Системи за мониторинг и управление на соларни централи

• С увеличаването по брой, мащаб и сложност на фотоволтаичните проекти в индустрията, бизнеса и сградния сегмент излиза на преден план необходимостта от надеждни решения за мониторинг и управление
  
  
• Традиционно решение са SCADA системите, при които все по-често се залага на отворени архитектури и широка оперативна съвместимост на компонентите
  
  
• Най-съвременните платформи за проследяване и управление на соларни централи разполагат с IoT свързаност и изкуствен интелект, които значително оптимизират добивите и поддръжката

Енергийните системи в глобален мащаб достигат все по-високо ниво на готовност за интегриране на възобновяеми източници, а соларната индустрия е сред най-бързо растящите сегменти на съвременната енергетика. Същевременно интелигентните технологии и дигитализацията навлизат все по-широко във ВЕИ сектора, а данните се превръщат в ключов ресурс.

С увеличаването по брой, мащаб и сложност на фотоволтаичните проекти в индустрията, бизнеса и сградния сегмент, както и с нарастващите комплексност и капацитет на съоръженията излиза на преден план необходимостта от гъвкави, надеждни и сигурни решения за мониторинг в реално време и за цялостно отдалечено управление на соларните централи с цел оптимизиране на тяхната производителност.

SCADA и IoT базирани системи

Много соларни централи по света са позиционирани в отдалечени локации със слаба интернет свързаност, което може да превърне дистанционния мониторинг и контрол в истинско предизвикателство. Традиционно решение са SCADA системите, които в миналото разчитаха основно на фирмени технологии със затворен код за събиране, обработка и архивиране на данни. Внедряването на различни платформи за отделни аспекти на наблюдението и управлението от повече на брой производители в един и същи соларен парк обаче често води до нежеланата ситуация, в която мениджмънтът е сложен, времеемък и неефективен, а отделните системи не могат да комуникират помежду си.

С еволюцията в сегмента все по-популярни стават отворените архитектури, базирани на широка оперативна съвместимост между отделните компоненти, независимо от бранда. Разработват се и все повече специализирани SCADA системи, при които интеграцията е улеснена, а функционалността – стриктно съобразена с приложението.

Те събират данни от инвертори, тракери, трансформатори, разпределителни устройства, BMS системи за управление на батерии и smart grid компоненти, като с една обща платформа могат да се следят и управляват няколко масива в различни локации. SCADA решенията намират приложение и в хибридни ВЕИ комплекси, в които се произвежда енергия от повече от един източник.

За сценариите, в които данните от традиционните диспечерски системи, се оказват ограничени и/или не отчитат аномалии, които причиняват прекъсвания на производството или други проблеми, отличен избор са платформите за мониторинг и управление от най-ново поколение, базирани на изкуствен интелект, усъвършенствана автоматизация и Internet of Things (IoT). С помощта на интелигентни и свързани сензори, измервателни устройства и други ключови хардуерни компоненти, както и посредством специализиран софтуер с AI алгоритми и машинно самообучение тези решения позволяват значително по-детайлен мониторинг на статуса, състоянието и параметрите на соларната централа.

Това се прави не само с цел да се оптимизира производството на електроенергия, като се повиши ефективността на всеки отделен фотоволтаичен модул, но и за да се гарантират оптимална надеждност и дългосрочни ползи от инсталацията. Колко ефикасна е една система за мониторинг и контрол на дадено ВЕИ съоръжение, независимо дали то е монтирано на покрива на сграда или е наземно, плаващо и т. н., зависи основно от качеството и количеството на събираните данни, както и от това колко добре биват анализирани и интерпретирани.

IoT технологиите играят съществена роля в съвременните платформи за наблюдение и контрол на слънчеви централи, тъй като позволяват мониторингът и управлението да се осъществяват автоматизирано на различни нива и обединяват всички отделни компоненти в единна, базирана на интернет свързаност (най-често уеб) платформа. Така могат да се откриват в реално време разнородни проблеми, водещи до влошена производителност, като недостатъчно ефективни панели, лоши електрически или комуникационни връзки, неизправно работещи тракери, контролери, инвертори и дори цели стрингове (низове) в рамките на масива.

Какво проследяват системите за мониторинг

Сред ключовите параметри, които подлежат на непрекъснат мониторинг в реално време, са: общата инсталирана мощност (или капацитет) на централата, пиковата мощност, общото количество произведена електроенергия (или добивът) – в kWh, напрежението по стринговете, постоянният/променливият ток в системата (DC/AC) и др.

Спомагателни характеристики, по които може да се съди за изправността и производителността на инсталацията, са температурата на отделните панели/инвертори, времето на работа на инверторите и т. н. Съвременните платформи за мониторинг проследяват и редица фактори, които биха могли да влошат добивите, като степен на замърсяване на повърхността на панелите, засенчване, стареене, атмосферни условия (чрез сензори и метеорологични станции), ориентация на модулите спрямо слънцето и др.

При наличието на свързана система за съхранение на енергия или батерия с определен капацитет към съоръжението е добре тя също да бъде присъединена към решението за мониторинг, а управлението да се осъществява централизирано и споделено за масива и батерията, за да се оползотвори в по-голяма степен наличният потенциал и да се извлекат максимум ползи. При системата за съхранение се проследяват: общото количество складирана енергия, оставащото време до пълно зареждане или разряд, брой на циклите, ефективност на съхранението, температура на батерията и др.

