Titelaufnahme

Titel
Einstrahlungskolorimeter für Photovoltaikanlagen
Weitere Titel
Colorimeter for Measurement of Solarization of Photovoltaic Systems
VerfasserTsenov, Anton
Betreuer / BetreuerinOberpertinger, Rudolf
Erschienen2015
Datum der AbgabeSeptember 2015
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)Die Hauptkomponente des entwickelten Kolorimeters: / 1. 7805 Fixspannungsregler – regelt und stabilisiert die Versorgungsspannung 12 V DC auf 5 V DC (Versorgung des RGB-Sensors und der drei OPVs OPA340) / 2. S9702 RGB-Farblichtsensor – Rot / Grün und Blau Photodioden im gemeinsamen Gehäuse. / 3. OPA340 – Rail to Rail single supply OPV (Vcc 0 - 5 V) zu Verstärkung der Signale von den einzelnen Photodioden des RGB Sensors (jeweils ein OPV pro Farbkanal). Bildung der R / G und B Werte für die Weiterleitung an die ADC Wandler des STM32. / 4. LM358 – OPV (Vcc 0 - 12 V). Werden nach den DAC Ausgängen des STM32 geschaltet und bilden die Ausgangsspannungen 0 - 10 V (jeweils ein OPV pro Farbkanal). / 5. AM460 U/I Wandler- und Schutz IC. Werden nach den DAC Ausgängen des STM32 geschaltet und bilden die Ausgangsströme 4 mA - 20 mA (jeweils ein IC pro Farbkanal). / 6. 12Bit DA-Wandler MCP4728-E-UN Quad I²C – ein externer DAC / 7. STM32 – der Mikroprozessor.
Schlagwörter (EN)The main components of the developed colorimeter: / 1. Fix voltage regulator 7805 - regulates and stabilizes the supply voltage 12 V DC to 5 V DC (supply of RGB sensor and the three amplifiers OPA340). / 2. S9702 RGB color sensor - red / green and blue photodiodes in the same housing. / 3. OPA340 (an OPA per color) - Rail to Rail single supply OPA (Vcc 0 - 5 V) for amplifying the signals from every one of the three photodiodes of the RGB sensor. Formation of the R / G and B values for the forwarding to the ADC converter of the STM32. / 4. LM358 (an OPA per color) - OPA (Vcc 0 - 12 V). Connected to the DAC outputs / forms the output voltages 0 - 10 V. / 5. AM460 (one per color) - U/I converter and protector IC. Connected to the DAC outputs / formes the output currents 4 mA - 20 mA. / 6. 12-bit DA converter MCP4728 / E Quad UN I²C - an external DAC. / 7. STM32 - the microprocessor.
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Der Wirkungsgrad von Photovoltaikpaneelen ist unter anderem von der spektralen Zusammensetzung des einfallenden Lichtes abhängig. Als einfache Alternative zu einem Spektrometer wurde in dieser Arbeit ein Kolorimeter entwickelt, welches die Stärke der RGB Farbsignale von drei Photodioden auswertet, und eine Farbinformation über die Zusammensetzung des Lichtes ausgibt.

Ziel dieser Anwendung ist es festzustellen, welche Auswirkung die Intensität der einzelnen Farbkomponenten (rot, grün und blau) des Sonnenlichtes auf die Effizienz der Photovoltaikpaneelen ausübt.

Bei der Entwicklung wurde darauf geachtet, dass bei unterschiedlichen Lichtintensitäten und Temperaturen das Verhältnis der Farbkanäle zueinander korrekt wiedergegeben wird. Das Gerät wird am Dach montiert und kontinuierlich die farbliche (RGB) Lichtzusammensetzung messen und ausgeben. Die einzelnen Farbwerte (Rot, Grün und Blau) werden als Spannungswerte im Bereich 0 bis 10 V sowie als Stromwerte im Bereich 4 bis 20 mA an den bereits vorhandenen Data Logger zur weiteren Verarbeitung geleitet.

Es wurde eine Gehäuselösung für die Außenmontage mit einem Schutzfaktor IP67 ausgewählt. Die Versorgungsspannung für das Gerät beträgt 12 V DC.

Es wurden alle entwickelten Teilschaltungen mit Multisim erstellt und erfolgreich simuliert. Als nächstes wurde das Layout mit Ultiboard erstellt. Auch die entsprechende SW für den Mikroprozessor STM32 wurde erstellt, eingespielt und erfolgreich getestet. Anschließend wurde die komplette Schaltung auf dem Steckbrett aufgebaut und erfolgreich getestet.

Auch nach der Ausfertigung und Bestückung der Platine, sowie deren Einbau in ein IP67 geschütztes Gehäuse hat sich die Funktion der HW und SW entsprechend der Pojektvorgabe als einwandfrei erwiesen. Das komplette Gerät wurde auf der FH Campus Wien präsentiert und an Herrn Prof. Oberpertinger übergeben.

Zusammenfassung (Englisch)

The efficiency of photovoltaic panels depends among other things on the spectral composition of the solar light. As a simple alternative to a spectrometer a colorimeter was developed in this work. It evaluates the strength of the RGB color signals coming from three photo diodes, and gives the information about the color composition of the sun light on the device outputs.

The aim of this application is to determine what effect the intensity of each color component (red, green and blue) of the sunlight performs on the efficiency of photovoltaic panels.

During the development was paid attention to the fact that at different light intensities and temperatures, the ratio of the color channels to each other is correctly reproduced. The device will be mounted on the roof and will continuously measure and send the actual RGB light composition values. Each single color data (red, green and blue) will be supplied as voltage value in the range 0 to 10 V as well as current value in the range 4 to 20 mA to the existing data logger for further processing.

A housing solution for outdoor installation with a protection factor IP67 was chosen for this project. The supply voltage for the device is 12 V DC.

All developed sub-circuits were created and successfully simulated with Multisim. As next step the layout was created with Ultiboard. Also the corresponding software for microprocessor STM32 was developed, uploaded and successfully tested. The complete circuit was constructed and tested on a pinboard first before final assembling and mounting into the IP67 protected housing.

The HW and SW functionality has been successfully proved according to the specification requirements. The completely device was presented and handed over to Prof. Oberpertinger in the Vienna University of Applied Sciences (FH Campus Wien).