Aktuální vydání

celé číslo

08

2019

MSV 2019 v Brně

celé číslo

Optimalizace výroby fotovoltaických panelů s použitím hardwaru a softwaru NI

Výrobce fotovoltaických panelů Siliken Renewable Energy využil hardware a software společnosti National Instruments (NI) k optimalizaci svého výrobního procesu od čištění křemíkové rudy až po ověřování výrobků na konci linky a konečnou instalaci a monitorování. Cílem bylo zajistit, aby firma vyráběla fotovoltaické panely stálé kvality.
 
Sluneční světlo je nejúžasnějším přírodním zdrojem. Protože slunce nepodléhá takovým omezením jako pevná paliva a je dostupné téměř všude, stále více se používá jako bezplatný obnovitelný zdroj energie. Technici ze Siliken Renewable Energy usilují o to, využívat tento bohatý zdroj a řešit tím rostoucí ekologické a energetické problémy. Společnost Siliken je dnes jedním z největších španělských výrobců fotovoltaických panelů využívaných k přeměně slunečního záření na elektřinu. Od jiných výrobců fotovoltaických modulů se tato firma odlišuje tím, že se zabývá všemi aspekty vývoje solárních panelů – čištěním křemíku počínaje, přes výrobu a zkoušení panelů a jejich instalací konče. Při výzkumu a vývoji hrají v této firmě významnou roli produkty NI, neboť dovolují inovovat stávající výrobky, produkovat novou techniku a otestovat každý vyrobený fotovoltaický panel.
 

Optimalizace procesu čištění křemíku

 
Při čištění křemíku se nejprve z čistého chemického prvku vytvoří sloučenina křemíku, kterou lze destilací čistit snadněji než křemík v původním stavu. Poté se sloučenina převede zpět na čistý křemík. Výrobní zařízení využívá nový, patentovaný proces čištění křemíku, který může být až o 40 % levnější než tradiční metody, např. proces používaný ve firmě Siemens. Aby bylo čištění křemíku ještě efektivnější, přistoupil výrobce k optimalizaci standardního řídicího systému, kterým byl provoz vybaven. Optimalizace je založena na platformě NI PXI, modulu Lab-View FPGA a na softwaru pro zpracování
zvuku, vibrací a obrazu.
 
Křemík se čistí při teplotě nad 1 000 °C, a proto byl použit modul NI PXI-1422 pro sběr dat, který shromažďuje digitální obraz částic čištěného křemíku, jež vylétají z čisticího reaktoru. Poté se obraz dálkově analyzuje pomocí softwaru NI pro zpracování obrazu a takto se určí rozměry velkého množství generovaných částic. Zároveň je třeba rychlejší řídicí smyčka k měření průtoku a tlaku čištěného křemíku. Pomocí modulu pro dynamický sběr signálů NI PXI-4472 je možné sledovat úrovně vibrací a hlídat, aby nepřekročily předem stanovenou bezpečnou úroveň. Tím se předchází nestabilitě systému, která by mohla vést k poškození reaktoru. Byla zvolena integrovaná platforma LabView a NI PXI, a pomocí jediného systému tak byly splněny obě dvě úlohy.
 

Výroba fotovoltaických panelů a ověřování jejich kvality

 
Když společnost Siliken začínala s výrobou fotovoltaických panelů, pozůstával zkušební systém na konci linky z běžně prodávaných měřicích přístrojů a panely se zkoušely manuálně. Pomocí nového systému založeného na PC se softwarem LabView a multifunkční kartou pro sběr dat NI PCI-6220 řady M bylo dokončení fotovoltaických modulů převedeno do poloautomatického procesu. Využitím čelního panelu LabView ve funkci rozhraní člověk-stroj (HMI) a karty pro sběr dat (DAQ) je nyní možné dokončit modul, jakmile obsahuje všechny solární články.
 
Poté, co jsou fotovoltaické panely sestaveny, je třeba změřit jejich voltampérovou charakteristiku, aby byl ověřen výkon jednotlivých modulů a bylo zaručeno, že každý z nich vyrobí stanovený výkon. Provedení tohoto testu je dost složité, protože je třeba do každého panelu přivést známé množství světla, aby bylo možné zjistit současně průběh napětí i proudu v panelu. Pro tento úkol byla vyvinuta metoda, která využívá jediný světelný pulz trvající 10 ms. Když je světelný pulz vygenerován, pořídí se voltampérová charakteristika panelu pro výpočet výkonu ve wattech.
 
Použitím NI CompactRIO, LabView FPGA a jedné multifunkční karty NI PCI-6122 S Series bylo možné provádět tuto zkoušku s větší přesností, a tím se výrazně zlepšila výkonnost výrobního procesu. V minulosti bylo nutné uskutečnit mnoho postupných zkoušek. Navíc, zatímco předchozí voltampérová křivka obsahovala 30 bodů, je nyní charakteristika měřena z více než 2 000 bodů. Výsledkem jsou mnohem přesnější kalibrační parametry. Ty poskytují dostatečné rozlišení k tomu, aby byl poměr firmou uváděného výkonu panelu ke skutečnému co nejlepší.
 

Nejen výroba fotovoltaických panelů

 
Vedle fotovoltaických panelů se ve společnosti Siliken Renewable Energy vyrábí další důležité vybavení, jako jsou střídače solárních panelů, které se používají především k převodu stejnosměrného proudu na střídavý. Než se začalo s výrobou střídačů, byl v podniku vyvinut jejich prototyp za použití NI CompactRIO a počítače s dotykovým panelem NI TPC-2006. CompactRIO bylo také využito k výzkumu v jiných oborech obnovitelných zdrojů energie, jako je oblast vodíkových palivových článků. Systém NI CompactDAQ se zase uplatnil při výzkumu v oblasti větrné energie. Tyto produkty společnosti National Instruments mají výhodné provozní vlastnosti a vedou k rychlejšímu vývoji než tradiční nástroje pro řízení a zkoušení.
 
Alberto Cortes, Ricardo Silla,
Siliken Renewable Energy
 
Obr. 1. Výroba fotovoltaických panelů ve společnosti Siliken Renewable Energy