كيف تعمل عقد LoRaWAN على تبسيط مراقبة الخلايا الكهروضوئية في مزارع الطاقة الشمسية الكبيرة

قد تغطي محطات الطاقة الشمسية الكبيرة مئات أو حتى آلاف الهكتارات. وعلى امتداد هذه المساحة الشاسعة، نادراً ما تكون شدة الإشعاع الشمسي، ودرجة حرارة الألواح الكهروضوئية، وظروف الرياح، وهطول الأمطار، والظروف البيئية المحلية متطابقة في كل موقع.

يمكن لمحطة أرصاد جوية واحدة أن توفر بيانات مرجعية مفيدة، ولكنها قد لا تمثل الظروف في جميع أنحاء المصنع.

ولهذا السبب تتجه العديد من مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية الكبيرة نحو بنى المراقبة الموزعة, ، حيث يتم تثبيت عقد استشعار متعددة عبر كتل مصفوفة مختلفة وربطها بنظام مراقبة مركزي.

A عقدة مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بتقنية LoRaWAN يوفر هذا طريقة عملية لبناء هذا النوع من الشبكات دون الحاجة إلى مدّ كابلات اتصال طويلة بين كل نقطة مراقبة.

LoRaWAN هي تقنية شبكة واسعة النطاق منخفضة الطاقة مصممة لاتصالات إنترنت الأشياء بعيدة المدى ومنخفضة معدل نقل البيانات. عادةً ما تربط بنية الشبكة هذه الأجهزة الطرفية الميدانية ببوابة واحدة أو أكثر، والتي بدورها تقوم بإعادة توجيه البيانات عبر شبكات IP إلى خادم الشبكة أو منصة التطبيق.

بالنسبة لمزارع الطاقة الشمسية، فإن هذا التصميم يجعل من الممكن جمع بيانات الإشعاع الشمسي الموزع، ودرجة حرارة الوحدات، والطقس، وحالة المعدات مع تبسيط البنية التحتية للاتصالات.

لماذا تحتاج محطات الطاقة الشمسية الكبيرة إلى أنظمة مراقبة موزعة؟

يمكن أن تختلف الظروف البيئية داخل محطة الطاقة الكهروضوئية الكبيرة اختلافًا كبيرًا من منطقة إلى أخرى.

قد تنشأ الاختلافات بسبب:

• حركة السحب
• ارتفاع التضاريس
• توجيه الوحدة
• تظليل
• تراكم الغبار
• التعرض للرياح
• هطول الأمطار المحلي
• درجة حرارة السطح
• الغطاء النباتي
• المسافة بين كتل الخلايا الكهروضوئية

إذا اعتمدت محطة ما على نقطة مراقبة بيئية واحدة فقط، فقد يواجه المشغلون صعوبة في تحديد ما إذا كان انخفاض إنتاج الطاقة ناتجًا عن مشاكل في المعدات أو ببساطة عن ظروف جوية محلية.

يمكن لشبكة مراقبة موزعة أن توفر بيانات من عدة مواقع تمثيلية.

على سبيل المثال، يمكن تثبيت عقد مراقبة منفصلة في:

• وحدات عاكس مختلفة
• تضاريس مختلفة الارتفاعات
• القسمان الشرقي والغربي من المصنع
• مناطق ذات اتجاهات وحدات مختلفة
• مواقع معرضة لظروف غبار مختلفة
• المناطق المناخية التمثيلية

يمكن لكل عقدة جمع البيانات البيئية وإرسالها إلى نظام مراقبة مركزي.

يؤدي هذا إلى إنشاء مجموعة بيانات بيئية أكثر تمثيلاً لتحليل الأداء.

JW-IoT الحالي نظام مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية مع أتمتة إنترنت الأشياء تم تصميمها حول هذا النوع من البنية الموزعة، حيث تدمج بيانات الإشعاع الشمسي والطقس ووحدات الخلايا الكهروضوئية والبيانات الكهربائية وبيانات الاتصالات من أجل مراقبة مركزية للمحطة.

