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sistema portátil de medida de dispositivos sometidos a ensayos

1. gt Control Design amp Simulation Ilustraci n 29 Tipos de funciones a implementar en LabVI EW Cuando se va ejecutando un VI podemos observar en el diagrama de bloques como van implement ndose todos los valores de los controles e indicadores mientras se est ejecutando un programa VI P gina 74 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Los objetos representados en el panel frontal aparecen como terminales en el diagrama de blogues pues es el diagrama blogues el gue contiene el c digo fuente gr fico Los terminales representan el tipo de control o el indicador de datos de los VI Los terminales son puertos de entrada y salida para el intercambio de informaci n entre el panel frontal y diagrama de blogues Los datos gue se introducen en el panel frontal entran en el diagrama de blogues a trav s de los terminales de control Los datos se ingresan al diagrama de blogues y cuando este completa sus c lculos internos genera nuevos valores de datos El flujo de datos va los terminales de indicador en donde salen del diagrama de bloques y se vuelven a introducir el panel frontal 13 PFC_Pablo_Ramirez vi Block Diagram File Edit View Project Operate Tools Window Help gt eB eluj 9 Re balrat 15pt Application Font dor a 67 Sam CAMBIO DE POSICION DEL BOTON DE LA CARGA VARIABLE NINO O on Ano Este VI genera la grafica n el componente de m
2. Ilustraci n 12 Conexiones Multimetro NI MyDAQ v Conexi n 1 para medici n de tensi n resistencias diodos y continuidad v Conexi n 2 para la medici n de corriente Direcci n Descripci n Referencia para las mediciones del mult metro digital Tabla 2 Conexiones Mult metro Digital P gina 39 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 3 1 1 Entradas Anal gicas de MyDAQ l NI MyDAQ dispone de dos canales de entrada anal gica Estos canales pueden ser configurados como entradas de prop sito general de tensi n diferencial de alta impedancia o como entrada de audio Las entradas anal gicas son multiplexadas utiliz ndose un solo conversor de anal gico a digital ADC para probar muestrear ambos canales En modo de uso normal se pueden medir en las entradas anal gicas se ales de hasta 10 V En modo de entrada audio los dos canales representan una entrada de nivel de l nea est reo Las entradas anal gicas pueden medir hasta 200 kS s por canal por lo que son tiles para la adquisici n de formas de onda 3 1 2 Salidas Anal gicas de MyDAQ l NI MyDAQ dispone de dos canales de salida anal gica Estos canales se pueden configurar como de prop sito general o como de salida de tensi n de salida de audio Ambos canales tienen un convertidor de se al digital a anal gica dedicado DAC por lo se pueden utilizar simult neamente En el modo de uso general puede
3. 00 0 2 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 Voltaje V HAN Ilustraci n 63 Medici n c lula sobrecalentada realizada con fecha 20 01 2014 Como se puede observar la corriente de cortocircuito en la curva anterior ten a un valor de 226 656 mA el d a de esa medici n Si introducimos una comparativa de los resultados en una gr fica se observa claramente que la c lula ha sufrido una degradaci n significativa P gina 138 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Degradaci n Celula Sobrecalentada Celula Sobrecalentada medida el 16 12 2013 gt Celula Sobrecalentada medida el 20 01 2014 Tabla 24 Comparativa degradaci n c lula sobrecalentada Como se puede observar en la comparativa se ha reducido significativamente la corriente de cortocircuito y el punto de m xima potencia debido a la degradaci n gue ha sufrido la c lula al estar expuesta en condiciones de sobrecalentamiento P gina 139 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO P gina 140 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 8 CONCLUSI ONES Durante la realizaci n de este PFC hemos desarrollado un sistema port til de medida peque o y port til que s lo requiere para alimentarlo que el PC port til tenga la bater a cargada para realizar las medidas en campo De las compar
4. 3 1 7 1 Entrada Anal gica Y N mero de canales 2 entradas diferenciales o 1 entrada de audio v Resoluci n ADC idad ee ee ee ee deegth A i 16 bits Y Maxima velocidad de actualizaci n sszs cesses eeeeeeeeeeeeeeenees 200 kS s Y Precisi n de sincronizaci n ocio cose seeeseenteaeaienaeeasnwaesaereaeeenae 100 ppm y Resoluci n de sincronizaci n ra 10 ns v Rango Entrada nal 10 V 2 V Entrada de audio 0 cece cece eee eee eee eee ene eee a a tate ead 2 V v Banda de paso 3 dB Entrada anal gica ococococononononanononanononenononanonononono DC hasta 400 kHz Entrada de audiO ooocooccnccncccnncnnccnncnnnnnnnnnnnnnanannnnes 1 5 Hz hasta 400 kHz v Tipo de conector Entrada Anal giCa ooocococcccccococcncncncanananacnnnanaconono Terminales de tornillo Entrada de audiO occccccccconconccnncnnncnncnncnnncnncnnnnonannns 3 5mm Jack est reo lt Excitaci n de Micr fono iii A A AA td 5 25 V Y Tama o entrada FIFO cccccec eee ee cece eens ee ee eee eeaeaeaeeeeaeaeeeeas 4 095 ejemplos yv M ximo voltaje de trabajo isso dt 10 5 V v Relaci n de rechazo en modo com n CMRR oooococccccccoccnncncnnncnanananananananos 70 dB v Impedancia de entrada Unidad encendida Ab or Al tOAGND iinircnniincarncinrn dira gt 10 GQ 100 pF Pagina 44 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO
5. Minima salida de voltaje plena carga 14 0 V M xima salida de COMi Nt c ccisciscccsessevsccdeseseestetatesdnssenansenneses 32 mA Maxima carga CapacitatiVa ooocococcccnccccccccnnncnconananinnnnnnannnnnnnnos 470 uF Y Fuente de 5V Salida de voltaje SiN Carga ooocccocccncconnconconnnnnconcnnncnnconncnnnannannnns 4 9 V Maxima salida de voltaje sin Carga ooccocccnccccononcnonnncnanananannnanns 5 2 V Minima salida de voltaje plena Carga ocooococccocccnconnnncononnronnnnronnno 4 0 V Maxima salida de Corriente oocccconocononononenononenonononorononaranonos 100 mA Maxima carga CapacitatiVa oocococcconncncononncnconnnncnnnnoronnnnrnnnnnrnnnos 33uF 3 1 7 7 Especificaciones T cnicas Y Comunicaci n con PCo ncocucnincnenemensomimenimicmimemanarar o PUBrto USB 2 0 Hi Speed VY DIMENSIONGS 0 een ininenenee 3 6 CM X 8 8 cm xX 2 4 cm V POSO ii ia 104 0 v Temperatura de OPEraCI N usina A aia O hasta 45 C v Temperatura de almacenaMientO coococccccnnccnnnconcnnnncnnncnnncrancnanes 20 hasta 70 C Y Humedad de Operaci n occcccccccncccnccnonocoos 10 hasta 90 RH Sin condensaci n v Humedad de almacenamiento 10 hasta 90 RH Sin condensaci n Y M xima Altitud de funcionamMiento oococccccccnconnnnconnnncannnnnnnnnos 2 000 m a 25 Pagina 51 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A
6. o 1 fori View This First pdf 1 amp KE2602Demo_8JT_Slow ff BITSlow tsp LD View This First pdf 15 KE2602Demo_Diode Fast TM DiodeTest_Fasttsp View This First pdf 15 KE2602Demo_Diode Slow TI DiodeTest_Slow tsp View This First pdf 13 KE2602Demo_Res_Fast TM ResistorFast tsp View This First pdf 15 KE2602Demo_Res_Slow E ResistorSlow tsp L View This First pdf 15 KE26514_Combining_SMUs_fo TI KEZ551A_Combining_SMUs Af L View This First pdf 15 KE2SIA Fast ADC Usage 15 KE2651A_MOSFET_IV_Curves IS KE26XXB_Example Scripts 15 KE37XX Example Scripts Kal m o KE2602Demo_Res_Slow Location ers Efisica Desktop pr tsbbl y Andres Medicion Curva I V Keithley 2601 tsp File Edit Navigate Search Project Run Window Help 0 Nas 19 0 90 4 Ar Soro ty BD TSP TSP Debug aa 21177000 Please insert code here ma amp 20N 1 3 30FF 0 4 5 beeper beep 1 500 smua reset a source limita 260 smua source limity 2 smua sense smua SENSE LOCAL Medida con 2 cables li smua sense smua SENSE REMOTE Medida con 4 wire a measure nplc 25 PROGRAMACION nplc The integration aperture set from 0 001 to 25 0 001 R PIDO MENOS BITS 25 LENTO MAS BITS a source output ON 16 local reading 1 17 local reading v TODO turn autozero off later inc Voltage V Current A or i 0 5 0 1 do smua source levelv i reading smua measure i
7. a b Create Project a Find Drivers and Add ons 2 Community and Support 2 Welcome to LabVIEW Connect to devices and expand the Participate in the discussion forums or Leam to use LabVIEW and upgrade functionality of LabVIEW request technical support from previous versions LabVIEW News How NI Uses Customer Data to Determine OS Support Ilustraci n 27 Creaci n de un programa con Labview En LabVIEW a la hora de crear un programa se distinguen dos apartados claramente diferenciados el panel de control que se construye como una interfaz de usuario con un conjunto de herramientas y objetos y el diagrama de bloques que contiene el c digo del programa Los programas desarrollados con LabVIEW se llaman Instrumentos Virtuales o VI y su funci n principal es la del control de instrumentos aunque hoy en d a se ha expandido ampliamente no s lo al control instrumentaci n electr nica sino tambi n a su programaci n para la realizaci n de mediciones Los programas de LabVIEW son denominados Instrumentos Virtuales debido a que su apariencia y funcionamiento imitan instrumentos f sicos tales como osciloscopios y mult metros Cada VI utiliza funciones que manipulan de entrada de la interfaz de usuario o de otras fuentes y mostrar que la informaci n o moverlo a otros archivos u otros ordenadores Un VI contiene los siguientes tres componentes P gina 71 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS
8. 0 02 200nA Pagina 116 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 10mA 100nA 0 02 2 5uA lt lmV 100 mA 1pA 0 02 20A lt 1mV 1A 10A 0 03 1 5mA lt 1mV 0 05 3 5mA 0 04 25mA Tabla 16 Precisi n medici n corriente Keithley 2601 0 10 0 003 2 0 08 0 03 Q 0 07 0 3 Q 0 06 32 0 07 302 Pagina 117 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 0 11 1 KQ Tabla 17 Precisi n medici n resistencia Keithley 2601 Otras especificaciones Y Y 6 2 Alimentaci n necesaria 100V hasta 240V rms 50 60Hz USB 2 0 Host Controller Puerto RS 232 Velocidades de transmisi n de 300 bps a 115200 bps Se puede utilizar la interfaz RS 232 para controlar otros instrumentos Ethernet Puerto RJ 45 connector LXI Class C 10 100BT Auto MDIX Dimensiones 89mm alto x 213mm ancho x 460mm profundo Peso 4 75 kg Condiciones de uso 0 50 C 70 R H Condiciones de almacenamiento 25 C hasta 65 C Buffer de memoria 5000 lecturas a 5 5 digitos Programa Test Script Builder Keithley La suite Test Script Builder de Keithley es el programa que permite el control del equipo Keithley 2601 y permite la ejecuci n de programas sobre el mismo Pagina 118 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Version Number KTS 850F01 Portions 2005 2013 Keithley Ins
9. E gt 10 GQ 100 pF Unidad apagada Altor Ale t AGND stsusccteccitiiwtatddes dada as 5 kQ t Absa Al o aiD AEA OAE Aa a A a 10 kQ Y Filtro Anti allas O iii inaa OA Saeed EA EA Aa ee AN En Ninguno v Protecci n sobre voltaje Al or Al to AGND cece cece ccc ee eee ee eee eeeeeesaeeeeceeaeeseeseansanenes 16V Entrada QUO cortito canteens azaz k sa ken be oa Ninguna 3 1 7 2 Salida Anal gica v N mero de CaNGIES iis elie ieiecdidisaiesivderindeduetedintanuss 2 0 una Salida estero de audio Y Resoluci n DAC dali ia diia 16 bits Y M ximo ratio de actualizaci n iii A er eei 200 kS s Y Rango Salida Anal ICA aiii dla a 10 V 2 V Salida de Audi0 0 cece etcetera e eee eee ene na eee 2 V y M xima corriente de Salida viii AAA A ib 2 mA v Impedancia de salida Salida Anal ICA sarita tito rrollo 120 Salida de audi esnin inienn enia EAE a EEEE a Ea AA 120 Q Y Minima impedancia de CarYd occcccccccococcnnncncnnnccncnnanancnnnnnnanannnncnnnannrnrnnaninens 8Q v Tipo de conector Salida Anal gica oeenn dai Terminales de tornillo P gina 45 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Salida de audiO ococcocccccconcconcnnncnnconconnconcannnonannnnnns 3 5 mm Jack est reo Acoplamiento AC de frecuencia paso altO oooooccccccccccoccnccnccnnncanccnnnnancnanons 48 Hz Velocidad de respuesta ooooccocccccccnconcccnnnnnnnnnnncnnnnnnnnnn
10. t ee 76 3 2 2 4 Requerimientos del sistema para el uso de LADVIEW ccsccsssccssseeseessseesseecseecsseessneceaeesseessatessnsesnsessnesenees 77 3 3 SISTEMA DE C RG NN 80 3 4 MINIZM DULO FOTOVOLTAICO ss ccsaccsievusectaetevauecsecuctnceatueosstedanndedensvnecensoevesteosse hdsalcasnasaeddebcdeavenadadusaieaansedette 83 3 4 1 Especificaciones T cnicas de la c lula solar UtiliZAC ccssccessssessecesssssssecessessascesssessusesseeessasesseeenates 84 P gina 3 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 3 9 FOGOHAL GENOUT L Z D s ctsssnsieisessossisscnosedeccetassnesenssnossessivesesvosecassnesessvinespsscseeieenepessassesesaoonisnssosneseisssss 85 4 IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE MEDICION sssecceecesssssssseeceeecsssssseeeeeessssnseecueecesesesseseeaeeseesesaees 87 4 1 PROGRAMA DE MEDICI N DISE ADO EN LABVIEW ooooccccoccnccononnnonanoncnnonononnnonononnno cnn t nr nano cnn rnnnn nc naaa nncnnnnos 87 4 2 CONEXIONADO DE ELEMENTOS isssceccesssssosutsossesenssccasnseesuiinsessasceicasesbeseosubacsuilssaussbiesessniiesossetensebbesesuteedseswsinedesons 96 5 DESARROLLO DE LA FASE DE MEDICIONES oooocoocccccncnanoonnccncnonnnononcnncnnanennnnnoncnnoncnnnnnnnsancnnonencancanccccnnnnnnnns 101 3 15 MEDICI N C LULA VENTILADA sisncvescscecessntccsostetcesoesesanintecsosseteesosbsdsesuasesoesetisioesessedusbedsesnodersesessssanensesoededisivede 103 5 2
11. 27183 0 27171 027176 0 27153 0244 0 27061 Running Script Ilustraci n 55 Obtenci n de mediciones con TSB De nuevo para la realizaci n de la mediciones se implementa el mismo banco de pruebas con las tres c lulas del mismo fabricante sometidas a diferentes situaciones de ensayo Para que la comparativa de los resultados sea la misma las mediciones se realizan bajo las mismas condiciones estando las tres c lulas sometidas a las misma condiciones de temperatura y radiaci n que durante la realizaci n de las mediciones con el equipamiento MyDAQ A continuaci n se muestran las gr ficas y las tablas de mediciones de las c lulas medidas 6 4 1 Medici n C lula Ventilada A continuaci n se muestra la gr fica I V de la c lula ventilada medida a trav s del equipamiento de laboratorio Keithley 2601 P gina 122 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Curva I V Celula Ventilada Ilustraci n 56 Curva l V C lula Ventilada medida con Keithley 2601 Los valores de corriente y tensi n de la c lula ventilada que generan la curva anterior se muestran en la siguiente tabla Valores Curva l V C lula Ventilada Keithley 2601 Medida Corriente A Tensi n V 0 28187 0 00001 0 28124 0 30009 0 28097 0 60010 0 90009 P gina 123 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 0 28039 1 20020 0 2
12. 38 Ilustraci n 39 Ilustraci n 40 Ilustraci n 41 Ilustraci n 42 Ilustraci n 43 Dynamic Signal AMALYZ T riisin akinena a e a E E a EEE add ga aiaa 62 Generador de onda arbitraria oooooonccncocnnononnncnnnonononcnnnnnnnnonnnnnn cnn nnnnn nn iesenii asii 64 E ZA EOK A E ce cacttcasves odes sav A OEE E E I AEA A TT 65 Escritor A O a aaae E hav edevexsacehan Eae i btk Saiit 67 A NN AT 70 Creaci n de un programa con LabvieW u cccccccsscceessscecesssececescececsesecsessececeesseceesesecsesaececsesseceesea 71 Panel de Cotitrol LADVIOW sissies scsvecessncesdsiscscenessteevandeesencaceesebeedseteasccedacivensncnisedebsessetessoecessiseranceseedeys 73 Tipos de funciones a implementar en LaADVIEW cccccccccssscccsssececssseceesececeesaeeecseeseceeeseceesaees 74 Diagrama de Bloques LabVIEW ccccccsssnceceesnececeeeececeeneecseaececsenaeeeceeeceesueeeceeaaeeecneeteeesseeesenaes 75 Arquitectura de la carga Variable oooooocccnoncccnononccinononononnnnnnnnnnnncnnnonnnccnno corno ee t ee ee t ee ees 83 FOCOIHAlO BOING iii 85 Programa dise ado en LabVIEW cccccccccccssessssscecccecesseeececececseeeaeseeececsessaeseeeeessesneaeseeeeseeesaaees 89 Aviso del cambio de resistencia sminuire iieaeoe cnn Sa ran cn ien ESE naiean 90 Mensaje de inicio de MEAICION c cccescescecstscesseecesceesseceeeecseeceeseeesueceeeecsueceeseecsaeceeeeesaeeeseeses 91 Secci n de programa dedi
13. A continuaci n se expone una tabla con el porcentaje de error de medici n del equipamiento NI MyDAQ respecto al equipamiento Keithley 2601 Comparativa curvas l V c lula temperatura ambiente Equipo de Medida P gina 133 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Sistema Port til 0 287197 3 97958 0 7274 NI MyDAO Sistema Laboratorio 0 28729 3 9004 0 76063 Keithley 2601 DN ii Tabla 22 Comparativa curvas l V C lula Temperatura Ambiente Como se puede observar en la tabla anterior el error del equipamiento MyDAQ medido en tanto por ciento y tomando como referencia el equipamiento Keithley 2601 es muy bajo e incluso inferior al 5 P gina 134 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 7 1 3 Comparativa mediciones sobre C lula Sobrecalentada Comparativa Curvas I V Celula Sobrecalenda o g KeithLey M MyDAQ Ilustraci n 61 Comparativa Curvas l V Celula Sobrecalentada Al igual que en las dos mediciones anteriores se puede constatar seg n la gr fica anterior que las mediciones del equipamiento de medici n de campo NI MyDAQ muestran valores pr cticamente id nticos a las mediciones del equipamiento de laboratorio Keithley 2601 observ ndose que los valores de ambas curvas de los dos equipos pr cticamente se superponen A continuaci n se expone una tabla con el porcentaje de error de medic
14. C lula Temperatura AMDICNtE ccccccecsssccceessececsssseeessececeessesscusseceessesecessececesseceesaseeeees 124 6 4 3 Medici n C lula Temperatura SObrecalentada c ccccssccsseesceceessssecessesesneseceesesecsessececeseceetssseees 127 7 COMPARATIVA Y VALIDACION DE MEDICIONES ssscccssssssssssseceeecsssssescceeceeecessnsseeceeeesesessnseeaeeseeaeens 130 7 1 1 Comparativa mediciones C lula Ventilada csscccccesccessssceceesseecsesseceesssecsessesscussecessssecsssseceensaeecs 131 7 1 2 Comparativa mediciones C lula a Temperatura AMbiente ccooooccnocuccnononanonoonnnnononncnnonnnnnnnonnnonanannns 133 7 1 3 Comparativa mediciones sobre C lula Sobrecalentada ococccccononocacononannnnnonnnnooonnnononnnnononncnonannnnos 135 P gina 4 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 7 1 4 Conclusiones de la comparaci n de Medidas 1 ccsssccccesssccceessssssnssceeessssecsessessessseceessesessssscsenasees 136 7 1 5 Comparativa mediciones sobre C lula Sobrecalentada en dos instantes del ensayo de ENVEJECIMIENTO aiii A Ad 136 8 CONCLUSIONES 2 5 c3esccsasessassscsssecsarescassccsacuesogesoaussessuscseueseadeccesuwebeneseausacs A sees osuebeyectepeceewsscesuseeetees 141 9 PRESUPUESTO A O O 143 10 MANUAL DE USUARIO icciot sii ni dla 145 AR A deeb edeedsdenasdegaseceavevensveseoaede 148 P gina 5 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A
15. DACI ON DE MEDI CI ONES Una vez realizadas todas las mediciones con el eguipamiento del laboratorio Keithley 2601 procedemos a realizar una comparativa entre los resultados obtenidos con el equipamiento de medici n port til NI MyDAQ y el eguipamiento de laboratorio Keithley 2061 La finalidad de esta comparativa es la validaci n de las mediciones realizadas por el equipamiento de medici n port til NI MyDAQ Esta validaci n estar basada en la similitud de los resultados obtenidos comparando los resultados de las mediciones realizadas con el eguipamiento de campo con las obtenidas del eguipamiento de laboratorio en donde se pretende gue el eguipamiento de campo ofrezca unos resultados relativamente cercanos a los resultados gue nos ofrece el eguipamiento de laboratorio teniendo en cuenta las limitaciones del eguipamiento de campo A continuaci n se muestran las gr ficas con las comparativas de las mediciones realizadas Pagina 130 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 7 1 1 Comparativa mediciones C lula Ventilada Comparativa Curvas I V Celula Ventilada Keithley ej MyDAQ Ilustraci n 59 Comparativa Curvas l V C lula Ventilada Como se puede observar en la gr fica anterior las mediciones del equipamiento de medici n de campo NI MyDAQ muestran valores pr cticamente id nticos a las mediciones del equipamiento de laboratorio Keithley 2601 o
16. ENSAYOS EN CAMPO P gina 6 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Ilustraci n 1 Ilustraci n 2 Ilustraci n 3 Ilustraci n 4 Ilustraci n 5 Ilustraci n 6 Ilustraci n 7 Ilustraci n 8 Ilustraci n 9 Ilustraci n 10 Ilustraci n 11 Ilustraci n 12 Ilustraci n 13 Ilustraci n 14 Ilustraci n 15 Ilustraci n 16 Ilustraci n 17 Ilustraci n 18 Ilustraci n 19 Ilustraci n 20 Ilustraci n 21 Ilustraciones Panel Fotovoltaica ira a ida 17 Efecto FOLGE ECE Onil 18 Mini panel Solar formado por 8 c lulas de silicio en Serie oooooccncoucnononnncconoannononanononannncnnnons 22 C lula de silicio policristalio ooococonoconcnonancconennncnonanonononnconononononnnnnnnonnnccnnnnnnnnnnnnnnno nn noninnnnos 24 Curva Vde una C lula laicidad ais 26 Especiaciones Curva TEV esiisade enrii sia h i a i ia a E abad 28 Diagrama de BIOGUES wiseae noeneen eten ment n E aa ea kend eE aaa E EEK aE Rea ERAAN Es 33 Dispositivo NI IMYDAQ iii And PAKANEN a KEEA 34 Conexionado NI MyDAQ cccccccesssssssseecsessnsesesececsesessneesecesesseaceesecessessaansesecessessassececessesssanseess 35 Esquema de componentes NI MyDAQ sssscsccccesssssssesececeesestseeececeesesaesesececeesesassecceseeseaaeseeseneees 36 Entradas y Salidas NI MyDAQ occcccnnccocoonconcconononnnnonccnnononnnnnnncnnnnnonnonnnnonannnnnonnnncnnnn
