Arduinoで実現する低コスト・リアルタイム太陽光パネル監視システム

必要な部品と材料

部品	数量	備考
Arduino UNO	1	データ取得用マイコン
Electric Imp TDC-M20-36 PVパネル	1	測定対象の太陽電池
Adafruit B25 0-25V 電圧センサーモジュール	1	パネル電圧測定用（分圧回路内蔵）
Adafruit INA169 アナログDC電流センサー	1	パネル電流測定用（シャント抵抗方式）
Electric Imp リオスタット 330Ω	1	負荷可変用（I-V特性測定用）

必要なツール・ソフトウェア

• Parallax PLX-DAQ（Excelマクロベースのデータ取得ツール）
• Arduino IDE

プロジェクト概要

本プロジェクトは、低コストなArduinoベースのデータ取得システムにより、太陽光パネルの電圧・電流・電力特性をリアルタイムで監視・記録する仮想計装システムです。市販の安価な電圧・電流センサーを用い、取得データをPLX-DAQマクロを通じてExcelシートにリアルタイムプロットします。

システム構成

1. PVパネルの電流・電圧をそれぞれセンサーで取得
2. Arduino UNOのアナログ入力（A0:電圧, A1:電流）で読み取り
3. マイコン内部で電力（電圧×電流）を計算
4. シリアル通信でPCへ送信、PLX-DAQがExcelに記録・グラフ化
5. 可変抵抗（0-330Ω）で負荷を変化させ、I-V曲線・P-V曲線を描画
6. ピラノメータで日射量測定も可能（オプション）

測定結果の例

• 最大出力：17.07W（14.15V, 1.20A）を記録
• 最小出力：822.2mW（18.23V, 45.1mA）
• 測定間隔1秒と100msの比較：100msではデータ点数増えるがノイズも増加。用途に応じた間隔設定が重要
• フィールドでの定期的なPVシステム監視にも応用可能

ソースコード

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 * Real-time data acquisition of solar panel using Arduino and Excel
 * Written by: Aboubakr El Hammoumi
 * Date: 04/05/2018
 * Email: aboubakr.elhammoumi@usmba.ac.ma
 *****************************************************************************/

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("CLEARDATA");           // PLX-DAQ: データクリア
  Serial.println("LABEL,t,voltage,current,power"); // 列見出し
}

void loop() {
  // 電圧測定: B25センサー (0-25V -> 0-5V分圧)
  // analogRead値(0-1023) * 5V / 1023 * 5(分圧比) = 実電圧
  float voltage = analogRead(A0) * 5.0 * 5.0 / 1023.0;
  
  // 電流測定: INA169センサー
  // 出力電圧を直接読み取り（校正式はセンサー仕様による）
  float current = analogRead(A1) * 5.0 / 1023.0;
  
  float power = voltage * current;

  // PLX-DAQ形式で送信
  Serial.print("DATA,TIME,");
  Serial.print(voltage);
  Serial.print(",");
  Serial.print(current);
  Serial.print(",");
  Serial.println(power);
  
  delay(1000); // 1秒間隔
}

回路図とセットアップ

センサー接続

• 電圧センサー：負荷と並列接続
• 電流センサー：PVパネルのプラス側と負荷の間に直列接続

PLX-DAQのセットアップ手順

1. PLX-DAQをダウンロード・インストール（自動的に「PLX-DAQ Spreadsheet」ショートカット作成）
2. Excelでスプレッドシートを開く
3. PLX-DAQウィンドウでシリアルポートとボーレート（9600）を設定（Arduino側と一致必須）
4. 「Connect」クリックでリアルタイム取得開始

参考文献

本プロジェクトは研究論文と関連しています。説明動画も公開予定です。