ЕНЕРГИЯ - Списание за оборудване, технологии и инженеринггодина VI, брой 6, 2014

Мониторинг на соларни системи

Мониторинг на соларни системи

Търсенето на решения за наблюдение на фотоволтачините системи и соларни паркове постоянно се увеличава. Основната причина за тази тенденция е, че в днешно време записването на оперативни данни се е превърнало във важен инструмент за регулиране на фотоволтаичните системи. Чрез тях се следи произведеното количестово енергия, правят се анализи и се търсят начини за повишаване на ефективността.
Средствата за мониторинг от своя страна също се развиват, стават по сложни и с повече възможности. Те предлагат решения както за големи фотоволтаични централи, така и за малки паркове и покривни инсталации. Освен стационарни операторски станции, вече се предлагат и мобилни системи за наблюдения, приложения за смартфони и други.


Има три начина за наблюдение на системата. Някои хора избират изобщо да не се следи тяхната PV система, защото вярват, че тя ще функционира правилно от само себе си. Други предпочитат ръчно изработена опция. Те отчитат електроенергията, произведена от техния инвертор, записват стойностите и сравняват общото с крайната фактура от доставчика си на енергия. Но съществуват и производители на соларна електроенергия, които вземат всички възможни мерки, които смятат за необходими. Те изследват кръгови и стълбови диаграми и криви в интернет портала на своята програма за мониторинг – при възможност дори всеки ден. Те винаги са информирани за това как работи тяхната система.

Последната група се разраства – според някои производители на инвертори търсенето на решения за наблюдение се увеличава. Има няколко причини за това увеличение, но тази която играе най-важна роля е законовото изискване, че фотоволтаичните системи трябва да бъдат включени към преференциите и в системата за управление на електроенергийната система. Резултатът е промяна на отношението към мониторинга. В същото време системите за наблюдение стават все по-сложни и по-мобилни.

Проекти за системи за мониторинг се предлагат от специализирани компании в областта, например Solare Datensysteme и Papendorf Software Engineering, но най-вече от производителите на инвертори. Условията за последните не биха могли да бъдат по-добри. Техните устройства предоставят цялата информация за функционирането, която иначе би била предоставена от системите за наблюдение.

В първоначалната фаза на наблюдението, когато фотоволтаичните системи са били все още относително малки, визуализацията на оперативните данни е била от първостепенно значение. Най-важните данни за системата, по-специално добивът на слънчева енергия, са били показвани на дисплеи. По-сложни системи, обикновено под формата на външен регистратор на данни, са служели за осъществяване на мониторинга като последваща стъпка. В случай че устройството открие оперативна грешка, то изпраща съобщение на оператора чрез SMS, e-mail или факс. Тъй като функцията за мониторинг не е била задължителна, подобни системи са били считани за екстра и операторите на малки и средни системи са предпочитали да се откажат от подобни допълнителни разходи.

Стандарт при големите системи
Ситуацията се променя когато SMA Solar Technology, Kaco new energy, Fronius International, Kostal Solar Electric, Sputnik Engineering, REFUsol и Solutronic регистрират увеличение – понякога значително, при търсенето на системи за мониторинг. Според тези компании търсенето се е увеличило във всички сегменти, но най-вече в областта на големите системи. С големите системи мониторингът се превръща в стандарт, споделят от Kostal Solar Electric. От REFUsol потвърждават това мнение: „В днешно време широкомащабните фотоволтаични системи са почти 100% оборудвани с решения за мониторинг."

Според Kaco new energy търсенето се е повишило главно при системите с мощност над 100kW. Според тях причината са наредбите, влезли в сила през 2009г., според които произвежданата енергия може да се регулира. Съгласно директивата за средно напрежение BDEW, фотоволтаичните системи с присъединена изходна мощност над 100kW трябва да бъдат включени в системата за управление на мрежата. От SMA Solar Technology също смятат, че причината за нарастване на търсенето е наредбата. Въпреки това, те твърдят, че увеличеното търсене е общо взето е свързано с интегрираните решения, за да се отговори на законовите и нормативните изисквания за присъединяване към мрежата, включително захранването с активна и реактивна мощност.

Мониторинг за регулиране на произведената енергия
С цел да се гарантира, че PV системите изпълняват тази функция, инверторите трябва да разполагат със съответното техническо оборудване. Те на свой ред трябва да имат достъп до оперативни данни. Разширените сервизни функции, които в днешно време се очакват и се търсят при модерните инвертори, изискват правилно функциониращ мониторинг, независимо дали предлагат управление на подаването на енергия към мрежата или интелигентно регулиране на собственото потребление.