17. ENSAYOS EN CAMPO 3 2 Sistema de Control Para el desarrollo del proyecto el sistema de control gue controle el sistema de adguisici n de medidas estar formado principalmente por un ordenador port til en donde se instalara y ejecutaran los programas de control del dispositivo NI MyDAQ A trav s del software de control instalado en el mismo se permitir la toma de resultados y su posterior almacenaje y procesamiento realiz ndose todas estas operaciones en el ordenador port til Para el desarrollo de este proyecto hemos utilizado un port til Packard Bell EasyNote de arquitectura x86 32 Bits con las siguientes especificaciones t cnicas v Procesador Inter Core 2 Duo T5300 1 73 GHz Y Memoria RAM 2 Gb Y Sistema Operativo Windows Vista 32 Bits Una de las ventajas de la implementaci n de este proyecto es que no es necesario un ordenador port til con gran capacidad de procesamiento lo que posibilita la utilizaci n de cualquier sistema utilizado com nmente hoy en d a sin unos requerimientos elevados Adem s la suite software con la que se controlara el sistema NI MyDAQ denominada LabVIEW est disponible para m ltiples sistemas operativos como pueden ser las ltimas plataformas Windows Mac o Linux permitiendo la implantaci n de este proyecto en pr cticamente cualquier plataforma port til P gina 52 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 3 2 1 National Ins
18. a laptop with a battery and variable load Although this design is specific for the measurement of solar cells has been implemented so that it can easily be extrapolated to other types of measuring voltage and current To test the accuracy of the portable measurement system during the project has been carried out to compare the results of the designed system a team of laboratory characterization This system of high accuracy to quantify the actual degradation of the cell and a comparison of measurements with portable measurement system providing satisfactory results in all measurements and allowing complete portable system assessment as suitable for measurements of devices field ABSTRACT The evaluation process designed equipment would be far laboratory I V curve of a photovoltaic device with high precision instrumentation controlled light and temperature of a device panel or mini cell conditions After initial measurement cells settle in a periodic field and device characterization will be achieved through the portable measurement system which would show whether the I V curve under illumination degradation exists and in which area of the curve At the end of the trial or in interim periods devices to remeasure the l V curve accurately in laboratory dismount Therefore the portable measurement system should allow evaluating the evolution of the I V curve similar to previous measurements obtained in ambient conditions and from it
19. a su tama o contenido permite el desarrollo de mediciones en campo A continuaci n podemos observar una imagen del dispositivo NI MyDAQ Ilustraci n 8 Dispositivo NI MyDAQ Este dispositivo al ser un sistema de medici n port til dispone de un tama o y peso contenido siendo sus especificaciones las siguientes P gina 34 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO v Largo 137 mm v Ancho 88 mm 96 mm incluido el terminal de 20 conectores v Profundidad 23 mm A continuaci n se muestra el esquema de conexionado del dispositivo LOOO vf o CO Ilustraci n 9 Conexionado NI MyDAQ Las conexiones que se observan en la imagen anterior se resumen en el listado siguiente v Dispositivo NI MyDAQ v Entrada USB para conexi n a PC v Led de estado Pagina 35 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Y Conector de 20 terminales E S v Entrada y salida de audio Y Conexiones banana para mult metro Al ser un dispositivo dise ado para la realizaci n de mediciones port tiles en campo la alimentaci n del mismo se realiza a trav s del puerto de entrada salida USB por el que tambi n se realiza el intercambio de datos Para la realizaci n de mediciones y su entrega de datos al PC l NI MyDAQ presenta el siguiente conexionado interno Regulator 15 V Current TPS61170 Limiter mil 15V T
20. audio v 1 Mult metro Digital DMM que permite obtener medidas es de tensi n y corriente tanto en alterna como en continua A continuaci n podemos observar una vista lateral del dispositivo donde se aprecia el terminal de 20 conexiones lateral del NI MyDAQ y las entradas y salidas de audio que se presentan en el mismo TSZ SIZSIZ SIZ SZ NANA Sr A SPA Gra Sra Ira Sra ASRS PARRA git 05 DAA a 0005 ACA RA HL ST a a aC D AUDIO AUDIO FRET ER DE En CC ESE EEE EXE EX ESE To CS TI Ce EXE ESE CESEN DESEA BIE ED EEE J IN OUT Ilustraci n 11 Entradas y Salidas NI MyDAQ La siguiente tabla indica la descripci n para cada entrada de la conexi n lateral del NI MyDAQ P gina 37 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Salidas de audio derecha e izguierda AUDIO OUT Salida A con conector Jack est reo Masa anal gica Terminal de referencia para Al AO 15 V y 15 V Al 0 Al 0 Entrada Canales de entrada anal gica 0 y 1 Al 1 Al 1 Masa digital Referencia para las l neas DIO y fuente de alimentaci n 5 V Tabla 1 Conexiones MyDAQ P gina 38 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Para las conexiones de medici n del mult metro digital l NI MyDAQ presenta en su parte inferior tres conexiones con terminal banana similares a las de cualguier mult metro como se puede observar en la imagen de a continuaci n
21. aumentar las uniones a fin de explotar al m ximo el espectro de energ a de los fotones lo que produce las c lulas multiuni n Para el encapsulado final y producir las c lulas fotovoltaicas que a partir de este efecto producir n energ a el ctrica se a adir n en su construcci n contactos met licos en forma de rejilla que permitir n pasar la luz y conducir n la electricidad y tambi n se le a adir una fina capa de una material protector pero anti reflectante que permitir la m xima absorci n de fotones Si se agrupan las c lulas fotoel ctricas para generar energ a se forma un panel fotovoltaico Los paneles fotovoltaicos consisten en una red de c lulas solares conectadas entre s para generar una tensi n de salida 12V 24V o 48V Estos pueden conectarse en circuito paralelo para aumentar la corriente el ctrica que es capaz de proporcionar el dispositivo P gina 20 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 2 2 C lula Solar Una c lula solar es el dispositivo m nimo capaz de convertir la energ a proveniente de la radiaci n solar en energ a el ctrica La primera c lula solar fue construida en 1883 por Charles Fritts guien recubri una muestra de selenio con oro Este primer dispositivo fotovoltaico presentaba una eficiencia de s lo un 1 Posteriormente fue Russell Ohl quien disefo y patent la c lula solar moderna en el a o 1946 La composici n act
22. conectado el dispositivo y tambi n permite la posibilidad de almacenar los resultados en el mismo para su posterior an lisis Para la implementaci n del sistema de medici n el equipamiento NI MyDAQ se conectara mediante un puerto USB Universal Serial Bus con el ordenador port til Para su utilizaci n a trav s del ordenador port til se instalaran en el mismo las plataformas software NI LabView y NI ELVSmx para la comunicaci n con el dispositivo Para la realizaci n de mediciones se conectara el dispositivo seg n el conexionado adecuado al mini m dulo fotovoltaico que se desee realizar la medici n junto con una carga variable que permita variar su valor para ir realizando la toma de medidas A continuaci n se expone un diagrama de bloques del dise o del equipo de medici n P gina 32 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Sistema de Medici n Ordenador Port til Sistema de adquisici n Submedul Programa de de medidas Homo ge medici n Fotovoltaico Almacenamiento Medici n de de medidas corriente Control de Medici n de voltaje instrumentos Generaci n curva l V con datos adquiridos Carga Variable Selecci n de impedancia Generador de corriente a partir de radiaci n lum nica recibida Medici n de Voltaje Ilustraci n 7 Diagrama de Bloques Como se puede observar en el diagrama de bloques el sistema de medici n contara con los el
23. determine the mode of degradation of the device not a high measurement accuracy to be necessary to provide degradation accurate results which can only be measured in the laboratory Pablo Ramirez Lapausa Madrid on January 27 2014 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO P gina 1 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO I NDI CE 1 INTRODUCCION AAA ses antecactcdasveseacsisedecdessuteacsecocdesesdteccudsecvesesduee oa0d cesdsdescnccddcdscessasssseee 14 2 MODULOS FOTOVOLTAICOS cess ivessecevsces ssconnsedeexscss evetsanecsesecesessebeseatessvusesvetanedsesdeussscebevecsevedusspecceyedsevedess 17 21 EFECTO FOTOVOLTAICO szesz szes costcacaviancevaucsitvosscvdes ai 17 22 CEMULA SOLAR E ocapsetensdcitvecsuceinesdtceaebsicteysecueca qeeesbaeciicr E E E E ET 21 22 1 Tipos de CEMNGS SOIAPES ni A a aa a a a Pde a nd SAE 22 PEET E T E E E T A t t 25 2 4 MEDICI N CURVA I VEN M DULOS FOTOVOLTAICOS seseceseessececeesaeeecsseeeecaeeeceesaeescsseeeeeesaeececsaeesceeeeeseaeeeeeeaaeas 29 3 DESARROLLO DEL SISTEMA PORTATIL DE MEDICION csssesessesseeceesseeseseesceeceessssssseeeceeesesscseeaceeeeeasees 32 3 1 SISTEMA DE ADQUISICI N DE MEDIDAS NI MYDAQ uu eeeseeeseesseeeceeeeeecneeeceesaeeecesnaeeecsneeeeecaeeeceeeeeseesseeeesesaeeeeseeaees 34 3 1 1 Entradas Anal gicas de MYDAQ csccecsssscceessssessssceceesssecsessesscsusseceessesecsessesesusse
24. expr s permiten programar usando ventanas interactivas y men s desplegables simples y realizan una gu a paso a paso durante la configuraci n P gina 76 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO LabVIEW tambi n incluye varios programas ejemplo que permiten ejecutar las tareas de medidas mas comunes desde las medidas mas simples de un solo canal para temporizaci n hasta mediciones de sincronizaci n avanzadas entre m ltiples dispositivos Estos programas permiten crear una f cil automatizaci n en la medici n de voltaje corriente temperatura tensi n sonido y otro tipo de medidas de sensor Adem s de programas para medici n LabVIEW incluye multitud de funciones avanzadas de an lisis creadas especialmente para las funciones cient ficas y de ingenier a Todos los programas predise ados disponen de los archivos y documentaci n de ayuda detallados Gracias a disponer de programas ya dise ados se puede realizar de forma sencilla el procesamiento de se ales avanzado tales como an lisis de frecuencia probabilidad y estad sticas ajuste de curvas interpolaci n procesamiento digital de se ales etc Con las funciones ya predise adas se puede crear r pidamente un VI usando cientos de controles gr ficas y herramientas de visualizaci n Los elementos VI predise ados para su uso en mediciones funcionan con diferentes tipos de datos adquiridos y analizados sin necesidad
25. formados por c lulas o mini paneles gue se medir an La tensi n que permite medir el eguipamiento MyDAQ esta limitada a 10V disponiendo tambi n de un nivel de medida de corriente limitado por lo gue no permite la realizaci n de mediciones sobre paneles convencionales de 48V permitiendo no obstante la medici n de la curva l V en iluminaci n de subm dulos ya sea con c lulas multiuni n o con c lulas de silicio Aunque la idea original del PFC era que se realizase en paralelo con la instalaci n en la azotea de la escuela del campus sur de un conjunto de 20 mini m dulos que someter amos en ensayo con iluminaci n solar y sobre los que se ir a midiendo la curva l V con el sistema port til para comprobar su utilidad finalmente en dicho PFC se opt por montar un sistema de ensayo de degradaci n con iluminaci n artificial de tres mini m dulos de silicio cada uno de ellos con una condiciones t rmicas diferenciadas sobre los que se pudieran realizar tambi n medidas con un sistema fuente medidora source meter de caracterizaci n de semiconductores de la marca Keithley y poder as comparar estas medidas con el sistema de medida port til dise ado en el PFC a partir de cierto momento del ensayo para establecer una comparativa de resultados Las medidas que se mostrar n comparando ambos sistemas de medida ser n sobre los tres mini m dulos sometidos a ensayo de degradaci n con una luz hal gena Como hemos indicado e
26. init t aa dada sat seenase verre PFI O ruteado hacia DIO O CTR O GATE cicatrices sa PFI 1 ruteado hacia DIO 1 ICTR O AUX ivi lic PFI 2 ruteado hacia DIO 2 CUR O OUT nico ri a PFI 3 ruteado hacia DIO 3 2 FREQ OU Tail sweaters PFI 4 ruteado hacia DIO 4 v Transferencia de 0atoS oococcccccccnccncnnnncnnnncconcnnnnroncnnnncannnnnncinnrs Programada I O v Modo de actualizaci n ccenvocntoano s ir ola di Software timed 3 1 7 5 Mult metro digital v Funciones Voltaje DC Voltaje AC Corriente DC Corriente AC Resistencia Continuidad Diodo Y Nivel de aislamient0o cece ee eee eee eee eee ee nee ea eee 60 VDC 20 Vrms CAT gt CONOCI Aia a idee RI conectores banana N RESOLUCI N rr ii a E EE E Ea 3 5 d gitos Y Entradas P gina 47 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO DC Voltaje y DC Corriente Resistencia Diodo Continuidad AC Voltaje y AC Corriente Y Medici n de Voltaje Rango Dl aaa iaa ies 200 mV 2 V 20 V 60 V RANGO AC ni adesie A i iaioa denies 200 mVrms 2 Vrms 20 Vrms Y Precisi n 0 5 0 2mV 0 001mV 0 5 2mV 0 5 20mV 0 5 200mV 40 a 400 Hz 400 a 2 kHz 1 4 0 6mV 0 001mV 1 4 5mV 5 4 5mV 1 5 50mV 5 5 50mV P gina 48 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Tabla 3 Precisi n Volt metro MyDAQ v Impedancia de entrada
27. las funciones del mismo De alguna manera el diagrama de blogues se asemeja a un diagrama de flujo donde se indica el desarrollo del programa Los VI se albergan en librerias desde donde pueden ser Ilamados para la ejecuci n en un determinado programa Functions Q Search A Customizer p Y Programming 3 5 S oO 3 Hi a aa Structures Aray Cluster Clas Numeric Boolean Comparison Timing Dialog8Use FileVO Waveform Application Synchronizat Graphics amp S Report Gener v Measurement Y O aj a NI Scan Engi System Conf Y Instrument O bm n Be oma VISA Instr Drivers Instr Asst gt Vision and Motion Mathematics Sl 8 mi e hd ge Oe E el B Numeric Elementary Linear Algebra Fitting Interp amp Extr Integ amp Diff Prob amp Stat Optimization Differential E Geometry Polynomial Script amp For v Signal Processing ED ED Boy gt A hp E paa x tas de w thu Fo laz Wfm Genera Wim Conditi Wfm Measure Sig Generation Sig Operation Windows Spectral Transforms Point By Point v Data Communication el E m w loa Aj Shared Varia Network Stre Local Variable Global Varia Queue Oper Synchronizat DataSocket Protocols Actor Frame Y Connectivity m 8 A WS Libraries amp E Source Contr Web Services NET Input Device
28. por los focos generando estas tres situaciones diferentes v C lula Ventilada La primera de las tres c lulas se encuentra siendo refrigerada por un ventilador disminuyendo as la temperatura a la que se encuentra sometida Esta refrigeraci n supone que la c lula se encuentra a una temperatura 5 grados cent grados por debajo de la temperatura ambiente que es de 20 grados cent grados v C lula a Temperatura Ambiente La segunda de las tres c lulas se encuentra radiada por el mismo foco y a la misma distancia que las otras dos pero a temperatura ambiente que es de 20 grados cent grados P gina 102 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO v C lula a sobrecalentada La ltima de las tres c lulas se encuentra radiada por el mismo foco y a la misma distancia que las otras dos pero conectada a una resistencia alimentada a 5V a trav s de una placa de cobre que le transmite el calor radiado a la c lula aumentando asi su temperatura por encima de la temperatura ambiente que es de 20 grados centigrados A continuaci n se muestran las gr ficas y las tablas de mediciones de las c lulas medidas 5 1 Medici n C lula Ventilada A continuaci n se muestra la gr fica I V de la c lula ventilada medida a trav s del equipamiento desarrollado en el proyecto Curva I V Voltaje Corriente faros 0 936348 Voltaje Corriente g Je 300 0 D 1 1 1 p 1 1 1 D 1 1 D 1 p 1
29. reading reading smua source levelv 1 reading smua measure v reading v reading print reading v reading 4 Ilustraci n 54 Programa dise ado en TSB para medici n con equipo Keithley A continuaci n se muestra el texto del programa escrito utilizando el software TSB de Keithley para la medici n de las curvas l V TODO Please insert code here ON 1 OFF 0 beeper beep 1 500 Pagina 120 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO smua reset smua source limiti 260 smua source limitv 2 smua sense smua SENSE_LOCAL Medida con 2 cables smua sense smua SENSE_REMOTE Medida con 4 cables smua measure nplc 25 PROGRAMACION nplc The integration aperture set from 0 001 to 25 0 001 smua source output ON local reading_i local reading_v TODO turn autozero off later print Voltage V Current A for i 0 5 0 3do smua source levelv i reading smua measure i reading_i reading smua source levelv i reading smua measure v reading_v reading print reading v reading i end if reading lt 10 then print pass end display clear display setcursor 1 1 display settext PFC Soundress smua source output OFF Como se puede observar en el mismo el programa est dise ado para la realizaci n de medici
30. se quiere adquirir una muestra o adquirir continuamente Esta secci n tambi n contiene autoescala correr parar y registrar los botones para el mbito de aplicaci n as como un enlace a la secci n de ayuda del osciloscopio en l NI ELVISmx ayuda La caja de selecci n permite a un usuario seleccionar cualquier unidad MyDAQ que est conectado al sistema La funci n de autoescala se ajustar la escala de visualizaci n de la tensi n sobre la base de la tensi n de pico a pico de la se al de CA Con el bot n autoescala es una forma r pida de ajustar la configuraci n de escala y la base de tiempo para mostrar una se al en el panel frontal suave alcance La opci n Log permite que una se al capturada se guarde en un archivo de texto delimitado por tabuladores 3 2 1 3 NI ELVI Smx FGEN El Generador de funciones de ELVI Smx NI FGEN permite generar se ales sinusoidales est ndar cuadrado tri ngulo y formas de onda El instrumento permite la selecci n de la P gina 58 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO frecuencia la amplitud y desplazamiento de DC de la senal y proporciona un ajuste de ciclo de trabajo y la capacidad de barrido de frecuencia El FGEN utiliza AO 0 en el terminal de tornillo en un NI MyDAQ para su producci n que utiliza AGND como referencia de masa 13 Function Generator NI ELVISmx Waveform Settings Frequency Start Frequency Stop Freq
31. 1 1 1 1 1 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 4 2 Kotoa ma Ilustraci n 47 Curva l V C lula Ventilada medida con MyDAQ Los valores de corriente y tensi n de la c lula ventilada que generan la curva anterior se muestran en la siguiente tabla P gina 103 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Valores Curva I V C lula Ventilada Corriente mA Tensi n V Posici n Carga Variable Tabla 10 Valores Curva I V 283 834 281 591 280 470 280 470 277 107 271 501 263 653 246 836 212 081 168 356 105 572 0 936348 0 029764 1 44822 2 34095 2 61546 2 86374 3 09266 3 26364 3 40425 3 62567 3 79302 3 96018 C lula Ventilada medida con MyDAQ P gina 104 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 5 2 Medici n C lula Temperatura Ambiente A continuaci n se muestra la gr fica I V de la c lula gue se encuentra a temperatura ambiente medida a trav s del eguipamiento desarrollado en el proyecto Curva I V Voltaje Corriente 397958 0 184794 Corriente 277 107 243 473 300 0 1 1 U 1 y 1 1 1 U 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 AA a HARI Ilustraci n 48 Curva l V C lula a Temperatura Ambiente medida con MyDAQ Los valores de corriente y tensi n de la c lula a temperatur
32. 8011 1 50030 0 28005 1 80030 2 10030 0 27969 2 40040 0 27944 2 70040 0 27679 3 00040 0 26541 3 30040 0 23062 3 60050 0 14598 3 90050 0 018865 4 20040 0 26004 4 46950 0 26003 4 46850 Tabla 18 Valores Curva l V C lula Ventilada medida con Keithley 2601 6 4 2 Medici n C lula Temperatura Ambiente A continuaci n se muestra la gr fica I V de la c lula que se encuentra a temperatura ambiente medida a trav s del equipamiento de laboratorio Keithley 2601 P gina 124 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Curva I V Celula Temperatura Ambiente Ilustraci n 57 Curva I V C lula a Temperatura Ambiente medida con Keithley 2601 Los valores de corriente y tensi n de la c lula a temperatura ambiente que genera la curva anterior se muestran en la siguiente tabla Valores Curva l V C lula Temperatura Ambiente Keithley 2601 Medida Corriente A Tensi n V 0 28729 0 00000 0 28767 0 30009 0 60010 0 28666 0 90009 P gina 125 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 0 28575 1 20020 0 28485 1 50030 0 28461 1 80030 0 28309 2 10030 0 27791 2 40040 0 27004 2 70040 0 25351 3 00040 0 22376 3 30040 0 16943 3 60040 0 069159 3 90040 0 09484 4 20040 0 26003 4 41740 0 26002 4 41680 Tabla 19 Valores Curva l V C lula Ventilada medida con Keit
