IoT технологии за мониторинг на фотоволтаични инсталации

Фотоволтаичните мощности са най-бързо разрастващият се източник на възобновяема енергия в световен мащаб, като през последните години се наблюдава среден годишен ръст от около 40%. Днес, компаниите от соларния сектор разполагат с повече опции от всякога за постигане на оптимално ниво на употреба на оборудването.

Използването на Интернет на нещата (IoT) може да спомогне за преодоляване на предизвикателствата, свързани с комплексните енергийни мрежи и да улесни управлението на фотоволтаичните панели и добива на енергия. Инсталирането на IoT система също така ще допринесе за отговаряне на специфичните изисквания на клиентите и подобряване на цялостната ефективност.

Значение на системите за мониторинг

Поддържането на състоянието на соларните инсталации е от съществено значение и затова се изисква непрекъснат мониторинг. Тъй като повечето от фотоволтаичните системи са разположени в отдалечени райони, операторите следва да използват всички възможни начини и средства, за да могат ежедневно да получават информация за работните характеристики на инсталациите.

Обикновено доставчиците на услугите по експлоатация и поддръжка имат ограничени познания за метеорологичните условия и влиянието на терена върху производителността на соларните системи. Невинаги е възможно при спад в производителността да бъде изпратен технически екип, който да проучи в кой компонент от системата има проблем или дали има неизправности, свързани с изменение на метеорологичните условия.

С оглед на това, системите за отдалечен мониторинг са от ключово значение за непрекъснато получаване на актуализирани данни за инсталацията. Дистанционното наблюдение може да се осъществява от офис на клиента или от централата на фирмата, отговаряща за поддръжката на фотоволтаичната централа.

Независимо от големината на инсталациите всеобхватният мониторинг е важен за ежеминутното проследяване на добива на енергия. Соларните системи не представляват само екологосъобразна технология за получаване на енергия, но се разглеждат и като източник на дългосрочни приходи за съответния инвеститор. Следователно, за да се подпомогне постигането на тази цел, системите за мониторинг трябва да работят непрекъснато.

Регулярното следене на количествата генерирана енергия предоставя ценна предварителна информация за случаите, когато производителността е ниска или има риск от отказ. На база на тези данни може да се осъществява превантивна поддръжка, която да подобри производителността на системата и да спомогне за подходящо планиране на ремонтните дейности.

С годините разходите за соларните инсталации нарастват поради амортизацията им, а мониторингът и поддръжката придобиват все по-критично значение. Осигуряването на високи нива на експлоатационна готовност и производителност, по-малко престои и по-бързо засичане на неизправностите е изключително важно за фотоволтаичните системи.

За качествено анализиране на състоянието на системата е необходимо непрекъснато събиране на данни от разположената на място метеорологична станция, и информация за производителността на стринговете от панели, на масива, инверторите и трансформаторите. Добре проектираната система за мониторинг и анализ допринася за намаляване на оперативните разходи и на тези, свързани с поддръжката.

Системи за отдалечен мониторинг

Системите за мониторинг на соларни инсталации могат да са с кабелна или безжична комуникация. В допълнение към това, че могат да предоставят актуализации посредством уеб интерфейси, съвременните системи за мониторинг могат да изпращат известия и сигнали под формата на текстови съобщения до мобилен телефон, имейли до различни устройства или нотификации през приложения за смартфон.

Мониторингът и управлението често са неразделни и поради това в повечето случаи основата на системата за дистанционно наблюдение е SCADA. В тези системи параметри като напрежение, ток, и др. се измерват от сензори, обработват се от процесори и след това информацията се изпраща по електронен път до централата на оператора, където тя бива оценявана и използвана за предприемане на различни действия.

SCADA е софтуерен инструмент за отдалечен мониторинг, който също така събира данни, има HMI интерфейс, предоставя възможност за управление на събития и алармени сигнали, архивиране, осигуряване на данни в реално време и др. Еволюцията на архитектурата на SCADA системите преминава през следните етапи: монолитна, разпределена, мрежова и IoT.

Последното, четвърто поколение системи се отличава с намалени инфраструктурни разходи благодарение на прилагането на IoT технологията и достъпните на пазара изчислителни услуги в облак. При тези системи поддръжката и интеграцията са много по-лесни в сравнение с предходните поколения. IoT SCADA системите могат да докладват за състоянието на фотоволтаичната инсталация в реално време, което позволява внедряването на по-сложни алгоритми за управление.

Обикновено SCADA системата включва следните компоненти: локални процесори, работещо оборудване, PLC/RTU, интелигентно електронно устройство, главен терминал или компютри-приемници с HMI интерфейс. SCADA изпълнява две основни функции - първо, предоставя данни и графики за работните характеристики на фотоволтаичната централа, и второ, позволява управление на инсталацията от персонала.