تحديات نشر أجهزة الاستشعار السلكية في محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الكبيرة

لا تزال تقنية RS485 واحدة من أكثر طرق الاتصال شيوعًا لأجهزة الاستشعار الصناعية ومعدات مراقبة الخلايا الكهروضوئية.

بالنسبة لنقاط المراقبة الموجودة بالقرب من مسجل البيانات أو محطة الأرصاد الجوية، فإن الاتصال السلكي RS485 غالبًا ما يكون خيارًا ممتازًا.

ومع ذلك، فإن ربط العديد من نقاط المراقبة عبر مزرعة شمسية كبيرة جدًا يمكن أن يخلق العديد من التحديات العملية.

مسافات طويلة للكابلات

عندما يتم توزيع أجهزة الاستشعار على مسافات كبيرة، قد تحتاج كابلات الاتصال إلى العبور:

• صفوف مصفوفة الخلايا الكهروضوئية
• الطرق المؤدية إلى الموقع
• قنوات التصريف
• هياكل التتبع
• وحدات العاكس
• مسارات الكابلات تحت الأرض

وهذا يزيد من تعقيد عملية التثبيت.

أعمال حفر إضافية وأنابيب توصيل

قد تتطلب شبكات الاتصالات السلكية الطويلة ما يلي:

• الخنادق
• قنوات
• صناديق التوصيل
• صواني الكابلات
• الحماية من الصواعق
• حماية من زيادة التيار

وبالتالي، يمكن أن تصبح شبكة الاتصالات جزءًا مهمًا من عملية تركيب نظام المراقبة.

توسع صعب

قد تتطلب مزرعة الطاقة الشمسية في البداية خمس نقاط مراقبة بيئية، ولكنها قد تتوسع لاحقًا إلى عشر أو عشرين نقطة.

مع بنية سلكية بالكامل، قد تتطلب إضافة نقاط جديدة مسارات كابلات جديدة.

يمكن في كثير من الأحيان تثبيت عقدة لاسلكية مع إجراء تغييرات أقل على البنية التحتية للاتصالات الحالية.

تعقيد الصيانة

قد يكون من الصعب تحديد أعطال الاتصال في شبكات الكابلات الطويلة.

تشمل الأسباب المحتملة ما يلي:

• كابلات تالفة
• تسرب المياه
• أطراف توصيل مفكوكة
• التداخل الكهرومغناطيسي
• أضرار الصواعق
• قنوات تحت الأرض متضررة

بالنسبة للقياسات الموزعة التي تنقل فقط حزمًا صغيرة من بيانات المستشعر، يمكن أن توفر الاتصالات اللاسلكية بديلاً جذابًا.

ما هي عقدة مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بتقنية LoRaWAN؟

A عقدة مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بتقنية LoRaWAN هو جهاز لجمع البيانات الميدانية يقوم بجمع القياسات من واحد أو أكثر من أجهزة استشعار مراقبة الخلايا الكهروضوئية وينقل البيانات لاسلكيًا عبر شبكة LoRaWAN.

قد تتضمن العقدة النموذجية ما يلي:

أجهزة الاستشعار البيئية
↓
واجهة RS485 / Modbus أو واجهة تناظرية
↓
عقدة استشعار LoRaWAN / وحدة طرفية عن بعد
↓
بوابة LoRaWAN
↓
اتصال خلفي بتقنية 4G / إيثرنت
↓
منصة سحابية / نظام التحكم الإشرافي وتحصيل البيانات / نظام إدارة الطاقة

بدلاً من توصيل كل مستشعر ميداني مباشرة بغرفة تحكم مركزية، تصبح كل عقدة مراقبة نقطة محلية لاكتساب البيانات.

تعمل بوابة LoRaWAN كجسر بين شبكة الاستشعار اللاسلكية والشبكة القائمة على بروتوكول الإنترنت. في بنية LoRaWAN القياسية على شكل نجمة النجوم، تقوم البوابات بتمرير الحزم بين الأجهزة الطرفية والبنية التحتية المركزية للشبكة.

