Utförande

3.1 Utrustning

Den utrustning som användes återfinns i Tabell 12 och teknisk beskrivning till samtliga apparater finns som länkar i bilaga B.

Tabell 12: Utrustning och materiel som använts.

Utrustning Antal / längd

Växelriktare av märket SMA modell Sunny tripower 3.0 1st Solpaneler av märket TSMC solar som är typen CIGS2 tunnfilm 3st

PLC TM221CE16R från Schneider Electric 1st

SanDisk SD kort HC 32GB 1st

5 portars switch av märket NETGEAR GS105v5 1st

Nätverkskabel 3st

Säkerhetsbrytare 3-polig 1st

Förskruvning polyamid IP68 M25 2st

CEE stickpropp 16A trefas 1st

Kraftkabel ACEFLEX RV-K 5G2,5 25m

DC kabel PV1-F 4mm² med MC4 och sunclix kontakter 2st (6m/st)

eWON cosy 131 router 1st

SIM-kort från nätverksoperatören COM4 1st

Mean Well MD-60-24 spänningsaggregat 1st

DIN-skena 35/7,5mm 20cm

3.1.1 Val av utrustning

o 3-fas valdes för att representera den typ som förekommer mest på marknaden. o Minsta möjliga växelriktare valdes för att göra installationen så billig som möjligt. o Kommunicerar med Modbus TCP då det blir allt vanligare med denna kommunikation

hos växelriktare. • Solpaneler

o Minsta möjliga antal för att uppnå startspänning för växelriktaren på DC sidan. Detta för att få möjlighet att hämta värden från växelriktaren när den är i drift.

o Tunnfilmspanel för att den ger betydligt högre spänning än kristallin solcellspanel. Detta medför att färre solpaneler behövde användas för att uppnå startspänning på DC sidan.

• PLC och DIN-skena

o PLC:n var inköpt innan projektet startades och användes därav för att hålla nere kostnaden i projektet.

o PLC:n är en av de billigare varianterna på marknaden för att hålla nere kostanden för framtida kund.

o DIN-skena användes för att kunna montera PLC nära växelriktare.

2 CIGS är en sammanslagning av de första bokstäverna från de grundelement som solcellspanelen är gjord av; koppar - Cu, indium - In, gallium - Ga och selen - Se.

21 • SD kort

o 32GB valdes för att det är maximal storlek som PLC:n klarar av. • Switch

o Fanns tillgänglig att låna från Rejlers kontor för att hålla nere projektets kostnader. • Nätverkskabel

o Fanns tillgänglig att låna från Rejlers kontor för att hålla nere projektets kostnader. • Säkerhetsbrytare och förskruvningar

o Med säkerhetsbrytaren säkerställs att ingen spänning förekommer på CEE stickproppen efter att växelriktaren slås av och stickproppen avlägsnas från 3-fas uttaget på väggen.

o Förskruvningarna används som dragavlastning för kabeln till säkerhetsbrytaren. • Kraftkabel

o 3-fas uttaget som matar växelriktaren är säkrad med 3st C16A dvärgbrytare samt att växelriktarens producerade märkeffekt på AC sidan är 3kW. Sett från säkringens begränsning att mata växelriktaren kan formel (1) användas. Den ger en ungefärlig beräkning av minsta area (för 3-fas) som måste användas för att inte kabeln ska förstöras:

𝐴𝑚𝑖𝑛=^𝐼𝑏∗𝜌∗𝑙∗√3∗𝑘_𝑡2∗cos(𝜑)

∆𝑈_𝑚𝑎𝑥 [𝑚𝑚²] (1)

I formeln är 𝐼_𝑏 belastningsströmmen i ampere och väljs samma som säkringens strömstorlek eftersom det är den som ska bryta strömmen vid kortslutning och överbelastning. Faktorn 𝜌 är resistiviteten hos koppar vid 20°C och dess värde är

