Insamling av drift- och produktionsdata från energiteknik vid Ihus anläggning på Vaksala-Eke

TVE-F 19008

Examensarbete 15 hp

9 Juni 2019

Insamling av drift- och produktionsdata

från energiteknik vid Ihus anläggning

på Vaksala-Eke

Hjalmar Andersson

Leo Zdansky Cottle

Melker Claesson

Nils Karlsson

Populärvetenskaplig sammanfattning

En av vår tids största utmaning är att stoppa den globala uppvärmningen. För att göra det måste koldiox-idutsläppen minskas drastiskt. Ett av de största steg som måste tas är att ställa om dagens fossilberoende elproduktion till en fossilfri elproduktion. En del av den processen är att testa nya tekniker inom sol- och vindkraft för att undersöka om de är lönsamma. Utifrån detta har det kommunala fastighetsbolaget Ihus gett företaget STUNS energi i uppgift att samla in data från ett vertikalt vindkraftverk och en soltracker. Vid samma anläggning finns även en väderstation och en ljusinstrålningssensor installerad. Projektet syftade således på att samla in data från vindkraftverket, soltrackern, ljussensorn och väderstationen. När datan var insamlad skulle den skickas vidare till STUNS molntjänst Energiportalen.

Projektet utfördes med hjälp av en enklare dator, kallad PLC. Till PLC:n kopplades soltrackern, vindkraft-verket, ljussensorn och väderstation. I själva PLC:n hämtades data från de ovannämnda enheterna. Det gjordes med hjälp av kod som programmerades in på PLC:n. Resultatet av projektet blev att data lycka-des hämtas från ljussensorn och soltrackern. Den insamlade datan publiceralycka-des och visualiseralycka-des sedan på Energiportalen. Gällande väderstationen kunde viss kommunikation uppnås men inte tillräckligt för att den skulle skickas vidare data för att publiceras. Till vindkraftverket kunde dock ingen data hämtas.

Projektets slutprodukt är ett grafiskt gränssnitt där högfrekvent, aktuella mätdata från Ihus energianlägg-ning laddas upp kontinuerligt. Datan visar tydligt hur en småskalig testanläggenergianlägg-ning av solenergi presterar i Uppsalaområdet. En slutsats som kan dras ifrån den data som har samlats är hur den högfrekventa datan ger en mer verklighetstrogen bild av hur olika värden ändras över tid.

Förhoppningen är att offentliggörandet av produktionsdatan når intressenter inom fastighetsbranschen som funderar på att investera i egen förnybar energiteknik. Datan ska möjliggöra för eventuella investerare att göra egna bedömningar kring lönsamheten av den nya tekniken. Med en etablerad tjänst för offentliggörande av data kan andra fastighetsägare med energianläggningar också publicera deras data. Offentliggörandet av datan kan i längden bidra till utbyggnad av den förnyelsebara energin, vilket kommer skapa en bättre miljö för växter, djur och människor att vistas i. Dessutom minskas trycket på elnätet.

Teknisk- naturvetenskaplig fakultet UTH-enheten Besöksadress: Ångströmlaboratoriet Lägerhyddsvägen 1 Hus 4, Plan 0 Postadress: Box 536 751 21 Uppsala Telefon: 018 – 471 30 03 Telefax: 018 – 471 30 00 Hemsida: http://www.teknat.uu.se/student

Abstract

Insamling av drift- och produktionsdata från

energiteknik vid Ihus anläggning på Vaksala-Eke

Hjalmar Andersson, Leo Zdansky Cottle, Melker Claesson, Nils Karlsson &

Oscar Stenhammar

För att minska den globala uppvärmningen bär utbyggnaden av förnybar energiproduktion en stor vikt i dagens samhälle. Av den anledningen är det av stor betydelse som nya tekniker för energiproduktion testas. För att undersöka huruvida dessa tekniker är effektiva och lönsamma är det viktigt att deras produktionsdata publiceras och görs tillgänglig för allmänheten. Det är anledningen till att det här projektet beställts från Ihus via STUNS energi.

Projektidén var att samla in högfrekvent uppmätt produktionsdata från en soltracker, ett vindkraftverk och ett batterilager. Dessutom skulle väderdata samlas från en väderstation och solinstrålningsmätare för att sedan

offentliggöra datan via STUNS Energiportal.

För genomförandet av projektet användes en enklare dator för att ta emot information från olika sensorer. För att kommunicera med enheterna användes olika standardiserade kommunikationsprotokoll. Enheterna konfigurerades och kopplades in i datorn. Den insamlade datan bearbetades med en programmerad kod. Programmet sände iväg datan till en molnlagringsplattform för att sedan publicera den.

Uppkoppling mot soltrackerns växelriktare samt pyranometern lyckades. Den insamlade informationen från de två enheterna publicerades sedan på Energiportalen. Väderstationen producerade data men kommunikation med det ursprungligt tänkta protokollet lyckades inte att upprättas. Genom ett annat protokoll erhölls värden, men inte genom den implementerade koden. Dessutom uppstod problem med batterilagret och vindkraftverket. Ingen information lyckades hämtas från någon av dem.

I projektets gång har det samlats in mätpunkter var femte sekund för respektive enhet. Utifrån det erhållna resultatet kan de konstateras att vid högfrekvent insamling av väder- och produktionsdata, blir viktig information tydligare för vardera energiproduktionsenhet. Denna information kan gå förlorad vid lågfrekvent datainsamling. Det beror på vädrets hastiga

fluktuation. En lågfrekventare datainsamling ger således en sämre uppfattning av hur värdena egentligen ändras med tiden.

Ämnesgranskare: Ken Welch Handledare: Fredrik Björklund

Innehåll

1 Introduktion 1

1.1 Bakgrund . . . 1

1.2 Syfte . . . 3

2 Teori 3 2.1 Programmable Logic Controller . . . 3

2.2 Modbus (RTU och TCP/IP) . . . 4

2.3 Seriell kommunikation . . . 4 2.4 Duplex . . . 5 2.5 Signalterminering . . . 5 2.6 JSON . . . 5 2.7 MQTT . . . 5 2.8 Elnät . . . 5 2.9 Omvandlare . . . 6

2.10 Control and Communication Gateway . . . 6

2.11 Pyranometer . . . 7 2.12 Väderstation . . . 7 3 Metodbeskrivning 8 3.1 CCG:n . . . 9 3.2 Pyranometern . . . 9 3.3 Väderstationen . . . 10 3.4 TwinCAT-kod . . . 11 4 Resultat 13 5 Diskussion 15 5.1 Rekommendationer . . . 16 6 Slutsatser 17

1

Introduktion

Den kraftiga ökningen av koldioxidutläpp som skett de senaste decennierna skapar många problem. Några av dessa problem är de smältande inlandsisarna på Grönland och Antarktis samt ökad förekomst av extremväder som långa regnperioder och enorma torrperioder. Dessa problem kommer att göra det svårare för djur, växter, och även människor att leva på vissa områden i världen [1]. För att lyckas minska utsläppet av koldioxid är en stor utmaning att ersätta dagens fossilberoende elproduktion bestående av kolkraft, olja och naturgas. Istället bör människan kunna förlita sig på en fullständigt fossilfri elproduktion. År 2015 stod fossila bränslen för 80% av världens totala energianvändning [2].

Ett steg i att omvandla ett land från en fossilberoende energiproduktion till fossilfri är att bygga ut förnybara energikällor. Att Sverige är ett litet men rikt land betyder att det inte gör stor skillnad att bara ställa om Sveriges energiproduktion. Den viktiga delen för Sverige är istället att hjälpa till att driva utvecklingen av energiteknik framåt så att den blir billigare och mer effektiv. En del i att lyckas med den omställningen är att nya tekniker testas och platser för sol- och vindenergi utökas. För att undersöka om dessa nya tekniker är lönsamma och effektiva är det viktigt att produktionsdata publiceras så att andra aktörer kan ta del av det. Att produktionsdata inte publiceras leder till att onödiga resurser läggs på att flera aktörer måste testa samma idé. Detta leder till en långsammare omställning av elproduktion och att koldioxidutsläppen inte minskar tillräckligt snabbt.

