Sviluppo di un modello real time di un pannello solare termico

Hardware in the Loop is a powerful simulation technique, requiring a specific hardware and software system, that allows one or more real components to communicate in a virtual environment. A software interface with a proper system of sensors and actuators lets the device-in-the-loop communicate with a simulated environment, acquiring and controlling device parameters in real time. So it’s necessary to have an adequate model of the component to be simulated, simple enough to work in the time of a Real Time system, and thermal plant properly designed to create the desired conditions that will interface with the real component. This project started in 2009 and is managed by the Conditioning, Refrigeration, Heating and Ventilation team of the Politecnico di Milano. It was already built the plant and created and validated a model of a stratified tank. In this work is studied, developed and implemented a dynamic model of a solar panel. The implementation is done initially in MATLAB environment and then in LabVIEW. Are also submitted some tests done on the model in both programming environments. Finally, are prepared and presented some tests, that will be carried out in the laboratory subsequently, in order to validate the model. The ultimate goal of this work is to be able to simulate in real time the operation of any flat solar collector. In other words to be able to reproduce the same conditions of temperature of the fluid output of a collector, known input data, without the real physical presence of the collector. In the future, this will allow to study and create control systems to improve the efficiency of a solar thermal circuit, complete with all its components, with very low costs and time.

Con il termine Hardware in the Loop (HiL) si indica un approccio alla sperimentazione, e conseguentemente un sistema software e hardware, attraverso il quale uno o più componenti reali comunicano in Real Time con un ambiente virtuale. La comunicazione tra il componente e l’ambiente simulato avviene attraverso un’interfaccia realizzata via software e un sistema di sensori e attuatori che permettono di effettuare in tempo reale acquisizione e controllo sul componente di impianto inserito nel loop. È dunque necessario avere un modello adeguato del componente che si vuole simulare, sufficientemente semplice per poter funzionare nei tempi di un sistema Real Time, e un impianto progettato correttamente per poter creare le condizioni volute che andranno ad interfacciarsi con il componente reale. Questo progetto è iniziato nel 2009 ed è gestito dal gruppo di Condizionamento, Refrigerazione, Ventilazione e Riscaldamento del Politecnico di Milano. È già stato realizzato l’impianto e creato e validato un modello di un accumulo stratificato. In questo lavoro viene studiato, realizzato e implementato un modello dinamico di un pannello solare termico. L’implementazione viene fatta inizialmente in ambiente MATLAB e successivamente in LabVIEW. Vengono inoltre presentati dei test fatti sul modello in entrambi gli ambienti di programmazione. Vengono infine preparati e presentati dei test, che verranno svolti in laboratorio successivamente, al fine di validare il modello. Lo scopo ultimo di questo lavoro è quello di poter simulare in Real Time il funzionamento di un qualsiasi collettore solare piano. In altre parole di poter riprodurre le stesse condizioni di temperatura del fluido in uscita di un collettore, noti i dati di ingresso, senza la reale presenza fisica del collettore. Questo permetterà in futuro di studiare e creare sistemi di regolazione atti a migliorare l’efficienza di un circuito solare termico, completo di tutti i suoi componenti, con costi e tempi molto contenuti.