تُعد هذه البنية مفيدة بشكل خاص عندما تتكون البيانات من قياسات استشعار صغيرة نسبياً يتم إرسالها بشكل دوري بدلاً من تدفقات البيانات المستمرة ذات النطاق الترددي العالي.

كيف تعمل تقنية LoRaWAN في مراقبة أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟

لنفترض وجود مزرعة طاقة شمسية بقدرة 300 ميجاوات مقسمة إلى عدة وحدات كهروضوئية.

بدلاً من تركيب محطة أرصاد جوية مركزية واحدة، قد يقوم المشروع بنشر عدة نقاط لمراقبة البيئة.

على سبيل المثال:

كتلة الخلايا الكهروضوئية أ

• مستشعر الإشعاع الشمسي
• مستشعر درجة حرارة الوحدة
• مستشعر درجة الحرارة والرطوبة المحيطة

كتلة الخلايا الكهروضوئية ب

• مستشعر الإشعاع الشمسي
• مستشعر درجة حرارة الوحدة

كتلة الخلايا الكهروضوئية ج

• مستشعر الإشعاع الشمسي
• مستشعر الرياح

محطة الأرصاد الجوية المركزية

• مقياس الإشعاع الشمسي
• درجة حرارة الهواء
• رطوبة
• سرعة الرياح
• اتجاه الرياح
• هطول الأمطار
• الضغط الجوي

تقوم كل نقطة مراقبة محلية بتوصيل أجهزة الاستشعار الخاصة بها بعقدة LoRaWAN.

تقوم العقدة بإرسال القياسات بشكل دوري نحو بوابة LoRaWAN.

ثم تقوم البوابة بنقل البيانات إلى:

• منصة مراقبة سحابية
• نظام التحكم الإشرافي وتحصيل البيانات (SCADA) للمصنع
• نظام إدارة الطاقة
• منصة التشغيل والصيانة
• منصة إنترنت الأشياء التابعة لجهة خارجية

تستخدم بنية مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الحالية لشركة JW-IoT نموذجًا مشابهًا:

مستشعرات الطاقة الشمسية الكهروضوئية ← مسجل البيانات / وحدة تحكم إنترنت الأشياء ← بوابة LoRaWAN / 4G ← خادم سحابي ← تطبيق ويب / تطبيق جوال ← مراقبة أداء الطاقة الشمسية الكهروضوئية

يدعم الحل الحالي أيضًا تكامل MQTT وAPI لأنظمة الطرف الثالث.

أجهزة استشعار نموذجية متصلة بعقدة مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بتقنية LoRaWAN

لا تحتاج عقدة المراقبة بالضرورة إلى قياس كل معلمة بيئية.

ينبغي أن تعتمد مجموعة المستشعرات على الغرض من نقطة المراقبة.

1. مستشعر الإشعاع الشمسي

يُعد الإشعاع الشمسي أحد أهم المعايير المرجعية لتقييم إنتاج الخلايا الكهروضوئية.

بحسب تصميم المصنع، قد تقوم أجهزة الاستشعار بمراقبة ما يلي:

• الإشعاع الشمسي الأفقي العالمي (GHI)
• الإشعاع على مستوى المصفوفة — POA
• الإشعاع المنعكس
• إشعاع الخلية المرجعية

بالنسبة لتطبيقات مراقبة الأرصاد الجوية أو الأداء عالية الدقة، يمكن استخدام مقياس الإشعاع الشمسي.

يوفر JW-IoT مستشعر الإشعاع الشمسي من الفئة أ مصمم لمراقبة الإشعاع الشمسي الاحترافية في تطبيقات الخلايا الكهروضوئية.

تكوين العقدة النموذجي:

مستشعر الإشعاع الشمسي
→ RS485 / Modbus
→ عقدة LoRaWAN
→ بوابة
→ منصة مراقبة الخلايا الكهروضوئية

2. مستشعر درجة حرارة وحدة الخلايا الكهروضوئية

تتأثر كفاءة وحدة الخلايا الكهروضوئية بشدة بدرجة حرارة التشغيل.