För att se till att produktionsdatan publiceras tog EU fram PSI-direktivet. PSI-lagen syftar att främja vi-dareutnyttjande av handlingar för tredje part genom att offentliggöra information samt att förhindra att myndigheter begränsar konkurrensen genom att inte offentliggöra sina handlingar. Lagen gäller statliga och kommunala myndigheter samt aktiebolag, handelsbolag, ekonomiska föreningar och stiftelser där kommuner eller landsting utövar ett rättsligt bestämmande inflytande. Vidareutnyttjande av handlingar innebär en användning av handlingarna utöver den tänkta användningen. Syftet med lagen är att främja samhällsut-vecklingen [3]. De handlingar som det här projektet innefattar är väderdata samt drift- och produktionsdata från energiteknik.

1.1

Bakgrund

AB Uppsala kommuns industrihus, Ihus, är ett kommunalt fastighetsbolag som grundats med syftet att skapa tillväxt och utveckling genom att tillhandahålla lokaler i Uppsala. När Ihus bygger och förvaltar dessa lokaler läggs stor vikt på att det görs på ett hållbart sätt ur ett miljöperspektiv. För att ligga i framkant har Ihus använt sin anläggning vid Vaksala-Eke som är ett industriområde i utkanten av Uppsala som en testbädd för ny energiteknik. För att kunna förlita sig på egen förnybar energi byggde Ihus år 2014 en soltracker på Vaksala-Eke(se figur 1).

En soltracker är en solarray som roterar med solen för att hålla 90 graders vinkel mellan solinstrålningen och solcellernas yta. Syftet med att följa solens position är att maximera solcellernas energiproduktion. Förhoppningen hos Ihus med projektet är att datainsamlingen från anläggningen kommer visa om installation av sådan teknik är ekonomiskt hållbart i Uppsalaregionen.

Ihus ville även undersöka möjligheten med att bygga ett småskaligt och stadsnära vindkraftverk. Efter många strider för bygglov byggdes ett vertikalt vindkraftverk på Vaksala-Eke(se figur 2). Syftet med det småskaliga vindkraftverket var att undersöka dess energiproduktion i ett svenskt landskap. Ihus tanke var även att undersöka om vindkraftverk är en förnybar energikälla som är möjlig att positionera i städer på samma sätt som solceller. Utöver soltrackern och vindkraftverket har även ett batterilager, en ljusinstrålningssensor och en väderstation installerats på ett av taken på Ihus fastigheter.

Figur 1: Soltrackern vid Vaksala-Eke.

Figur 2: Det horisontella vindkraftverket vid Vaksala-Eke.

Vaksala-Eke är ett industriområde med stora lokaler där olika företag driver sin verksamhet. Ihus äger och förvaltar dessa fastigheter. Gemensamt för företagen på Vaksala-Eke är att de nyttjar maskiner som kräver stora mängder elektrisk energi för att drivas. Hela anläggningens elnät har således höga krav på leverans av både effekt och energi. Det bästa skulle vara att ha ett jämnt effektuttag över dygnet och därför försöker man kapa effekttopparna. Effekttopparna ökar belastningen på elnätet vilket ökar risken för avbrott och störningar i elnätet. Effekttoppar ökar också kostnaden för den balansansvarige, men även konsumenten kan få en rejält högre elräkning.

Ihus jobbar mycket kring transparens. En del i detta är offentliggörandet av deras produktionsdata som främjar utvecklingen av förnybara energikällor och de anser att det är viktigare än att skydda datan från eventuella marknadskonkurrenter. Öppenhet av information är något som Ihus har varit aktiva med även innan införandet av PSI-lagen, men den nya lagen har ställt tydligare krav på hur de delar med sig av datan. Av den anledningen har ett samarbete med STUNS energi påbörjats.

STUNS är en mötesplats och ett strategiskt forum där lokala och regionala samhällssektorer samlas kring nya gemensamma mål och möjligheter. De arbetar med att skapa samarbete mellan universiteten i Uppsala och olika aktörer i Uppsalaområdet. STUNS verksamhetsområden är koncentrerade till tre fokusområden; innova-tion och affärer, life science och energi. Gruppen inom STUNS som arbetar med det sistnämnda, energifrågan, kallas STUNS energi. Det är ett initiativ som grundas i att stödja innovationer och driva projekt som sker framförallt inom miljö- och energisektorn. De har sedan 2015 arbetat för att etablera Uppsalaregionen som nationella ledare för tillämpad solel och innovativa energitekniker. Under tiden som utbyggnaden för solel inom Region Uppsala pågick, tilldelades projektet medel från EU:s Europeiska regionala utvecklingsfond för att främja innovation. STUNS energi ansåg att det fanns en stor potential i att möta samhällets utmaningar inom energisektorn med hjälp av öppen data. Visionen var att skapa en digitaliserad erfarenhetsbank där datamängder för energiproduktion kan göras tillgänglig för offentliga fastighetsbolag, företag och forsknings-ändamål. Sedan projektets start har flera aktörer visat intresse för att själva dela med sig av datamängder. Energiportalen är idag lanserad, men står ständigt under utbyggnad för att utöka kunskapsbanken. Genom samarbete med ett företag som heter Grafana har ett gränssnitt skapats där energitekniksinstallationers produktion och annan offentlig data kan visas i ett enkelt grafiskt format. STUNS energi har bland annat fått i uppdrag av Ihus att samla in data från vindkraftverket, soltrackern, väderstationen och pyranometern samt att publicera datan på Energiportalen.

Det här arbetet är en del av Uppsala Energy Stories, ett projekt som STUNS Energi ansvarar för där ett tjugotal studentgrupper från Uppsala Universitet genomför projektarbeten för offentliga eller privata företag. Studenterna ges ett projekt som de arbetar med under våren tillsammans med STUNS energi och företaget som efterfrågade projektet. Arbetet presenteras sedan vid ett avslutande evenemang där företagen samt andra intressenter kan komma och lyssna på vad projektgrupperna har åstadkommit med sitt arbete. Dessutom ska projektgrupperna mer ingående presentera vad de åstadkommit för det företag som beställt projektet [4].

1.2

Syfte

Syftet med detta arbete var att koppla ihop all befintlig hårdvara vid Ihus anläggning på Vaksala-Eke. Dessutom skulle den mjukvara som behövs för att samla in data från soltrackern, vindkraftverket, vädersta-tionen och pyranometern implementeras. När datan väl samlats in skulle den läggas upp på molntjänsten Energiportalen för att uppnå det som PSI-lagen anser att ett kommunalt bolag ska offentliggöra.

2

Teori

2.1

Programmable Logic Controller

En PLC (Programmable Logic Controller) är en enklare dator som används för industriell automation. En PLC tar emot information från kopplade sensorer eller andra komponenter och bearbetar sedan datan. PLC:n kan sedan skicka ut information baserat på förprogrammerade parametrar. Beroende på insignaler och utsignaler kan PLC:n bland annat registrera maskinproduktivitet, temperatur och luftfuktighet. PLC:n har även förmågan att starta processer, stanna processer och generera alarm om en maskin inte fungerar som den ska [5]. En PLC är en flexibel och kraftig kontrollösning.

