Aurinkosähköjärjestelmän kehittäminen opetuskäyttöön

Abstract

Uusiutuvan energian kysyntä on kasvanut tasaisesti niin Suomessa kuin maailmanlaajuisestikin. Uusiutuvien energiamuotojen käytön yleistyessä Tampereen ammattikorkeakoulu pyrkii lisäämään uusiutuvia energiamuotoja koskevaa koulutusta. Aurinkoenergiaan liittyvä koulutus on tärkeää erityisesti sähkövoimatekniikan ja sähköisen talotekniikan erikoistumisvaihtoehdoissa. Lisäksi tällaiselle koulutustarjonnalle on todennäköisesti kysyntää alan yrityksissä ja aurinkopaneelijärjestelmän hankkivien kuluttajien keskuudessa.

Opinnäytetyön tarkoitus oli tutkia Tampereen ammattikorkeakoulun sähkölaboratorioon rakennetun Greenlab-mittausympäristön aurinkopaneelijärjestelmän käyttöä sähkötekniikan opetuksessa. Työssä suunniteltiin laboratorioympäristössä toteutettavia mittausharjoituksia, joiden avulla voidaan havainnollistaa aurinkopaneelien toimintaperiaatetta ja ominaisuuksia. Työn tavoitteena oli simuloida erilaisia olosuhdemuutoksia, jotka vaikuttavat aurinkopaneelin virtajännite-käyrään ja maksimitehopisteeseen. Lisäksi työssä kehitettiin tutkimusmenetelmiä järjestelmän akuston lataussäätimen ja invertterin toiminnan havainnollistamiseksi. Lopputuloksena oli tarkoitus saada pohja laboratoriossa tulevaisuudessa suoritettaville mittausharjoituksille.

Laboratoriossa tehtyjen mittausten tulokset olivat pääosin yhtenevät aiheeseen liittyvän teorian kanssa. Mittaustulokset olivat kuitenkin epätarkkoja käytössä olleiden resurssien vuoksi. Tulokset osoittivat, että mittausmenetelmät ovat toimivia, mutta laitteistossa on vielä kehitettävää. Mittaustulosten perusteella voitiin kuitenkin luoda alustava pohja tuleville laboratoriomittausharjoituksille.

Mittausmenetelmien osalta tavoite saavutettiin, ja työn yhteydessä syntyi uusia ehdotuksia mittausympäristön ja siten mittausharjoitusten kehittämiseksi. Käytössä olleita laitteita tulisi kehittää tai korvata mittaustulosten parantamiseksi. Käytössä olleiden valaisimien tuottama säteilyintensiteetti osoittautui odotettua vähäisemmäksi, ja paneelien lämpötilan vaihtelun toteuttaminen oli vaikeaa. Soveltuvan säätövastuksen puuttuessa jouduttiin käyttämään vastuslaitteistoja ja laitteistoon olisi syytä tehdä joitakin kytkentämuutoksia mittausten helpottamiseksi. Työssä esitettiin ehdotukset havaittujen puutteiden korjaamiseksi. Näillä muutoksilla voitaisiin luoda paremmat edellytykset ilmiöitä havainnollistaville mittaustuloksille.

The demand for renewable energy has constantly grown both in Finland and globally. As the use of renewable energy increases, Tampere University of Applied Sciences strives to add education related to renewable energy sources. Education related to solar energy is important especially in the options of electrical power engineering and electrical building services. Furthermore, there is probably a demand for this kind of education in companies of this trade and even among consumers purchasing solar panel systems.

The purpose of this thesis was to study the use of Greenlab’s solar panel system in teaching of electrical engineering. Greenlab is a measurement environment built in the electrical laboratory of Tampere University of Applied Sciences. Exercises to be performed in laboratory conditions were designed to illustrate the operational principles and characteristics of solar panels. The objective was to simulate different changes in ambient conditions influencing the current-voltage curve and maximum power point of solar panels. Also research methods to illustrate the operation of charge controller and inverter were developed. The object was to create a tentative base for future measurement exercises in the laboratory.

The results of measurements were mainly consistent with theory related to the subject. The results were nevertheless inaccurate because of the resources used. The results proved that measuring methods work, but there is still room for improvement with the equipment. A base for the future laboratory measurement exercises could be created, based on the results.

The objective was reached in terms of measuring methods and propositions to improve the equipment and therefore the exercise, developed during the work. Some of the used equipment should be improved or replaced to improve the measurement results. The radiation intensity of the luminaires proved to be weaker than expected and variation of temperature was hard to execute. In the lack of a suitable adjustable resistor, fixed resistor equipment had to be used and some changes to connections should be made to simplify the measurements. Proposals to fix the detected defects were presented in this thesis. Better conditions to illustrative measurement results could be created with these modifications.