33. ABLE Ilustraci n 35 Mensaje de inicio de medici n Una vez pulsado el bot n el programa contin a su ejecuci n y comienza la fase de medici n que se realiza con las siguientes instrucciones que se pueden ver a continuaci n Este VI mide el voltaje en el componente de medida NI ELVISmx Multimeter Y Este VI mide la corriente que circula por el componente de medida Ilustraci n 36 Secci n de programa dedicada a la obtenicion de medidas En la imagen anterior se puede observar que una vez que hemos indicado que la carga variable se ha configurado en la posici n correcta y que estamos listos el programa comienza a realizar la medici n Primero se toma la medici n de tensi n a trav s de las entradas Al y Al que obtienen la tensi n diferencial a trav s del siguiente VI que se muestra a continuaci n P gina 91 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 9 DAQ Assistant O m Oin e A Undo Redo Run Add Channels Remove Channels ni Express Task 4 Connection Diagram 1 1 1 1 I I 1 1 I 1 I I 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Time i is Y Graph sul Display Type AutoScale Y Axis Y Configuration Triggering Advanced Timing Logging Channel Settings KE Detais gt gt Voltage Input Setup a Signal Input Range Max Min Scaled Units Volts Glick the Add Channel
34. ISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO incorrecto Linux kernel 3 x de esta lista 1 1 GB para la instalaci n completa excluyendo E controladores La Guia de spacio en D f di Instalaci n de LabVIEW enlista isco de un modo incorrecto un requerimiento de espacio de disco de 900 MB Tabla 8 Especificaciones LabVI EW para SO Linux 3 3 Sistema de carga Para poder realizar la curva I V de una c lula fotovoltaica con el equipamiento dise ado es necesario variar de forma progresiva la carga a la que se encuentra conectada la misma de forma que la tensi n en bornas de la misma var e y por ende tambi n la corriente creando as la curva que mide la relaci n entre una determinada tensi n y una determinada corriente Conociendo las especificaciones de las c lulas solares es sencillo obtener una serie de valores de carga sobre los que realizar las mediciones Estos valores depender n de la c lula a medir y se establecer n de modo que en la zona de corriente linear se tomaran menos medidas y se concentrar n las medidas sobre el cambio de pendiente donde se produce el punto de m xima potencia de este modo con menos puntos conseguimos obtener una curva l V bastante aproximada a la que ofrecer a un sistema de laboratorio donde los puntos de medida en tensi n fuesen equidistantes Como es necesario encontrar un compromiso entre portabilidad y precisi n siendo este el principal objeti
35. MEDICI N C LULA TEMPERATURA AMBIENTE cceesscceceseceeeesseeecesaeeeceseeeeseaneececsaeeeceaeececsaeeeceesaeeeceeeeeeesaeeeeenaas 105 5 3 MEDICI N C LULA TEMPERATURA SOBRECALENTADA ssecceeesseceseesaeeeceeeeeecssneeceesaeesceseeeceesaeeecesaeeeceseeeeeesaeeesngas 106 5 4 COMPARATIVA MEDICIONES C LULAS A DISTINTA TEMPERATURA seessececsseceeeesneeececseeeceseeeeeesaeeeeeeaaeeeenseeeeeaneeeneaas 108 6 MEDICION CURVAS I V CON EQUIPAMIENTO DE CARACTERIZACI N DE SEMICONDUCTORES 110 6 1 EQUIPAMIENTO DE LABORATORIO KEITHLEY 2607 oooocccnonocccnnonanonanonanonnncnonanonnn nano nnnrnonnnc canon nrnnnn cnn rnnnn nn naar nnneninoss 110 6 1 1 Especificaciones t cnicas Keithley 2601 oonocccococonocanonanononocnnnonanonnnn nono no nonn nono nn ona n cnn rn anar rr nn rra rnrnn nos 114 6 2 PROGRAMA TEST SGRIPT BUILDER KEITHLEY 0 cc cuncsesescecnavevenoatsstnrsecuncsusascnsbaucitecesbusencdutenssasstcapsbussedaienttenteceesspunts 118 6 2 1 Instrucciones del SOFTWALE ccsccccccesssseceessesesnsseceessesecessessssuseecsessesesssesseseasecsessssecsesssseassecsesssecenes 119 6 3 CONEXIONADO DE ELEMENTOS scine asese Eea aa dore cence dedecdesaudedoeniide the E R EE A Se eE EKSE E i NK E 121 6 4 OBTENCI N DE MEDICIONES esis cccescssesscsasnesseansnaiesvesssavanissssosecssaactnasvanassoaveenshsaasadsosacensssesasvaicenassscgensssaensaaibeess 122 64 1 Medici n C lula Ventildd A vivacidad atada 122 6 4 2 Medici n
36. OMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 3 DESARROLLO DEL SISTEMA PORTATIL DE MEDICION Para el desarrollo del estudio la realizaci n de mediciones y la implementaci n del proyecto se ha decidido utilizar un eguipamiento gue permita la realizaci n de mediciones en campo siendo una de las principales premisas que el dispositivo sea un dispositivo transportable por el t cnico que realice la medici n y que este pueda ser desplazado all donde se encuentre una instalaci n fotovoltaica Para la implementaci n del equipo de medida se decido utilizar el material que se describe a continuaci n junto con el sistema de instrumentaci n port til MyDAQ de National Instruments Este sistema NI MyDAQ es un sistema de medici n de peque o tama o y peso pero que junto con un ordenador port til permite la realizaci n de medidas en campo siendo este equipo el elemento central del estudio pues gracias al mismo se podr n realizar las mediciones sobre los m dulos fotovoltaicos en el exterior Dado que la principal premisa del proyecto es la evaluaci n de un sistema que permita la toma de medidas fiables en campo se ha optado por el siguiente equipamiento pues permite realizar estas medidas gracias a que es un equipamiento port til de peque o volumen y tambi n dispone como importante ventaja que durante la realizaci n de mediciones permite mostrar los resultados obtenidos de forma inmediata por la pantalla del ordenador personal al que se encuentre
37. OURCEMETER SPECIFICATIONS Titulo de la publicaci n Keithley 2601 System SourceMeter Specifications Autor Keithley Instruments Inc Editorial Keithley Instruments Inc Fecha de publicaci n Agosto 2011 Pagina 148 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO P gina 149
38. PS2553 Powe De gt 45 V 12V L 11E2 TLE2082 1 Regulator meros Der RUT A Regulator iia ig M Gain Instrumentation Channel Phusa Mac Amplitior Mukiplexer 1P302007 4a gy ite er USB STC3 DAC AMP as PO ocasy OPAIG42 ADO Vision PA Pt OP AMP OPAIC42 HB AO 1 E Audio AMP Li TPAB110A2 Lhe Quer Mies PY Line Out L LDO Regulator TPS71501 Peer Isolated 3 3 Y Isolated 5 V TS5A23159 Y En HI COM HI Lvamd Lad Ilustraci n 10 Esquema de componentes NI MyDAQ Como se puede observar en la imagen anterior el dispositivo implementa una serie de entradas y salidas tanto anal gicas como digitales adem s de las propias de un mult metro digital Esta circuiter a permite los siguientes canales de entrada y salida de datos P gina 36 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO v 2 Canales de entradas anal gicas que pueden llegar a medir hasta 10 Voltios v 2 Canales de salidas anal gicas que pueden generar se ales de 10 Voltios v 8 Canales de entrada salida digitales pudiendo configurarse cada canal de forma independiente como entrada o como salida v 3 Fuentes de alimentaci n Una de 15 Voltios otra de 15 Voltios y una tercera de 5 Voltios que permiten la alimentaci n de amplificadores y reguladores La potencia total disponible est limitada a 500 mW v 1 Entrada de audio v 1 Salida de
39. S EN CAMPO C lula Resistencia S O ar Variable Entrada AO Entrada A0 DMM HI DMM COM 3 Una vez conexionados todos los elementos iniciamos el programa y vamos variando las posiciones de la carga variable seg n vaya indicando el programa hasta obtener la curva I V del panel fotovoltaico seleccionado Voltaje Corriente 421904 0 184794 0 0 0 2 0 4 06 08 1 0 12141618 20 22 24 26 28 30 3 2 34 36 38 40 42 44 Voltaje V HARI 4 Al finalizar la medici n el programa generara una gr fica con la curva l V y un fichero en extensi n Excel con los valores de tensi n y corriente que permitir su posterior lectura P gina 146 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO P gina 147 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 11 BIBLI OGRAFI A A continuaci n se indica la bibliografia utilizada para la realizaci n de este PFC INTRODUCCI ON A LABVI EW T tulo del libro Introducci n a Labview Autores Mariano Ruiz Gonz lez y Guillermo de Arcas Castro Editorial Departamento de Publicaciones EUITT Fecha de publicaci n Madrid 2011 NI USER GUIDE AND SPECI FI CATI ONSNI MyDAQ T tulo de la publicaci n User Guide and specifications Ni MyDAQ Autor National Instruments Corporation Editorial National Instruments Corporation Fecha de publicaci n Diciembre 2011 KEI THLEY 2061 SYSTEM S
40. SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Y Panel frontal que sirve como interfaz de usuario v Diagrama de bloques que contiene el c digo fuente gr fico que define el la funcionalidad del instrumento virtual v Icono y Conector panel que identifica el VI para que pueda utilizar el VI en otro VI v Un VI dentro de otro VI se llama un subVI Un subVI corresponde a una subrutina en lenguajes de programaci n basados en texto Como se ha dicho LabVIEW es una herramienta gr fica de programaci n esto significa que los programas se implementan situando interfaces o subprogramas hecho que facilita la comprensi n de los mismos y la resoluci n de posibles problemas Existen gran cantidad de VI realizados lo que facilita al usuario la creaci n de un proyecto pues gran parte del c digo que utilizara en su programa se encuentra desarrollado ya y lo que permite al usuario no ser un experto programador y dedicar m s tiempo a la interfaz gr fica y la interacci n con el usuario final Entre los objetivos principales de LabVIEW est n el reducir el tiempo de desarrollo de aplicaciones de todo tipo no s lo en mbitos de pruebas sino de control y dise o y el permitir la entrada a la inform tica a profesionales de cualquier otro campo La principal ventaja de LabVIEW es que permite combinar todo tipo de software y hardware tanto del propio fabricante como de otros fabricantes Como hemos indicado a la hora de trabajar con LabVIEW nos encon
41. T TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Estas c lulas tienen una alta eficiencia y han sido desarrolladas para aplicaciones espaciales Las c lulas multifunci n est n compuestas de varias capas delgadas Se componen de semiconductores GaAs Ge y GalnP2 de forma que absorban la mayor a del espectro solar generando un m ximo de electricidad a partir del flujo solar Los dispositivos de c lulas de uniones m ltiples GaAs son m s eficaces obteniendo rendimientos del 40 de eficiencia 2 3 Curva I V La vida media actual de los paneles fotovoltaicos va desde los 20 hasta los 30 a os dependiendo de los materiales empleados en su construcci n como son la t cnica de dep sito el tipo de encapsulado las condiciones donde est n expuestos dichos paneles la cantidad de radiaci n solar y la temperatura a la que se encuentren entre otros factores La curva caracter stica de un panel fotovoltaico se denomina curva de intensidad voltaje y representa los valores de tensi n y corriente medidos en un panel fotovoltaico sometido a unas determinadas condiciones de insolaci n temperatura y con una determinada carga conectada al mismo La forma m s est ndar de realizar una caracterizaci n el ctrica de un m dulo fotovoltaico y por tanto observar la degradaci n del mismo es la comparativa de las curvas l V realizadas sobre el mismo Esta curva es nica en cada m dulo y depende por tanto del m dulo y de las
42. TIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO P gina 13 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 1 INTRODUCCION En la actualidad existen dos de tipos de ensayos de pruebas de fiabilidad para testeo de componentes ensayos de vida acelerada en laboratorio en los que se testean los componentes forzando una serie de condiciones estresantes de funcionamiento y ensayos en campo en situaciones reales y que deben realizarse durante un periodo de tiempo muy prolongado para poder obtener resultados tangibles Los beneficios de realizar ensayos acelerados es que ofrecen resultados de fiabilidad en un corto periodo de tiempo que en algunos casos pueden llegar a semanas pero a la hora de testear componentes estos no pueden ser los nicos ensayos de fiabilidad que se realicen sobre los mismos sino que es necesario complementarlos y contrastarlos con los ensayos obtenidos mediante medidas en campo y en condiciones reales de funcionamiento que ofrecen mediciones de mayor fiabilidad y en donde se evita la introducci n de modos de fallo artificiales que pueden producirse en el ensayo acelerado El inconveniente de los ensayos en campo es que como su propio nombre indica han de realizarse en campo y en el caso concreto de los ensayos en c lulas y paneles solares fotovoltaicos al encontrarse los mismos en instalaciones exteriores de dif cil acceso se hace imprescindible disponer de una instrumentaci n port til rela
43. UNIVERSIDAD POLIT CNICA DE MADRID Escuela T cnica Superior de Ingenier a y Sistemas de Telecomunicaci n ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A DE TELECOMUNICACI N PROYECTO FIN DE CARRERA SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Pablo Ramirez Lapausa Febrero 2014 RESUMEN SISTEMA PORTATIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO El proyecto fin de carrera Sistema Portatil de Medida de Dispositivos Sometidos a Ensayos en Campo es un proyecto acometido para el desarrollo y evaluaci n de un sistema de medici n port til y confiable que permita la realizaci n de mediciones de curvas I V en campo en condiciones reales de funcionamiento Dado que la finalidad de este proyecto fin de carrera es la obtenci n de un sistema para la realizaci n de mediciones en campo en la implementaci n del proyecto se tendr n como requisitos principales de dise o el tama o la fuente de alimentaci n el peso del sistema adem s de la fiabilidad y una relativa precisi n en la realizaci n de mediciones Durante la realizaci n de este proyecto y dados los requerimientos anteriores de portabilidad y fiabilidad se ha buscado ofrecer una soluci n de compromiso dise ando un equipamiento que sea realizable que cumpla con los objetivos anteriores con un coste que no sea elevado y con la caracter stica de que disponga de una facilidad de manejo que permita a cualquier us
44. V C lula Ventilada oooconoocccnonocanononancnnonnncnnoncnncnnnnnncnnnonnnononnnonnnnnnnns 131 Comparativa Curva l V C lula Temperatura a Ambiente oooccccccncccoccnccononnncconnnnnnnnnnncnnnannccnnnnnnn 133 Comparativa Curvas l V Celula Sobrecalentada ccccconcnocooncnncnnnononnnnnnnnnanaonnnnnnncnnnnnononnncncnnnns 135 Medici n c lula sobrecalentada realizada con fecha 16 12 2013 137 Medici n c lula sobrecalentada realizada con fecha 20 01 2014 138 P gina 9 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO P gina 10 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Tablas Tabla 1 Conexiones MYDAQ waivivssscics tascenvesscceseesdencsseccstesssnants ceed taadaa danae aeeai iaaea ar odaia aa ainia 38 Tabla 2 Conexiones Mult metro Digital cccccccsscssssecssscsssccsseeecseecseeeeeseeceeeeecseeceeeesaaecseeesesueceseeeesueceeeecsaeeseeees 39 Tabla 3 Precisi n Voltimetro MyDAQ cccccccessscceessssecssssececesseceesseeecssssececsessecsesseecssseccsssseceesaeeeceeseeecasseceeaaaees 49 Tabla 4 Precisi n Amper metro MYDAQ cccccccccssscecesssececessseceseeecesssececsssseceessesesasececsessecsesaeeecsesseeeesseceeaaaees 49 Tabla 5 Precisi n medici n de resistencias MYDAQ cccccceesscceessscecesssececsseceesseeeceessececsesseceesaeceses
45. Y Medici n de corriente Rango DC o Rango AC oocccnccnnccnnonnnnnnnnnnns 0 01mA 200 mA aia 20 mA 200 mA 1A tadas 20 mArms 200 mArms 1 Arms 0 5 0 03 mA 0 5 0 3 mA 0 5 3 mA 40 a 400 Hz 400 a 2 kHz 0 01mA 1 4 0 06 mA 5 0 06 mA 200 mA 1 5 0 8 mA 5 0 8 mA 1 6 6 mA 5 6 mA Tabla 4 Precisi n Amper metro MyDAQ v Medici n de resistencias A kan sinsa iaei 2002 2 KQ 20 kQ 200 kQ 2 MQ 20 MQ Pagina 49 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 0 8 32 200k 2 0 8 300 Q 1 5 50k Q Tabla 5 Precisi n medici n de resistencias MyDAQ v Medici n de Diodos 2 RAMO iia did an ld da api li a a aja nV 3 1 7 6 Fuentes de alimentaci n Y Fuente de 15V Salida de voltaje SIN CarQa cccocccccconconcconcnnccnncnnncnnnonncnnnnonannnnos 15 0 V Maxima salida de voltaje sin Carga ococococococnconncnconnnnconnnnnonono 15 3 V Minima salida de voltaje plena Carga cocococccocncoconnconnnnnnnnnnronono 14 0 V M xima salida de COMEN iii a AA 32 mA M xima carga Capacitacion di rrrrrrrrrrrnrn 470 uF Y Fuente de 15V Pagina 50 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Salida de voltaje SiN Carga ccooccocccocconccnncnnccnncnnnconcnnnnnnannannnnos 15 0 V Maxima salida de voltaje sin Carga oooococccnocccononccnnnncnancnanannns 15 3 V
46. a voltios divisi n Y 5V 2V 1 V 500 mV 200 mV 100 mV 50 mV 20 mV y 10 mV cuando se utilizan canales de entrada anal gicos Y IV 500 mV 200 mV 100 mV 50 mV 20 mV y 10 mV cuando se utilizan las entradas de audio P gina 57 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO El osciloscopio proporciona una base de tiempo modificable que permite el tiempo por divisi n del alcance que se ha cambiado Al cambiar el tiempo por divisi n se puede hacer zoom en las se ales mostradas en el osciloscopio Bases de tiempo disponibles v Tiempo por Divisi n 200ms 100ms 50ms 20ms 10ms 5 ms 2 ms 1 ms 500us 200us 100us 50us 20us 10us y 5us La secci n de disparo da la opci n de utilizar un disparador inmediato o un disparo por flanco pudiendo seleccionar un flanco ascendente o descendente de la se al El panel frontal del osciloscopio incluye dos cursores que se pueden utilizar para mediciones m s precisas Las mediciones de las opciones de visualizaci n permiten activar y desactivar RMS frecuencia y mediciones de tensi n pico a pico de las se ales adquiridas para cada canal Estas mediciones se realizan en la parte de la se al en la ventana de alcance y se muestran en la parte inferior de la pantalla La secci n de configuraci n de Control de Instrumentos del osciloscopio le permite al usuario seleccionar el dispositivo a utilizar para realizar una medici n y si
47. a I V Y Cambio de intensidad de radiaci n Un cambio en la intensidad de radiaci n genera una variaci n en la corriente de salida incluso para cualquier valor de tensi n La corriente var a con la radiaci n de forma directamente proporcional mientras que la tensi n se mantiene pr cticamente constante Y Cambio de temperatura Un aumento de la temperatura del m dulo genera una reducci n de la tensi n de forma directamente proporcional Por otro lado se produce un peque o incremento decremento en valor absoluto de la corriente para valores bajos de tensi n cuando aumenta la temperatura Una vez conocidas estas posibles variaciones se puede predecir con cierto margen de error como podr n variar las mediciones de una curva I V de un m dulo en condiciones de laboratorio y en condiciones ambientales 2 4 Medici n curva Ven m dulos fotovoltaicos Dado que la curva I V es una curva caracter stica a cada panel fotovoltaico mediante esta curva se puede identificar el rendimiento de un panel fotovoltaico debido a que en la misma se representan los valores de tensi n y corriente del m dulo medidos experimentalmente y estando sometido a unas determinadas condiciones constantes de insolaci n y temperatura Como mediante esta medici n podemos obtener el rendimiento real de una c lula o panel fotovoltaico de la misma tambi n podemos observar la posible degradaci n que ha sufrido un m dulo fotovoltaico en el tie
48. a ambiente que generan la curva anterior se muestran en la siguiente tabla Valores Curva I V C lula Temperatura Ambiente Posici n Carga Variable Corriente mA Tensi n V 287 197 0 027923 283 834 1 45473 P gina 105 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 277 107 2 32014 271 501 2 53728 262 532 2 71872 252 442 2 86892 243 473 2 98760 226 656 3 13473 196 385 3 35048 156 024 3 53757 3 73004 0 184794 3 97958 Tabla 11 Valores Curva l V C lula Temperatura Ambiente medida con MyDAQ 5 3 Medici n C lula Temperatura Sobrecalentada A continuaci n se muestra la gr fica I V de la c lula que se encuentra siendo sobrecalentada a trav s de una resistencia conectada por una placa de cobre a la misma medida a trav s del equipamiento desarrollado en el proyecto P gina 106 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO e Corriente 0 184794 BBS a AT TT TST ZKT SE ETETETT TEN ETE TY RM TSR ET IEE OTT 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 _ Voltaje V E 2 Ilustraci n 49 Curva l V C lula a Temperatura Sobrecalentada medida con MyDAQ Los valores de corriente y tensi n de la c lula a temperatura ambiente que generan la curva anterior se muestran en la siguiente tabla Valores Curva l V C lula Temperatura Sobrecalentada Posici n Carga Variable Corriente mA Tens