PLC:ns CPU (Central Processing Unit) lagrar och processar data. Det är insignaler och utsignaler på PLC:n som bidrar med information till CPU:n som ger vissa specifika resultat. Signalerna kan vara både analoga och digitala. De ingående komponenterna kan vara bland annat sensorer, växelriktare och mätare. Med utsignalerna kan PLC:n styra komponenter, till exempel motorer och ventiler. Användare kan blanda och matcha en PLC:s in- och utsignaler för att få rätt konfiguration, vilket gör att PLC:er är anpassningsbara till nästan vilken applikation som helst [5].

PLC är ett lika brett uttryck som ’dator’. Det finns många tillverkare av PLC:er vars produkter har varierande nivåer av komplexitet. I dess enklaste form består en PLC av ett nätaggregat, in- och utgångar och en datorlik processor med endast ett förinstallerat program som körs utan mänsklig inverkan när den väl kommit igång. De dyrare varianterna kan jämföras med en PC, med operativsystem och användargränssnitt som möjliggör programmering av PLC:n på plats [6]. Populära märken på PLC:er som används mycket inom tillverkningsindustrin är ABB, Siemens, General Electrics och Beckhoff [7].

Beroende på tillverkaren kan en PLC programmeras i ett av fem olika standardprogrammeringsspråk, vilka är definierade av den Internationella elektrotekniska kommissionen. Det finns tre grafiska och två textbaserade språk som bygger på samma princip - att koppla en eller flera insignaler till en utsignal. Dessa språk är baserade på PLC:ns analoga föregångare, automatiska styrsystem bestående av reläkretsar. Fältteknikerna som var utbildade i att läsa reläscheman behövde kunna övergå till att använda PLC:er utan vidareutbildning, särskilt då övergången skedde innan internets uppkomst [8]. De enkla språken tillåter en människa att överskådligt granska ett program och förstå dess syfte. Vid exekvering kompileras programmet till maskinkod som sedan läses av PLC:ns processor [9].

2.2

Modbus (RTU och TCP/IP)

Modbus RTU (Remote Terminal Unit) är ett protokoll som använder sig av en master/slave struktur [10]. Master/slave är ett kommunikationsprotokoll där en av enheterna eller processorerna i en slinga är master och resterande är slavar. När master/slave förhållandet är etablerat sker all kontroll från master till slave och aldrig åt andra hållet [11]. Alla olika slavar identifieras genom att de benämns med varsitt unikt ModbusID. Modbus utför tjänster specificerade av funktionskoder. Modbus transaction är funktionen som informerar slaven vilken åtgärd som ska utföras. Ett Modbus RTU paket kan bara skicka data. Paketet innehåller därför inte parametrar som namn, upplösning eller enheter. Modbus RTU har dock fördelen gentemot andra protokoll att det är mycket lättare att implementera och kräver mycket mindre minne [10].

Modbus TCP (Transmission Control Protocol) och Modbus IP används tillsammans som transportprotokoll på nätet. När data skickas med hjälp av dessa protokoll ges datan först till TCP där ytterligare information bifogas och ges till IP. IP samlar datan i ett paket och transmitterar det. Modbus TCP använder sig av liknande master/slave struktur som RTU, förutom att mastern ibland kallas för client och slaven för server. TCP/IP skickar meddelanden över nätverk istället för över seriella kopplingar som RTU gör. Servern använder sig av en IP-adress då den inte har något ModbusID [12].

Modbus används ofta för att föra över information från instrument och kontrollkomponenter till en dator som samlar in all information. Det kan till exempel vara ett system som mäter temperatur och luftfuktighet och sedan transmitterar informationen till en PLC [13].

2.3

Seriell kommunikation

RS232 och RS485 är seriella datakommunikationssätt som används i många olika applikationer. RS232 är en äldre variant som lämpar sig bäst till kommunikation över korta distanser, cirka 15 meter, där kommunikatio-nen inte behöver gå särskilt snabbt. Denna kommunikationsstandard påverkas lätt av extern elektromagnetisk störning då binära signalen som tas emot vid receivern bestäms av tecknet på spänningsskillnaden mellan två kablar. Om dessa kablar är långa kan störning leda till att en positiv signal blir negativ, eller vice versa, längs vägen. RS232 tillåter bara två enheter på varje linje, och kräver därför fler resurser vid uppkoppling av flera enheter. RS485 används när högre hastigheter krävs och över längre avstånd. Signaler kan skickas uppemot 1000 meter utan störning då två par lindade kablar skickar en differentiell signal där externa stör-ningar elimineras vid receivern. RS485 tillåter upp till 32 olika komponenter att kommunicera över samma linje. Dessutom kan varje slavenhet kommunicera med de övriga slavarna utan att gå genom mastern. RS485 är en uppgraderad version av RS422 [14].

Baudrate är ett begrepp som syftar på signalens uppdateringsfrekvens, det vill säga hur många gånger per sekund som signalen mäts [15]. Paritet fungerar som en enbits checksum. Är antalet ettor i datapaketet jämnt och jämn paritet är valt blir paritetbiten 1 annars 0, det samma gäller för ett ojämnt antal ettor och ojämn paritet. Antal stopbitar är 1 eller 2 bitar, som kommer efter meddelandet är slut. Mottagaren vet att något är fel om den inte får en stopbit när den förväntar sig det [16].

2.4

Duplex

Duplex är nätverkstermen för möjligheten för två komponenter att kommunicera med varandra åt båda hållen. Det finns två olika typer av duplex, full- och half duplex. I full duplex kan båda komponenter transmittera och ta emot information med varandra samtidigt, exempel på detta är en telefon. I half duplex-system kan transmission och mottagning av information bara ske växelvis. Om den ena komponenten skickar information måste den andra ta emot. Walkie-talkie och radio är exempel på half duplex-system [17]. Där sker kommunikationen via kablar och in- och utgångarna kallas för Tx(Transmit) och Rx(Receive). Vid full duplex har varje enhet två Tx och Rx. Därför kan flera enheter kopplas i serie och information kan skickas från en master via Tx+ till den första slavenhetens Rx+. Därefter sänds signalen vidare från dess Tx+ till nästa enhets Rx+, hela vägen till slutet. Signalen returneras till slut från den sista enheten via dess Tx- till den näst sista enhetens Rx-. Signalen går då hela vägen tillbaka till mastern. Vid half duplex kopplas Tx-ihop med Rx- och Tx+ Tx-ihop med Rx+ så att det fås en plusslinga och en minusslinga.

2.5

Signalterminering

Signalterminering behöver oftast en komponent kallad terminator vid slutet av tråden eller kabeln för att förhindra en frekvenssignal från att bli reflekterad från en ände och skapa interferens. En terminator kan till exempel vara en resistor [18].

2.6

JSON

JSON (JavaScript Object Notation) är en textbaserad syntax som är oberoende av programmeringsspråk och används för att möjliggöra överföring av strukturerade data mellan olika programmeringsspråk. JSON representerar endast nummer som en sekvens av siffror. Detta gör att den enkelt kan läsas av en människa. Alla programmeringsspråk kan även läsa en sekvens av siffror vilket gör syntaxet till ett enkelt sätt att representera en samling av datavärden med tillhörande namn. En fördel med JSON är att den troligen aldrig kommer ändra sin struktur vilket gör den väldigt stabil inför framtiden [19].

2.7

MQTT

MQTT står för Message Queue Telemetry Transport. Det är ett väldigt simpelt protokoll för att skicka meddelanden. MQTT passar väldigt bra i begränsade miljöer som i kommunikation från maskin till maskin eller internet of things applikationer [20]. MQTT klienter kan publicera data till något som kallas broker eller hämta data från brokern. Det sker så fort datan från brokern ändras. På det sättet blir nätverkstrafiken mycket mindre än när data skickas vid regelbundna intervall [21].