يساعد قياس درجة حرارة الوحدة المشغلين على مقارنة الظروف البيئية مع توليد الطاقة الفعلي.

تُركّب أجهزة الاستشعار عادةً على السطح الخلفي لوحدات الخلايا الكهروضوئية النموذجية.

JW-IoT مجسات درجة حرارة وحدات الخلايا الكهروضوئية لمراقبة محطات الطاقة الشمسية تم تصميمها خصيصاً لقياس درجة حرارة تشغيل الألواح الكهروضوئية.

يمكن أن تكون مراقبة درجة حرارة الوحدات الموزعة ذات قيمة خاصة عندما تحتوي مزرعة كبيرة على ما يلي:

• تقنيات الوحدات المتعددة
• هياكل تثبيت مختلفة
• ظروف تضاريسية مختلفة
• مناطق تتبع متعددة
• ظروف تهوية مختلفة

بدلاً من افتراض أن درجة حرارة وحدة واحدة تمثل الموقع بأكمله، يمكن للمشغلين مقارنة الظروف الحرارية بين المناطق.

3. درجة الحرارة والرطوبة المحيطة

توفر درجة حرارة الهواء المحيط سياقًا مهمًا لدرجة حرارة وحدة الخلايا الكهروضوئية وأداء النظام.

يمكن أن تساعد قياسات الرطوبة أيضاً في تحديد خصائص الظروف البيئية للموقع.

يمكن تضمين هذه المعايير إما كمستشعرات فردية أو كجزء من مستشعر طقس متكامل.

4. سرعة الرياح واتجاهها

تأثير الرياح على:

• تبريد الوحدة
• حركة الغبار
• توزيع التلوث
• عملية التتبع
• التحميل الميكانيكي
• سلامة الصيانة

لذلك، قد تقوم محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الكبيرة الموجودة في الصحراء أو الأراضي المفتوحة بتركيب أجهزة مراقبة الرياح في عدة مواقع تمثيلية.

يمكن أن تساعد بيانات اتجاه الرياح أيضًا في شرح كيفية انتقال الغبار عبر كتل الخلايا الكهروضوئية المختلفة.

5. هطول الأمطار

يؤثر هطول الأمطار على تشغيل مزارع الطاقة الشمسية بعدة طرق.

يمكن:

• إزالة الغبار من أسطح الوحدات
• تؤثر على أنماط التلوث
• يؤثر على إمكانية الوصول للصيانة
• تشير إلى ظروف العاصفة
• تساهم في مخاطر الصرف الصحي

قد يكون رصد هطول الأمطار الموزع مفيدًا عندما يغطي الموقع منطقة كبيرة بشكل خاص أو منطقة معقدة تضاريسيًا.

6. مراقبة التلوث

يمكن أن يختلف تلوث الخلايا الكهروضوئية عبر أقسام مختلفة من مزرعة الطاقة الشمسية.

على سبيل المثال، الوحدات الموجودة بالقرب من:

• طرق غير معبدة
• الأراضي الزراعية
• مناطق البناء
• حدود الصحراء
• مصادر الغبار السائدة

قد تتعرض الوحدات لمعدلات اتساخ أعلى من الوحدات الأخرى.

يمكن أن يوفر الجمع بين معلومات التلوث الموزعة وبيانات الإشعاع الشمسي والرياح دعماً أفضل لاستراتيجيات التنظيف.

مجموعات المستشعرات الموصى بها

يمكن لنقاط المراقبة المختلفة استخدام تكوينات استشعار مختلفة.

الهدف ليس إنشاء محطة أرصاد جوية كاملة في كل موقع.

بدلاً من ذلك، ينبغي للشبكة وضع أجهزة الاستشعار المناسبة حيث توفر البيانات أكبر قيمة تشغيلية.

بوابة LoRaWAN وبنية منصة الحوسبة السحابية

تتكون شبكة مزارع الطاقة الشمسية القابلة للتوسع عادةً من أربع طبقات.