1

57[^𝑚𝑚Ω_𝑚 ], 𝑙 är ledarens längd i meter, 𝑘_𝑡2 är en enhetslös konstant med värdet 1,25 som används för att beräkningen ska stämma vid normaldrift, det vill säga när kabeln har en arbetstemperatur, cos(𝜑) är effektfaktorn som kan sättas till 0,9 då denna är okänd i detta fall och ∆𝑈𝑚𝑎𝑥 är maximalt spänningsfall i volt. Det maximala spänningsfallet kan beräknas med följande formel:

∆𝑈_𝑚𝑎𝑥 = 𝑈_𝑛∗ ^∆𝑢

100 [𝑉] (2)

där 𝑈_𝑛 är den nominella spänningen i volt och är i detta fall huvudspänningen för 3-fas. ∆𝑢 är spänningsfallet i procent och kan sättas till 3% vilket är inom tillåten gräns för kravet på eldistributör. Beräkning av minsta area med formel (2) insatt i formel (1) ger:

𝐴_𝑚𝑖𝑛 =^16∗ 1 57∗25∗√3∗1,25∗0,9 400∗³ 100 ≈ 1,14𝑚𝑚²

Den närmsta tillverkade kabelarea på marknaden som överstiger den beräknade arean är 1,5𝑚𝑚². För beräkning av växelriktarens effektmatning kan följande formel användas för att beräkna maximal ström som kommer flyta i kabeln vid märkeffekt:

𝐼_𝑚𝑎𝑥= ^𝑃𝑛

√3∗𝑈𝑛[𝐴] (3)

där 𝑃𝑛 är märkeffekten i watt och 𝑈𝑛 är den nominella spänningen i volt, det vill säga huvudspänningen för 3-fas i detta fall. Beräkning av 𝐼_𝑚𝑎𝑥 ger:

𝐼_𝑚𝑎𝑥= ³⁰⁰⁰

22

I detta projekt kommer strömmen aldrig nå denna storlek då det endast används 3st solpaneler men för eventuellt framtida bruk med fler solpaneler beräknades strömmen från märkeffekten.

Då säkringens strömstorlek användes i formel (1) och är större än den beräknade strömmen i formel (3) innebär det att kraftkabelns beräknade area klarar effektmatningen från växelriktaren.

Val av kabelarea bestäms också utifrån kabeltyp och förläggningssätt. Förläggningen är inomhus och öppen, det vill säga den kommer ligga på golvet på Rejlers kontor. Detta innebär att den kommer ha tillräckligt med kylning vid denna förläggning. Den valda kabeltypen är ej mantlad vilket innebär att värmen inte kapslas in som för en mantlad kabel. Enligt beräkningarna och reflektion av förläggningssätt och kabeltyp är det möjligt att använda 1,5𝑚𝑚² kabel i detta projekt.

Enligt branschpraxis används 2,5𝑚𝑚² när kabeln är säkrad med C16A och övrig hänsyn är tagen för längd, förläggning och kabeltyp. En 2,5𝑚𝑚² är dyrare än 1,5𝑚𝑚² men med tanke på att det är en tillfällig installation och kabeln med påkopplad CEE stickpropp kan komma att användas till andra typer av installationer beslutades att använda 2,5𝑚𝑚². • DC kabel

o Användes för att förlänga kablarna från solpanelerna så att de skulle nå fram till växelriktaren.

• Router

o Den valda routern har VPN vilket Embriq använder sig av för säker kommunikation över internet.

o Fanns tillgänglig att låna från Rejlers kontor för att hålla nere projektets kostnader. • SIM-kort

o Fanns tillgänglig att låna från Rejlers kontor för att hålla nere projektets kostnader. • Spänningsaggregat till router

o En övervägning gjordes att använda PLC:s 24V utgång som är till för att mata externa apparater. PLC:s utgång klarar dock maximalt en ström på 240mA och routern kräver 2,5A.

o Fanns tillgänglig att låna från Rejlers kontor för att hålla nere projektets kostnader.