2.8

Elnät

Det svenska elnätet består av enfas växelspänning med frekvensen 50Hz. Enfas består av en strömförande ledare, en returledare (neutralledare) där strömmens flöde byter riktning. Nätets normala spänning är 230V

rms. Anledningen till att just enfassystem används främst i hushåll är att det är billigt och har en mindre komplex design som lämpar sig för effekter under 1000 W [22].

Trefassystem innehåller fyra ledare. En av ledningarna är neutral och de tre andra ledningarna är växelström där faserna är förskjutna 120◦ från varandra. Trefassystem används främst inom industrin för att driva höga laster. Effekten för ett trefassystem är konstant vilket gör dem bättre än enfassystem när det kommer till att leverera höga effekter och används därför när det krävs mer än 1000 W [22].

Likspänningsnät har länge valts bort till fördel för växelspänningsnät då det senare enkelt kan transformeras till höga och låga spänningar. Detta gör det möjligt att ha högspänningsledningar som har mycket låga effektförluster för att sedan transformeras ner till en säker spänningsnivå för hushåll. För maskiner som använder likspänning måste spänningen riktas om från växelspänning. Då används en separat likriktare. I industrin finns idéer om att använda likspänningsnät istället för det nuvarande trefasnätet. Fördelar med likspänning är till exempel återvinning av bromsenergi och möjligheter till energilagring vilket är en mycket viktig del då man övergår till förnybara energiformer [23].

2.9

Omvandlare

En likriktare är en elektrisk krets som omvandlar växelspänning till likspänning. Omvandlingsförhållandet η är ett värde på hur stor andel av växelspänningens effekt som omvandlas till effekt i likspänning. Den är alltid mindre än 1 på grund av att en del av effekten inte omvandlas utan stannar i utspänningen som växelspänning. Det fenomenet kallas rippel. För att få en stabilare likspänning används stora kondensatorer för att filtrera bort ripplet men effekten går förlorad. För en enfas helvågs-likriktare är η ≈ 81.1% och för en trefas helvågs-likriktare η ≈ 96.8%. För en likriktare med flera faser ökar omvandlingsförhållandet på grund av att ripplet minskar och därmed omvandlas mer av effekten till likström [24].

En växelriktare är en elektronisk anordning som omvandlar likspänning till växelspänning. Dessa har vid goda förhållanden typiskt ett omvandlingsförhållande över 90%, vissa har uppemot 98%. När ineffekten är mindre får man ett sämre omvandlingsförhållande vilket kan leda till att hälften av effekten går förlorad. Detta betyder att på morgon och kväll för solpaneler fås ett sämre omvandlingsförhållande. En stor del av den redan knappa effekten går förlorad i omvandlingen till växelspänning. Samma problem sker för vindkraftverk när det inte blåser mycket. På grund av detta brukar solceller överdimensioneras så att växelriktaren får ett bättre omvandlingsförhållande även vid lägre solinstrålning [25].

2.10

Control and Communication Gateway

En Control and Communication Gateway är en enhet tillverkad av SolarEdge. Den specifika modell som kommer att användas i projektet och finns installerad på Vaksala-Eke är SE1000-CCG-G som ses i figur 3. En CCG fungerar som en master i en Modbus slinga där det finns en eller flera SolarEdge-växelriktare. Den agerar som en samlingscentral för växelriktarnas produktionsdata vilket sedan kan skickas vidare med endast en koppling från CCG:ns utgång. Enligt gateway:ns manual utökar den övervaknings- och kontroll-möjligheterna för uppkopplade enheter [26]. SolarEdge jobbar också med insamling och offentliggörande av data, därför har de en egen hemsida som liknar den STUNS energi håller på att ta fram, en portal där lågfrekvent produktionsdata från uppkopplade växelriktare visas grafiskt. CCG:n har dessutom ingångar för andra sensorer tillverkade av SolarEdge så att användaren ska kunna samla mer information på samma enhet.

Figur 3: CCG:n vid Vaksala-Eke [27].

2.11

Pyranometer

Den pyranometer som finns monterad på Vaksala-Eke för att mäta solinstrålningen är modellen MS-60M tillverkad av EKO instruments, se figur 4 nedan. Pyranometern kan mäta den ögonblickliga effekten av det infallande solljuset. Själva detektorn i pyranometern är ett antal termoelement som är seriekopplade med varandra. När dessa seriekopplade termoelement som kallas en termostapel blir belysta av ljus skapar detta en temperaturgradient, temperaturdifferens mellan olika termoelemet. Det gör att det uppstår en elektromotorisk spänning på termostapeln. Spänningen mäts och multipliceras med en konstant bestämd av tillverkaren för att avgöra irradiansen i enheten W/m2_{. Sensorn ger väldigt stabila värden eftersom den}

består av material som inte har något våglängdsberoende [28].

Figur 4: Pyranometern vid Vaksala-Eke [29].

2.12

Väderstation

Väderstationen som finns installerad på taket av en av Ihus fastigheter på Vaksala-Eke är en GMX600 och går att se i figur 5 nedan. GMX600 är en av många olika modeller i en produktserie av väderstationer tillverkad av Gill Instruments. Vindhastighet och riktning ges genom en ultraljudssensor och en elektronisk kompass. Väderstationen var installerad vertikalt vilket gör att vindriktningen är i detta fall irrelevant. Medelhastighet, vindby-hastighet och riktning beräknas tillsammans med hjälp av standardiserade direktiv från Meteorologiska världsorganisationens medelvärden. För att mäta nederbörd finns en integrerad optisk regnmätare som känner av vatten som träffar ytan. Mätningarna utgår från hur många och hur stora droppar

som träffar ytan på väderstationen och ger ett värde som motsvarar det från en regnmätare med tippskopa [30].

Figur 5: Den väderstation som finns vid Vaksala-Eke [30].

3

Metodbeskrivning

Projektet delades upp i två mindre faser. Till att börja med skulle väderstationen, pyranometern och väx-elriktare fysiskt kopplas upp till PLC:n via Modbus. Andra fasen var att implementera kod på PLC:n som skickade informationen från mät- och produktionsenheterna vidare till STUNS energis molnlagring. Den hårdvara som fanns installerat vid projektstart var:

• En Väderstation av modell GMX600 tillverkad av Gill instruments • En Pyranometer av modell MS-60 tillverkad av EKO instruments • En Communication Gateway av modell SE1000-CCG-G från SolarEdge

• En PLC av typ CX-5140-M510 från Beckhoff som installerats av STUNS energi

• En PLC av typ CX-5130-M510 från Beckhoff som användes av InnoEnergy och samlar in data från: – Batterilager

– Det vertikala vindkraftverkets energimätare ut till elnätet – Soltrackerns energimätare ut till elnätet

Vindkraftverket och soltrackern var kopplade till vardera växelriktare. Därifrån skickades sedan produk-tionsdatan till fastighetens energimätare. Energimätarna var kopplade till InnoEnergy:s PLC. Från den skulle sedan kommunikation utföras till STUNS PLC via ADS Read. Soltrackerns växelriktare var dessutom kopplad till CCG:n. Kommunikationen dem emellan skedde med protokollet Modbus RTU RS485. CCG:n kopplades ihop med PLC:n via samma protokoll. Väderstationen och pyranometern skulle senare kopplas in i STUNS PLC, också via Modbus RTU RS485. Alla ovannämnda kopplingar med tillhörande protokoll kan ses i figur 6. Anledningen till att just RS485 användes som protokoll var för att upp till 32 olika sensorer kunde seriekopplas in på samma kort. PLC:n som användes var tillverkad av Beckhoff och kom förinstallerad med Beckhoffs egna programmeringsmjukvara TwinCAT 3. För att kunna fjärrstyra PLC:n skapades VPN-konton som kunde kopplas till PLC:n och dess IP på ett säkert sätt.

