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UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER PROGRAMA DE INGENIERA ELECTRNICA

ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA

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INTRODUCCIN

L presente informe documenta la practica

correspondiente al ltimo laboratorio, donde la

practica consiste en la caracterizacin de la celda solar,

y el de una batera de 5Voltios.

Para los cuales se implemento un sistema que carga la

batera, conectando la celda solar como principal fuente

de energa, y el pic que se encarga de censar y controlar

los niveles de carga de la batera, representando su valor

en voltaje mediante un LCD.

I. OBJETIVOS

Implementar la caracterizacin de la celda solar con

tcnicas establecidas.

obtener experimentalmente los valores en voltaje de

carga y descarga de la batera de 5v en un proceso

de 8 horas de anlisis de la variacin de los voltajes.

comparar los datos experimentales con los

previamente establecidos en datasheet de diversos

fabricantes.

Establecer el margen limite de carga y descarga de la

batera, para poder censar su operacin vista en un

LCD, conectada a un circuito con el PIC.

Emplear el correcto programa codificado para

que el microcontrolador manipule la variable del

voltaje.

II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Realizar la implementacin de un proyecto con la celda

solar y la batera caracterizadas, junto con un PIC y un

LCD en un circuito establecido en clase, que muestre la

variacin del voltaje y el porcentaje de carga de la

batera.

3.1. MARCO TEORICO

El PIC16F877 es un microcontrolador con memoria

de programa tipo FLASH, lo que representa gran

facilidad en el desarrollo de prototipos y en su

aprendizaje ya que no se requiere borrarlo con luz

ultravioleta como las versiones EPROM, sino que

permite reprogramarlo nuevamente sin ser borrado con

anterioridad. El PIC16F877 es un microcontrolador de

Microchip Technology fabricado en tecnologa CMOS,

su consumo de potencia es muy bajo y adems es

completamente esttico, esto quiere decir que el reloj

puede detenerse y los datos de la memoria no se pierden.

Figura 1. Configuracin de pines del pic 16f877

Proyecto de Laboratorio #4:

Caracterizacin de un Panel Solar

ADISON A. LUNA PEREZ - 1160210

JAIME BERMUDEZ 1160012

E



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Las siglas LCD significan ("Liquid Cristal Display")

pantalla de cristal lquido. Es una pantalla plana

desarrollada por Pierre-Gilles de Gennes, basada en el

uso de una sustancia lquida atrapada entre 2 placas de

vidrio, haciendo que al aplicar una corriente elctrica a

una zona especfica, esta se vuelva opaca y contraste con

la iluminacin CCFL trasera. Este principio es aplicado

pero con ciertas modificaciones (ya que se utilizan 3

colores bsicos para generar la gama de colores), lo cul

permite la visualizacin de imgenes procedentes de la

computadora, por medio de el puerto de video hasta los

circuitos de la pantalla LCD, entran dentro de la

clasificacin FPD ("Flat Panel Displays")

visualizadores de panel plano.

Figura 2. Asignacion de pines del LCD

PIC12F629

Figura 3.Asignacion de pines del LCD

3.2. MATERIALES UTILIZADOS

Panel solar

Batera recargable de 5v

pic16f877a

PIC12F629

Multmetros digitales

Potencimetros 1 k, 10 k

Cables bananas caimn

Estacin de trabajo con el Software Matlab

III. DESARROLLO DE LA PRCTICA

3.1 UNIDAD DE CONTROL

Bsicamente consiste en dos conmutadores de estado

slido (mosfets) activados por una unidad de control

(microcontrolador) que conecta automticamente un

panel solar o una fuente de alimentacin permitiendo la

carga de una batera y el abastecimiento de una

instalacin de 12V. [1]

Figura 3. Esquema del Circuito del proyecto [1]

Figura 4. Vista pictrica de la unidad de control fotovoltaica

[1]



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Figura 5. Encapsulado de los mosfets y de los diodos [1]

Figura 6. Circuito impreso de la unidad de control

fotovoltaica [1]

Figura 7. Montaje en la Baquela-Unidad de control

fotovoltaiva

3.2. SOFTWARE DEL MICRO PIC12F629

El software del micro lo he escrito en C y es

relativamente simple. Est compuesto por un bucle

principal (while) y por pocas funciones: una de

inicializacin (funcin setting), una para la lectura del

ADC (funcin read_adc) y una que ayuda en la

conmutacin de los estados (funcin status_switch). El

sistema puede adoptar tres estados distintos en base a la

tensin de la batera: BAT_NORMAL, BAT_FULL y

BAT_EMPTY.

BAT_NORMAL: es el estado en el cual el panel solar

est conectado y la batera se encuentra en carga normal

a travs del sol.