3.2 Konstruktion av laborationsplattform

Laborationsplattformen byggdes på en skrivbordshurts med hjul för att kunna flytta installationen och vrida den mot solen se bilaga A. Några kriterier behövde uppfyllas vid bygget. Det ena var att växelriktaren krävde vertikal upphängning. Ett annat kriterium var att växelriktaren inte fick installeras direkt mot brännbart material. Då laborationsplattformen byggdes med plywood och träreglar löstes detta med att regla ut växelriktarens infästning för att få distans till plywoodskivan.

De tre solpanelerna vägde tillsammans ca 50kg och för att få bättre stabilitet flyttades tyngdpunkten för solpanelerna mot centrum av skrivbordshurtsen genom att vinkla dem. Ingen hänsyn har tagits till solpanelernas vinkel vad gäller solinstrålning mot solpanelerna.

Ingen hänsyn har tagits till EMI (Elektromagnetisk interferens) vid installationen på laborationsplattformen då den är tillfällig och inte befinner sig i en miljö som är känslig för EMI.

23

Materiel och beräkningar för att bygga laborationsplattformen tas inte med i denna rapport då specifik laborationsplattform inte är avgörande för att kunna göra mätningarna.

3.3 Idrifttagning och inställning av växelriktare

Efter bygget av laborationsplattformen driftsattes växelriktaren utifrån dess manual. Till driftsättningen används ett program från SMA som heter Sunny Explorer se bilaga B. Driftsättningen av denna specifika växelriktare redogörs inte i detalj i denna rapport dels för att programmet Sunny Explorer guidar installatören genom idrifttagningen, dels för att förfarandet står i medföljande manual samt för att idrifttagning varierar beroende på tillverkare.

En parameter som kan behöva nämnas vid driftsättning är inställning av landskoden. Den återfinns inte i manualen och är EN50438:2013 för denna växelriktare. Landskodens syfte är att spänningsnivå, frekvens med mera som matas ut på AC sidan ska stämma överens med det svenska nätet.

Växelriktarens Modbuskommunikation behövde aktiveras för att kunna användas. Det kunde göras i Sunny Explorer eller logga in i växelriktaren via webbläsaren antingen med Ethernet eller WiFi. Växelriktaren som användes i detta projekt har separata IP adresser för Ethernet och WiFi när de skrivs in i webbläsaren. Vid test av kommunikationen mellan PLC och växelriktare upptäcktes att det inte gick att upprätta Modbuskommunikation och hämta register när PC:n var inloggad på växelriktaren i webbläsaren via Ethernet.

Vanligtvis används Subnet mask som klass C med inställningen 255.255.255.0 i mindre nätverk, se exempel i Figur 12. När PLC:n var inställd med denna Subnet mask behövde växelriktarens IP adress för Ethernet ändras så att den fick kontakt med PLC. IP adressen i växelriktaren kunde ändras i både Sunny expert och webbläsaren. Om ändring gjordes via webbläsare kunde det ibland uppstå komplikationer där växelriktaren inte sparade den nya IP adressen. Dessutom sparades inga ändringar permanent i växelriktaren innan den hade fått inspänning över inställt tröskelvärde på DC sidan oavsett vilket användargränssnitt som användes. Det betyder att om IP adressen ändras och AC matningen slås av innan växelriktaren fått DC spänning över tröskelvärdet kommer den gamla IP adressen vara den aktuella när AC matningen slås på igen.

3.4 Konfiguration av PLC

PLC:s inställning för Modbus TCP gjordes enligt Figur 12 där IP adress och Subnet mask var samma som i figuren. Växelriktaren lades in som server med dess inställda IP adress, se Figur 13, där minnesobjekt %M1 användes som resetvariabel.

3.5 Kommunikation med Modbusprotokollet

Till undersökning av bitströmmen och Modbus funktionskod och datapaket har Wireshark och två program från modbustools.com som heter Modbus Slave och Modbus Poll använts. I bilaga B finns länkar till respektive hemsida för nedladdning av programmen. Dessa program har använts till kommunikation mellan PC och PLC för att utvärdera och skapa förståelse för hur Modbusprotokollets bitström fungerar och ser ut i praktiken. Programmen visar bitströmmen hexadecimalt för både förfrågan och respons. Programmen kan även vara användbara verktyg vid felsökning.