Figur 6: Enheterna och dess kommunikationsprotokoll.

Annan materiel som användes under projektets gång var: • kablar för att göra extra kopplingar

• USB-till-seriell adapter

• DB9-hane till USB-hane adapter

• 2st kort till PLC:n av modell KL6041 som kan kommunicera RS485 och RS422 • CFast minneskortläsare

3.1

CCG:n

CCG:n var kopplad till soltrackerns växelriktare på ingång 1 som i sin tur kopplades till PLC:n på ingång 2, båda med RS485 half duplex. Via LCD-displayen på växelriktaren konfigurerades den som en slave genom att hålla in retur-knappen i fem sekunder. För att komma vidare trycktes lösenordet enligt manual in. CCG:n konfigurerades också genom att trycka in lösenordet och valdes då som en master. Gemensamt för de båda var att de ställdes in till protokollet SunSpec för att skicka data till en tredje parts avläsare. Enheternas protokoll och ModbusID ställdes in och genom att söka efter slavar på CCG:n upptäckte den växelriktaren. CCG:n hade ett förinställt program som automatiskt sökte efter slavar [31]. Vindkraftverket försöktes också kopplas in men då ingen manual eller andra instruktioner fanns för hur den skulle kopplas in kunde inkopplingen av denna komponent inte genomföras.

3.2

Pyranometern

För att få värden från pyranometern kopplades den först in i PLC:n via en seriell-till-USB adapter. Adaptern ställdes in på RS485 half duplex utan echo genom stiften och reläerna under luckan. Kablarna drogs enligt manualen som beskriver vilken kabel som skulle kopplas in i vilket stift på USB adaptern. Med hjälp av programmet Eko Sense configurator konfigurerades pyranometern till rätt datalängd, paritet, antal stop bitar, baudrate samt Modbus-ID. Dessa parametrar valdes till åtta bitar, ingen paritet, en stopbit, 19200

baudrate samt ModbusID två. När pyranometern hade konfigurerats kopplades den in i ett av KL6041-korten till PLC:n. Eftersom pyranometern skickade data med half duplex, men kortet hade ingångar för både Tx+,Tx-,Rx+ och Rx-, sattes två byglar som sammankopplade Rx+ och Tx+ samt Rx- och Tx-. För att PLC:ns kort skulle kunna läsa half duplex behövde dess register redigeras. Enligt kortets egna manual skulle den sista biten på register 34 ändras till 1 istället för 0. I decimala tal ställdes registret in på 181. Det gjordes genom att högerklicka på det kortet som skulle ändras i TwinCAT. Sedan valdes register access. För att matcha pyranometerns andra konfigurationer på baudrate, datalängd, stopbitar och paritet behövdes fler register ändras. Register 32 ändrades till 7 i decimal bas för att konfigurera kortet till rätt baudrate. Register 33 ändrades till 11 i decimal bas för att konfigurera kortet för datalängd, stopbitar och paritet.

3.3

Väderstationen

Vid installation av väderstationen användes Metset som var tillverkarens egna programvara. Väderstationen konfigurerades med hjälp av RS232 genom Metset för att kommunicera via RS485 half duplex. Till detta användes en DB9-hane till USB adapter som kopplades in i PLC:n. Kablarna från väderstationen kopplades in i en DB9 kopplingsplint som kopplades enligt manualen [32]. DB9 kopplingsplinten kopplades samman med DB9-hane till USB adaptern. Konfigurationen av väderstationen gjordes för att den skulle kommunicera med RS485. Väderstationen kopplades sedan in i kortet på samma sätt som för pyranometern. Värden från väderstation i TwinCAT-koden försökte utläsas men väderstationen skickade inga värden till PLC:n . Efter detta kopplades väderstationen åter via RS232 med hjälp av DB9-hanne till USB adapter och kopplingsplin-ten. Denna gång konfigurerades väderstationen för kommunikation med RS422 ASCII. Efter konfiguration kopplades den in i kortet för att testa om värden nu kunde skickas vi RS422 ASCII. Dock kunde inga värden utläsas i TwinCAT-koden. Både kommunikation via RS485 och RS422 ASCII testades flertalet gånger. Från Metset kunde mätdatan läsas men då PLC:n saknade ett kort för att läsa RS232 kunde den inte kommas åt på det sättet. När väderstationen konfigurerades för Modbus RS485 svarade den varken på TwinCAT-koden eller på program som kunde läsa Modbus genom en seriell till USB adapter. Med Modbus RS422 erhölls inte heller något svar. För att kunna logga några värden från väderstationen användes programmet Tera Term. Värdena loggades genom att väderstationen kopplades in till PLC:n med hjälp av DB9-hane till USB-hane adapter.

Efter att pyranometern och CCG:n var konfigurerade kopplades CCG:n och pyranometern till PLC:n i en seriekoppling för att utnyttja fördelarna med en RS485-slinga. Närmast kopplades CCG:n och från den kopplades kabeln till pyranometern. PLC:n hade en linjeimpedans på 120Ω så att masteränden var redan terminerad. När alla enheter var sammankopplade på ett korrekt sätt monterades kabelkanaler för att snygga till i elskåpet där de båda PLC:erna var monterade och alla kablar var kopplade i kopplingsplintar, se figur 7.

Figur 7: Placering av all hårdvara i elskåpet och all kabeldragning. PLC:erna är de två vitröda lådorna längst ned i figuren.

3.4

TwinCAT-kod

När det bestämts vilka värden som skulle läsas från CCG:n, väderstationen och pyranometern skapades ett Excel-makro utifrån en mall som ställdes till förfogande utav STUNS. Utifrån en given TwinCAT-kod genere-rade makrot den resterande kod i TwinCAT som behövdes för att hämta värdena från de olika komponenter-na. Från pyranometern valdes att endast det register som mäter irradians skulle loggas. Från väderstationen valdes de register som kan ses i figur 8. De värdena som valdes från CCG:n kan ses i figur 9.

Figur 9: De register som användes från växelriktaren.

För dessa värden fylldes det i följande uppgifter för att rätt information skulle kunna hämtas; registeradress, variabelnamn, huruvida talet har en teckenbit, skalningsfaktor, förskjutning, om den ska loggas i JSON, data typ samt en fixerad adress. Dessa uppgifter togs från respektive sensors manual. Om en variabel använder flera registeradresser på grund av att datatypen är 32-bitar eller mer anges endast den första adressen. Utöver variabelnamn fylldes det även i information om sensorn som namn, kommunikationsprotokoll, antal värden, IP-adress, UIport, enhetens ID, väntetid mellan signaler, huruvida Endian skall bytas eller inte, om den ska tillhöra en JSON-grupp eller inte, vilket namn den JSON-gruppen i så fall ska ha samt vilket Modbus kommunikationsregister som ska användas. När allt detta var ifyllt kompilerades makrot till ett redan existerande projekt i TwinCAT där all kod genererades. När koden kördes efter att den blivit genererad av makrot insågs det att alla register från CCG:n var förskjutna så att det egentliga registret var ett mindre än det som stod i manualen. En annan sak som var tvungen att korrigeras var de variabler som var lagrade med hjälp av 16 respektive 32 bitar från samma sensor. De var tvungna att läsas var för sig eftersom de använder olika komunikationstyper; ModbusRTU16/ModusTCP16 för 16 bitar och ModbusRTU32/ModusTCP32 för 32 bitars data typerna.