Сред преимуществата от внедряването на специализирана платформа за мониторинг и управление е възможността детайлно да се проследява производителността на ниво отделен модул и да се правят корекции, както и да се отстраняват проблеми в реално време с цел максимизиране на добива. Едно цялостно решение за наблюдение може да изпраща различни известия на оператора, собственика или техническия екип, ангажиран с поддръжката – както за неизправности, инциденти или други събития, така и разнообразни справки, базирани на период, стринг или пък отделен панел. Известията могат да бъдат в най-удобния за потребителя вид – аларми, кратки съобщения, имейли, нотификации на мобилно приложение и т. н.

Важна полза от имплементирането на система за мониторинг и управление е намаляването на загубите на енергия (вследствие например на моментно засенчване) чрез своевременно коригиране на работните параметри, например на ъгъла на ориентация на модула спрямо слънцето. Непрекъснатото наблюдение позволява бърза реакция при възникнал проблем и намалени разходи за обслужване и ремонти. IoT базираните платформи дават възможност и за прогнозна поддръжка, която елиминира необходимостта от времеемки регулярни инспекции на място/по график, а насочва вниманието основно към компонентите, които реално се нуждаят от обслужване, поправка, подмяна или пренастройка, пестейки време и ресурси. Така поддръжката се осъществява само там и тогава, където и когато има действителна нужда, а в много случаи и превантивно – преди потребността да е възникнала, например при потенциална повреда или наближаващ края на жизнения си цикъл компонент.

Нива на мониторинг и управление

Важно предимство на цялостните платформи за мениджмънт на соларни централи е възможността мониторингът и управлението да се осъществяват на различни нива и поднива. Най-общо можем да ги класифицираме по следния начин – ниво соларна система (поднива стринг, инвертор, панел, модул, контролер, тракер) и ниво подстанция (мониторинг на напрежение/ток, на трансформатори, на комутационната апаратура/разпределителната уредба и т. н.)
Всеки стринг в масива представлява низ от последователно свързани соларни панели. Наблюдението на ниво стринг позволява бърза и адекватна детекция на влошена производителност вследствие на засенчване, замърсяване или потенциална повреда. Автоматизираните системи за мониторинг непрекъснато следят изходния ток и напрежение на всеки стринг. Така при отчетливо отклонение от очакваните стойности могат да се заподозрат различни проблеми в низа във връзка например с постепенната деградация на соларните панели, хлабави електрически връзки/лош контакт между компонентите и др.

Непрекъснатият мониторинг на температурата на панелите в стринга, особено в региони с интензивно слънцегреене, позволява предотвратяване на изменения (постепенно влошаване на ефективността) във връзка със системно прегряване на соларните модули. За целта се използват инфрачервени сензори, термокамери или дори дронове, оборудвани със специални уреди за детекция на прекалено горещите зони.

Мониторингът на ниво соларен инвертор дава възможност да се проследи процесът на преобразуване на изходния постоянен ток на соларните панели в променлив ток, който може да бъде подаван към мрежата. Обикновено се наблюдава ефективността на инвертора в реално време, като се следи за резки спадове, които могат да са индикация за повреди, неефикасна работа на тракера или мрежови смущения. Автоматизираните системи за мониторинг се настройват така, че да следят и за предварително дефинирани проблеми – от ниско изолационно съпротивление до тотален отказ на инвертора. Препоръчва се регулярно инсталиране на софтуерните актуализации, за да се избегнат всякакви софтуерни проблеми, както и въвеждане на превантивна поддръжка, за да се следи историята на неизправностите и да се елиминират предотвратимите сред тях.

Следващото ниво на мониторинг е при отделните соларни модули. На всеки панел може да бъде инсталиран микроинвертор, който да гарантира максимална надеждност и ефективност. Чрез неговото проследяване могат да се идентифицират проблеми в самия модул, преди негативните ефекти от тях да повлияят производителността на целия стринг или масив.

Системите за автоматизиран мониторинг и управление обхващат и соларните тракери, чиято задача е да оптимизират ефективността чрез завъртане на панелите в подходяща позиция спрямо слънчевите лъчи в различните части на денонощието или при специфични условия. Следи се точността на позициониране (реалната позиция спрямо очакваната при дадените условия) според траекторията на слънцето. Друг важен показател е механичната здравина и изправност на компонентите на тракера – мотори, задвижвания и др., като е от ключова важност да се проследяват износването и рисковете от механични повреди (чрез сензорно отчитане на различни ранни признаци за предстоящ проблем).

Вторият главен аспект на мониторинга е свързан с проследяване на системата на ниво подстанция или на апаратурата, чиято функция е да регулира напрежението от инверторите, за да е годно за подаване към мрежата и да гарантира стабилната работа на соларната централа. В това направление се осъществява непрекъснат мониторинг и контрол на трансформаторите чрез сензори за напрежение и ток, който цели да идентифицира всякакви аномалии, които биха могли да доведат до претоварвания, фазов дисбаланс или пробиви в изолацията. На мониторинг подлежи комутационно-разпределителното оборудване, което регулира потока на електроенергията в рамките на подстанцията, включително прекъсвачи, защитни релета и др.

Съществена функция на съвременните системи за мониторинг и управление на соларни централи е и анализът на хармоничните изкривявания, чрез който се следи за качеството на произведената енергия, особено при мрежово свързани съоръжения.

Мониторинг се осъществява още на фактора на мощността и реактивната мощност, генерирана от ВЕИ инсталацията, които са критични за стабилността на мрежата и ефективния пренос на енергия. Освен в реално време всички изброени дотук показатели е препоръчително да се проследяват и в дългосрочен план, за да се идентифицират тенденциите и да се постигне максимална оптимизация в рамките на жизнения цикъл на централата.