الطبقة 1 - طبقة المستشعر

تقيس أجهزة الاستشعار الميدانية ما يلي:

• الإشعاع
• درجة حرارة وحدة الخلايا الكهروضوئية
• درجة الحرارة المحيطة
• رطوبة
• رياح
• هطول الأمطار
• التلوث
• المعايير البيئية الأخرى

الطبقة الثانية - عقدة مراقبة LoRaWAN

تقوم عقدة المراقبة بجمع قراءات المستشعرات.

بحسب واجهة المستشعر، قد تتصل العقدة من خلال:

• RS485
• Modbus RTU
• مدخل تناظري
• مدخل النبض
• المدخلات الرقمية

بالنسبة للعديد من تطبيقات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، يوفر بروتوكول RS485 Modbus واجهة عملية بين أجهزة الاستشعار والعقدة اللاسلكية المحلية.

الطبقة 3 - بوابة LoRaWAN

تتصل عدة عقد LoRaWAN ببوابة واحدة أو أكثر.

ثم تقوم البوابة بإرسال بيانات المراقبة عبر شبكة نقل بيانات IP مثل:

• إيثرنت
• 4G LTE
• شبكة الألياف الضوئية
• شبكة المصانع الحالية

قد يوفر استخدام بوابات متعددة تغطية أفضل للموقع وتكرارًا للشبكة اعتمادًا على تصميم المشروع.

تم تصميم LoRaWAN كبنية شبكة LPWA قابلة للتطوير، ويصف تحالف LoRa عمليات النشر التي تتراوح من عمليات التثبيت ذات البوابة الواحدة إلى الشبكات الكبيرة جدًا.

الطبقة الرابعة - السحابة، أو نظام التحكم الإشرافي وجمع البيانات (SCADA)، أو نظام إدارة الطاقة (EMS)

قد تكون الوجهة النهائية هي:

• منصة مراقبة JW-IoT
• نظام التحكم الإشرافي وتحصيل البيانات (SCADA) للمصنع
• منصة تشغيل وصيانة الطاقة الشمسية
• نظام إدارة الطاقة
• سحابة خاصة
• منصة إنترنت الأشياء للعملاء

ويمكن استخدام البيانات بعد ذلك للأغراض التالية:

• لوحات معلومات في الوقت الفعلي
• الاتجاهات التاريخية
• إدارة الإنذارات
• تحليل أداء الخلايا الكهروضوئية
• مقارنة بيئية
• تخطيط الصيانة
• إدارة مواقع متعددة

للاطلاع على المشاريع التي تتطلب نظامًا متكاملًا على مستوى المصنع، انظر نظام مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية JW-IoT.

مثال على بنية مراقبة الخلايا الكهروضوئية اللاسلكية

قد يبدو النشر النموذجي واسع النطاق على النحو التالي:

منطقة المراقبة 1
الإشعاع الشمسي عند نقطة الوصول + درجة حرارة الوحدة
↓
عقدة LoRaWAN

منطقة المراقبة 2
الإشعاع الشمسي عند نقطة الوصول + درجة حرارة الوحدة
↓
عقدة LoRaWAN

منطقة المراقبة 3
الرياح + درجة الحرارة + الرطوبة
↓
عقدة LoRaWAN

منطقة المراقبة 4
التلوث + الإشعاع
↓
عقدة LoRaWAN

محطة الأرصاد الجوية الرئيسية للطاقة الشمسية
مقياس الإشعاع الشمسي + الرياح + المطر + درجة الحرارة + الرطوبة
↓
مسجل البيانات / عقدة LoRaWAN

جميع العقد اللاسلكية
↓
بوابة LoRaWAN
↓
4G / إيثرنت
↓
منصة سحابية / خادم شبكة
↓
منصة تشغيل وصيانة أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية / نظام التحكم الإشرافي وتحصيل البيانات / نظام إدارة الطاقة

يسمح هذا النوع من البنية الهجينة لأجهزة الاستشعار السلكية بالبقاء متصلة محليًا مع استبدال كابلات الاتصال لمسافات طويلة بتقنية LoRaWAN.