В соларните системи събирането на данни от SCADA започва на ниво стринг, като инсталираните сензори отчитат и измерват постояннотоковото напрежение, тока, мощността и температурата. В зависимост от големината на централата различен брой RTU се свързват към системата посредством комуникационни протоколи като MODBUS, RS485, RS232, CANBUS и др. Тези протоколи традиционно са много компактни. Много от тях са проектирани така, че да изпращат информация само при поискване от главната станция.

Данни се събират и от всички други полеви устройства, след което информацията се изпраща към сървър посредством GPRS модем. Този модем съхранява всички данни, и дори при срив на мрежата те могат да бъдат изпратени до сървъра след възстановяване на сигнала.

Управление на активите

Въпреки многото предимства, соларната технология поставя някои сериозни предизвикателства пред енергийните компании. За начало, соларните панели трябва да са свързани към мрежата на комуналното дружество. Освен това е необходимо да се гарантира, че клетъчните модули, гейтуеите и уеб платформите са интегрирани по подходящ начин, осигуряващ липса на прекъсвания в свързаността.

Дори при напълно интегрирана система е необходимо оборудването и софтуерът да предоставят информация в реално време за това дали фотоволтаичната инсталация доставя достатъчни нива на енергия и поддържа товаровия баланс на електроразпределителната мрежа. Всички възобновяеми енергийни източници - фотоволтаици, ветрогенератори, съоръжения за оползотворяване на биомаса, са обект на флуктуации в генерирането на енергия, получаващи се от изменения в метеорологичните условия и други фактори на околната среда. Мрежата следва да се адаптира към тези промени, за да може да се използва в целостта си и да има възможност за поемане на товарите във всеки един момент.

Тези фактори се усложняват от факта, че централите за възобновяема енергия, като соларни и вятърни източници, често са групирани и широко разпределени. Когато една енергийна система стане прекалено комплексна, може да се стигне до големи логистични затруднения за техниците и операторите на мрежата. Например гарантирането, че един панел работи ефективно, става все по-трудно с добавянето на още панели в микса. Нещо повече, ако в една мрежа има хиляди панели, потенциалът за възникване на неизправности в системата е по-висок. Може да се обобщи, че колкото по-сложна е системата и колкото повече устройства са в мрежата, толкова по-голяма е вероятността за пробив в сигурността на доставките на енергия.

Опростени и интегрирани системи

Използването на IoT във фотоволтаични инсталации може да реши много от споменатите предизвикателства, като не е необходимо полагането на значителни усилия и влагането на големи инвестиции. За да е успешно внедряването на IoT, трябва да се инсталира опростена, напълно интегрирана система, която осигурява възможност за управление на цялата мрежа. Това позволява и идентифициране и отстраняване на възникналите проблеми в почти реално време.

Основната полза от прилагането на IoT в соларните възобновяеми източници е фактът, че операторите могат да следят какво точно се случва с всичките им активи от едно централно табло за управление. Свързването на устройствата към облачна мрежа позволява засичането на местоположението на проблема и изпращането на техник за отстраняването му, преди да се е нарушила работата на цялата система. Например, операторите могат да видят, че мрежата работи безпроблемно, но при едно от устройствата е възникнала неизправност. Без IoT би било трудно да се установи дали проблемът е свързан с мрежата или с хардуера. IoT технологиите осигуряват необходимата информация в реално време за локализиране и бързо премахване на неизправните компоненти.

Прилагането на IoT прави фотоволтаичните системи по-малко податливи на прекъсвания и проблеми с производителността (поради престой), както и на потенциално скъпи пробиви на сигурността. Инсталирането на опростено IoT решение позволява управлението на голямомащабни соларни инсталации с хиляди отделни устройства, свързани към мрежата.

IoT и интелигентно отчитане

Освен че осигуряват възможност за сигнализиране за проблеми в реално време, IoT технологиите във фотоволтаичните системи могат да допринесат и за подобрения в интелигентното отчитане. Това води до по-ефективно производство на енергия по отношение както на разходи, така и на логистика.

Компаниите могат да инсталират оригинално оборудване в мрежата, както и отчитащи компоненти, следящи всички необходими данни, които да позволят предлагането на нови услуги. Също така използването на клетъчна свързаност във фотоволтаичния масив позволява внедряването на 2G, LPWA, и други LTE мрежи, осигуряващи по-бързи и надеждни връзки с ниска енергоконсумация.

Интелигентното отчитане може да подобри ефективността на соларните системи по няколко начина. Операторите имат възможност да разположат модула в някой от мрежовите активи преди соларния инвертор, което позволява постигането на максимално ниво на ефективност. Друг вариант е внедряването на свързващ гейтуей продукт, подпомаган от интелигентните отчитащи устройства.