49. a potencia nula v Tension de circuito abierto Vca P gina 26 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Maxima tensi n que puede entregar un dispositivo bajo condiciones determinadas de radiaci n y temperatura y que se corresponden con una circulaci n de corriente nula y consecuentemente con una potencia nula v Punto de M xima Potencia PMP Es el m ximo valor de potencia que puede entregar el dispositivo Corresponde al punto de la curva en el cual el producto de la tensi n por la corriente es m ximo Y Factor de forma FF Se define como el cociente de potencia m xima que se puede entregar a una carga entre el producto de la tensi n de circuito abierto y la intensidad de cortocircuito Y Corriente a m xima potencia Imp Corriente que entrega el dispositivo a potencia m xima bajo condiciones determinadas de radiaci n y temperatura Se la utiliza como corriente nominal del mismo v Tensi n a m xima potencia Vmp Tensi n que entrega el dispositivo a potencia m xima bajo condiciones determinadas de radiaci n y temperatura Se la utiliza como tensi n nominal del mismo P gina 27 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 0 7 1 1 0 0 0 2 04 06 08 1 0 1214 1618 20 22 24 26 28 30 3 2 34 36 38 40 4 2 44 46 olaa E HA Ilustraci n 6 Especiaciones Curva I V Para u
50. aeeeaee 102 Curva I V C lula Ventilada medida con MyDAQ ooocococcccnococnnoconnnonononnnnonnnnnononnncnnnnnnncnnnnnnnnonnnonn 103 Curva I V C lula a Temperatura Ambiente medida con MyDAQ ccssccccessseceesssseeeeseecesseeees 105 Curva I V C lula a Temperatura Sobrecalentada medida con MyDAO 107 Equipo Keithley 260l ccconococcnncncnononoononncncnonononnnncnncnnononnnnncnnnnnonnononnnnonnonnnnnnncnnannnnnnnnnnnninonnnnnns 111 Ciclos de operaci n Keithley cccccessccecssscecsssseeessssecsesaecccsesseceeseesesesaeeeceesseceesaeseceeaaeeecesseeees 114 Programa Test Script Builder de Keithley oooccconccoooonccnnononoancnncnncnnononnnnnnnnnnnnnnnnnnncnnnnonnnnos 119 Creaci n de un proyecto con programa Test Script Builder oocccccccnonocnccnonocanononncononannnononons 120 Programa dise ado en TSB para medici n con equipo Keithley oooconoccnnncccnonnnnnccconnnnonncnnnos 120 Obtenci n de mediciones con TSB e ccecceecceeeceeeceeceeceseceaeceaecsaecaaecaeecaeesaecaeecaeesaeesaeeeeeeeeeeeeeeas 122 Curva I V C lula Ventilada medida con Keithley 2601 cccoccccnonocnncconocnnoconnnononnnccnnnnnnccnnncnnns 123 Curva I V C lula a Temperatura Ambiente medida con Keithley 2601 125 Curva I V C lula sobrecalentada medida con Keithley 2601 ococoocccconccnnccooocnnononnccnonannccnnncnnns 127 Comparativa Curvas l
51. ales gue se utilizan Los ajustes de configuraci n para el ELVI Smx Lector Digital contienen una sola entrada y permiten al usuario seleccionar qu l neas hay que leer desde el puerto digital del lado de la unidad MyDAQ NI Las opciones disponibles son 0 3 4 7 y 0 7 Tenga en cuenta que las l neas digitales que se est n leyendo con el ELVISmx Lector Digital ser n reservadas mientras que el lector digital est en funcionamiento y no estar n disponibles para el escritor ELVISmx digital o para cualquier otro programa Para utilizar el ELVISmx lector digital y escritor digital al mismo tiempo utilizar l neas 0 3 para uno de los instrumentos y las l neas 4 7 de la otra La secci n de configuraci n de Control de Instrumentos del lector digital permite al usuario seleccionar el dispositivo que se est utilizando para realizar la medici n y si se quiere adquirir una nica muestra o adquirir continuamente La selecci n de dispositivo de caja de selecci n situada abajo permite a un usuario seleccionar cualquier unidad MyDAQ que est conectado al sistema 3 2 1 9 Escritor Digital DigOut El ELVISmx Escritor Digital NI DigOut escribe datos digitales para las l neas digitales en l NI MyDAQ El Escritor digital puede escribir en cualquiera de cuatro u ocho de las l neas digitales a la vez P gina 66 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Configuration Settings Line
52. ativas realizadas podemos obtener la conclusi n de que el equipamiento dise ado cumple con la principal premisa que es la obtenci n de mediciones fiables para la caracterizaci n de c lulas o mini m dulos fotovoltaicos mediante la realizaci n de curvas I V Se ha conseguido cumplir con el objetivo principal de dise o de desarrollar e implementar un equipo de mediciones port tiles confiables de peque o tama o y peso pero adem s que sea compatible con todos los principales sistemas inform ticos usados en la actualidad gracias a que el software de control y toma de mediciones est disponible para todas las plataformas inform ticas como son Windows Mac y Linux y tambi n debido a que su conectividad con el ordenador port til se realizar mediante puerto USB del que disponen en sus conexiones todos los port tiles del mercado Por otro lado se cumple el objetivo secundario de implementar un sistema de bajo coste que aunque debe ser espec fico en sus resistencias de carga para cada c lula o mini m dulo al que se aplica permite tener una considerable precisi n y una elevada repetitividad en las medidas por lo que puede ser muy til como sistema port til de mediciones de bajo coste P gina 141 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO P gina 142 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 9 PRESUPUESTO A continuaci n se indica el presu
53. bserv ndose que los valores de ambas curvas de los dos equipos pr cticamente se superponen A continuaci n se expone una tabla con el porcentaje de error de medici n del equipamiento NI MyDAQ respecto al equipamiento Keithley 2601 Comparativa curvas l V c lula ventilada Equipo de Medida P gina 131 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Sistema Port til 0 278228 4 17118 0 875959164 NI MyDAQ Sistema Laboratorio 0 281870 4 20040 0 84029259 Keithley 2601 ca Tabla 21 Comparativa curvas l V C lula Ventilada Como se puede observar en la tabla anterior el error del equipamiento MyDAQ medido en tanto por ciento y tomando como referencia el equipamiento Keithley 2601 es muy bajo e incluso inferior al 5 P gina 132 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 7 1 2 Comparativa mediciones C lula a Temperatura Ambiente Comparativa Curvas I V Celula Temperatura Ambiente Keithley MyDAQ Ilustraci n 60 Comparativa Curva l V C lula Temperatura a Ambiente De nuevo como se puede observar en la grafica anterior que las mediciones del equipamiento de medici n de campo NI MyDAQ muestran valores pr cticamente id nticos a las mediciones del equipamiento de laboratorio Keithley 2601 observ ndose que los valores de ambas curvas de los dos equipos pr cticamente se superponen
54. cada a la obtenicion de medidas ooccccooncccooocnnononnconononnccnnannnoconacnnns 91 Vi medici n de TENSION iii tie 92 Bucledemedida A A O 93 Vi medici n de COMMENTS cocos ge et n kk ten ebek te k k k anidan a ari REE 94 VI que extrae los resultados ODtenidos oooocccccononoooonnonoconononcnncnnnononnnnnononnnononononnconnnnonnnnnoncnnnnn 95 Presentaci n de resultados programa LabVIEW cccccsccccssssccecssececesseeceesseceesaeeecseseeseceseceeaaeas 95 Conexionado medici n MYDAQ ccseccccsssseceesssceceescecsessececssseceesaesecsesececesseceesaeeecsesaeeeeseseeees 97 Conexionado DMM medici n MyDAQ ssssccsssscceesssseceeseecesssseceeeesecsesaeeecessecesaeeecseaaeeecseeseceenea 97 P gina 8 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Ilustraci n 44 Ilustraci n 45 Ilustraci n 46 Ilustraci n 47 Ilustraci n 48 Ilustraci n 49 Ilustraci n 50 Ilustraci n 51 Ilustraci n 52 Ilustraci n 53 Ilustraci n 54 Ilustraci n 55 Ilustraci n 56 Ilustraci n 57 Ilustraci n 58 Ilustraci n 59 Ilustraci n 60 Ilustraci n 61 Ilustraci n 62 Ilustraci n 63 Conexionado Medici im iii 98 Conexi n de carga variable y c lula solar para medici n con MyDAQ ccssccceesssceeessseceeeseeeeees 99 Banco de mediciones mini m dulos solares ecceecceeceeeceeeceeeceeseeeceeeceaecaecaecaeesaeeaesneee
55. ccnnocooconononnnonononononncnnnnonnncnnnonnncnnnnnnnnonnncnnnoss 117 Tabla 17 Precisi n medici n resistencia Keithley 2601 oooccocccconccnnocooonnononnnccononnnononcnnnnonnnccononnnonnnncnnnnnnccnnnss 118 Tabla 18 Valores Curva l V C lula Ventilada medida con Keithley 2601 ooooooconicoccconocnnonooconononnccnnnnnnccnncnnonos 124 Tabla 19 Valores Curva l V C lula Ventilada medida con Keithley 2601 ooooocnncccccconocnnononnnccononncconannnononnncnnnos 126 Tabla 20 Valores Curva I V C lula Sobrecalentada medida con Keithley 2601 oocoocccnccocccccoooannncooncnnnnnnnnnnnos 128 Tabla 21 Comparativa curvas l V C lula Ventilada ooocoooccconccnnnconocnnnoonnnonononononncnnnnonnncnnnannnonnnnnnnnonnncnnnoss 132 P gina 11 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Tabla 22 Comparativa curvas I V C lula Temperatura Ambiente cceseceecseeeeeeseeeeeceaeeeeeeeeeeeeeeeeseeeeeseeeaee 134 Tabla 23 Comparativa curvas l V C lula Sobrecalentada c ccccsescccsssscceessececeesesecssssececsseseceesaeceesseseeesseeeeesaes 136 Tabla 24 Comparativa degradaci n c lula sobrecalentada ccecceecceeeceeeceeeceeeeeeceeeceeecaecsaecaeesaeeeaeeeeeaeeeaes 139 Tabla 25 Presupuesto sistema port til de medici n oooccncccccnonconnccooonnnnnonnnononnnnncnnncnnnnonnncnnno nono nn nnnnnonnncnnnnss 143 P gina 12 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSI
56. ceessssecsesseseceeasesesssseeeeas 40 3 1 2 Salidas Anal gicas de MYDAO scisisscsisssscaccsccncivssacecasssdesszacedaveddeacessiscscasetsessdacecassade cisvasdedaeucdavacdscaseess 40 3 1 3 Entradas y salidas Digitales de MYDAQ ssssssscsccssesssssscesecscessescesecsseesasesssecsceeseaseesecsseessaasaesseseeene 40 3 1 4 Fuentes de OlIMEntaci n serisinin niaaa a rr 40 3 1 5 Multimetro Digital cid a iii 41 3 1 6 Sustituci n del fusible en NI MyDAQ vissssscssssssssccesssssnsecssesssnaeceeeesaecssesessaeseceeessuscessecsassecseecassseasecaees 41 3 1 7 Especificaciones del NI MyDAQ sscssccssssecesssssnsecesessssseseseessaecseeeecsascseeeecsaeceasecsassseasecsasssensecsasseaaeceaeess 43 3 1 7 1 Entrada Anal gica ui ai a ad dd daa 44 3 17 2 SalldarAHal Bi A ATE essa banda cee cdaghceesdenes di asbdesecauhsdashedesdenaeda dad phases E E T 45 3 1 7 3 Entradas Salidas Digitales iii a ai sa ee Helent k N ii 46 3 1 7 4 Contador de prop sito PeNe lal css ooo a 46 3 1 7 5 Multimetro digital lt cncea rra ae a a araa a aa sdeenscecalbtsds sions dayceagievesdecsduaseiessed EEEREN Ri 47 3 1 7 6 Fuentes de alimentaci n ota a tdt dit 50 P gina 2 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 3 1 7 7 Especificaciones T CNICAS coincidido aae aa a aE Eaa ae ERa a E Ea Aa aa aia sze aaaea kadena sanai SaR AESA 51 32 SISTEMA DE CONTROL cate A a 52 3 2 1 National Instruments ELVSMX suseso naaa cn
57. ci n de barridos especiales especificando el n mero de puntos de medici n y el nivel de origen encada punto con hasta 1700 lecturas segundo a 4 Y d gitos y permitiendo almacenar hasta 5000 lecturas en la memoria no vol til Las principales caracter sticas del equipamiento son v Precisi n de 1uV sobre 20V y de 10 pA sobre 1 A v Cinco instrumentos en uno Voltimetro Amper metro Mult metro Fuente de alimentaci n Ohm metro v Operaci n de fuente de alimentaci n y medici n simultanea 4 cuadrantes v Precisi n digital de medida del 0 012 con 6 y medio de resoluci n Y Mediciones a 2 4 y 6 cables remotos v Capacidad de medici n de 1700 lecturas segundo a 4d gitos y medio Y Est ndar de conexi n para gesti n remota SCPI GPIB RS 232 y Keithley enlace P gina 112 Y SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Keithley LabTracer software para medici n de curva I V Sus principales funcionalidades de medici n son Y Y Y Caracterizaci n de LEDs de alto brillo con voltaje DC y pulsado Eficiencia de celdas fotovoltaicas como fuente y como disipaci n Fuente y medici n precisa de corriente de DC Prueba de dispositivos semiconductores discretos Prueba de dispositivos pasivos y resistencias Prueba de diodos laser m dulos de diodos laser y fotodetectores Curvas de caracterizaci n l V Corriente vs Voltaje Medici n de curvas I V El modelo 2601 prop
58. cia variable cuya funci n es la de establecer de referencia para la medici n y as poder generar la curva A continuaci n se conecta a la c lula solar la resistencia variable conectando entre ambos las entradas del mult metro digital DMM Hi Ilustraci n 43 Conexionado DMM medici n MyDAQ A continuaci n podemos observar una imagen real del conexionado P gina 97 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Ilustraci n 44 Conexionado medici n En la imagen anterior se puede observar la integraci n del sistema de medici n y la elevada portabilidad del mismo consigui ndose uno de los principales reguerimientos del sistema gue es su portabilidad Con este sistema se realizaron numerosas medidas para desarrollar el m todo de programaci n de la medida en tensi n y corriente gue hiciese las medidas m s exactas y repetitivas P gina 98 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Ilustraci n 45 Conexi n de carga variable y c lula solar para medici n con MyDAQ P gina 99 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO P gina 100 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 5 DESARROLLO DE LA FASE DE MEDI CI ONES Una vez conexionado el sistema ya podemos ejecutar en el ordenador el programa de medici n dise ado en LabVIEW y comenzar la ejecuci n de
59. condiciones a las que se encuentra sometido el mismo Para realizar una medici n de una curva I V en un m dulo fotovoltaico nicamente es necesario conectar el aparato con el que se quiere realizar la medici n al m dulo fotovoltaico e ir variando una resistencia externa desde cero a infinito midi ndose as diversos valores que forman la curva caracter stica A continuaci n se muestra una gr fica con una curva I V t pica de un mini m dulo fotovoltaico P gina 25 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 0 r y 1 1 y y 1 y 1 1 y y y 0 0 0 2 0 4 0 6 08 1012 14 16 18 20 22 24 26 28 3 0 32 34 36 38 4 0 4 2 _ Voltaje V 2 Ilustraci n 5 Curva l V de una c lula solar Como se puede apreciar en la imagen anterior la corriente de salida se mantiene pr cticamente constante dentro del rango de tensi n de operaci n y por lo tanto el dispositivo se puede considerar como una fuente de corriente constante en este rango A partir de un determinado punto de m xima potencia la corriente comienza a disminuir se reduce el valor negativo de la corriente de forma exponencial Los valores m s importantes que se pueden obtener de esta curva son Y Corriente de cortocircuito cc M xima corriente que puede entregar un dispositivo bajo condiciones determinadas de radiaci n y temperatura y que se corresponden con una tensi n nula y consecuentemente con un
60. das todas las premisas y obtenidos los valores de las diferentes posiciones se dise la carga variable con un interruptor de doce posiciones y doce resistencias que conectadas en serie se fuesen sumando para obtener los valores de compromiso seleccionados El conectar resistencias en serie hace que la potencia se reparta entre todas ellas y de ese modo que el autocalentamiento de las resistencias sea despreciable La raz n por la que se decidido utilizar las resistencias en serie en vez utilizar cada resistencia de un valor fue para obtener mejor el rendimiento de las mismas y minimizar as la disipaci n de potencia en las mismas pues de esta forma los valores que se utilizaban de resistencias eran valores bajos que se iban sumando a los anteriores Por esta misma raz n tambi n se eligieron la mayor a de las resistencias de 2 vatios que permitieran una disipaci n mejor de la potencia y no distorsionaran as los resultados De esta forma se utilizaron resistencias de los siguientes valores 1 Q 1 59 3 3 Q 5 7 Q por ltimo se utiliz una resistencia de 1 5 MQ que simulara un circuito abierto A continuaci n podemos observar la carga variable implementada con las resistencias y el interruptor de doce posiciones P gina 82 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 3 4 Ilustraci n 31 Arquitectura de la carga variable Mini m dulo Fotovoltaico Para la toma de medidas qu
61. de readaptar el formado ni siendo necesario un desarrollo personalizado para cada programa dise ado Una vez adquiridos los datos es relativamente f cil hacer un guardado de los mismos a disco o crear reportes personalizados con solo llamar una funci n ya implementada LabVIEW funciona con aplicaciones de hojas de c lculo como Microsoft Excel incluso se pueden usar como origen de datos o para anexar informaci n representativa a sus medidas haci ndolas m s f cil de consultar Todas estas ventajas hacen del programa LabVIEW un referente en los sistemas de medici n frente a lenguajes de programaci n como C destacando sobre estos en su facilidad de uso y su orientaci n a la programaci n de se ales de medici n siendo el lenguaje de programaci n id neo para construir un sistema de medici n 3 2 2 4 Requerimientos del sistema para el uso de LabVI EW A continuaci n se especifican los requisitos del sistema para una instalaci n de LabVIEW en un ordenador personal Sistema Operativo Windows P gina 77 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Procesador Memoria RAM Resoluci n de pantalla Sistema operativo Espacio en disco Entorno de pruebas Pentium I1II Celeron 866 MHz o eguivalente 1024 x 768 p xeles Windows 8 7 Vista 32 bits y 64 bits Windows XP SP3 32 bits Windows Server 2003 R2 32 bits Windows Server 2008 R2 64 bits Ent
62. e el fot n al incidir sobre el mismo rompe el enlace existente Por otro lado debido al campo el ctrico producido por la uni n de materiales en la c lula de tipo P y N al separarse el par electr n hueco este campo impide que puedan volver a recombinarse Gracias a estos efectos de forma conjunta se genera la corriente el ctrica que circula por m dulo y la carga aplicada P gina 18 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO No todos los fotones incidentes sobre el material fotovoltaico cumplen las condiciones para poder ser aprovechados para la creaci n de energ a perdi ndose para la generaci n de electricidad los fotones gue tienen una energ a asociada inferior al ancho de la banda prohibida del semiconductor Estos fotones atraviesan el semiconductor sin ceder su energ a y por tanto no crean los pares electr n hueco Tambi n por caracter sticas del propio material con el que se construyen los m dulos fotovoltaicos es posible gue no puedan absorber todos los fotones incidentes aungue estos tengan una energ a mayor al ancho de banda prohibida Finalmente indicar por ultimo que es necesario tener en cuenta que una cantidad no despreciable de los fotones incidentes son reflejados en la superficie de la c lula Una vez generados los electrones y los huecos estos deben de avanzar generando una corriente en lugar de recombinarse de nuevo y es precisamente este avance el que produc
63. e permitan la valoraci n del sistema como un sistema de medida de dispositivos port til durante la fase de pruebas se utilizara como simulador de un panel fotovoltaico una c lula solar del fabricante SPC Multicomp modelo MC SPO 8 NF GCS SOLAR PANEL 0 8W 4V Esta c lula solar dispone de las siguientes especificaciones seg n el fabricante y Alta eficiencia v Y Vidrio templado transparente Soportes de alta presi n contra viento y cargas de nieve Excelente rendimiento con poca luz DC nominal de salida est ndar Protecci n contra congelaci n del agua y deformaciones M dulos fotovoltaicos que han pasado las pruebas siguientes e Prueba de ciclo t rmico e Prueba de choque t rmico P gina 83 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO e T rmica congelamiento y humedad elevada e Prueba de aislamiento el ctrico e Prueba de impacto e Mec nica el viento y la prueba de giro de carga Prueba de niebla salina e Luz y prueba de exposici n al agua e Prueba de exposici n al campo 3 4 1 Especificaciones T cnicas de la c lula solar utilizada v Silicio Policristalino v Potencia m xima 0 8Wp v Tensi n m xima de potencia 3 85V Y Corriente m xima 0 21A v Tensi n de circuito abierto 4 80V v Corriente de cortocircuito 0 23A Y Tama o del m dulo 140 x 100 x 4 9 mm Y Peso 134g Y Tensi n maxima del sistema 720 VCC v Coeficientes de t