Ett annat verktyg som använts är Modbus tester som finns på Schneiders hemsida, se bilaga B. På hemsidan finns även instruktionsvideo hur programmet kan användas. Fördelen med programmet är att det snabbt och enkelt kan läsa och skriva register via Modbus RTU eller TCP. Det sparade en hel del

24

tid för att testa kommunikationen med växelriktaren. Programmet gav snabb åtkomst till innehållet i växelriktarens register jämfört med att bara använda PLC:n som krävde programmering och sedan uppladdning av programmet för varje ändring som gjordes. Modbus tester har använts för att testa kommunikation mellan både PC - PLC och PC - växelriktare.

Inledningsvis gjordes olika tester med ovannämnda program. Programmen användes till att få förståelse för hur PLC:n skulle programmeras för att upprätta kommunikation och hämta register med Modbusprotokollet.

3.6 Programmering av PLC

För att utvärdera PLC:n programmerades den att hämta register från växelriktaren med olika datatyper och storlekar. För respektive datatyp skapades en kanal som ställdes in att hämta utvalt register. Se Figur 14 och Figur 15 för exempel. De datatyper som hämtades var uint32, string, bitfield16, enum16 och sunssf. Se Tabell 9. Register specificerad med datatypen int16 testas inte då datatypen sunssf är samma som int16. Datatypen acc64 testas inte heller då inget register med denna datatyp hade ackumulerat värde över 32767 (DEC). Programmet som användes till test finns i bilaga C.

Då växelriktaren inte innehöll eller har hunnit ackumulera värden större än 32767 (DEC) testades PLC:s minnesobjekt med tilldelade värden i PLC:s program för att fastställa hur minnesobjekten behöver hanteras. Programmeringen för test med värden större än 32767 (DEC) finns inte med i programmet i bilaga C. Istället redovisas resultaten i kapitel 4.2.2 Hantering vid loggning av hämtade datatyper. Loggning av data till SD kortet utvärderades med funktionsblocket DATALOG. Loggning av olika datatyper och storlekar på register testades samt vad som händer när en .BAK fil redan är skapad och en ny skapas. Hämtning av data från SD kortet utvärderades också. Storlek på loggad tidsstämpel bestämdes genom att först logga data och sedan ta bort all data utom två tidsstämplar och dess rubrik. Storleken på filen med de två tidsstämplarna jämfördes sedan med samma fil men med bara en tidsstämpel.

3.7 Överföring av data till Embriq

Embriq använder plats-till-plats kommunikation med VPN. Routern användes med SIM-kort för dataöverföring via 3G till Embriq. Till inställning av router användes eWONs egna programvara eBuddy. Se bilaga B. Inställning av router redogörs inte i detalj i denna rapport då eBuddy guidar användaren genom inställningarna.

När kommunikation med Embriq testades kopplades router ihop med PLC och PC via switchen. PC:n användes för att kontrollera routerns uppkoppling och status samt för att kontrollera och göra ändringar i PLC. I PLC:n tilldelades tre minneobjekt olika värden.

• Ett positivt värde mindre än 32767 (DEC) till ett %MW för att testa överföring av positiva värden inom ramen för PLC:s gränser för %MW.

• Ett negativt värde större än -32768 (DEC) tilldelat till ett %MW för att representera exempelvis datatypen sunssf i växelriktaren som kan vara negativt värde.

• Ett värde mellan 65535 och 2147483647 (DEC) tilldelat ett %MD för att representera ackumulerade värden som inte ryms i ett %MW, antingen i PLC:n eller växelriktaren.

Värdena valdes godtyckligt inom ovanstående ramar för att ge förutsättning till Embriq att testa hantering av olika värden från vald PLC. Se Tabell 7 för PLC:s datatyper och dess gränsvärden.

25

Routern har en IP adress för WAN (Wide Area Network) och en IP adress för LAN (Local Area Network). IP adressen för LAN i både router och PC tilldelades värden inom ramen för PLC:s Subnet mask. Detta för att alla tre apparater ska kunna kommunicera med varandra i det lokala nätverket.

26