Решения за мониторинг на PV централи

• Вследствие на различни външни и системни фактори надеждността и ефективността на соларните централи могат да се влошат с времето
  
  
• От критично значение за потребителите на фотоволтаична енергия е да получават непрекъсната обратна връзка за производителността на тези съоръжения
  
  
• През последните години пазарната стойност на решенията за мониторинг непрекъснато намалява, а полезността им прогресивно нараства благодарение на навлизането на редица иновации в сегмента

Соларната генерация е ключов елемент от устойчивия енергиен микс на бъдещето. Ето защо в глобален мащаб непрекъснато нарастват инвестициите във фотоволтаични (PV) централи. Освен адекватното им проектиране и оборудване, съществен аспект с оглед рентабилността на инсталациите е проследяването на тяхната ефективност. В практиката се използват широк набор от технологии, измервателни прибори, сензори, софтуерни инструменти и цялостни платформи за локален и отдалечен мониторинг (включително в реално време) на тези системи.

Вследствие на различни външни и системни фактори, като замърсяване на соларните панели, вариации в околната температура и слънцегреенето, повишена влажност, отклонения в монтажния ъгъл и др. надеждността и ефективността на PV системите могат да се влошат. От критично значение за собствениците на съоръженията и потребителите на фотоволтаична енергия е да получават непрекъсната обратна връзка за стойностите на различни показатели, свързани с производителността на централите. Сред оптималните решения за тази цел са платформите за непрекъснат мониторинг, най-често в реално време, чиято цел е да събират данни за работата на отделните компоненти на инсталациите. Генерираната информация се съхранява и анализира, като могат да бъдат извеждани детайлни справки за различни периоди в хронологичен план, както и на нейна база да бъдат регистрирани, идентифицирани и отстранявани широк набор от проблеми.
През последните години пазарната стойност на продуктите в този сегмент непрекъснато намалява поради поевтиняването на ключови техни елементи като сензорите, контролерите и процесорите. Същевременно полезността им прогресивно нараства благодарение на навлизането на редица иновативни технологии при софтуера и хардуера, включително инструменти за обработка на големи обеми данни (Big Data), облак базирани услуги, изкуствен интелект, машинно самообучение, IoT и др.

Видове системни решения и функционални възможности

На пазара се предлага богато разнообразие от отделни продукти, свързани системи и цялостни решения за интелигентен отдалечен мониторинг в реално време и в прогнозен план на соларни централи с различен мащаб и производителност. Техни отличителни характеристики са дизайнът, топологията, както и скоростта и динамиката на отчитане на отделните измерими параметри (например големина на тока, напрежение, количество произведена електроенергия и др.). В зависимост от изискванията на конкретното приложение се избира система със съответния механизъм за трансфер на данни, комбинация от сензори, контролери, процесорни ядра и електронни компоненти, софтуерни инструменти и др. Те се организират в най-подходящата за целта архитектура. За всеки идентифициран проблем или потенциална възможност за повишаване на производителността платформата може да предложи на потребителя или автоматизирано да приложи оптимални реактивни, проактивни или превантивни мерки.

Съвременните системи за мониторинг на PV централи включват функции за известяване на ползвателите за различни събития посредством аларми, кратки съобщения, имейли или други удобни за тях формати. Решението може да бъде управлявано от всякакви по вид компютърни устройства, включително настолни конфигурации и лаптопи, най-често през уеб базиран интерфейс. Все по-популярни са мобилните приложения за мониторинг и управление на соларни инсталации, които позволяват отдалечено конфигуриране, контрол и отстраняване на неизправности с помощта на смартфон или таблет.

Възможно е прилагането на целенасочен мониторинг на инсталацията на ниво отделен модул, редица (стринг) или цялостна система. Проследяването на производителността на всеки панел позволява гъвкаво и децентрализирано управление на отделните сегменти на масива, минимизиране на загубите (най-често свързани с нереализирано генериране на дадено количество енергия) и максимално оползотворяване на потенциала на централата при моментните условия. Благодарение на изобилието от данни за работата на системата, особено когато такива са съхранявани и анализирани за продължителни периоди от време, платформата може прецизно да локализира сериозни и по-незначителни, настъпили или предстоящи неизправности. В допълнение тя търси и дефинира причините за конкретния проблем и в редица случаи дистанционно го отстранява без необходимост от посещение на технически екип на обекта.