لماذا يُعدّ استخدام بنية هجينة تجمع بين RS485 و LoRaWAN خيارًا منطقيًا في كثير من الأحيان؟

من النقاط المهمة أن تقنية LoRaWAN لا تحل بالضرورة محل RS485.

في العديد من مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية، تعمل التقنيتان معًا.

المستوى المحلي

وصلات RS485:

مستشعر ← عقدة LoRaWAN

مستويات النبات

اتصال LoRaWAN:

عقدة المراقبة → البوابة

مستوى السحابة

الاتصال عبر شبكة الجيل الرابع أو الإيثرنت أو الألياف الضوئية:

البوابة → الخادم

تجمع هذه البنية بين استقرار أجهزة الاستشعار السلكية الصناعية ومرونة الاتصالات اللاسلكية الميدانية.

على سبيل المثال:

مقياس الإشعاع الشمسي من الفئة أ ← RS485 ← عقدة LoRaWAN ← بوابة LoRaWAN ← 4G ← السحابة

بدلاً من:

مقياس إشعاع شمسي من الفئة أ ← عدة مئات من الأمتار من كابل RS485 ← مسجل بيانات مركزي

يعتمد التصميم الأمثل على تخطيط المصنع، وكثافة أجهزة الاستشعار، والتضاريس، وتغطية الاتصالات، والبنية التحتية الحالية.

مقارنة بين LoRaWAN و4G وRS485 لمراقبة أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية

لا تُعتبر تقنيات الاتصال هذه بالضرورة منافسة.

يؤدي كل منهم دورًا مختلفًا.

وبالتالي، تصبح البنية المشتركة كالتالي:

مستشعرات RS485 ← عقدة LoRaWAN ← بوابة LoRaWAN ← 4G/إيثرنت ← السحابة

كما تتضمن حلول مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية من JW-IoT تقنية LoRaWAN لنقاط مراقبة مزارع الطاقة الشمسية الكبيرة، وتقنية 4G LTE لمحطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية البعيدة، وتقنية RS485 Modbus للمعدات الميدانية، وتقنية Ethernet لأنظمة مستوى المحطة.

محطة الأرصاد الجوية المركزية مقابل عقد LoRaWAN الموزعة

لا تقوم شبكة مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المفيدة عادةً باستبدال محطة الأرصاد الجوية الرئيسية بعقد لاسلكية.

بل إن النظامين يكملان بعضهما البعض.

محطة الأرصاد الجوية المركزية الكهروضوئية

توفر محطة الأرصاد الجوية الرئيسية قياسات مرجعية عالية الجودة للأرصاد الجوية.

قد تتضمن الأنظمة النموذجية ما يلي:

• مقياس الإشعاع الشمسي
• إشعاع POA
• درجة حرارة الوحدة
• درجة حرارة الهواء
• رطوبة
• سرعة الرياح
• اتجاه الرياح
• هطول الأمطار
• الضغط الجوي

JW-IoT محطة رصد الأحوال الجوية الشمسية لمحطات الطاقة الكهروضوئية التابعة للمرافق العامة تم تصميمه لمحطات الطاقة الشمسية، ومزارع الخلايا الكهروضوئية، وتطبيقات مراقبة الخلايا الكهروضوئية الأخرى.

عقد LoRaWAN الموزعة

وبذلك تستطيع عقد المراقبة الثانوية توفير قياسات محلية من مناطق محددة.

على سبيل المثال:

المحطة الرئيسية:
مرجع الأرصاد الجوية الكامل

العقدة أ:
إشعاع نقطة الوصول + درجة حرارة الوحدة

العقدة ب:
إشعاع نقطة الوصول + درجة حرارة الوحدة

العقدة ج:
سرعة الرياح + اتجاه الرياح

العقدة د:
التلوث + الإشعاع

يمكن لهذا المزيج أن يقدم صورة أكثر تمثيلاً لحالة النبات مقارنة بأي من البنيتين على حدة.

