| dc.description.abstract | Mange afrikanske land har en økende befolkning og økonomi. Imidlertid er energiproduksjonen regelmessig ikke tilstrekkelig, noe som fører til strømbrudd i byene og distriktene har ikke tilgang til strøm. Mindre enn 10 % av befolkningen i Tanzania har tilgang til ren matlaging, og drivstoff som trekull og parafin brukes i stedet, noe som fører til husholdningenes luftforurensning. Å utvikle off-grid systemer for å øke befolkningens tilgang til elektrisitet er et viktig skritt i Afrikas fremtid. For å jobbe mot den velstående fremtiden, har denne oppgaven som mål å undersøke hvordan tre kontrollere for solcellepaneler påvirkes av forskjellige motstander til varmeelementer som de er koblet til.
De tre kontrollerne for det eksperimentelle arbeidet er en MPPT buck-omformer laget av den tidligere NTNU-studenten Odin Hoff Gardå og to modeller fra den sørafrikanske produsenten Geyserwise. De to MPPT-kontrollerne fra Geyserwise er forskjellige i lastspenning, hvor den første er 72 V og den siste en 48 V-kontroller. For Odin- og 72V-kontrolleren ble en fire i serie PV-konfigurasjon av Solartek PVP26030 brukt, mens 48V benyttet en 2 x 2-konfigurasjon. En koblingsboks ble brukt mellom kontrollerne og et par varmeelementer for å lett kunne endre motstanden. Hver varmestav i Backer IU313 varmeelementene hadde en spesifikk motstand, og derfor kunne de serie- eller parallellkobles for å oppnå forskjellige motstander.
Geyserwise 72V hadde en toppeffekt på 856 W, ved solinnstrålingen 446 W/m^2 og med motstanden 3.28 ohm. Selv om 4.37 ohm var lovende, stagnerer den ved høyere solinnstråling, noe de større motstandene også gjorde. Lignende ytelse ble vist av 48V-kontrolleren, med en toppeffekt på 819 W, ved solinnstrålingen 312 W/m^2 og med en motstand på 2.62 ohm. Kontrollerne ser imidlertid ut til å være ineffektive ved lavere solinnstråling. Odin-kontrolleren hadde en toppeffekt på 837 W, ved solinnstrålingen 391 W/m^2 og med en motstand lik 13.1 ohm. Derimot viste ytterligere testing med multimetre på utgangen til kontrolleren en stor forskjell i ytelsesverdier. Derfor er det en usikkerhet at kontrolleren viser riktige verdier ved bruk av en fire i serie PV-konfigurasjon, sammenlignet med de seks i serie den er i stand til. Et aspekt å merke seg på Odin-kontrolleren var at lavere motstand hadde høyere topptemperaturer og raskere endringshastigheter, noe som skyldes at kontrolleren ikke var i stand til å levere energien og at den ble overført til varme i stedet.
I tillegg til å utføre tester av de tre kontrollerne, er målet med arbeidet å videreutvikle en Arduino-basert datalogger for nettbasert tilgang. Arduinoen er en stabel bestående av en Arduino Uno R3, dataloggingsskjold, solcelleladerskjold og et LCD-skjold. Den er designet for å motta temperaturdata fra fire termoelementer, men en spenningsdeler og shunt er lagt til for spennings- og strømmålinger. Ønsket er å få tak i denne informasjonen eksternt, uten behov for tilgang til SD-kortet på enheten. For å gjøre det har et TinySine SIM7600 skjold blitt lagt til systemet i håp om at det kan koble seg til mobilnettverket og overføre data.
Overføringen av disse dataene skulle gjøres med MQTT protokollen. Protokollen bruker en MQTT megler for å koble klienter i en publiserings-abonner modell, der Arduinoen er en klient som publiserer data, og brukeren er en klient som abonnerer på dataene gjennom en datamaskin eller mobilapplikasjon slik som MQTT Explorer. Dessverre har Arduino IDE programmet ikke lyktes med å initialisere skjoldet og koble det til nettverket. Det første forsøket mislyktes og senere undersøkelser viste at bruken av AT-kommandoer var mer sannsynlig å lykkes. Men også dette har ikke vært i stand til å oppnå ønsket om en nettbasert Arduino og vil trenge videreutvikling for å lykkes. | |
| dc.description.abstract | Many African countries has an increasing population and economy. However, energy production is regularly not sufficient, leading to blackouts in the cities and rural areas do not have access to electricity. Less than 10 % of the population in Tanzania has access to clean cooking, and fuels such as charcoal and kerosene are used instead, which leads to household air pollution. Developing off-grid power systems to increase the populations access to electricity is an important step in Africa's future. To work towards that prosperous future, this thesis aims to research how three solar charge controllers are affected by different resistances of heating elements to which they are connected.
The three controllers of the experimental work are an MPPT buck converter unit created by the former NTNU student Odin Hoff Gardå, and two models from the South African manufacturer Geyserwise. The two MPPT controllers from Geyserwise differ in target load voltage with the first being 72 V and the latter a 48 V controller. For the Odin and 72V controller, a four in series PV configuration of Solartek PVP26030 were used, while the 48V utilized a 2 x 2 configuration. A junction box was used between the controllers and a pair of heating elements to ease the changing of resistances. Each heating rod of the Backer IU313 heating elements had a specific resistance, thus they could be series or parallel circuited to obtain different resistances.
The Geyserwise 72V had a peak power output of 856 W, at a solar irradiance of 446 W/m^2 with the 3.28 ohm resistance. Although 4.37 ohm was promising, it stagnates at higher solar irradiances, which the higher resistances did as well. Similar performance was displayed by the 48V controller, with a peak power output of 819 W, at an irradiance of 312 W/m^2 and with a 2.62 ohm resistance. However, the controllers seem to be inefficient at lower solar irradiances. The Odin controller had a peak power of 837 W, at an irradiance of 391 W/m^2 and with the 13.1 ohm resistance. Although, further testing with multimeters on the output of the controller showed a large disparity in power levels. Therefore, it is an uncertainty that the controller is displaying correct values when using a four in series PV configuration, compared to the six in series it is capable of. An aspect to note on the Odin controller was that lower resistances had higher peak temperatures and faster rates of change, which is due the controller not being able to deliver the energy and it being transferred to heat instead.
In addition to performing tests of the three controllers, the aim of the work is to further develop an Arduino based data logger for web-based access. The Arduino is a stack of an Arduino Uno R3, data logging shield, solar charger shield and an LCD shield. It is designed to receive temperature data from four thermocouples, but a voltage divider circuit and shunt has been added for voltage and current measurements. The desire is to obtain this information remotely, without the need of accessing the SD card on the unit. To do so, a TinySine SIM7600 shield has been added to the system in hope that it can connect to the cellular network and transmit data.
The transmission of this data was to be done through the MQTT protocol. The protocol uses an MQTT broker to connect clients in a publish-subscribe model, where the Arduino is a client publishing data, and the user is a client subscribing to the data through a computer or mobile application such as MQTT Explorer. Unfortunately, the Arduino IDE program has been unsuccessful in initializing the shield and connect it to the network. The first attempt failed, and later research showed that the use of AT commands was more likely to succeed. However, this too has been unable to achieve the desire of a web-based Arduino and would need further development to succeed. | |