64. e solo se permita el flujo de corriente en una direcci n pues P gina 19 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO los electrones pueden moverse de la regi n P a la N pero no en la direcci n opuesta y por el contrario los huecos no pasan m s que de N hacia P El funcionamiento puede resumirse de forma mas sencilla de la siguiente manera Cuando un fot n con la energ a adecuada incide sobre el material arranca un electr n al mismo creando un electr n libre y un hueco Gracias al efecto del campo el ctrico creado por el material P N tanto el electr n como el hueco se mueven en direcciones opuestas los electrones se acumulan en la regi n N para convertirse en polo negativo mientras que los huecos se acumulan en la regi n dopada P que se convierte en el polo positivo Cuando un fot n crea un par electr n hueco es improbable que encuentren a su opuesto pero si la creaci n tiene lugar en un sitio m s alejado de la uni n el electr n convertido en hueco mantiene una gran probabilidad para recombinarse antes de llegar a la zona N Como resumen se puede indicar que la creaci n de esta estructura es el equivalente de un generador de corriente al que se ha a adido un diodo y se denomina c lula fotoel ctrica Para que se produzca la m xima potencia se construyen los semiconductores en la banda prohibida a nivel de energ a de los fotones Tambi n es posible
65. e una diferencia de potencial y por tanto tensi n entre las dos partes del material Para conseguir esta generaci n de corriente se crea un campo el ctrico permanente a trav s de una uni n P N entre dos capas de material dopadas respectivamente Normalmente en este material la capa superior del mismo se compone de silicio dopado de tipo N En esta capa hay un numero de electrones libres mayor que una capa de silicio puro de ahi el nombre del dopaje N como carga negativa electrones El material permanece el ctricamente neutro y es la red cristalina quien tiene globalmente una carga negativa Por otro lado la capa inferior del material se compone de silicio dopado de tipo P Esta capa tiene por lo tanto una cantidad media de electrones libres menor que una capa de silicio puro los electrones estan ligados a la red cristalina que en consecuencia esta cargada positivamente La conducci n el ctrica est asegurada por los huecos positivos P En el momento de la creaci n de la uni n P N los electrones libres de la capa N entran en la capa P y se recombinan con los huecos en la regi n P Existir as durante toda la vida de la uni n una carga positiva en la regi n N a lo largo de la uni n porque faltan electrones y una carga negativa en la regi n en P a lo largo de la uni n porque los huecos han desaparecido Existe un campo el ctrico entre las dos de N hacia P Este campo el ctrico hace qu
66. edici n y si se desea adquirir una muestra o una adquisici n continua 3 2 1 2 Osciloscopio Scope El ELVISmx Osciloscopio NI muestra datos de voltaje en el tiempo para el an lisis de una o dos mediciones de tensi n tomadas a trav s de los canales de entrada anal gicos de la NI MyDAQ P gina 56 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 13 Oscilloscope NI ELVISmx Basic Settings Advanced Settings E LabVIEW sao B a Source Source AIO All Scope Graph J Enabled Enabled Scale Vertical Vertical Volts Div Position Div Position Div DY 1v X on Time Div Type Immediate Device Acquisition Mode myDAQ1 NI myDAQ Run Continuously Run Autoscale a Ilustraci n 19 Funci n Osciloscopio El panel frontal dispone de la escala y la posici n para cada uno de los dos canales de forma independiente La fuente de cada canal puede ser 0 Al Al 1 Audiolnput Izquierda o Derecha Audiolnput Los dos canales de Al son las entradas diferenciales la unidad MyDAQ y los canales Audiolnput se miden a partir de los canales derecho e izquierdo de la toma de entrada de audio de 3 5 mm en el lado de la MyDAQ no pudiendo utilizarse ambos tipos de entradas al mismo tiempo Las opciones de configuraci n de canal ajustan la posici n y la escala vertical de cada canal en el mbito de aplicaci n Las opciones disponibles cuando se utiliza un MyDAQ son Escal
67. edida icon la salida de datos gt Curva VV PULSA OK DESPUES CAMBIAR LA POSICI N DEL BOTON DE CARGA VARIABLE Ilustraci n 30 Diagrama de Bloques LabVI EW Los nodos son los objetos en el diagrama de bloques que tienen entradas y salidas y realizan operaciones cuando se ejecuta un VI Son an logos a los estados operadores funciones y subrutinas de programaci n basados en texto Los datos entre los objetos se transfieren en el diagrama de bloques a trav s de una nica conexi n y cada conexi n tiene una nica fuente de datos pero estas a su vez se pueden conectar a muchos VIs y funciones que leen sus datos Las conexiones pueden ser de colores diferentes estilos y grosores dependiendo de sus tipos de datos Una P gina 75 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO conexi n aparece rota cuando aparece como una l nea discontinua negro con una X roja en el centro Las estructuras son las representaciones gr ficas de los bucles y de las sentencias de caso de los programas basados en lenguajes de programaci n de texto Se pueden utilizar las estructuras en el diagrama de blogues para repetir blogues de c digo y ejecutar c digo de forma condicional o en un determinado orden De las explicaciones anteriores podemos deducir gue la generaci n de programas de medici n en LabVIEW se realiza de forma gr fica mediante la uni n de diferentes sub
68. eeeceseeeceeaaess 50 Tabla 6 Especificaciones LabVIEW para SO WindOWSG cccccccccssssccsssseeeesseceesaeeecsesseceesseseceesaeseseseeeseaeeecseaaeas 78 Tabla 7 Especificaciones LabVIEW para MAC OS X ccccscccesssscecssscececsssseceseecessesececsssseceesseeeceaececssseeseeseeeeesaes 79 Tabla 8 Especificaciones LabVIEW para SO LiINUX ccccccccsssccssscececssececeeseecessssececseseesesaeeecsesseceessseceeaeeeseaaes 80 Fablai9 Posiciones Carga Variablen ereenn eiieou odvsta senceadecsodeanadbocs cav nns Senge edad ana ada dds saedendieanceotessedssacveeeee 82 Tabla 10 Valores Curva l V C lula Ventilada medida CON MYDAQ ccccccessssceesssceceeseeeceesececsesseceeaesecessseeeees 104 Tabla 11 Valores Curva l V C lula Temperatura Ambiente medida CON MyDAQ ccccnccnnococnnccononnnocooncnnnnonancnnn 106 Tabla 12 Valores Curva l V C lula Sobrecalentada medida con MyDAQ scccesscceesssceceeseceesssceeeseeeesssseeeees 108 Tabla 13 Precisi n tensi n fuente alimentaci n Keithley 2601 oococcccccnocococcconoonnonononononnncnnnonnnconnnnnnnnnnnnnonoss 115 Tabla 14 Precisi n corriente fuente de alimentaci n Keithley 2601 ooocococnonocncononocanononnnccnnnncnonononononnnnnnnos 115 Tabla 15 Precisi n medici n tensi n Keithley 2607l ocooocnccocuccconoonnncooncnnnoonnnonnnnnnncnnncnnnnonnncnnno nono nnnnnnnonnncnnnnss 116 Tabla 16 Precisi n medici n corriente Keithley 2601 oooococcccccnon
69. efecto permite el funcionamiento de los m dulos fotovoltaicos y por tanto la obtenci n de energ a a trav s de los mismos El efecto fotoel ctrico fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz en 1887 al observar que el arco voltaico que aparece entre dos electrodos conectados a alta tensi n alcanza distancias mayores cuando este se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad P gina 17 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Posteriormente en 1905 Albert Einstein enuncio la explicaci n te rica del efecto fotoel ctrico en el art culo Heur stica de la generaci n y conversi n de la luz basando su formulaci n de la fotoelectricidad en una extensi n del trabajo sobre los cuantos de Max Planck Pese a gue su descubrimiento se produjo a principios de siglo el verdadero desarrollo de la energ a solar fotovoltaica llego en el a o 1954 cuando los Laboratorios Bell descubrieron de manera accidental que los semiconductores de silicio dopados con ciertas impurezas eran muy sensibles a la luz Este hecho comenz el desarrollo de una serie de experimentos que permitieron el posterior desarrollo de obtenci n de energ a el ctrica mediante m dulos fotovoltaicos a partir efecto fotoel ctrico Ilustraci n 2 Efecto Fotoel ctrico La incidencia de fotones sobre un material dopado tipo P N genera los pares electr n hueco en el material expuesto debido a qu
70. eform Name AO 0 Enabled lt empty gt AO 1 ES Enabled lt empty gt Timing and Triggering Settings Update Rate 1 0k gt S s Instrument Control Device Generation Mode myDAQ1 NI myDAQ y Run Continuously iw Ilustraci n 23 Generador de onda arbitraria La secci n de configuraci n de la forma de onda del generador panel permite al usuario seleccionar qu forma de onda de archivo se utiliza para generar una se al en cada canal de salida Se pueden seleccionar archivos separados para los diferentes canales de salida La secci n de configuraci n del generador de panel frontal permite al usuario seleccionar el tipo de generaci n en n mero de muestras por segundo Adem s de la velocidad de actualizaci n se puede establecer el origen del disparo externo Puede seleccionar inmediatos ni l neas PFI disponibles La secci n Editor de forma de onda del generador de forma de onda arbitraria permite al usuario iniciar la aplicaci n Editor de forma de onda El Editor de forma de onda NI ofrece la capacidad de drenaje de la mano de onda construida en forma de onda y una utilidad de importaci n P gina 64 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO La secci n de configuraci n de control de instrumentos del generador de forma de onda arbitraria permite al usuario seleccionar el dispositivo a utilizar para emitir una sefal y si se quiere hacer en modo continu
71. el n mero de muestras a ser adquiridos El usuario especifica la ventana de tiempo dominio para utilizar usando el menu desplegable de la ventana La visualizaci n de la frecuencia y de la secci n configuraci n de la escala de la se al del analizador panel frontal suave din mico permite al usuario personalizar el gr fico de la pantalla El usuario puede configurar las unidades mostradas en la gr fica de la magnitud el modo de visualizaci n y m ximo del eje y los valores m nimos Cursores y mediciones de se al est n disponibles para la realizaci n de an lisis de se ales La secci n de configuraci n de Control de Instrumentos del analizador de se al din mica permite al usuario seleccionar el dispositivo a utilizar para emitir una se al y si se quiere activar de modo continuo o un disparo Esta secci n tambi n tiene bot n de parada y un enlace a la secci n de ayuda para el generador de la funci n en l NI ELVISmx ayuda 3 2 1 7 Generador de onda arbitraria ARB El Generador de forma de onda arbitraria ELVISmx NI ARB genera se ales de tensi n que utilizan las capacidades de salida anal gica de NI MyDAQ Puede crear y cargar una gran variedad de tipos de se ales en el ARB con el software NI Editor de forma de onda P gina 63 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 13 Arbitrary Waveform Generator NI ELVISmx Waveform Settings Output Channel Wav
72. ementos m nimos que permitan la realizaci n de la medici n Estos elementos ser n los siguientes y Sistema de adquisici n de medidas Es el equipamiento que realiza las mediciones de corriente y tensi n y que permite la obtenci n de los valores del m dulo v Sistema de control Es el equipamiento donde se generara y ejecutara el programa de medici n que controle el sistema de adquisici n de medidas y tambi n donde se almacenaran los datos recogidos y se generaran las curvas I V con los mismos y Sistema de Carga Es la carga variable que se conectara al panel fotovoltaico y donde se generan los valores de corriente y tensi n que permitir n la medici n y la obtenci n de la curva l V del modulo v Subm dulo Fotovoltaico P gina 33 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Es el mini m dulo sobre el gue se realizara la medici n de sus caracter sticas y rendimiento y sobre el que se obtendr la curva l V para su posterior caracterizaci n A continuaci n se describen t cnicamente los siguientes elementos necesarios para el desarrollo del proyecto 3 1 Sistema de adquisici n de medidas NI MyDAQ EL sistema de adquisici n de medidas elegido para la implementaci n del proyecto es el dispositivo MyDAQ de National Instruments El sistema NI MyDAQ es un dispositivo de medici n de bajo costo y f cil implementaci n de la empresa National Instruments que gracias
73. emperatura de Isc 0 06 K v Coeficientes de temperatura de Voc 0 36 K Y Coeficientes de temperatura de Pm 0 45 K v Rango de temperatura 40 Ca 85 C v Superficie m xima capacidad de carga 60 ms 200kg sq m P gina 84 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO v Longitud de los cables Terminales 5 cm v Tolerancia de salida 3 v Materiales Aluminio 0 8w epx v Garant a 25 a os sobre el 80 de la potencia de salida m nima 3 5 Foco Hal geno utilizado Para la realizaci n de las mediciones y la comprobaci n de la curva I V de la c lula solar se empleara en la fase de pruebas un foco hal geno de 500W de potencia y 2850 grados Kelvin de temperatura de luz que simulara la radiaci n solar que excitara a la c lula Ilustraci n 32 Foco Hal geno Este foco se situara a una distancia de la c lula de 25 cm para que proyecte una iluminaci n uniforma sobre la c lula P gina 85 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO P gina 86 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 4 IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE MEDICION Una vez identificados todos los elementos necesarios para la implementaci n del sistema de medici n comenzamos a la integraci n de los mismos en un nico sistema Para la realizaci n de esta fase integramos todos los elementos necesarios com
74. finalizadas las doce mediciones el programa procede a la entrega de resultados que muestra a trav s de una gr fica donde muestra la curva I V y una tabla donde se expresan los valores de Voltaje y Corriente De forma simult nea el programa genera tambi n un fichero Excel con los resultados de tensi n y corriente medidos para su posterior procesado P gina 94 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO A continuaci n se puede observar el VI gue ejecuta esta secuencia Este VI permite generar la Curva I V y exportar los ficheros a un archivo Excel Concatenate Strings quis ei Fy ote AE a mk En Eai g gt qua ge uE ne y Voltage andQurre gioca ales aula a A Y AE E E g m D 3 Drs Corriente mA I ay eg ee ee E gi i Ilustraci n 40 VI que extrae los resultados obtenidos A continuaci n se muestra una imagen con la representaci n de los resultados que extrae el programa Voltaje Corriente fazio 0 184794 Corriente 167 235 105 572 Ae Ee I T AE EE R R KET 00 0 2 0 4 0 6 08 1 0 1 2 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 4 2 44 Voltaje V HAI Ilustraci n 41 Presentaci n de resultados programa LabVI EW P gina 95 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 4 2 Conexionado de elementos Una vez terminado el disefo y generado el c digo en LabVIEW que c
75. generar hasta a 10 V se ales En el modo de salida audio los dos canales representan una salida de nivel de l nea est reo Las salidas anal gicas se pueden actualizar a velocidades de hasta 200 kS s por canal lo que los tiles para la generaci n de forma de onda 3 1 3 Entradas y salidas Digitales de MyDAQ Hay ocho l neas de que pueden utilizarse como entradas salidas digitales del NI MyDAQ Cada l nea es programable de forma independiente en la interfaz de funciones PFI lo que significa que se puede configurar como de prop sito general temporizado por software como entrada o salida digital o puede se pueden configurar como una entrada de funci n especial o salida de un contador digital 3 1 4 Fuentes de alimentaci n El dispositivo MyDAQ dispone de tres fuentes de alimentaci n con las que puede alimentar dispositivos externos Dos de estas fuentes de alimentaci n disponen de tensiones de 15 V y 15 V y se puede utilizar para componentes anal gicos de potencia tales como amplificadores operacionales y reguladores lineales P gina 40 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO La otra fuente de alimentaci n proporciona una tensi n de 5 V y se puede utilizar para alimentar componentes digitales de potencia tales como los dispositivos de l gica La potencia total disponible para las fuentes de alimentaci n salidas anal gicas y digitales salidas se limita a 500 mW
76. gramaci n grafico que utiliza iconos en lugar de l neas de texto para crear aplicaciones Es decir es una plataforma y entorno de desarrollo para dise ar sistemas con un lenguaje de programaci n visual gr fico Pablo H11X40010 LabVIEW Professional Development System bi ez o ET LabVIEW 2012 T i ae Fe Al A ji 4 ul ven am y q Wy NATIONAL p gt INSTRUMENTS Version 12 0 32 bit Finishing initialization Ilustraci n 26 Labview 2012 Creado por National Instruments en 1976 es ampliamente utilizado en sistemas de pruebas medici n control y dise o pues permite la creaci n de un entorno simulado y de medici n A diferencia de los lenguajes de programaci n basados en texto donde las instrucciones determinan la ejecuci n del programa LabVI EW utiliza la programaci n de flujo de datos donde el flujo de datos determina la ejecuci n Una de sus principales ventajas es la facilidad de uso pues al ser un entorno grafico es v lido para programadores con pocos conocimientos en programaci n y que pueden hacer programas relativamente complejos que ser an muy laboriosos de realizar con lenguajes de programaci n convencionales P gina 70 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Labview est disponible para las plataformas Windows UNIX MAC y GNU Linux 13 Labview File Operate Tools Help EZ LabVIEW 2012 B Open Existing Show Other
77. hley 2601 Pagina 126 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 6 4 3 Medici n C lula Temperatura Sobrecalentada A continuaci n se muestra la gr fica I V de la c lula gue se encuentra siendo sobrecalentada a trav s de una resistencia conectada por una placa de cobre a la misma medida a trav s del eguipamiento de laboratorio Keithley 2601 Curva I V Celula sobrecalentada Ilustraci n 58 Curva l V C lula sobrecalentada medida con Keithley 2601 Los valores de corriente y tensi n de la c lula a temperatura ambiente que generan la curva anterior se muestran en la siguiente tabla Valores Curva l V C lula sobrecalentada Keithley 2601 Corriente A Tensi n V 0 22723 0 00000 0 22715 0 30009 P gina 127 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 0 22692 0 60010 0 22638 0 90009 1 20020 1 50030 0 22484 1 80030 0 22443 2 10030 0 22397 2 40040 0 22246 2 70040 0 20891 3 00040 0 16402 3 30040 0 064688 3 60040 0 12275 3 90040 0 26006 4 05180 0 26006 4 05080 0 26005 4 05020 Tabla 20 Valores Curva l V C lula Sobrecalentada medida con Keithley 2601 Pagina 128 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO P gina 129 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 7 COMPARATI VA Y VALI
78. hmic Autoscale Cursors On Device myDAQ1 NI myDAQ Stop Ilustraci n 21 Analizador Bode Las mediciones de la secci n del panel frontal del analizador le proporcionan acceso al usuario al est mulo y los ajustes de canal de respuesta el rango de barrido de frecuencia y tama o de paso de las mediciones El canal de est mulo seleccionado debe ser conectado a la salida del generador de funci n mientras que la respuesta de canal se conecta a la salida del circuito bajo prueba El rango de barrido de frecuencia se ajusta mediante la combinaci n de la frecuencia de inicio frecuencia de parada y el tama o de paso por d cada La amplitud m xima establece la amplitud m xima de la salida del generador de funci n mientras Op Amp polaridad de se al espec fica la polaridad de la se al del amplificador operacional La Configuraci n del gr fico del panel frontal suave analizador de Bode permite al usuario cambiar la gr fica entre las escalas de visualizaci n lineales y logar tmicas La secci n de configuraci n de control de Instrumentos del analizador de Bode permite al usuario seleccionar el dispositivo que utilicen para realizar una medici n P gina 61 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 3 2 1 6 Dynamic Signal Analyzer DSA l NI ELVISmx Analizador de se al din mica DSA realiza una transformada en dominio de frecuencia de una entrada ana
79. i n V 226 656 0 022027 224 413 1 14718 224 413 1 87256 224 413 P gina 107 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 223 292 2 31313 222 171 2 53485 219 929 2 72204 210 960 2 91140 184 052 3 13745 147 054 3 32232 3 50463 0 184794 3 72986 Tabla 12 Valores Curva l V C lula Sobrecalentada medida con MyDAQ 5 4 Comparativa mediciones c lulas a distinta temperatura Como podemos observar en las mediciones que hemos realizado sobre c lulas solares que pese a estar sometidas a la misma radiaci n se encuentran a diferentes temperaturas podemos constatar en vista de los resultados obtenidos que se cumple que un aumento de la temperatura de funcionamiento a la que se encuentran sometidos los dispositivos genera una reducci n de la tensi n producida por los mismos P gina 108 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO P gina 109 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 6 MEDICION CURVAS I V CON EQUIPAMIENTO DE CARACTERIZACI N DE SEMICONDUCTORES Para finalizar el proyecto y poder dar como correcta la elecci n del dispositivo de medidas en campo vamos a proceder a realizar una comparativa del equipamiento desarrollado en este proyecto con equipamiento de laboratorio Realizar una comparativa de un dispositivo port til para medici n en campo contra
