mödüler yapıda olması tasarlanan cihazın sahip olduğu artılardır. Ça-lışma sonunda ortalama bir maliyet analizi yapılmış ve 38 $ olarak belirlenmiştir

Keywords

• Arduino
• güneş enerjisi
• ışınım
• fotovoltaik panel sıcaklığı
• çevre sıcaklığı.

References

1. Garip, Z., Çimen, M.E. ve Boz, A.F., Fotovoltaik Modellerin Parametre Çıkarımı İçin Geliştirilmiş Bir Kaotik Tabanlı Balina Optimizasyon Algoritması, Politeknik Dergisi, 9, 0–2, (2021).
2. Tian, H., Mancilla-David, F., Ellis, K., Muljadi, E. ve Jenkins, P., A cell-to-module-to-array detailed model for photovoltaic panels, Solar Energy, 86, 2695–2706, (2012).
3. Yilmaz U., Demirören, A. ve Zeynelgil, H.L., Gökçeada ’ da Yenilenebilir Enerji Kaynakları ile Elektrik Enerjisi Üretim Potansiyelinin Araştırılması Investigation of the Potential for Electrical Energy Production with Renewable Energy Sources in Gökçeada, Politeknik Dergisi, 13, 215–223, (2010).
4. Chantana, J., Kawano, Y., Kamei, A. ve Minemoto, T., Description of degradation of output performance for photovoltaic modules by multiple regression analysis based on environmental factors, Optik, 179, 1063–1070, (2019).
5. Piranometre Güneş Radyasyon Sensörü.pdf, (2022). https://www.enerjimgunes.com/rk200-03-piranometre-gunes-radyasyon-sensoru (17.05.2022).
6. Ocak, M. A., Where does Arduino’s power come from?: An extended literature review, Journal of Learning and Teaching in Digital Age, 3, 21–34, (2018).
7. Zachariadou, K., Yiasemides, K. ve Trougkakos, N., A low-cost computer-controlled Arduino-based educational laboratory system for teaching the fundamentals of photovoltaic cells, European Journal of Physics, 33, 1599–1610, (2012).
8. Mahzan, N.N., Omar, A.M., Rimon, L., Noor, S.Z.M. ve Rosselan, M.Z., Design and development of an arduino based data logger for photovoltaic monitoring system, International Journal of Simulation: Systems, Science and Technology, 17, 1-5, (2017).

9. Pachauri, R.K., Mahela, O.P., Khan, B., Kumar, A. , Agarwal, S., Alhelou H.H. ve Bai, J., Development of arduino assisted data acquisition system for solar photovoltaic array characterization under partial shading conditions, Computers and Electrical Engineering, 92, 107175, 1-15, (2021).
10. Morón, C., Ferrández, D., Saiz, P., Vega G. ve Díaz, J.P., New prototype of photovoltaic solar tracker based on arduino, Energies, 10, 1–13, (2017).
11. Şentürk, A., Fotovoltaik modüllerin akım-gerilim eğrilerinin simülasyonunda kullanılacak olan yöntemin seçimi, Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 20, 1–14, (2018).
12. Şentürk, A., Yeni Bir Yöntem İle Kristal Silisyum Tabanlı Fotovoltaik Modüllerin Elektriksel Performansının Hesaplanması Ve Sıcaklık Katsayılarının (İç Ve Dış) Performansa Olan Etkisinin İncelenmesi, Doktora Tezi, Muğla Sıtkı Kocman University, Fen Bilimleri Enstitüsü, Muğla, (2016).
13. Jack, V., Salam, Z. ve Ishaque, K., Cell modelling and model parameters estimation techniques for photovoltaic simulator application : A review, Applied Energy, 154, 500-519, (2015).
14. Tan, R.H.G., Tai P.L.J. ve Mok, V.H., Solar Irradiance Estimation Based on Photovoltaic Module Short Circuit Current Measurement, IEEE International Conference on Smart Instrumentation, Measurement and Applications (ICSIMA), 26-27, (2013).
15. Sarı, U. ve Kırındı, T., Using Arduino in Physics Teaching: Arduino-based Physics Experiment to Study Temperature Dependence of Electrical Resistance, Journal of Computer and Education Research, 7, 698-710, (2019).
16. Arduino.pdf, (2022). https://www.arduino.cc/ (17.05.2022).
17. Eke, R. ve Demircan, H., Performance analysis of a multi crystalline Si photovoltaic module under Mugla climatic conditions in Turkey, Energy Conversion and Management, 65, 580–586, (2013).
18. Paulescu, M., Badescu, V. ve Dughir, C., New procedure and field-tests to assess photovoltaic module performance, Energy, 70, 49-57, (2014) 49–57.
19. Eke, R. ve Senturk, A., Performance comparison of a double-axis sun tracking versus fixed PV system, Solar Energy, 86, 2665–2672, (2012).
20. Rus-Casas, C., Aguilar, J.D., Rodrigo, P., Almonacid, F. ve Pérez-Higueras, P.J., Classification of methods for annual energy harvesting calculations of photovoltaic generators, Energy Conversion and Management, 78, 527–536, (2014).