För varje register skickade CCG:n ett heltal som oskalat värde och ett annat tal som skalningsfaktor. Exempel på oskalade värden och skalningsfaktorer kan ses i figur 9, där exempelvis ” I_AC_Current” var det oskalade talet och ” I_AC_Current_SF” var tillhörande skalningsfaktor. Noterbart var att flera värden kan ha samma skalningsfaktor om de beskriver liknande saker. Exempelvis var ” I_AC_Current_SF” skalningsfaktor även

för ” I_AC_CurrentA” , ” I_AC_CurrentB” och ” I_AC_CurrentC” . Anledningen till att den metoden an-vändes var troligen för att minimera hur mycket data som behöver skickas för samma mängd information. Om man istället hade skickat varje tal som ett 32 bitars flyttal hade de krävt mer data eftersom många värden har samma exponent i flyttalsform. För att få det riktiga värdet multiplicerades det oskalade värdet med tio upphöjt i skalningsfaktorn, v¨arde ← v¨arde · 10skalf aktor_{. För att utföra omskalningen användes funktionen}

EXPT som finns inbyggd i TwinCAT. Koden började sedan köras och logga värden. Efter att PLC:n hade loggat värden i några timmar kraschade dock PLC:n. För att återställa PLC:n stängdes den först av genom att stänga av reläet som gav PLC:n matningsspänning. Sedan togs internminnet ut från PLC:n och lästes in på en PC med hjälp av C-fast minneskort-läsaren. För att fixa det problem som uppstått byttes namnet på mappen Bootsom låg under TwinCAT-mappen i utforskaren. Internminnet sattes tillbaka i PLC:n och koden började köras igen. Även denna gång kraschade PLC:n efter några timmar. PLC:n återställdes på samma sätt som innan, men denna gång gjordes också ändringar i koden.

Den ändring som infördes var att istället för att använda den inbyggda funktionen EXPT användes ett eget funktionsblock som kallar EXPT endast om exponenten är rimlig. Det nya funktionsblocket testar om beloppet av exponenten är större än 10 och returnerar i så fall noll utan att kalla EXPT vilket undviker en krasch.

När koden var implementerad skapades en uppkoppling mot STUNS energis MQTT broker som lagrade all insamlad data. Var femte sekund skickades en JSON-fil med all insamlad data. För att utföra uppkopplingen krävdes ett brokerns adress, port samt användarnamn och lösenord. Brokern var länkad till Energiportalen där all information publicerades automatiskt.

4

Resultat

Figur 10: Mätning av irradiansen under fem dygn.

Inkoppling av pyranometern lyckades, datan loggades och skickades till Energiportalen där irradiansen kan utläsas från figur 10. Dessutom erhölls flertalet värden från växelriktaren. Den mest intressanta av dem, effekten i AC och DC, kan ses i figur 11. Vissa problem uppstod i och med att PLC:n kraschade två gånger. I figur 12 går det att utläsa ett avbrott på avläsningen av data, då PLC:n kraschade. Krascherna kan ses i figuren från att den gula linjen helt och hållet försvinner för att sedan synas igen en kort stund innan PLC:n

kraschade igen. Vid andra kraschen hade skalningsfaktor för temperaturen för kylflänsen (TSF) ett värde på 4532. Det sista värdet innan kraschen för temperaturen (T) för på kylflänsen var 4522.

Innan skalfaktorer var implementerade och innan PLC:n kraschade kunde bra värden utläsas från växelrik-tare, under förutsättning att skalningsfaktorn var noll. Ett exempel på ett sådant resultat kan ses i figur 11 där AC effekten kan ses över cirka 2.5 timmar. I figuren finns även samma data fast den är tagen från SolarEdges hemsida.

Figur 11: Till vänster i bilden syns vår insamlade data i Grafana från soltrackern, AC effekten i grönt och DC effekten i gult. Till höger i figuren ses förtaget Solaredge:s mätning av AC effekten över samma period.

Figur 12: AC effekten i grönt och DC effekten i gult vid tiden då PLC:n kraschade.

Väderstationen lyckades inte kopplas med hjälp av RS485 och inga värden från Grafana kunde därför utläsas. Dock loggades värden från väderstationen med hjälp av Tera Term. Exempel på några insamlade värden från väderstationen kan ses i figur 13.

Figur 13: Relativa luftfuktigheten i procent, temperaturen och nederbörden från den manuella vädersta-tionsloggningen. Informationen representerar en tidsperiod på ungefär tre dygn mellan den 20:e till 23:e maj.

5

Diskussion

Den enda hårdvara som fungerat felfritt är pyranometern. Den gick att kommunicera med från början, gick bra att konfigurera och har sedan dess gett pålitliga värden. I figur 10 syns irradiansen för fem dagar. Man kan se hur solstrålningen varierar under dygnet. Man kan också se hur molnigt väder påverkar solstrålningen. Den andra dagen var det halvklart, vilket gjorde så att solstrålningen hade fler toppar och dalar. Den fjärde dagen var det klart väder vilket gav en jämn och hög solstrålning. På natten när det varit mörkt har den dock gett små negativa värden på ljusinstrålningens effekt per kvadratmeter, runt -4 W/m2_{. Det är förstås ett omöjligt}

värde och kan därför anses vara en felmarginal. Det anses dock inte påverka pyranometerns trovärdighet nämnvärt. En felmarginal på bara 4 W/m2ger ingen betydande skillnad när intensiteten närmar sig 1 kW/m2. Det är möjligt att implementera en korrigerande term genom att ändra på några koefficienter i programmet som pyranometern konfigurerades. Anledningen till det inte användes är att det står i instrumentets manual att tillverkaren inte installerat en termometer i instrumentet. Den korrigerande termen beror på temperaturen och sensitiviteten, därför rekommenderar tillverkaren i manualen att inte använda sig utav den korrigerande termen. Eko instruments är på väg att komma med en sådan lösning då det redan nu finns ett register som ger temperatur. Eftersom det inte finns en termometer installerad ger den adressen endast ett konstant värde.

Den produktionsdata som samlats in under projektets gång för att skicka vidare till STUNS molntjänst Energiportalen har uppmätts med fem sekunders periodtid. Från innan projektets start hade SolarEdge en onlinetjänst för avläsning av soltrackerns energiproduktion. Vid jämförelse av deras grafer och grafer genererade från projektets gång ses tydliga skillnader. I figur 11 kan det utläsas hur mycket datan varierar över samma tidsperiod. Anledningen till den stora variation i effekt över tid för den vänstra grafen är att datan från Grafana är mätt mer högfrekvent än den högra grafen från SolarEdge. Från den mer högfrekventa datan från Grafana kan det ses hur vädret ändras var femte sekund vilket gör att man kan se hur ett moln passerar. SolarEdge däremot mäter effekt mindre frekvent över tiden och plottar sedan ett medelvärde. En fördel med att använda mer högfrekvent data är att den kan ge en bättre förståelse för hur effekten och därmed vädret varierar över en dag. För datan från SolarEdge kan endast större skillnader ses i hur effekten ändras. Dessutom missar SolarEdge intressant information. I figur 11 visar mätningen att effekten vid topparna överstiger 10 kW vilket inte syns i SolarEdge figuren. I den högra grafen kan det utläsas att effekten aldrig överstiger 9 kW, vilket alltså inte överensstämmer med verkligheten. Den mer högupplösta datan ger då en tydligare bild på hur den producerade effekten verkligen varierar över tid.

