Utveckling av autonomt solföljningssytemPå uppdrag av AbsoliconProjektgruppen: Linus Olofsson, Erik Westergren, Erik Wiséen Åberg, Adam Edlund, Martin Hansson,Johannes Stenbäck, och Robin Forsling

Problemspecifikation

Utvecklingen av Absolicons nya solfångarsystem består av4 delmoment.

1 Följa solen med en matematisk modell, givet parametrarför varje solfångartråg.

2 Styra ställdonen tillhörande trågen för att kunna riktavarje individuellt tråg mot solen.

3 Utveckla en solsensor för att kunna använda adaptivtracking och för kalibrering av varje modul i trågen förmaximal soluppfångning.

4 Hantera ett 20-tal larm om fel och varningar frånsensorer i systemet.

Dessa olika punkterna skall alla hanteras och beräknas iSiemens styrenhet, kallad PLC, istället för det nu exis-terande Linux-systemet. Solfångartrågen ska kunna in-stalleras dels i mindre antal på t.ex. sjukhus eller i storaantal i solfångarparker och skall vara autonoma i minst 25år.

1. Målsättning

Givet problemspecifikationen ovan blir målen att; återim-plementera befintligt astronomisk trackingalgoritm eller hittaen ersättning som ska implementeras i Siemens PLC; imple-mentera styrning av ställdonen via mod-BUS (ett kommu-nikationsprotokoll) i Siemens PLC; utveckla en sensor somskall kunna mäta hur mycket trågen missar solen efter atttrackingalgoritmen har approximativt beräknat solens positionsamt kunna användas vid kontinuerlig kalibrering och vid in-stallation; och skapa en hierarki där varje larm ger en passaderespons.

Figure 1: Projektgruppen, namn från vänster till höger enligt titeln.

Absolicons vision

Absolicons vision grundas i att världen idag använder så mycket fossila energikällor, istället för förnyelsebar energi. Dagensindustri har ett stort behov av energi som skulle kunna tillfredsställas av ånga då detta är en vanlig energibärare i mångaprocesser. Med problemet att vattnet hettas upp med fossilt bränsle.För att kunna producera ånga från förnyelsebar energi producerar Absolicon solfångartråg, likt nedan, som fångar in solenergioch riktar den mot en fokallinje längs trågets mitt. I fokallinjen placeras ett extremt ljusabsorberande rör. Därigenom pumpasvatten under högt tryck som upphettas till ca 160-180◦C. Det upphettade vattnet kan nu användas som värmekälla eller låtavattnet förångas explosivt och driva valfri process, så som ångturbiner eller mekaniska processer.Med Absolicons nya solfångartråg kan industrier och byggnader förses med förnyelsebar solenergi i just den form de behöver.

2. Lösningar

2.1 Solföljning

För att kunna beräkna solens position, givet parametrar förvarje tråg, används en algoritm framtagen av National Renew-able Energy Laboratory. Den här algoritmen har en teoretiskprecision på 0.0003◦ vilket är extremt bra och precis vad Ab-solicon behöver. Ännu bättre är att den här algoritmen finnsfärdigimplementerad i en modul i Siemens programvara. Denhär modulen kunde då implementeras i styrenheten.

2.2 Styrning av ställdon

Linaks ställdon styrs med kommunikationsprotokollet modbusför att hantera ett stort antal solfångartråg per styrenhet,vilket är Modbus styrka. Så när väl styrprogrammet är im-plementerat kan en ensam PLC styra upp till 255 ställdon ochännu fler om man använder sig av förstärkarkomponenter.

2.3 Larmhantering

För att hantera de olika larm som kan komma skapades en hi-erarki där olika larmsensorer kontrollerades i tur och ordning.De olika sensorerna returnerar antingen en digital eller analogsignal som individuellt avläses och tolkas. Ett exempel är vin-dhastighetsensorn som returnera en digital signal, som är linjärmed vindhastighet. Om vindhastigheten är över en gräns deträknas som storm ute och solfångartrågen ställer då in sig istormläge.

2.4 Solsensor

Den utvecklade solsensorprototypen är en mottagare som plac-eras på ovansidan av tråget och mäter ljusintensitet. Denuppmätta ljusintensiteten används för att beräkna trågetseventuella felvinkel. Om tråget inte står direkt ortogonalt motsolen leder till effektbortfall och måste korrigeras. Solsensornanvänds också för att kontinuerligt kalibrera mekaniska fel föratt hålla systemet autonomt under lång tid. Denna sensoravläses av PLCn likt larmsensorerna från lösning 3.

3. Siemens mjukvara

De olika lösningarna ska som sagt hanteras i Siemens mjukvaratill deras PLC. Denna mjukvara programmeras via Siemensprogram TIA Portal. TIA är ett program som använder GUIprogrammering och liknar till viss del LabView. Med dettaverktyg kunde våra programmerare implementera de kodblockoch moduler som behövs för systemet.

4. Systemet i helhet

Framtida arbete

Då lösningarna i detta projekt inte nödvändigtvis är slut-giltiga kommer framtida arbete kunna färdigställa solfångarsys-temet; prototypsensorn kommer kunna färdigutvecklas förmassproduktion, och mjukvaran kan färdigställas för maximalsjälvständighet. Modbussystemet t.ex. är idag inte färdigställtoch behöver mer arbete innan systemet är operationsdugligt.

Kontaktinformation

• Web: http://www.absolicon.se/• Email: jonatan@absolicon.com