80. i n del equipamiento NI MyDAQ respecto al equipamiento Keithley 2601 Comparativa curvas l V c lula sobrecalentada Equipo de Medida P gina 135 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Sistema Port til 0 22666 3 72986 0 61419 NI MyDAQ Sistema Laboratorio 0 22723 3 60040 0 62681356 Keithley 2601 Error en 9 0 25 3 59 Tabla 23 Comparativa curvas l V C lula Sobrecalentada Como se puede observar en la tabla anterior el error del equipamiento MyDAQ medido en tanto por ciento y tomando como referencia el equipamiento Keithley 2601 es muy bajo e incluso inferior al 5 7 1 4 Conclusiones de la comparaci n de medidas Se han realizado varias medidas de comparaci n entre el equipo de instrumentaci n de laboratorio y el sistema port til de medida y como se puede observar en las gr ficas y en las tablas las figuras casi se superponen y la diferencia entre las medidas de ambos sistemas es muy peque a e inferior al 5 en todos los casos Pero m s importante que la limitada cuantificaci n del error que aun as es muy peque a es que la medida con el sistema port til tiene un desplazamiento id ntico para los tres mini m dulos medidos a pesar de tener tres iluminaciones diferentes con condiciones de temperatura del cada panel diferente lo que corrobora la repetitividad de la medida y por tanto su utilidad para nuestro prop sito en campo 7 1 5 Comparati
81. ital DMM que incorpora el dispositivo se selecciona el modo de resistencia y se ajusta el rango a 200 Q Si al realizar estas acciones la pantalla muestra Over indica que la conexi n del circuito esta desconectada con lo que el fusible est roto y es necesario reemplazarlo Para sustituir el fusible en necesario un fusible de sustituci n de 1 25 A de 520 mm Littelfuse n mero de pieza 02 161 25 en www littelfuse com Para reemplazar un fusible quemado realice los siguientes pasos P gina 41 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Y 1 Apague el dispositivo correctamente desconectarlo del PC y se desconectar el cable USB v 2 Retire el conector de terminal de tornillo y todos los dem s cables de se al del dispositivo v 3 Afloje los cuatro tornillos Phillips que sujetan la parte inferior de la carcasa en el dispositivo y retire la tapa superior de la caja v 4 Reemplace el fusible quemado A continuaci n se muestra una imagen con en el interior del dispositivo P gina 42 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Ilustraci n 13 Interior NI MYDAQ v 1 Posici n tornillos de fijaci n v 2 Situaci n fusible 3 1 7 Especificaciones del NI MyDAQ A continuaci n se describen las especificaciones t cnicas del NI MyDAQ P gina 43 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO
82. itales se configuran para leer o active la energ a el ctrica en l NI MyDAQ 3 2 1 10 Analizador de impedancia impedancia Las medidas NI ELVI Smx Analizador de impedancia muestran la magnitud y la fase de un circuito conectado a las l neas de entrada del analizador de impedancia DUT y DUT El analizador tambi n muestra la impedancia de la resistencia y la reactancia Este elemento no est soportado por NI MyDAQ 3 2 1 11 Analizador de dos hilos de corriente voltaje 2 cables l NI ELVISmx Analizador de dos hilos de corriente tensi n 2 cables crea una curva de corriente versus voltaje de dos hilos El 2 Wire es capaz de medir se ales de corriente versus voltaje de 10 V y 40 mA para un circuito conectado a los terminales DUT y DUT Este elemento no est soportado por NI MyDAQ 3 2 1 12 Analizador de tres hilos corriente voltaje 3 cables l NI ELVISmx Analizador de tres hilos de corriente voltaje 3 cables crea una curva de corriente versus voltaje de tres hilos de NPN y PNP transistores BJT Es capaz de mostrar se ales dentro de O a 10 V para el voltaje de colector y 40 mA para la corriente de colector Este elemento no est soportado por NI MyDAQ P gina 69 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 3 2 2 National Instruments LabVIEW software grafico de desarrollo LabVIEW Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench es un lenguaje de pro
83. l gica o la medici n de forma de onda de entrada de audio Esto permite un an lisis de frecuencia de una entrada de tensi n al NI MyDAQ 13 Dynamic Signal Analyzer NI ELVISmx i LabVIEW Channel Voltage Range 10V Frequency Span 40000 RMS Resolution lines Weighting 400 Exponential X Window of Averages None le se Frequency Domain display Trigger Settings Device Acquisition Mode myDAQ1 NI myDAQ Run Continuously Run Stop gt m Ilustraci n 22 Dynamic Signal Analyzer l NI ELVISmx Analizador de se al din mica calcula y muestra el RMS promedio del espectro de potencia de un solo canal Una variedad de ventanas y modos de promedio se puede aplicar a la se al Tambi n detecta el componente de frecuencia de pico y estima la frecuencia real y la potencia La secci n de configuraci n de entrada de la se al del analizador panel permite al usuario seleccionar qu canal de adquisici n y de la gama de voltaje para ese canal La configuraci n FFT y la secci n de la se al del analizador promedio permite al usuario personalizar la FFT y promediando realizaron en los datos adquiridos P gina 62 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO El margen de frecuencia especifica el rango de medici n que se inicia en DC y se extiende hasta el valor avanzado de frecuencia La resoluci n determina la longitud del registro de dominio de tiempo y
84. l de medida ofreciendo resultados satisfactorios en todas las mediciones realizadas y permitiendo concluir la evaluaci n del sistema port til como apto para las mediciones de dispositivos en campo El proceso de evaluaci n del equipamiento dise ado consistir a en la medida de la curva I V en laboratorio de un dispositivo fotovoltaico con instrumentaci n de alta precisi n y condiciones controladas de luz y temperatura de un dispositivo c lula o mini panel Tras la medida inicial las c lulas se instalar an en campo y se realizar a una caracterizaci n peri dica de los dispositivos mediante el sistema port til de medida que permitir a evidenciar si en la curva I V bajo iluminaci n existe degradaci n y en qu zona de la curva Al finalizar el ensayo o en periodos intermedios se desmontarian los dispositivos para volver a medir la curva l V con exactitud en laboratorio Por tanto el sistema port til de medida debe permitir evaluar la evoluci n de la curva I V en condiciones ambientales similares a obtenidas en medidas anteriores y a partir de la misma determinar el modo de degradaci n del dispositivo no siendo necesaria una elevada precisi n de medida para ofrecer resultados exactos de degradaci n que s lo podr n medirse en el laboratorio Pablo Ramirez Lapausa Madrid a 27 de Enero de 2014 ABSTRACT PORTABLE MEASUREMENT SYSTEM FOR DEVI CES UNDER FIELD TESTS The final degree project Portable Measurement Sy
85. l objetivo de este PFC es el estudio e implementaci n de un sistema de medida port til que permita las mediciones en campo de la curva l V y los par metros caracter sticos de los dispositivos fotovoltaicos que se pueden extraer de esta curva pero antes haremos en una breve introducci n de las bases en las que se sustentan las necesidades de realizar estas mediciones y los elementos sobre las que se realizaran las mismas como son los mini panes fotovoltaicos P gina 15 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO P gina 16 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 2 MODULOS FOTOVOLTAICOS Un m dulo o panel fotovoltaico es un dispositivo compuesto por c lulas solares gue permite la obtenci n de energ a el ctrica a partir de la radicaci n solar mediante el efecto fotoel ctrico A continuaci n se puede observar una imagen de un panel fotovoltaico instalado en el Campus Sur de la Escuela T cnica Superior de Ingenieria y Sistemas de Telecomunicaciones de la Universidad Polit cnica de Madrid Ilustraci n 1 Panel Fotovoltaico 2 1 Efecto Fotovoltaico El efecto fotoel ctrico consiste en la emisi n de electrones por un material cuando se hace incidir sobre l una radiaci n electromagn tica Los fotones incidentes en el material son absorbidos por los electrones del medio dot ndoles de energ a suficiente para escapar de ste Este
86. lo que se encuentra a la izquierda ejecut ndose a continuaci n el programa que continua a la derecha Para esta medici n hemos utilizado un programa bucle de forma que hemos dise ado una estructura que se repita un n mero determinado de veces Como en nuestro caso la medici n estaba acotada por el n mero de valores de la carga variable con lo que realizar amos la curva l V hemos dise ado una estructura de medici n que se repite doce veces Esa estructura est compuesta en primer lugar por un mensaje que aparece al arrancar el programa y que avisa al usuario de la posici n de la carga variable y de que ha de ir variando La parte del programa que realiza esta funci n es la siguiente CAMBIO DE POSICION DEL BOTON DE LA CARGA VARIABLE PULSA OK DESPUES CAMBIAR LA POSICION DEL BOTON DE CARGA VARIABLE Ilustraci n 34 Aviso del cambio de resistencia Esta parte introduce un stop en el programa de forma que permite variar de forma ordenada la carga y despu s indicar al programa que la carga variable esta lista para la siguiente medici n A continuaci n se muestra el mensaje que recibe el usuario cuando el programa arranca y como es repetitivo tambi n aparece antes de realizar la siguiente medici n P gina 90 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO CAMBIO DE POSICI N DEL BOTON DE LA CARGA VARIABLE PULSA OK DESPUES CAMBIAR LA POSICION DEL BOTON DE CARGA VARI
87. mas ya realizados por National Instruments y que permiten la realizaci n y adquisici n de mediciones sencillas a trav s del NI MyDAQ Estos subprogramas de los que est compuesto l NI ELVISmx son los siguientes P gina 53 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO NI ELVISmx Express VI ma B bre AE ma ma NI ELYISMXx NI ELVISmx Bode NI ELVISmx NI ELVISmx Arbitrary Analyzer Digital Reader Digital Writer Waveform Generator ms NI ELVISmx NI ELVISmx NI ELVISmx Digital Multimeter Function Oscilloscope Generator Ilustraci n 15 Subprogramas ELVI Smx A continuaci n se relata una breve descripci n de los subprogramas que se incorporan en la suite de software NI ELVISmx 3 2 1 1 Mult metro Digital DMM El ELVISmx Mult metro digital NI DMM controla las funciones b sicas del NI MyDAQ utilizado como un mult metro Puede realizar mediciones de voltaje y corriente CC y CA resistencia prueba de diodos y continuidad audible El usuario puede seleccionar mediante este subprograma el tipo de medida a realizar y qu rango de la medici n puede hacerse P gina 54 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 13 Digital Multimeter NI ELVISmx Measurement Settings Ye Vo A Av O 14k Qt pe gt Banana Jack Connections DMM gt i Vy gt COM Instrument Control Device No Supported Devices Ilust
88. medidas variando la carga variable entre sus diferentes posiciones obteniendo diversos valores que interpol ndolos forman la curva caracter stica Se desarrollaron dos tipos de medidas las medidas de las figuras anteriores sobre una misma c lula y un foco concreto a una distancia fija 25 cm y las medidas sobre un banco de pruebas con tres c lulas del mismo fabricante antes mencionado pero sometidas a diferentes condiciones t rmicas de ensayo El objetivo es comparar las medidas de c lulas que sufren diferente tipo de estr s y posible degradaci n con dos tipos de instrumentaci n la instrumentaci n de laboratorio mediante una fuente medidora Keithley 2601 espec fica para aplicaciones de caracterizaci n de c lulas fotovoltaicas y otro tipo de semiconductores y el sistema port til de medida desarrollado en el PFC En la siguiente figura se aprecia una foto del banco de prueba con los tres mini m dulos P gina 101 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Ilustraci n 46 Banco de mediciones mini m dulos solares La radiaci n recibida por las tres c lulas es emitida por el mismo tipo de foco hal geno anteriormente indicado y las tres est n situadas a la misma distancia de los mismos La diferencia en las condiciones a las que se encuentran sometidas las c lulas radica en la temperatura a la que se encuentran sometidas las mismas mientras se encuentran siendo radiadas
89. modelo manual de los ajustes de configuraci n tambi n proporciona botones para alternar rotaci n o cambio de los bits en el patr n Las l neas para escribir selecci n permite al usuario seleccionar qu l neas para escribir en el puerto digital en el lado de la unidad de NI MyDAQ Las opciones disponibles son 0 3 4 7 y 0 7 Tenga en cuenta que las l neas digitales que se est n escribiendo para el uso del escritor Digital ELVISmx se reservar n mientras que el escritor digital est en funcionamiento y no estar n disponibles para el ELVISmx Digital Reader o cualquier otro programa Para utilizar el escritor Digital ELVISmx y Reader Digital al mismo tiempo utilizar las l neas 0 3 para uno de los instrumentos y las l neas 4 7 de la otra La ca da de patr n de caja en el suelo permite el uso de un manual la rampa 0 255 y alternancia 1 0 La opci n patr n manual emite el patr n dado en la secci n patr n manual cosa que se puede configurar pulsando los interruptores para activar cada bit individual o escribiendo un valor hexadecimal en el control num rico n mero de patr n Mientras que en el modo de patr n manual el bot n cambiar se puede utilizar para cambiar los bits est n escritos por el escritor digital El girar y botones de cambio tambi n se puede utilizar para llevar a cabo el modelo de manual y girar n los bits en la direcci n elegida o desplazar los bits en la direcci n elegida al rellenar con O valo
90. mpo comparando las gr ficas obtenidas del m dulo a lo largo del tiempo P gina 29 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Esto es posible gracias a la comparativa de diferentes curvas I V tomadas en el mismo m dulo y gue est n tomadas bajo las mismas condiciones de radiaci n y temperatura Para medir un panel fotovoltaico y observar su degradaci n a lo largo del tiempo es necesario como hemos comentado realizar mediciones constantes de los mismos bajo las condiciones a las que se encuentran sometidos a diario Este hecho condiciona en la mayor a de los casos que para la realizaci n de estas mediciones el t cnico que las realice deba desplazarse a lugar donde se encuentren instalados los mismos Por norma general las condiciones de instalaci n de los m dulos fotovoltaicos son en el exterior en azoteas o tejados de edificios de dif cil acceso para recibir la mayor radiaci n solar posible dentro de las ciudades o lugares remotos donde se encuentren instalados huertos solares Este hecho condiciona el que sea necesario disponer de un equipamiento de medici n que sea f cilmente transportable y que nos permita realizar mediciones con una precisi n razonable siendo estas las razones principales del estudio de este proyecto P gina 30 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO P gina 31 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS S
91. n cnn 53 3 2 1 1 Mult metro Digital DMM A 54 3 21 2 OscilOSCOPIO SCOPE eszetek A e oke S ba tte e tts 56 3 213 NI ELVISMYXCEGEN coo atar 58 3 2 1 4 Fuente de alimentaci n variable VPS ici A and 60 3 2 1 5 Analizador de Bode BOdE risiedere eeen aine eaaeo aarre oasa a aE aa e E E N EEEE AeL ea EErEE ES 60 3 2 1 6 Dynamic Signal Analyzer DSA c cccsccssceessscssceseseecseeessecsaeecseessaeesseeccaeeeseecsaeesacecueseseeseaeesaeessnesseessneseatens 62 3 2 1 7 Generador de onda arbitraria ARB essesi mrri seia a EEE A NEEN NE EAEI TSE 63 3 2 1 8 Lector Digital Dil iii 65 3 21 9 Escritor Digital DISQUE connect 66 3 2 1 10 Analizador de impedancia IMPedancia cccscccsseeesscesecssecessecsseceseecseeceeessaeeceeseeessaeeseneseaeesseessseeseness 69 3 2 1 11 Analizador de dos hilos de corriente voltaje 2 Cables csceessecssecsssesseecseesseeceneeseesseesseessnseseessesensees 69 3 2 1 12 Analizador de tres hilos corriente voltaje 3 CableS cscccssccesscssseesseeeseeeesecsseecsnecsaeesseessaeeseeessnsessnessnees 69 3 2 2 National Instruments LabVIEW software gr fico de desarrollo oocooccncoccnnoooonncnnoaanncnonanonononanon 70 3 2 2 1 EI Panel Frontal iii a Ae 72 3 2 2 2 Diagrama de BlOQUEST cuina e dd sdusaeiesteadsscoteds 74 3 2 2 3 Uso de Labview para la toma de medidas oocococccocccoconononconnnonnnononononnnonnnonnnnnnn ran nn nn n nro r non rn ran n neon nn ee t e
92. n determinado panel y en unas condiciones de luminosidad y temperaturas constantes la curva queda determinada y el punto concreto sobre dicha curva que representa las condiciones de trabajo del panel quedar fijado para el circuito que alimenta ste Como hemos indicado la intensidad radiante incidente y la temperatura ambiente son las dos variables que m s influencia tienen en la respuesta el ctrica del mismo quedado as determinada cada curva medida sobre el m dulo indicando estas dos variables en su realizaci n El est ndar internacionalmente aceptado para la realizaci n de medidas en paneles fotovoltaicos es de una intensidad radiante de 1000 W m que se conoce como una intensidad de un sol y una temperatura de la c lula de 25 C Estas condiciones se simulan en un laboratorio de ensayo mediante un simulador solar l mparas que emiten un espectro luminoso muy similar al del sol P gina 28 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Como las condiciones de trabajo reales de los paneles una vez instalados difieren a las condiciones de laboratorio se hace necesario conocer las variaciones que pueden producirse para tener en cuenta posibles variaciones Estas variaciones suelen consistir en cambios de la intensidad de radiaci n y cambios en la temperatura a la que se encuentra sometido el panel fotovoltaico Estas variaciones se ven reflejadas de la siguiente forma en una curv
93. ncilla Su rasgo mas caracteristico es que el silicio durante su transformaci n produce un gas que se proyecta sobre la lamina de vidrio obteni ndose una celda color gris oscuro Este tipo de c lulas tienen como ventajas el tener un bajo coste de producci n y tambi n que funcionan con una luz difusa y baja e incluso en d as nublados con poca radiaci n solar pero como desventaja disponen un rendimiento muy bajo de en torno al 6 y decreciente con el tiempo v C lula de silicio monocristalino Estas c lulas generalmente son de un azul uniforme debido a que al enfriarse el silicio fundido se solidifica formando solo un nico cristal de grandes dimensiones que luego se corta en delgadas capas Tienen mejor rendimiento de entorno al 14 y es la tecnolog a m s implementada debido al rendimiento de que disponen con el inconveniente de un coste de fabricaci n m s elevado que la anterior v C lulas de silicio policristalino Las c lulas basadas en silicio policristalino se denominan as debido a que en el proceso de fabricaci n durante el enfriamiento del silicio en un molde se forman varios cristales de forma aleatoria La fotoc lula es de aspecto azulado pero no es uniforme se distinguen diferentes colores creados por los diferentes cristales La principal ventaja de este tipo de c lulas de silicio policristalino es que son m s econ micas de producir que las de silicio monocristalino Otra ventaja es que se impleme
94. nennnnnnncnninennnnnns 37 Conexiones Mult metro NI MyDAQ c cccccsccccsssscceessssecessececsssseceesesecsesseeeceeseceesasseceesaeaeceesseceesea 39 Interior NEMYDAOD cnica alin cel nial Hasek sil ain boreal Rapa ionic dni 43 Programa NI ELVISmx Intrument Laucher ccceceeseeceeseececeeeeeeeseeeececeeeeecesaaeeeceeaaeeeeeneeeeeeaeeeeesaes 53 Subprogramas ELVIS MX scecccsssecessssienchececvevssceddesvi sesveestvecdsboacedsinesoessaeuesssteaecssltadesacdesveotadeesaanevests 54 Multimetro digital ccoo td Naes 55 Conexi n Mult metro medici n Voltaje coocconocccoccnononnconnnononnnon ccoo nnnnon cono nnnonr nono nn non nn cnn nono nncnnnos 56 Conexi n Mult metro medici n Corriente oooooconcnoncnoccnoccnononononncnnnononononono conc ee t tet ee t tet t teee 56 Funci n OscilOSCOPIO sasinen aa a a a aa ai SE EE r RASER 57 Generador de TUNCIONCS sss es sz cee etes enn s k dotan z btk el se made ein ek t ke n k e ariana aa z ek k rasak ei arii rakaa 59 Analizador BOOS rios iii iaa idas 61 P gina 7 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Ilustraci n 22 Ilustraci n 23 Ilustraci n 24 Ilustraci n 25 Ilustraci n 26 Ilustraci n 27 Ilustraci n 28 Ilustraci n 29 Ilustraci n 30 Ilustraci n 31 Ilustraci n 32 Ilustraci n 33 Ilustraci n 34 Ilustraci n 35 Ilustraci n 36 Ilustraci n 37 Ilustraci n