åter-försäljaren, men gav inget svar vid avläsning av värden från seriella till USB-adaptern. Däremot lyckades uppkoppling mot väderstationens standard-protokoll, RS232. Möjliga anledningar till att väderstationen in-te kunde kommunicera med RS485 eller RS422 är att kopplingen eller konfigurationen utfördes på fel sätt. Väderstationens alla möjliga konfigurationer testades, kopplingarna gjordes om noga och manualen lästes ordentligt. Mer troligt är att något är fel med själva väderstationen. Kommunikation via RS232 som fungerar använder samma Tx-, Rx-, comm och signal ground kablar. De andra Tx+ och Rx+ testades genom att de kopplades till matningsspänningen i elskåpet vartefter spänningen dem emellan mättes med en multimeter på taket. Felet beror heller inte på störningar eller att sladden är för lång då den maximala rekommenderade längden för RS232 är 5m medan det för RS485 och RS422 är 1000m. Den faktiska längden på kabeln är inte känd. Uppskattningsvis är den ungefär 10 meter lång. Utöver att endast testa att kommunicera med RS485 testades också RS422 ASCII, men det gav samma resultat som för RS485. Detta och allt annat som testats tyder på att felet snarare ligger hos själva väderstationen. Det skulle kunna vara en trasig sändare eller mot-tagare för Tx+ respektive Rx+. Om mer tid hade funnits till projektet skulle väderstation ha återlämnats till återförsäljaren för att felsöka produkten. Ett annat och enklare alternativ hade varit att installera ett kort till PLC:n som kan läsa RS232. Detta är dock inte att föredra eftersom projektplanen vara att alla komponenter skulle kommunicera med RS485 vilket hade möjliggjort att alla komponenter var inkopplade på samma kort och på det sätt ge en simplare lösning än den med RS232. GMX600 är inte den väderstation som STUNS energi tidigare har använt vid liknande projekt och det lär inte vara den som köps in i framtiden efter kommunikationsinkompatibiliteterna, förutsatt att det inte rör sig om ett defekt exemplar. Trots de problem som uppstod med väderstationen lyckades det utvinnas något resultat från den. Värden loggades manuellt med RS232 via en DB9 adaptern från mjukvaran Tera Term. Dessa värden kommer i efterhand skickas till Energiportalen.

Efter kraschen av PLC:n insågs hur skör den var och då sparades säkerhetskopior på TwinCAT-koden efter varje gång något redigerades. Kraschen på PLC:n som kan ses i figur 12, uppstod troligen då skalfaktorn för växelriktarens kylflänstemperatur antog värdet 4532. Då datatypen REAL i TwinCAT är ett flyttal med största möjliga värde ∼ 1032_{är det inte konstigt att det blir fel när TwinCat försöker sätta den till ∼ 10}4532_.

Kraschen kan också ha uppstått i själva EXPT funktionen, då den troligtvis inte kan hantera så stora exponenter som 4500. Det viktiga är dock inte var felet inträffade utan att undvika det. Det sista värdet läst av PLC:n av kylflänsens temperatur innan PLC:n kraschade var 4522. Förmodligen antog skalfaktorn för temperaturen värdet för temperaturen själv. Då de hade register som lästes av direkt efter varandra, ansågs det som den mest troliga anledningen.

I Grafana kan man se att flera skalfaktorer från CCG:n har orimliga värden vid samma tid vilket tyder på att flera register lästes från fel adress, av okänd anledning. Den lösning som implementerades efter andra kraschen, med ett egengjort funktionsblock som inte använder en skalningsfaktor med belopp större än tio, är inte den optimala lösningen. Anledningen till detta är att när en skalningsfaktor blir större än tio returnerar det egengjorda funktionsblocket noll vilket gör att värdet som loggas också blir noll. En annan möjlig lösning på problemet skulle istället vara att om skalningsfaktorns belopp överstiger 10 väljer att den antar det senaste föregående värdet som inte hade en felaktig skalningsfaktor. Denna lösning är ger troligen ett närmare värde, men det är tydligare att bara sätta värdet till noll för att påvisa ett fel inträffat. Skulle man vilja kan man enkelt hitta de tomma partierna och fylla i dem från den omkringliggande datan.

En möjlig förklaring till varför registerna hos CCG:n lästes fel är att slingan upplevde problem med spegling. Då RS485-slingan misstänktes ha problem med spegling kopplades CCG:n och pyranometern isär till två olika RS485 kort på PLC:n. Då det märktes att det inte löste problemet och att det gjorde att CCG:n slutade uppdatera värdena kopplades de båda tillbaka på det första kortet.

5.1

Rekommendationer

Det var okänt vilka som var återförsäljarna av vindkraftverket samt dess växelriktare. Eftersom det inte fanns en manual att utgå ifrån, eller någon support att ta hjälp av, kunde ej vindkraftverkets växelriktare kopplas

till PLC:n. En möjlighet för att få in data från vindkraftverkets energiproduktion är att använda blinkögon som kan avläsa vindkraftverkets energimätare ut till fastigheten. En bättre lösning hade varit att koppla upp PLC:n mot InnoEnergy:s PLC genom ADS read. Då de precis var på väg att byta ut sin hårdvara kunde inte det implementeras. Den lösning som hade fungerat bäst hade varit att koppla upp en MBUS-förgrenare på den energimätare som InnoEnergy hämtade sin information från.

Vid projektstart var det tänkt att data från batteriet skulle fås från PLC:n som InnoEnergy har installerat på Vaksala-Eke. Det skulle ha utförts genom att läsa dess globala variabler med ADS-read via ethernet. InnoEnergy:s hårdvaru-utbyte innebar tyvärr att det inte var möjligt. Vad man istället kan göra är att koppla upp sig på samma CAN-bus-slinga som den andra PLC:n genom en förgrenare.

Baudrate på väderstationen, pyranometern och CCG:n sattes till 19200 men hade gått att ställa ännu högre. Det ansågs vara onödigt då värdena endast behövde hämtas var 5:e sekund och det inte användes alltför många olika enheter. Baudrate:n skulle kunna ha haft en inverkan på värdena som verkade uppleva en störning från CCG:n. Med en högre baudrate skulle värdena uppdateras oftare och kanske därmed mätas med högre säkerhet. På så sätt är det möjligt att störningen och de felaktiga värdena i Grafana hade kunnat undvikas.

En möjlig fortsättning på detta projekt hade varit att analysera den insamlade datan djupare. De flesta parametrar beror på varandra på något sätt. Att undersöka de olika sambanden och vad de innebär för Ihus och deras energiparks produktion hade varit intressant. I analysen skulle det vara optimalt att ta med Ihus totala energiförbrukning på Vaksala-Eke och jämföra hur mycket av deras energiproduktion som kommer från energiparken. Under projektets gång har även många idéer från projektgruppen kommit fram. En av de mest spännande idéerna hade varit att ta fram solljusets instrålningsvinkel. Med hjälp av trigonometri och ett beräkningsprogram hade effekten från solinstrålningen på en yta vinkelrät mot instrålningen kunnat kalkyleras. Resultatet hade sedan kunnat jämföras mot den producerade energin av soltrackern.

6

Slutsatser

Det ursprungliga syftet med projektet var att samla in drift- och produktionsdata från befintlig energiteknik och hårdvara på Vaksala-Eke. Den insamlade datan skulle sedan skickas vidare till en MQTT-broker för att publiceras på STUNS Energiportal. Syftet uppfylldes delvis. Soltrackerns data och pyranometerns in-strålningsdata samlades in genom kommunikationsprotokollet Modbus RTU RS485 i half duplex. Datan från soltrackerns växelriktare upplevde mindre störningar vilket påverkade de resulterande graferna på Energipor-talen. En möjlighet är att dessa korrupta värdena berodde på spegling eller en störning på Modbus-slingan som CCG:n och pyranometern befann sig på.

Inkoppling av vindkraftverket och väderstationen i PLC:n misslyckades. För vindkraftverkets del berodde det på att det saknades manual och kontaktperson för att ta reda på hur kommunikation skulle utföras. Ett alternativ för att få vindkraftverkets produktionsdata skulle vara att koppla upp sig mot dess energimätare. Vid den lösningen utgår dock intressant information från växelriktaren, som omvandlingsförhållandet av energin samt ström och spänning på de olika faserna. Angående väderstationen kunde kommunikation inte utföras på det tänkta protokollet men viss kommunikation kunde uppnås med annat protokoll. Ytterligare en plan som inte gick hela vägen var att läsa av data från batterilagret från InnoEnergy:s PLC. De delade gärna med sig av deras insamlade data, men då de precis var i fasen att byta ut all deras hårdvara kunde inte någon data hämtas.