Системна архитектура

Базовите компоненти на една система за непрекъснат отдалечен мониторинг на фотоволтаични централи са сензорите. Те измерват широк набор от параметри във връзка с ефективността и производителността на инсталацията, като така заместват регулярните или събитийни ръчни отчитания посредством различни инструменти, уреди и прибори. Процесорният модул за обработка на сигналите от сензорната мрежа е друг ключов елемент на платформата. Той усилва и кондиционира сигнала за последващо интерпретиране, като изпраща изходни данни към компютърната система в реално време посредством специализиран протокол. Компютърното устройство изпълнява функции, свързани с анализа, съхранението и визуализирането на необходимата информация. В зависимост от резултатите и потребителските команди данните се пренасочват към контролер за допълнителна обработка.

Модулите за пренос на данни позволяват присъединяване, конфигуриране и управление на свързаните с платформата устройства и мрежи в реално време и в полеви режим. Те изпълняват ролята и на междинен софтуерен елемент (мидълуер), който осъществява връзка с различните елементи на базата на облачни изчисления.
Съвременните решения за мониторинг на PV централи се изграждат в четирислойна архитектура: сензори (за електрически величини и параметри на околната среда), мрежов слой за безжичен пренос на данни чрез протоколи като ZigBee, Wi-Fi, Bluetooth, LoRa и т. н., слой за обработка на информация с помощта на разнотипни модули, както и приложен слой (за съхранение и визуализиране), който служи като интерфейс между мрежовата инфраструктура и крайните устройства.

Технологично развитие и предимства

В миналото за трансфер на данни от мониторинга на PV системи са използвани основно кабелни линии в съответствие със стандартите RS232 или RS485, но с разрастването на соларната енергетика кабелите се оказват причина за значителни и ненужни разходи. В допълнение, кабелните системи са изложени на редица негативни влияния на околната среда и подлежат на различни, често фатални повреди, което компрометира надеждността на платформите за мониторинг.

Безжичните технологии за пренос на информация са много по-ефикасно решение предвид големите мащаби и динамиката на измерванията и трафика на данни при непрекъснат мониторинг в реално време, с които се отличават модерните промишлени фотоволтаични централи. Те осигуряват по-високи скорости на трансфер и по-кратки времена за реакция, позволяват много по-голям обхват на комуникация, подобряват сигурността на инсталацията и повишават гъвкавостта й чрез неограничената мобилност на отделните компоненти. Не на последно място, безжичните системи се характеризират с много по-ниски изисквания и разходи за поддръжка в сравнение с кабелните архитектури.

Отдалеченият мониторинг на соларни централи спомага и за минимизиране на щетите по съоръженията вследствие на различни външни и системни фактори посредством инструменти за превантивна диагностика и поддръжка. Така значително се увеличават не само производителността на инсталацията, но и нейният жизнен цикъл и експлоатационна готовност. Същевременно се намаляват производствените прекъсвания, оперативните разходи и разноските за поддръжка.

Базираните на цялостни софтуерни решения платформи за мониторинг на фотоволтаични масиви осигуряват множество допълнителни предимства за потребителите, включително достъп до необходимата информация по всяко време и от всяко устройство, лесно и удобно конфигуриране и визуализация, функции за интелигентно и автономно самоуправление, автоматизирано и дистанционно отстраняване на проблеми (например промяна на монтажния ъгъл на панелите при силен вятър), генериране на детайлни справки, доклади за тенденции и др.

Сред иновациите в сегмента са безпилотните летателни апарати или дронове, които могат да бъдат свързани с наземни измервателни уреди и системи и автономно управлявани от единна платформа за мониторинг на PV централи с изкуствен интелект, невронни мрежи и самообучителни алгоритми. Тези комплексни решения осигуряват изключително висока ефективност при справянето с проблеми като неочаквано, сезонно замърсяване или частично засенчване на масивите, които често водят до резки спадове в производителността.