BAT_FULL: la batera est completamente cargada y

por lo tanto el panel solar y la fuente estn

desconectados

BAT_EMPTY: la tensin en la batera ha disminuido

ms all de un cierto lmite y por lo tanto el sistema ha

conectado la fuente de emergencia para cargar la batera.

Como mencionado en la descripcin del sistema, los

estados BAT_FULL y BAT_EMPTY tienen histresis.

Me explico mejor. Supongamos que la tensin de la

batera disminuye por debajo de la tensin de umbral

mnima (batera descargada), por lo tanto el sistema pasa

al estado BAT_EMPTY conectndose la fuente de

emergencia para cargar la batera. Una vez que la batera

empieza a tomar carga, la tensin inmediatamente

superar el umbral y por lo tanto el sistema pasa a

BAT_NORMAL desconectando la fuente. El problema

es que la batera, en tan breve tiempo no se logra cargar.

Su tensin desciende enseguida y nuevamente pasa a

BAT_EMPTY, as al infinito. Para evitar este problema

(tpico de todos los sistemas autoregulados) se usa la

histresis que simplemente consiste en crear dos

umbrales distintos, uno cuando se baja y otro cuando se

sube. Por ejemplo, la fuente se activa cuando la tensin

de la batera desciende de los 11,5V mientras que se

desactiva cuando se superan los 12,5V.

En el programa he previsto dos valores de histresis

distintos, uno cuando es necesario desconectar todo

porque la batera est completamente cargada

(BAT_FULL) y otro cuando la batera est

completamente descargada y es necesario activar la



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fuente de emergencia (BAT_EMPTY). Por ahora he

usado un valor numrico de 40 que equivale

aproximadamente a 0,8V de histresis. No excluyo en el

futuro de modificarlos y probablemente de

diferenciarlos entre si.

Como expliqu antes, hacer la regulacin de los

umbrales del sistema a travs de los presets con la

histresis activada es cosa de locos. Por este motivo he

agregado un pulsador que desactiva provisoriamente la

histresis para permitir esta regulacin. Para hacer que

el programa trabaje as simplemente controlo el estado

del pulsador y si se encuentra activado (nivel lgico 0)

hago que las variables v_offset_full y v_offset_empty

que determinan la amplitud de las histresis tengan

como valor 0 mientras que cuando el pulsador se

encuentra desactivado (nivel lgico 1) memorizo en

v_offset_full y v_offset_empty el valor 40. [1]

Codigo del Pic12f629

//------------------------------------------------------------------------------------------------------------

---

// Sistema fotovoltaico (in C)

// ===============================

// Project: Sistema-fotovoltaico.c

// author: Gabriel Inventable

// date: 03/07/2013

// picmicro: PIC12F675

// clock: internal RC

// This works is licensed under Creative Commons BY-NC-SA

// ------------------------------------------------------------------------------------------------------------

--

// DEFINE

// ------------------------------------------------------------------------------------------------------------

--

#define FOSC 4000000L

//------------------------------------------------------------------------------------------------------------

---

// I/O pins map

//------------------------------------------------------------------------------------------------------------

---

#define p_trim_vmax GP0 // IN ANA 0

#define P_trim_vmin GP4 // IN ANA (ANA 3)

#define p_vbat GP1 // IN ANA 1

#define p_ctrl_power GP2 // OUT (ANA 2)

#define p_ctrl_solar GP5 // OUT

#define p_push_button GP3 // IN DIG

#define TrisMap 0b00011011 // In/Out pins mode (TRIS MAP)

#define AnaInMap 0b00001011 // An0 = ON, An1 = ON, An2 = OFF, An3 = ON

//------------------------------------------------------------------------------------------------------------

---

// Analogic channel

//------------------------------------------------------------------------------------------------------------

---

#define ch_trim_vmax 0 // trimmer max analogic channel

#define ch_trim_vmin 3 // trimmer min analogic channel

#define ch_vbat 1 // V battery analogic channel

//------------------------------------------------------------------------------------------------------------

---

// State system

//------------------------------------------------------------------------------------------------------------

---

#define BAT_NORMAL 0 // Normal battery operation

#define BAT_EMPTY 1 // Empty charge battery

#define BAT_FULL 2 // Full charge battery

#define BAT_TEST 3 // not used

// ------------------------------------------------------------------------------------------------------------

--

// INCLUDE

// ------------------------------------------------------------------------------------------------------------

--

#include

#include "delay.c"

// ------------------------------------------------------------------------------------------------------------

--

// FUSE CONFIG

// ------------------------------------------------------------------------------------------------------------

--

__CONFIG(FOSC_INTRCIO & // INTERNAL OSC RC 4MHz

WDTE_OFF & // watchdog disabled

PWRTE_ON & // power timer enabled

MCLRE_OFF & // Master clear off

BOREN_ON & // Brown-out Reset Enable bit ON

CP_ON & // Code Protection ON

CPD_OFF); // Code Protection Data OFF

// ------------------------------------------------------------------------------------------------------------