Нараства и търсенето на професионални системи за мониторинг от инвеститорите и финансиращите организации. Това се отнася по-специално за пазари като Япония и САЩ, особено в случаите когато фотоволтаичните системи са на лизинг.

От SMA отбелязват и увеличение в търсенето на малки и средни системи, най-вече във връзка с изискването, че системата може да се регулира. В крайна сметка, според германския закон за възобновяемите енергийни източници (ЕЕG), системата за управление на захранването трябва да се включат инсталации до 100kW.

Интегриран регистратор на данни
Важна последваща разработка при системите за мониторинг е регистраторът на данни. Има различни философии, когато става въпрос за тези устройства. В началото те представляваха малки кутии, които изглеждат като рутери и се инсталираха като отделни устройства. Fronius все още предпочита тези външни регистратори на данни. Други производители обаче, като например Kostal Solar Electric и Solutronic, интегрират регистраторите на данни в своите инвертори още от самото начало.

Други производители, например Kaco new energy, предлагат и двата варианта. В зависимост от размера на системата, клиентите могат да използват или външните устройства Powador-ProLOG, или Powador-piccoLOG. За сравнение, при трифазните инвертори регистраторите на данни са базово интегрирани.

Тенденцията клони към интегриране. SMA, например, планира да въведе "Webconnect data interface", чрез който най-важните данни от инвертора могат да се изпращат директно към Sunny Portal. Sputnik Engineering също ще интегрира регистратор на данни в новата си P-серия за домашни системи. Това би спестило на собствениците цената на външно устройство и би направило инсталацията проста.

Популярни интернет портали
Регистраторът на данни прехвърля системната информация към интернет портал, например чрез Ethernet или WLAN. Ясният визуален дисплей на системните данни е станала стандартна за портали от този вид. Kostal предоставя индикация за честотата на използване на тези портали.

От Sputnik Engineering определят бързите DSL връзки, както и намаляването на разходите за пренос на данни като причина защо мониторингът е станал по-удобен и текущите разходи са по-ниски. Това означава, че операторите на малки системи е по-вероятно да си купят регистратор на данни. Със своите MaxWeb xp регистратори на данни Sputnik предлага връзка със свободния портал MaxWeb.

REFUsol вече стартира четвъртата версия на своя портал за наблюдение REFUlog. Новите разработки включват няколко типа отчети. Операторите на системи могат да разгледат своите данни на базата на един инвертор, но и с доста повече подробности на база инвертор. Те могат да експортират статистически данни в PDF формат и да изберат дали да ги представят в графичен или в табличен вид. При втората опция са налични няколко нови функции, например показване на коефициента на производителност като параметър.

С цел намаляване на бариерите за употреба, Kaco предлага на операторите на системи с мощност до 20kW безплатен достъп до обществения интернет портал Powador-web. Първите две години на ползване са безплатни. При Kaco порталът може да бъде интегриран и в публични уебсайтове и социални мрежи.

Приложения за смартфони
Онлайн порталите вече могат да бъдат свързвани със смартфони и таблети. В Kostal системните оператори могат да зареждат портала за мониторинг на своите смартфони, като не е задължително да се инсталира софтуерно приложение. Въпреки това, Kostal следи отблизо търсенето на приложения.

Смартфоните и таблетите вече са много популярни и тази тенденция ще продължава. Има също обща тенденция на пазара към онлайн системи. Това до голяма степен води и до нарастване на търсенето на решения за тези крайни устройства. По тази причина достъпът до Sunny Portal може да бъде осъществен чрез програми на крайните устройства. Това прави решението изключително интересно за собствениците на жилища и за инсталаторите на системи.

Особено популярни са приложенията за iPhone, iPad и Android устройствата. Поради тази причина Sputnik вече предлага приложения за устройствата на Apple с операционна система iOS, както и за устройства с операционна система Google Android.

Чрез REFUlog системните оператори са имали възможността от средата на 2011г. да проверяват своите системи чрез смартфони и таблети. През юни 2013г. беше пусната втора версия на приложението. Притежателите на тези устройства могат да използват широк набор от функции на места където има достъп до интернет. Те могат да извлекат статистика в табличен вид, да разгледат подробни страници и обобщени списъци за частични системи и инвертори, да съхраняват списъци и статистика на своите устройства и много други. Kaco и Fronius също предлагат приложения за своите портали за мониторинг. От производителите само Solutronic съобщава, че търсенето на решения за тези устройства намалява, тъй като малкият екран прави прецизното наблюдение невъзможно.

