Design and implementation of a photovoltaic (PV) analyser based on an Arduino microcontroller

Abstract

This thesis presents the design and implementation of a low-cost photovoltaic analyser based on the Arduino Mega 2560 microcontroller. The developed system is capable of automatically generating current-voltage (I-V) and power-voltage (P-V) characteristic curves for various solar modules, using an INA219 current and voltage sensor, an MCP4725 12-bit I²C DAC for precise gate voltage control, and an IRLZ44N MOSFET as a controllable electronic load. The system acquires more than 2000 data points per sweep in less one minute, and transmits the data in real time to a PC via serial communication for visualization in Microsoft Excel. Experimental validation was conducted on three photovoltaic sources of increasing power levels under real outdoor conditions. A comparative evaluation against the conventional manual method using a rheostat and digital multimeters confirmed the reliability of the proposed system, demonstrating clear advantages in measurement speed, data resolution, and curve quality. The results prove that frugal engineering principles can deliver scientifically meaningful PV characterization at a fraction of the cost of commercial solutions.

تقدّم هذه المذكرة تصميم وتحقيقجهاز تحليل كهروضوئي منخفض التكلفة مبني على متحكمArduino Mega 2560. يتميز النظام المطور بقدرته على توليد منحنيات الخصائص الكهربائية للتيار والجهد(I-V)والقدرة والجهد(P-V)بشكل تلقائي لمختلف الوحدات الشمسية، وذلك باستخدام مستشعرINA219لقياس التيار والجهد، ومحول رقمي-تماثلي MCP4725ذي12بت يعمل عبر بروتوكولI²Cللتحكم الدقيق في جهد البوابة، وترانزستورMOSFETمن نوع IRLZ44Nكحمل إلكتروني قابل للتحكم. يسجّل النظام أكثر من2000نقطة قياس لكل عملية مسح في أقل من دقيقة واحدة، وينقل البيانات في الوقت الحقيقي إلى الحاسوب عبر االتصال التسلسلي للتصوير فيMicrosoft Excel.أُجري التحقق التجريبي على ثالثة مصادر كهروضوئية ذات قدرات متصاعدة في ظروف خارجية حقيقية. وقد أكدت المقارنة مع الطريقة التقليدية باستخدامتامواقملا ةريغتملاوالمولتيمتر الرقمي موثوقية النظام المقترح، مُظهِرة ً مزايا واضحة من حيث سرعة القياس ودقة البيانات وجودة المنحنيات. تُثبت النتائج أن مبادئ الهندسة االقتصادية قادرة على تقديم توصيف كهروضوئي ذي قيمة علمية حقيقية بتكلفة تُعد ّ جزءا ً بسيطا ً من تكلفة الحلول التجارية المتاحة