95. nnranrnnannannnnnrranennnss 4 V us Precisi n de SiNcCroniZaCci Nicanor iii ic ii 100 ppm Precisi n d PESGIUCI Ni A A AA AA ad aes eles Tas 10 ns Protecci n OVER VB anni 16 V hasta AGND M ximo voltaje de arranQue ooccoccccncconcnnnnncncnnnnnronnnncnnnnnnnanrnnnnnancnnnos 110 mV Tama o Salida FIFO ccceceeee eee ee eee eee eee eens eee ee ee eeeeeeeeaes 8 191 ejemplos 3 1 7 3 Entradas Salidas Digitales Y Y N mer de TINGS rta li li dia 8 DIO lt 0 7 gt Control de direcci n ococcoccococnncccnnnnnnnnnnnnncnnonononons selecci n individual por l nea Modo de actualitaci na as Software timed Resistencia PuUll dOWN ooocccccccccccnconnnccnccnnnccnncnnnnnnnnnnnnnrnn ene nett nena teenies 75 KQ Nivel LOCO osicnntarinda bici 5V LVTTL entrada y 3 3V LVTTL salida MAA ca E pias 2 0 V MEMI Ke s t tet O O NT 0 8 V M xima corriente de salida por l nea ssssss eeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeees 4 mA 3 1 7 4 Contador de prop sito general v Numero de CONntadores 2 cece een eee eee nena nena neta eee 1 M RES OMI GION POPE ROMER ae aoe jen faye Szelek ele EE tan Aa 32 bits Y Base de reloj internos cece cece eee eee ree keze et k e ze eee nena eae 100 MHz E PC ON di A A AA AAA AAA 100 ppm P gina 46 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO y MAXIMO D LS scada A AAA AS AA A 1 MS s Y Default routing CTR O SOURCE
96. ntan mejor en los m dulos fotovoltaicos por su construcci n y tienen una eficiencia de conversi n ptima Su principal inconveniente es que tienen un rendimiento menor que las c lulas de silicio monocristalino y un tambi n disponen de un bajo rendimiento en condiciones de iluminaci n baja Este tipo de c lulas son las m s implementadas actualmente debido principalmente a los rendimientos que alcanzan y a su mayor facilidad de implementaci n en m dulos fotovoltaicos P gina 23 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO A continuaci n se muestra una imagen de un mini panel de silicio policristalino donde se pueden observar los diferentes cristales que forman cada una de las 8 c lulas conectadas en serie Ilustraci n 4 C lula de silicio policristalino v C lula dobles Consisten en el acoplamiento de forma consecutiva de dos c lulas individuales de diferente tipo Mediante esta combinaci n de dos c lulas se optimiza el espectro gue puede recibir la c lula al mismo tiempo pues se solapan mejorando el rendimiento en comparaci n con las c lulas individuales separadas sean amorfas cristalinas o policristalinas Como ventaja tienen una alta sensibilidad en un amplio rango de longitudes de onda y un excelente rendimiento pero con el inconveniente de alto costo debido a la superposici n de dos c lulas v C lula multiuni n P gina 24 SISTEMA POR
97. ntrol Labview Se puede construir el panel frontal con controles e indicadores que son los medios de entrada y terminales de salida del VI respectivamente Los controles son botones diales y otros dispositivos de entrada Los controles simulan dispositivos de entrada del instrumento y suministran datos al diagrama de bloques de la VI Los indicadores son los gr ficos LEDs y otras pantallas Los indicadores simulan instrumentos dispositivos de salida y entregan los datos que el diagrama de bloques adquiere o genera Se pueden configurar los controles del panel frontal o indicadores para que aparezcan como icono o como diferentes tipos de terminales de datos en el diagrama de bloques De forma predeterminada los objetos del panel frontal aparecen como terminales icono P gina 73 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 3 2 2 2 Diagrama de Blogues El diagrama de blogues es donde se agrega el c digo de programa utilizando representaciones gr ficas de funciones para controlar los objetos del panel frontal Es el programa propiamente en si donde se crean y definen las funciones gue realizara el programa Para la realizaci n de un programa se van colocando VI gue realizan una determinada funci n y se interconectan entre s con otros Vis de forma gr fica mediante hilos de interconexi n Por su parte el diagrama de blogues de cada objeto contiene el c digo en el que se describen
98. o o una vez Esta secci n tambi n tiene bot n de parada y un enlace a la secci n de ayuda para el generador de la funci n en l NI ELVISmx ayuda 3 2 1 8 Lector Digital Digi n El Lector Digital de ELVISmx NI Digln lee los datos digitales de las l neas digitales en l NI MyDAQ El lector digital puede leer de cuatro a ocho de las l neas digitales a la vez 13 Digital Reader NI ELVISmx Configuration Settings Lines to Read 4 7 Instrument Control Device Acquisition Mode myDAQ1 NI myDAQ Run Continuously Help Ilustraci n 24 Lector Digital La pantalla Digital Reader muestra los estados de la l nea de las entradas digitales se leen de la NI MyDAQ Cada uno de los ocho indicadores LED estado de l nea se enciende azul brillante si la l nea est leyendo es alta entre 2 V y 5V o se apaga azul oscuro si la l nea es baja entre O V y 0 8 V La pantalla tambi n le da el valor num rico del puerto digital se est leyendo Es necesario tener en cuenta que el valor num rico se da en representaci n hexadecimal y que un d gito hexadecimal representar l neas 4 7 y un segundo d gito representar l neas 0 3 Si se leen s lo cuatro l neas del puerto digital a continuaci n el valor P gina 65 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO num rico ser un solo car cter hexadecimal calculado a partir de s lo las 4 l neas digit
99. o de funcionamiento de una c lula solar consiste en la generaci n de una diferencia de potencial cuando esta se encuentra conectada a una carga y est siendo iluminada por una radiaci n solar Esta diferencia de potencial en los extremos de la carga hace circular por la misma una corriente debido al principio del efecto fotovoltaico A continuaci n se puede observar una imagen de un mini panel solar de silicio policristalino P gina 21 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Ilustraci n 3 Mini panel Solar formado por 8 c lulas de silicio en serie La corriente entregada a una carga por una c lula solar es el resultado neto de dos corrientes internas que se oponen y que son v Corriente de iluminaci n Corriente debida a la generaci n de portadores que produce la iluminaci n v Corriente de oscuridad Corriente debida a la recombinaci n de portadores que produce el voltaje externo necesario para poder entregar energ a a la carga 2 2 1 Tipos de c lulas solares A continuaci n se hace una breve descripci n de los diferentes tipos de c lulas solares existentes en la actualidad v C lulas de silicio amorfo P gina 22 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Estas c lulas fueron las primeras en ser manufacturadas ya que se podian emplear los mismos m todos de fabricaci n de diodos y su fabricaci n era relativamente se
100. o un nico sistema de medici n siendo necesarios los siguientes elementos gue permiten la integraci n del sistema 4 1 Programa de medici n dise ado en LabVI EW Una vez dise ado el sistema de medici n para la medici n de la curva I V implementamos el siguiente programa que permitir al sistema de medici n el control del sistema de adquisici n la realizaci n de mediciones y su posterior procesado Este programa de medici n es realizado sobre el lenguaje de programaci n grafico LabVIEW con el siguiente c digo P gina 87 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO J00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 CAMBIO DE POSICION DEL BOTON DE LA CARGA VARIABLE PULSA OK DESPU S CAMBIAR LA POSICI N DEL BOTON DE CARGA VARIABLE J0 0000000000 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 P gina 88 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Este VI permite generar la Curva I V y exportar los ficheros a un archivo Excel Build Build Path Ep ale maT a pe fT 1 get Path g as ficheros Voltage and Kurre HE HE Ilustraci n 33 Programa dise ado en LabVI EW P gina 89 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Como hemos indicado antes la estructura de un programa LabVIEW es secuencial de forma que lo que primero se ejecuta es
101. ones de curvas l V Establece un barrido de mediciones de 0 a 5 Voltios con variaciones de 0 3 V entre medici n y medici n obteniendo la corriente que circula por la c lula para esa determinada corriente 6 3 Conexionado de elementos Para el conexionado de elementos se utiliza el bus trasero del equipamiento Keithley que dispone de m ltiples salidas Para la medici n de la curva l V se utilizara una conexi n de dos hilos que conectara directamente el bus trasero del equipamiento Keithley con la c lula solar P gina 121 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 6 4 Obtenci n de mediciones Una vez configurado el eguipamiento arrancado el programa y conexionados los elementos comenzamos con la realizaci n de mediciones a trav s del programa TSB File Edit Navigate Segrch Project Run 5 Window Help mie ol OrQ m BH TSP 5 TSP Debug F Medicion Curva I V Keithley 2601 tsp 3 Allo 2 Sia local reading v on TODO turn autozero off later orr reading i reading v 1l fori print Voltage V Current 2 forr i 0 5 0 1 do smua source levelv i reading smua measure i smui urce levely 4 reading smua measure v reading v reading print reading v reading 1 Es instru fei Tests JASRLIZINSTR 11 5003 0 2731 1 6003 0 27283 1 7003 0 27257 0 27173 0 2719 0 27239 02127 0 27188 0 27155 0
102. ontrolara la medici n de las curvas I V procedemos al conexionado de los distintos elementos que configuraran el sistema de medici n La medici n de la curva I V requiere en l NI MyDAQ la medici n de dos entradas anal gicas que realizaran de forma simult nea las mediciones de corriente y la tensi n sobre el mini m dulo fotovoltaico Para la medici n de tensi n se utilizaran las entradas anal gicas AO y AO Estas entradas est n conectadas directamente sobre la carga variable y realizaran una medida de tensi n diferencial sobre la misma La segunda entrada anal gica es una entrada de corriente Los canales anal gicos del MyDAQ son capaces de realizar mediciones tanto de entrada como de salida de corriente anal gica pero no se pueden utilizar debido a que estos ya se est n implementando para la medici n de se ales de tensi n Para poder realizar la medici n de corriente utilizamos las entradas del mult metro digital como segunda entrada anal gica para la medici n de corriente A continuaci n se puede observar una imagen con el conexionado del equipamiento para la realizaci n de la prueba P gina 96 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO y Entrada AO Resistencia Entrada A0 Variable DMMHI DMM COM Ilustraci n 42 Conexionado medici n MyDAQ Como se puede observar en la imagen anterior se conecta las entradas anal gicas A0 y AO a la resisten
103. orciona para la medici n de curvas I V una operaci n de cuatro cuadrantes En los primer y tercer cuadrantes opera como fuente entregando la potencia a una carga En los cuadrantes segundo y cuarto opera como un sumidero disipando la energ a interna La tensi n corriente y la resistencia puede ser medidas durante las fases de fuente o sumidero de operaci n P gina 113 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 40V 35V 20V 6V OV 6V 20V 35V 40V Ilustraci n 51 Ciclos de operaci n Keithley 6 1 1 Especificaciones t cnicas Keithley 2601 A continuaci n se indican las especificaciones t cnicas del equipamiento 0 02 250uV 0 02 400uV 0 02 1 8 mV Pagina 114 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 40 V 500uV 0 02 12mV Tabla 13 Precisi n tensi n fuente alimentaci n Keithley 2601 0 06 100pA 0 03 800pA 0 03 5nA 0 03 60nA 0 03 300nA 0 03 6uA 0 03 30uA 0 05 1 8mA 0 06 4mA 0 05 40mA Tabla 14 Precisi n corriente fuente de alimentaci n Keithley 2601 P gina 500uV 115 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 0 015 150uV 0 015 200uV 0 015 1mV 100uV 0 015 8mV Tabla 15 Precisi n medici n tensi n Keithley 2601 0 05 100pA 0 025 500pA 0 025 1 5nA 0 02 25nA
104. orno de desarrollo Pentium 4 M o equivalente 1024 x 768 pixeles Windows 8 7 Vista 32 bits y 64 bits Windows XP SP3 32 bits Windows Server 2003 R2 32 bits Windows Server 2008 R2 64 bits 3 67 GB Incluye controladores predeterminados del DVD de Controladores de Dispositivos de NI Tabla 6 Especificaciones LabVIEW para SO Windows Procesador Sistema Operativo MAC OS X Entorno de pruebas Procesador basado en Intel Pagina Entorno de desarrollo Procesador basado en Intel 78 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Memoria RAM Resoluci n de 1024 x 768 p xeles 1024 x 768 p xeles pantalla Sistema A Mac OS X 10 7 o 10 8 Mac OS X 10 7 o 10 8 operativo 1 2 GB para la instalaci n Espacio en completa excluyendo disco controladores Tabla 7 Especificaciones LabVI EW para MAC OS X Sistema Operativo Linux ie Entorno de pruebas Entorno de desarrollo Pentium III Celeron 866 MHz o l Procesador f Pentium 4 M o equivalente equivalente Memoria RAM Resoluci n de 1024 x 768 p xeles 1024 x 768 p xeles pantalla Linux kernel 2 2x 2 4x 2 6x o 3 x y GNU C Library glibc Red Hat Enterprise Linux Sistema Versi n 2 4 4 para la Desktop Workstation 5 o 6 operativo arquitectura Intel x86 open SUSE 11 4 0 12 1 0 Scientific Linux 6 La Gu a de Instalaci n de LabVIEW omite de un modo P gina 79 S
105. po necesario para el desarrollo de la estaci n de prueba instalaci n y mantenimiento mientras que tambi n reduce costes al no ser necesario dos equipos para la medici n uno como fuente de alimentaci n y otro como medidor Esto simplifica el proceso de la prueba en s eliminando muchos de los complejos problemas de sincronizaci n y conexi n asociados con el uso de m ltiples instrumentos Pese a ser un equipo de laboratorio su integraci n permite disponer de un equipamiento de tama o reducido P gina 111 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Al igual que otros instrumentos de este fabricante el equipamiento 2601 dispone de interfaz de enlace para su gesti n y monitorizaci n que proporciona la comunicaci n con muchos de otros instrumentos de Keithley conectando entre s varios sistemas Para la realizaci n de mediciones dispone de diferentes soluciones de barrido Puede realizar tres formas b sicas de barrido o programar una nica medici n o una operaci n continua lo cual es ideal para la caracterizaci n de curvas l V Los diferentes tipos de barrido que puede realizar son v Barrido Lineal Escalera Este barrido realiza mediciones desde el nivel principal en pasos lineales iguales v Barrido logar tmico Escalera Realiza mediciones en una escala logar tmica con un n mero especificado de pasos por d cada Y Barrido personalizado Permite la construc
106. puesto de coste del material para la implementaci n de un sistema port til de medida de dispositivos sometidos a ensayos en campo como el empleado en este este proyecto fin de carrera Presupuesto sistema portatil de medicion Equipamiento Precio Unitario Precio Total NI MyDAQ 1100 00 Software Labview 2630 00 Horas de trabajo 3000 00 TOTAL 6919 60 Tabla 25 Presupuesto sistema port til de medici n Se indican nicamente los costes para la implementaci n de un dispositivo P gina 143 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO P gina 144 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 10 MANUAL DE USUARIO A continuaci n se indica el manual de usuario para la utilizaci n del equipamiento en la medida de dispositivos sometidos a ensayos en campo 1 En un ordenador personal con software Labview instalado ejecutar el programa Medici n Curva l V PFC Pablo Ramirez vi Front Panel File Edit View Project Operate Tools Window Help D OIE 15pt Application Font Bo dor dir Curva I V Voltaje Corriente po j 0 Voltaje Corriente 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Veltaje 0 se 7 HARI 2 Realizar el conexionado del equipamiento seg n se indica en la figura siguiente P gina 145 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYO
107. r cuando se ejecuta la salida de barrido La secci n de configuraci n de Control de Instrumentos del generador de funci n permite al usuario seleccionar qu dispositivo y la ruta de se al que utilizan para emitir una se al y si les gustar a correr continuamente o para dar salida a una se al con la configuraci n del barrido de frecuencia a partir de los ajustes de barrido secci n del panel frontal 3 2 1 4 Fuente de alimentaci n variable VPS El ELVISmx Fuente de alimentaci n variable NI VPS permite una tensi n de salida del 0 al 12 V en la fuente de alimentaci n y un voltaje de O a 12 V de la fuente de alimentaci n El VPS tambi n permite un barrido de salidas de tensi n entre los dos empiezan preestablecido y tensiones de parada El VPS no est soportado por NI MyDAQ 3 2 1 5 Analizador de Bode Bode l NI ELVISmx Analizador de Bode Bode produce un diagrama de Bode para el an lisis de se ales La funci n completa analizador de Bode crea la trama mediante la combinaci n de la funci n de barrido de frecuencia del generador de funciones y la capacidad de entrada anal gica de la NI MyDAQ P gina 60 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 13 Bode Analyzer NI ELVISmx Start Frequency 100 00 Hz Stop Frequency 10 00k Hz Steps 5 gt per decade Op Amp Peak Amplitude Signal Polarity 2 00 4 Normal y Sraph Settings Mapping Logarit
108. raci n 16 Mult metro digital Mediante este programa se podr n realizar mediciones de mult metro con los siguientes rangos estar n disponibles para cada instrumento Y Y Y Tensi n Continua 60 V 20 V 2 V y 200 mV Tensi n Alterna 20 V 2 V 200 mV Corriente CC 1 A 200 mA 20 mA Corriente CA 1 A 200 mA 20 mA Resistencia 20M Q 2 M Q 200 Q k 20 k Q 2k Q 200 Q Diodo 2 gama V Continuidad P gina 55 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Cuando la casilla de verificaci n est activada todas las mediciones posteriores se hacen con respecto a la medici n realizada Los valores para el DMM se almacenan en la memoria hasta gue el instrumento est cerrado La imagen de conexiones Jack banana cambia seg n el tipo de medici n gue se realice indicado el tipo de conexi n necesaria para la realizaci n de la medici n seleccionada Para mediciones de voltaje resistencia diodo y continuidad de las mediciones la ventana conexiones Jack banana muestra el siguiente estado Banana Jack Connections HI COM HI Ilustraci n 17 Conexi n Mult metro medici n voltaje Para mediciones de corriente la ventana conexiones Jack banana muestra el siguiente estado HI COM HI Ilustraci n 18 Conexi n Mult metro medici n corriente La secci n de Control de Instrumentos del DMM permite al usuario seleccionar el dispositivo a utilizar realizar una m
109. res desde el extremo opuesto El patr n de rampa cambia continuamente las salidas digitales contando a partir de O Si se utilizan todos los 8 bits el patr n ser contar hasta 255 Si s lo se utilizan los bits 4 el patr n ser contar hasta 16 antes de comenzar de nuevo a 0 El patr n alterna 1 0 se alternar de 1 y O por medio de los bits de la salida y luego alternar los bits de una vez Esto da lugar a los bits se emiten el valor hexadecimal A seguido por el valor 5 en cada uno de los 4 bits del puerto digital Si el escritor Digital se est ejecutando de forma continua los bits continuar n alternar entre las salidas hexadecimales de A y 5 P gina 68 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO EI patr n de la marcha de 1 comenzar con todas las l neas digitales son iguales a cero excepto el d gito menos significativo El escritor Digital se desplazar el verdadero valor solo del d gito menos significativo hacia la l nea de un d gito m s significativo a la vez La secci n de configuraci n de control de instrumentos del Escritor digital permite al usuario seleccionar qu dispositivo estan los valores digitales de salida y si les gustaria generar una muestra o una generaci n contin a Tenga en cuenta que independientemente del modo de generaci n la salida de la NI ELVISmx escritor Digital se quedar en la NI MyDAQ hasta que se genera otro patr n las l neas dig
110. rutinas 3 2 2 3 Uso de Labview para la toma de medidas Uno de los beneficios mas grandes de usar Labview para personalizar la funcionalidad y visualizaci6n de un sistema de medidas es su alto grado de manejabilidad La realizaci n de medidas es un proceso manualmente costoso lento y propenso a errores Si aplicamos los sistemas definidos por software para la realizaci n de las mismas vemos que estas se realizan r pidamente consistentemente y de forma continuada La ventaja del software LabVIEW es que ofrece una sola interfaz de programaci n para los dispositivos resultando as una completa integraci n de hardware y software De esta forma es posible automatizar medidas desde varios dispositivos analizar datos en paralelo con adquisici n y crear reportes personalizados Otra de las ventajas de LabVIEW es que permite abstraerse de gran parte de la complejidad administrativa de la programaci n como la asignaci n de memoria y la sintaxis del lenguaje Las bibliotecas integradas de software espec fico para ingenier a permiten la adquisici n an lisis control y compartir datos permitiendo la realizaci n de programas sencillos por parte de cualquier tipo de usuario con unos m nimos conocimientos de programaci n Al disponer de muchos componentes software predise ados no es necesario crear el sistema de mediciones desde cero pues se pueden usar las funciones integradas de LabVIEW Express y programas ejemplo Las funciones