--

// Variabili

// ------------------------------------------------------------------------------------------------------------

--

unsigned char status_sys = 0; // System status (state machine)

unsigned int vmax_trim = 0; // V max trimmer var

unsigned int vmin_trim = 0; // V min trimmer var

unsigned int vbat = 0; // V bat var

unsigned int v_offset_full; // V offset full

unsigned int v_offset_empty; // V offset empty

// ------------------------------------------------------------------------------------------------------------

--

// Settings

// ------------------------------------------------------------------------------------------------------------

--

void settings(void)

{

TRISIO = TrisMap; // Setting In/Out pins

CMCON = 7; // Comparator Module OFF

ANSEL = AnaInMap; // Set analogic input

// Pic setting

// ---------------------------------------------

ADCON0 = 0b10000001; // Programming ADC Module

// bit 0 -> ADC ON / OFF

// bit 1 -> GO/DONE (1=start 0=finish)

// bit 2 -> CHS0 AN input A0

// bit 3 -> CHS1 AN input A1

// bit 4 -> NC

// bit 5 -> NC

// bit 6 -> AVCFG: Voltage Reference bit 1 = VREF pin 0 = VDD

// bit 7 -> ADFM A/D Result Format Select bit (1:right 0:left)

OPTION_REG = 0b11010001;

// bits 2,1,0 -> Prescaler Rate Select bit

// bit 3 -> Prescaler assegnato al Timer0

// bit 4 -> TMR0 Source edge mode (not used)

// bit 5 -> TMR0 Clock Source Select bit (0:internal 1:RA4/T0CKI)



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// bit 6 -> Interrupt edge mode (not used)

// bit 7 -> Pull-up Enable bit (0: enabled)

DelayMs(100);

PEIE = 0; // periferic interrupt disable

GIE = 0; // global interrupt disable

}

// ------------------------------------------------------------------------------------------------------------

--

// Read ADC function

// ------------------------------------------------------------------------------------------------------------

--

unsigned int read_adc(unsigned char channel)

{

unsigned int adc_temp_value = 0;

ADCON0 &= 0xf3; // Clear Channel selection bits

switch(channel)

{

case 0: ADCON0 |= 0x00; break; // Select GP0 pin as ADC input



case 3: ADCON0 |= 0x0c; break; // Select GP4 pin as ADC input

default: return 0; //Return error, wrong channel selected

}

DelayMs(10);

for(char samples_count = 0; samples_count < 10; samples_count++)

{

GO = 1; // initiate conversion on the selected channel

while(GO)continue;

adc_temp_value = adc_temp_value + ADRESL + (ADRESH (vmin_trim + v_offset_empty)) status_switch(BAT_NORMAL);

break;

}

} // end switch

} // end while

} // end function

3.3. Voltaje de la Bateria mostrado por el display lcd

Figura 8. Montaje en Proteus

Figura 8. Montaje en la protoboard



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3.4. SOFTWARE DEL MICRO PIC16F877A

#include

#device adc=10

#fuses XT,NOWDT

#use delay (clock=4MHZ)

#use standard_io(c)

#include

void main(){

long data_adc;

float voltaje;

setup_adc_ports(AN0);

setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL);

lcd_init();

while(true){

set_adc_channel(0);

delay_us(20);

data_adc=read_adc();

voltaje=5.0*data_adc/1023.0;

printf(lcd_putc,"\fVoltaje=%1.3f",voltaje);

delay_ms(100);

if(voltaje =4.5) output_low(PIN_C1);

else output_high(PIN_C1);

}}

3.5. Proyecto implementado

El proyecto que se implemento fue iluminacion de una casa a

escala usando unos leds.

Figura 9. Proyecto implementado fisicamente-elaboracion

propia


propia


propia 2 parte

IV. CONCLUSIONES

El software MATLAB nos proporciona la comodidad

de realizar la operacin con tal solo ingresar la

ecuacin y la herramienta con funcin a realizar en

este caso promediar los valores del voltaje de la

batera.

Las curvas de voltaje corriente obtenidas, se

compararon con los documentos y archivos

investigados como datasheets

Un mal uso en el exceso del tiempo de carga o de

descarga de la batera puede hacer que esta reduzca

su vida til.



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V. REFERENCIAS

[1] I. S. Sepulveda, Prctica de Laboratorio #2:, Cucuta, 2015.

[2] M. H. Brown RE, Detecting outliers when fitting data

with nonlinear regression a new method, [En lnea].

Available:

[3] e. n. i. p. D. Didactica, Inventable.eu/, [En lnea].

Available: http://www.inventable.eu/2013/11/15/sistema-

fotovoltaico-simplificado/.



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