En slutsats som kan dras utifrån resultatet är att användning av högfrekvent data ger en mycket bättre bild av hur enheternas tillstånd och vädret ändras med tiden. Med låg frekvens på datainsamlingen missar man snabba förändringar i produktionens förutsättningar, till exempel då ett moln skuggar solcellerna eller att vinden mojnar. I figur 11 går det att utläsa den energidata som producerats under projektets gång under två tillfällen överstiger 10 kW . Under samma tidsperiod uppnår SolarEdge:s egen mätning av producerad effekt

inte ens upp till 9 kW . Anledningen är att den senare nämnda datainsamlingen sker mer lågfrekvent där ett medelvärde beräknas. Den missade informationen är intressant för fastighetsförvaltare och gås förlorad vid lågfrekvent datainsamling. Med informationen kan framförallt fastighetens energiproduktion styras på ett mer effektivt sätt. Det kan resultera i sänkt energikonsumtion och därmed sänkta kostnader.

Referenser

[1] National Geographic. CAUSES AND EFFECTS OF CLIMATE CHANGE. Christina Nunez; 2019. [citerad 2019-05-20] https://www.nationalgeographic.com/environment/global-warming/ global-warming-overview/

[2] Energiföretagen. Energi i världen. Stockholm: Anna Lejestrand; [6 september 2018; 14 maj 2019].https: //www.energiforetagen.se/statistik/energi-i-varlden/

[3] Sveriges Riksdag. Lag (2010:566) om vidareutnyttjande av handlingar från den offentliga för-valtningen [Internet]. Stockholm: Finansdepartementet DF; [uppdaterad 2018; citerad 2019-04-08]. https://www.riksdagen.se/sv/dokument-lagar/dokument/svensk-forfattningssamling/ lag-2010566-om-vidareutnyttjande-av-handlingar_sfs-2010-566

[4] Stuns. Uppsala Energy Stories. Uppsala. [citerad 2019-05-15]. http://stuns.se/

uppsala-energy-stories/

[5] UNITRONICS. What is the definition of ”PLC”. [citerad 2019-05-14]. https://unitronicsplc.com/ what-is-plc-programmable-logic-controller/

[6] Machine Information Systems. PLC. [uppdaterad 2007; citerad 2019-05-14]. http://www.

machine-information-systems.com/PLC.html

[7] Agarwal T. What is a PLC System – Different Types of PLCs with Applications. Hyde-rabad, AP: ElProCus [uppdaterad 2018-11-09, citerad 2019-05-14]. https://www.elprocus.com/ programmable-logic-controllers-and-types-of-plcs/

[8] Machine Information Systems. The Concise PLC History. [uppdaterad 2007?; citerad 2019-05-14].http: //www.machine-information-systems.com/PLC_History.html

[9] Real Time Automation. IEC 61131-3 Protocol Overview. Pewaukee, WI: Real Time Automation, Inc; [citerad 2019-05-14].https://www.rtautomation.com/technologies/control-iec-61131-3/

[10] Real Time Automation. Modbus RTU. Pewaukee, WI: Real Time Automation, Inc; [citerad 2019-04-08].

https://www.rtautomation.com/technologies/Modbus-rtu/

[11] Rouse M. Master/Slave[Internet].Newton,MA: Techtarget company [uppdaterad Oct 2008, citerad 2019-04-09].https://searchnetworking.techtarget.com/about/contact

[12] Simply Modbus. Modbus TCP/IP. 2019. [citerad 2019-05-14].http://www.simplymodbus.ca/TCP.htm

[13] Schneider-electric. What is Modbus and How does it work? [citerad 2019-05-14]. https://www. schneider-electric.co.in/en/faqs/FA168406/

[14] Sopto. What is the difference between RS232 and RS485 serial interface? [citerad 2019-05-14]. http: //www.sopto.com/protocol_converter_tdmoip/article-3611.shtml

[15] ElectronicDesign. What’s The Difference Between Bit Rate And Baud Rate? Lou

Fren-zel;2012. [citerad 2019-05-15]. https://www.electronicdesign.com/communications/

what-s-difference-between-bit-rate-and-baud-rate

[16] ScienceDirect. Stop Bit. A.C. Fischer-Cripps;2002 [citerad 2019-05-15].https://www.sciencedirect. com/topics/engineering/stop-bit

[17] Make use of. What Is Half-Duplex And Full-Duplex Operation, And How Does It

Af-fect Your Router? [2014-09-22; citerad 2019-05-14]. https://www.makeuseof.com/tag/

what-is-half-duplex-and-full-duplex-operation-and-how-does-it-affect-your-router/

[18] IPFS. Electrical termination. [2019-05-14]. https://ipfs.io/ipfs/

[19] The JSON Data Interchange Syntax. Geneva: ecma International; 2017. [citerad 2019-05-14]. http: //www.ecma-international.org/publications/files/ECMA-ST/ECMA-404.pdf

[20] International Organization for Standardization. Information technology – Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) v3.1.1. 2016 [citerad 2019-05-24]https://www.iso.org/standard/69466.html

[21] OPTO 22. Improve communications efficiency and reduce reliance on IT. [citerad 2019-05-24]

https://www.opto22.com/products/groov-epic-system/groov-epic-software/mqtt-sparkplug

[22] el pro cus. Skillnad mellan enfas och trefas växelströmsförsörjning. [citerad 2019-05-14].https://www. elprocus.com/difference-between-single-phase-and-three-phase-ac-power-supply/

[23] NyTeknik. Likspänning ska spara el i industrin. [citerad 2019-05-14]. https://www.nyteknik.se/ energi/likspanning-ska-spara-el-i-industrin-6778980

[24] Visintini. R. Rectifiers. Trieste, Italy: Elettra Synchrotron Light Laboratory; [citerad 2019-05-14].

https://cds.cern.ch/record/987551/files/p133.pdf

[25] SolarEdge Inverter Efficiency, Europe & APAC: solaredge; [uppdaterad 2018-03; citerad 2019-05-14].

https://www.solaredge.com/sites/default/files/application_note_solaredge_inverters_ efficiency.pdf

[26] SolarEdge Control and Communication Gateway. SolarEdge Technologies. [citerad 2019-05-14].https: //www.solaredge.com/sites/default/files/se_control_and_communication_gateway.pdf

[27] Storel. Kontr-o Komm Gateway SE(HUB). [citerad 2019-05-14]. https://www.storel.se/sto/ Produktkatalog/Tele-data-och-s%C3%A4kerhet-%2850-63%29/52---Str%C3%B6mf%C3%B6rs% C3%B6rjning%2C-UPS%2C-Solenergi/Solenergi/Tillbeh%C3%B6r/Kommunikation-display/ Kontr-o-Komm-Gateway-SE-%28HUB%29/p/5288213

[28] Eko instruments. Instruction manual MS-60.

[29] EKO Instruments. MS-60 Pyranometer. citerad [2019-05-14]. https://eko-eu.com/products/ solar-energy/pyranometers/ms-60-pyranometer

[30] Gill Instruments. MaxiMet GMX600 Compact Weather Station; United Kingdom [citerad 2019-05-14].

http://gillinstruments.com/data/datasheets/1957-010%20Maximet-gmx600%20Iss%208.pdf

[31] Solar Edge Communication Options. Solar Edge Technologies. [citerad 2019-05-20]. [32] Gill Instruments. MaxiMet User Manual; United Kingdom [citerad 2019-05-14].