111. s button to add more channels to the task Timing Settings Acquisition Mode N Samples Ilustraci n 37 VI medici n de tensi n Este VI toma la tensi n diferencial entre las dos entradas anal gicas Para obtener una medici n mas precisa se toman 20 mediciones cada vez y se realiza una media de las mismas como se puede observar en la siguiente imagen del programa Pagina 92 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO aa i Ilustraci n 38 Bucle de medidas Una vez tomada la medici n de tensi n el programa procede con la medici n de corriente Esta medici n se realiza a trav s del Multimetro digital incorporado en el MyDAQ con lo que el programa proceder a llamar al VI dise ado para ello y que se expone a continuaci n P gina 93 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Of NI ELVISmx e Qi Al gt Undo Run Run Once Show Help Configuration Instrument Control Device myDAQ1 Measurement Settings Measurement Function DC Current Banana Jack Connections Mode DMM an I com gt A Null Offset Ilustraci n 39 VI medici n de corriente Una vez realizada la medici n de la corriente el programa finaliza el bucle y retorna al principio para comenzar de nuevo repiti ndose este doce veces una por cada valor de la resistencia variable Una vez
112. s de laboratorio Es un dispositivo capaz de realizar mediciones de tensi n y corriente pero tambi n es una fuente de alimentaci n en CC Con una precisi n relativa 1uV 20V y 10 pA 1A como fuente de alimentaci n como mult metro es capaz de realizar mediciones con 6 d gitos y medio P gina 110 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Sus principales caracter sticas como fuente de alimentaci n radican en el bajo ruido la precisi n y la colaci n mientras gue como mult metro destaca en su alta capacidad de repetici n y bajo ruido En funcionamiento puede actuar como un fuente de tensi n una fuente de corriente un medidor de tensi n un medidor de corriente y un hmetro A continuaci n se muestra una imagen del eguipamiento KEITHLEV 26018 SYSTEM SourceMeter 9 A RANGE gt 0 oo y E Dre a um K aur RANGE outeut Pa e SN A 7 Onor Ilustraci n 50 Equipo Keithley 2601 El equipamiento dispone de una salida de 20 V y 1A lo que permite la caracterizaci n de las curvas I V en la medici n de eficiencia de las c lulas fotovoltaicas siendo esta una de las principales funcionalidades para las que ha sido dise ado Al incluirse en un nico equipo fuente de alimentaci n y equipamiento de medici n ofrece una variedad de ventajas sobre los sistemas configurados con instrumentos de origen y de medici n distintos pues reduce al m nimo el tiem
113. s to Write 0 3 A Pattern Manual Manual Pattern Lines Action Direction Toggle Rotate shift Left x Instrument Control Device Generation Mode myDAQ1 NI myDAQ Run Continuously y Ilustraci n 25 Escritor Digital l NI ELVISmx escritor Digital permite que los datos digitales que se escriben en las l neas digitales NI MyDAQ La pantalla escritor Digital muestra los estados de l nea de salidas digitales que se producen desde el MyDAQ NI Cada uno de los ocho indicadores LED estado de l nea se enciende azul brillante si la l nea est escrita es alta 3 3 V o se apaga azul oscuro si la l nea es baja 0 V La pantalla tambi n le da el valor num rico del puerto digital est escrito Tenga en cuenta que el valor num rico se da en representaci n hexadecimal y que un d gito hexadecimal representar l neas 4 7 y un segundo d gito representar l neas 0 3 Si tan s lo cuatro l neas del puerto digital se escriben entonces el valor num rico ser P gina 67 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO un solo car cter hexadecimal calculado a partir de s lo las 4 l neas digitales que se utilizan Los ajustes de configuraci n para el Escritor Digital ELVISmx incluyen entradas para la selecci n de las l neas digitales gue escribir gu tipo de patr n para la producci n y gu modelo de manual para usar Cuando se utiliza un
114. stem For Devices Under Field Tests is a project undertaken for the development and evaluation of portable and reliable measurement equipment which allows the realization of I V curve measurements in field conditions actual operation Since the purpose of this final project is to obtain a system for conducting field measurements in the implementation of the project will have as main design requirements for size power supply system weight plus reliability and precision relative to the taking of measurements During the development of this project and given the above requirements portability and reliability has sought to offer a compromise designing equipment that is achievable that meets the above objectives with a cost that is not high and the feature that available management facility that allows any user to use it The final system is designed based on the acquisition device MyDAQ NI data that allows the execution of multiple types of measurements Based on this data acquisition device we have designed a measurement system with an architecture that is implemented via a laptop with measurement software installed that collects and interprets data and feeds and controls the device through the USB port The system also implements a variable load which allows measurement of the I V curve lighting photovoltaic cells This design allows performing measurements of I V curves in lighting field is only required to connect the device to purchase
115. t pico 100 mW m nimo Para calcular el consumo de energ a total de las fuentes de alimentaci n es necesario multiplicar la salida tensi n por la corriente de carga para cada l nea de voltaje y sumarlas todas juntas Para el consumo de potencia de salida digital es necesario multiplicar 3 3 V por la corriente de carga Para el consumo de energ a de la salida anal gica se multiplica 15 V por la corriente de carga La salida de audio resta del total de energ a 100 mW 3 1 5 Mult metro Digital El MyDAQ dispone de un mult metro digital incorporado que proporciona las funciones para la medici n de tensi n CC y CA corriente CC y CA la resistencia y la ca da de tensi n del diodo Las mediciones del mult metro digital son temporizadas por software por lo que las tasas de actualizaci n de las mediciones pueden verse afectadas por la carga de CPU del ordenador al que se encuentre conectado por USB 3 1 6 Sustituci n del fusible en NI MyDAQ El MyDAQ dispone de un fusible para proteger el dispositivo de una sobrecorriente a trav s de la entrada HI A Para detectar si el fusible se ha roto nicamente ser necesario comprobar que la lectura en modo lector de corriente es siempre 0 A Otra forma de comprobar que el fusible est fundido es utilizar un cable de conexi n banana que puentee la conexi n y que conecte los terminales HI V y HI A del DMM Una vez puenteados mediante el programa NI ELVISmx mult metro dig
116. tivamente precisa y de bajo costo que permita realizar un seguimiento del ensayo en campo con un sistema de precisi n y exactitud adecuadas aunque en cualquier caso inferiores a la exactitud y precisi n que se obtienen con un equipo de caracterizaci n de semiconductores en las condiciones ideales del laboratorio Dadas unas necesidades de mediciones fiables sobre paneles y c lulas fotovoltaicas en campo el objetivo de este Proyecto Fin de Carrera PFC es el de proceder al estudio y cualificaci n de un sistema de instrumentaci n port til que permita por un lado la medida de dispositivos en campo con una precisi n y exactitud lo m s pr xima posible a los equipos de medida de laboratorio y por otro lado que consista en un sistema port til f cilmente transportable por el t cnico que realice las mediciones y almacene los datos obtenidos para su posterior estudio Durante el desarrollo de este PFC se estudiara e implementar un sistema port til de mediciones de mantenimiento de calidad curva I V en iluminaci n de dispositivos fotovoltaicos c lulas o mini paneles y se realizaran sobre el mismo las comprobaciones y mediciones necesarias que permitan poder verificar la calidad de la instrumentaci n P gina 14 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO port til para su uso en las mediciones de campo para el estudio de degradaci n y fiabilidad en campo de los paneles fotovoltaicos
117. tramos con dos elementos bien diferenciados 3 2 2 1 El Panel Frontal El panel de control es en la interfaz donde el usuario interactuara con el programa y donde se encuentran las representaciones graficas de las mediciones y se utiliza cuando el usuario necesita interactuar con el programa que se est ejecutando En l panel frontal los usuarios pueden observar las variables que va ofreciendo el programa y que se actualizan en tiempo real Es en esta interfaz donde se definen los controles que se usan como entradas que pueden ser de diferentes tipos y tambi n los indicadores que se definen como salidas y que suelen ser salidas de datos o gr ficas P gina 72 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO En el panel frontal encontraremos todo tipo de controles o indicadores donde cada uno de estos elementos tiene asignado en el diagrama de blogues una terminal es decir el usuario podr dise ar un proyecto en el panel frontal con controles e indicadores donde estos elementos ser n las entradas y salidas que interactuaran con la terminal del VI PFC_Pablo_Ramirez vi Front Panel File Edit View Project Operate Tools Window Help gt ae I 15pt Application Font For Gor Mr hr Voltaje Corriente pi Voltaje TERA a BRET ER ORE TRT PRD SY TE eR a Ta Te ae 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 eal HAR Ilustraci n 28 Panel de Co
118. truments Inc 2000 2010 Eclipse contributors and others All Rights Reserved 0 Java and all Java related trademarks and logos are trademarks or registered trademarks of Sun Microsystems Inc in the U S other countries or both Visit www eclipse org platform This product includes software Dramatically reduced SW development developed by the time for high speed test systems Apache Software Foundation www apache org Ilustraci n 52 Programa Test Script Builder de Keithley Este programa dispone de los siguientes requisitos Hardware Y Pentium III 800 MHz o mejor clase PC v 200 Mbytes de espacio libre en disco Y Puerto serie RS 232 El programa Test Script Builder puede instalarse en los Sistemas Operativos compatibles v Windows XP Professional Service Pack 2 o posterior v Windows 2000 service pack 4 o posterior 6 2 1 Instrucciones del software A continuaci n es necesario cargar en el PC a trav s del programa Test Scrip Builder de Keithley Pagina 119 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO tsbb P A Cut n Window Heip HET 4 190 1 KE2450_Sweepl Meas TI 2450_Sweepl_ MeasV tsp Sweep I Meas V View This Fi 15 KE2602Demo_ASimpleTest TM main tsp 15 KE2602Demo_BJT_Fast ff BiTFasttsp Project location directory must be specified Project name El Use default locati 14 he integration aperture set from 0 001 to 25 0 001 RARIS
119. truments ELVSmx Para el control del sistema de adquisici n de medidas NI MyDAQ a trav s de un ordenador personal es necesaria la instalaci n del software NI ELVSmx Este software instala los controladores del dispositivo y permite la realizaci n de mediciones mediante la utilizaci n de instrumentos software basados en Labview y dise ados para la toma de mediciones p NI ELVISmx Instrument Launcher 2229025952252 DMM Scope FGEN VPS Bode DSA ARB Digin DigOut Imped 2 Wire 3 Wire Resources My Files a tal Data Logger Measure and record data over time Log the data to a spreadsheet file that can be opened with Microsoft Excel Customize the instrument in NI LabVIEW DC Level Output Generate a DC voltage from the Analog Output channel Vary the output voltage between 10 volts and 10 volts Customize the instrument in NI LabVIEW Digital Waveform Viewer Measure Digital Inputs on up to eight digital lines NI ELVIS II Series only Customize the instrument in NI LabVIEW Audio Equalizer Develop an audio equalizer to adjust the bass midtone and treble of a song Customize the instrument in NI LabVIEW 8 Channel Oscilloscope Measure up to eight channels using the oscilloscope NI ELVIS II Series only Customize the instrument in NI LabVIEW Ilustraci n 14 Programa NI ELVI Smx I ntrument Laucher El programa NI ELVISmx se instala sobre un ordenador personal y permite el acceso a subprogra
120. ual de los materiales que componen una c lula solar en la actualidad suele ser principalmente de silicio cristalino Consisten en una simple capa con uni n diodo P N capaz de generar energ a el ctrica a partir de la radiaci n recibida de fuentes de luz con longitudes de onda similares a las provenientes del Sol La eficiencia obtenida actualmente por las c lulas comerciales producidas a partir de silicio cristalino se encuentran alrededor del 14 variando seg n la tecnolog a utilizada desde el 6 de las c lulas de silicio amorfo hasta el 14 22 de las c lulas de silicio monocristalino Tambi n existen Las c lulas multicapa normalmente de arseniuro de galio que alcanzan eficiencias de hasta el 30 Actualmente esta es la tecnolog a dominante en la producci n comercial aunque se est n desarrollando muy r pidamente estudios para la implementaci n de c lulas solares con mayor rendimiento encontr ndose en pruebas de laboratorio c lulas fotovoltaicas multiuni n con eficiencias del 43 en nuevos paneles experimentales La vida til media a m ximo rendimiento de una c lula solar de construcci n actual se sit a en torno a los 25 a os per odo a partir del cual la potencia entregada comienza a disminuir por debajo de un valor considerable Este hecho hace que sea necesario monitorizar el comportamiento de los m dulos fotovoltaicos en el tiempo estudiando as su rendimiento a lo largo del tiempo El principio b sic
121. uario la utilizaci n del mismo El sistema final dise ado est basado en el dispositivo de adquisici n de datos MyDAQ de National Instruments que permite la realizaci n de m ltiples tipos de mediciones En base a este dispositivo de adquisici n de datos se ha dise ado un sistema de medici n con una arquitectura que se implementa a trav s de un ordenador port til con un software de medici n instalado que recopila e interpreta los datos y que alimenta y controla al dispositivo a trav s del puerto USB El sistema tambi n implementa una carga variable que permite la medici n de la curva I V en iluminaci n de c lulas o mini paneles fotovoltaicos Este dise o permite que para la realizaci n de las mediciones de las curvas I V en iluminaci n en campo s lo se requiera conectar el dispositivo de adquisici n a un PC port til con bater a y a la carga variable Aunque este dise o es espec fico para la medici n de c lulas solares se ha implementado de forma que pueda extrapolarse f cilmente a otro tipo de medici n de tensi n y corriente Para la comprobaci n de la precisi n del sistema port til de medidas durante el proyecto se ha procedido a la comparaci n de los resultados obtenidos del sistema RESUMEN dise ado con un equipo de caracterizaci n en laboratorio Dicho sistema de alta exactitud permite cuantificar la degradaci n real de la c lula y establecer una comparaci n de mediciones con el sistema port ti
122. uency Step Step Interval 100 Hz 1k Hz 100 gt Hz 1000 ms Instrument Control Device Signal Route myDAQ1 NI myDAQ y AO0 Run Sweep ESE Ilustraci n 20 Generador de funciones La secci n de configuraci n de la forma de onda del generador panel frontal suave funci n ofrece tres tipos de formas de onda para elegir y proporciona la frecuencia ciclo de trabajo de amplitud DC offset y los ajustes de tipo de modulaci n Los tres tipos de forma de onda se pueden seleccionar haciendo clic en los iconos de la onda de se al onda triangular o rectangular La frecuencia amplitud y de compensaci n de CC de la se al se puede cambiar moviendo el bot n de control correspondiente o introduciendo directamente el valor deseado en el control por debajo de la perilla de control El ajuste del ciclo de trabajo s lo est disponible para la salida de onda cuadrada El control de tipo de modulaci n permite la selecci n de la frecuencia o modulaci n de amplitud pero no est disponible con l NI MyDAQ Los ajustes de barrido del generador de funciones ELVISmx permiten pararla frecuencia de la se al de salida para ser cambiada cuando se ejecuta la salida de barrido P gina 59 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Al dar los valores de la frecuencia de inicio frecuencia de parada y paso se puede definir qu frecuencias ser n de salida y el n mero de pasos que hab
123. un dispositivo de medici n de laboratorio supone realizar una comparativa en clara desventaja para el equipamiento de mediciones port til debido principalmente a que el equipamiento de laboratorio al disponer de alimentaci n ilimitada y no tener limitaci n de volumen y peso dispone de una implementaci n que ante cualquier comparativa puede ofrecer resultados de una elevad sima mayor precisi n no siendo esa comparativa la buscada en este proyecto pues se busca una soluci n de compromiso que permita disponer de un equipo de campo sin alimentaci n ilimitada y con un peso y tama o limitados al m ximo pero que a la vez realice unas mediciones lo m s precisas posibles De lo anterior necesitamos m s que realizar una comparativa de resultados pues es obvio que el equipamiento de la laboratorio ofrecer mejores resultados sino m s bien realizar un contraste de resultados para conocer la precisi n de nuestro equipamiento de medici n port til y poder confirmar su utilizaci n como equipo de medici n port til Dicho esto a continuaci n realizaremos de nuevo y bajo las mismas condiciones de radiaci n y temperatura las mediciones de las curvas I V sobre las mismas c lulas solares anteriores pero esta vez utilizaremos el equipamiento de laboratorio Keithley 2601 6 1 Equipamiento de laboratorio Keithley 2601 El equipo Keithley 2601 SourceMeter es un modelo de medici n dise ado espec ficamente para la realizaci n de medicione
124. va mediciones sobre C lula Sobrecalentada en dos instantes del ensayo de envejecimiento Como prueba a adida de que la instrumentaci n de medici n dise ada es eficaz se ha procedido a evaluar la evoluci n de degradaci n de una c lula concretamente la c lula que estaba siendo sobrecalentada gener ndose unas gr ficas superpuestas de dos momentos del ensayo en las que se puede observar envejecimiento prematuro de esta c lula P gina 136 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO A continuaci n podemos observar la medici n de la curva I V de la c lula sobrecalentada realizada con el equipamiento MyDAQ el dia 16 12 2013 Curva I V Voltaje Corriente 375356 0 184794 Voltaje Corriente 280 0 7 1 1 1 1 1 1 i i 1 i 1 1 1 1 1 1 1 i i 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 ER l HARI Ilustraci n 62 Medici n c lula sobrecalentada realizada con fecha 16 12 2013 En la curva anterior se puede observar que la corriente de cortocircuito ten a un valor de 264 774 mA el dia de esa medici n A continuaci n se muestra la medici n realizada con el equipamiento MyDAQ el d a 20 01 2014 de la misma c lula sobrecalentada y bajo las mismas condiciones P gina 137 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Curva V Voltaje Corriente 372986 0 184794 240 0 7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 D 1 1 1 p
125. vo de este proyecto para la elecci n de la carga variable se decidi crear un dispositivo a medida de bajo coste y port til que permitiera obtener los valores de forma relativamente precisa en un tama o contenido Con las premisas anteriores se opt por un dise ar una carga variable que permitiera seleccionar doce posiciones con cargas diferentes de forma que con los valores obtenidos en la medici n de sus doce posiciones con diferentes cargas se pudiera obtener una curva l V de forma relativamente precisa P gina 80 SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO Sabiendo que disponiamos de doce posiciones comenzamos el estudio para seleccionar aguellas que fuesen m s adecuadas para cubrir el mayor rango posible de condiciones Tambi n disponiamos de las especificaciones de la c lula solar y conociamos que tendr amos un valor maximo de tensi n en torno a 4 9 Voltios sabiendo por otro lado que los valores de corriente sobre la misma no variar an mucho hasta los 3 Voltios y que era a partir de este valor y hasta los 4 9 Voltios donde resid an los principales valores a medir A continuaci n se muestra una tabla con las cargas resistivas que deb a disponer cada posici n del conmutador Posiciones Carga Variable Resistencia Cortocircuito SISTEMA PORT TIL DE MEDIDA DE DISPOSITIVOS SOMETIDOS A ENSAYOS EN CAMPO 23 7 2 Tabla 9 Posiciones Carga Variable Una vez observa

sistema portátil de medida de dispositivos sometidos a ensayos

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