Ситуацията с малките системи
Има и нови продукти, налични за малки фотоволтаични системи. При тях крайните клиенти могат да следят своята PV система чрез цифрова фоторамка, свързана с Piko Data Communicator. Фоторамката е достъпно на клиентите на Kostal – обикновено инсталаторите на системата. За целите на мониторинга предавателна станция (Data Collector) се свързва към инвертора или се включва в съществуващата мрежа. Приемникът (Data Stick) се поставя в USB интерфейса на цифровата фоторамка. След като системата се конфигурира чрез вътрешния уеб сървър на Piko Data Communicator, изходните данни се предават чрез радиоканал към фоторамката и се показват под формата на ежедневен, месечен или годишен добив, както и съответното състояние на системата.

От друга страна, Kaco разработи нов регистратор на данни, Powador-piccoLOG, който е проектиран специално за системи с изходна мощност от 1 до 15kW. Той може да наблюдава до три инвертора и включва в себе си контрол на произведената енергия в съответствие с немския закон за възобновяеми енергийни източници от 2012г. като алтернатива на ограничаването на инверторите до 70% от инсталираните мощности.

Това е следващата ключова разработка. Оперативните данни са основата, с помощта на която инверторите могат да отговорят на изискванията, свързани с регулирането. Следователно, до 2009г. всички инвертори за широкомащабни системи бяха снабдени с необходимото техническо оборудване, след което всички устройства бяха пригодени за използване при маломащабни системи. От гледна точка на собственото потребление, стандартите за силови преобразуватели и техните решения за мониторинг са друга причина за това развитие.

RS-485 интерфейсите, мрежовите интерфейси и безпотенциалните входове за управление на захранването бяха стандартни функции на инверторите Piko преди няколко години. Като стандарт инверторите Kostal Piko имат четири входа за директно свързване към приемника за контрол на пулсациите, в съответствие с параграф 6 от германския закон за възобновяеми енергийни източници. Следователно не са необходими допълнителни устройства или интерфейси. От средата на 2011г. клиентите на Kostal могат да проверяват чрез интернет портала, електронната поща или графичния дисплей дали мощността на тяхната система е била намалена.

С цел да се даде възможност на системните оператори да отговарят на стандартите, описани в директивата за ниско и средно напрежение, REFUsol е включила в продуктовата си гама устройство за управление на захранването REFU-pmu. Порталът за мониторинг REFUIog показва текущите данни за намаляване на производството и, респективно, консумираната реактивна мощност. Тези функции вече са координирани в SMA. Sunny Home Manager съчетава система за мониторинг чрез Sunny Portal с управление на консумираната енергия. В Solutronic посредством софтуера за мониторинг Solplus+ могат да бъдат направени настройки, за да се изпълнят директивите. Чрез специален прозорец в софтуера могат да бъдат изчислени икономиите от собствена консумация.

Повече функции
Като цяло мненията са обединени, когато става въпрос за тенденциите при новите разработки. Производителите намират мониторинга, енергията и управлението на захранването в мрежата като една от най-важните си цели. Това означава, например, че в бъдеще ще бъдат включени електромери за измерване на собствената консумация. Тенденцията е към имплементиране на още повече функции.

Това би могло да представлява предизвикателства за разработчиците. В същото време, както много от производители подчертават, решенията следва да стават по-лесни за употреба и икономически рентабилни. Въпреки това, те се различават при различните сегментите, тъй като системите за наблюдение следва да бъдат доразвити в съответствие с клиентските групи и мащаба на системите. За домакинствата е важно информацията да бъде представена по атрактивен начин и потребителите да не са затрупани с прекалено много информация. Тук трябва да се гарантира, че собствениците ще получат информация, в случай че възникне повреда. От друга страна, при по-големите системи връзката със системите за мониторинг е важен фактор. В бъдеще трябва да бъдат осигурени по-компактни системи с опростено функциониране и инсталиране.

Връзката с интернет също става все по-важна. Скоро Ethernet решенията ще играят водеща роля. Причините за това са малката вероятността за отказ, високите скорости на предаване и по-кратките интервали между предаване на пакети с данни.

В бъдеще метеорологичните данни, по-специално данните за слънчевата радиация, ще могат да се записват и изобразяват. Освен това, REFUsol работи върху набор от опции за анализ на реални добиви от системата. За тази цел могат да бъдат инсталирани сензори за вятър и дъжд. Друга възможност са сензорите против кражба. Системите за мониторинг могат да дадат възможност на потребителите в бъдеще да сравняват добивите от системата с други фотоволтаични системи в региона или с регионални осреднени стойности.

При някои устройства тези решения вече са налични. Solutronic, например, вече инсталира като стандартно оборудване годишни регистратори за сензори и енергия. Компанията вече работи по специални функции, каквато е сравнението на теоретичния и действителния добив от фотоволтаичната система.