نموذج النشر الموصى به لمحطات الطاقة الشمسية الكبيرة

لا توجد قاعدة عامة تنص على أن كل وحدة طاقة شمسية تتطلب عقدة مراقبة واحدة.

ينبغي أن يعتمد التوزيع الصحيح على ظروف الموقع.

الخطوة 1: تقسيم مزرعة الطاقة الشمسية إلى مناطق مراقبة

يعتبر:

• وحدات العاكس
• التضاريس
• توجيه الوحدة
• تخطيط جهاز التتبع
• تضاريس
• التعرض للغبار
• اختلافات الطقس المحلية

الخطوة الثانية: تحديد نقاط القياس التمثيلية

اختر المواقع التي يمكن أن تمثل فيها القياسات البيئية مناطق تشغيل ذات مغزى.

تجنب تثبيت نقاط التوصيل على مسافات متساوية دون مراعاة ظروف الموقع الفعلية.

الخطوة 3: تحديد حزمة المستشعرات لكل عقدة

لا تحتاج كل عقدة إلى كل جهاز استشعار.

على سبيل المثال:

عقدة الأداء

• إشعاع POA
• درجة حرارة الوحدة

عقدة الطقس

• رياح
• درجة حرارة الهواء
• رطوبة

عقدة التلوث

• مستشعر التلوث
• الإشعاع

الخطوة الرابعة: تخطيط مواقع البوابات

ينبغي مراعاة ما يلي عند تحديد موقع البوابة:

• أبعاد الموقع
• تضاريس
• عائق
• ارتفاع التركيب
• موقع الهوائي
• هياكل الخلايا الكهروضوئية
• غرف الكهرباء
• شبكة نقل البيانات

ينبغي دائماً تقييم التغطية اللاسلكية في ظل ظروف الموقع الفعلية بدلاً من الاعتماد فقط على المسافة النظرية.

الخطوة 5: تحديد فترات الإبلاغ

لا تتطلب أجهزة الاستشعار البيئية الكهروضوئية عادةً إرسالًا مستمرًا عالي النطاق الترددي.

ينبغي أن تعتمد الفترة الزمنية المناسبة للإبلاغ على ما يلي:

• متطلبات تحليل الأداء
• متطلبات الإنذار
• نوع المستشعر
• سياسة تخزين المنصة
• سعة الشبكة
• توافر البطارية أو الطاقة

الخطوة السادسة: دمج منصة المراقبة

قبل النشر، تأكد مما يلي:

• بروتوكول البيانات
• سجلات مودبوس
• تنسيق حمولة LoRaWAN
• تكوين خادم الشبكة
• متطلبات MQTT
• تنسيق واجهة برمجة التطبيقات (API)
• الطوابع الزمنية
• معرفات الأجهزة
• منطق الإنذار

هذا يمنع حدوث مشاكل في التكامل لاحقاً في المشروع.

مثال على النشر: مزرعة طاقة شمسية واسعة النطاق

لنفترض وجود محطة طاقة شمسية كبيرة مقسمة إلى 20 منطقة مراقبة.

قد تتضمن البنية المحتملة ما يلي:

• محطة أرصاد جوية رئيسية واحدة تعمل بالطاقة الشمسية
• 10 عقد مراقبة الإشعاع الموزعة
• 10 نقاط لمراقبة درجة حرارة وحدات الخلايا الكهروضوئية
• 4 نقاط لرصد الرياح
• نقطتان لرصد هطول الأمطار
• عدة بوابات LoRaWAN
• واجهة واحدة على مستوى المصنع السحابية أو واجهة SCADA

يمكن أن تكون بنية المراقبة كالتالي:

أجهزة استشعار الطاقة الشمسية الكهروضوئية
↓
عقد RS485 LoRaWAN
↓
شبكة بوابة LoRaWAN
↓
شبكة الجيل الرابع / وصلة إيثرنت
↓
الخادم المركزي
↓
منصة SCADA / EMS / O&M

ينبغي دائمًا تحديد العدد الدقيق للعقد والبوابات وفقًا لتصميم المصنع ونتائج المسح اللاسلكي بدلاً من صيغة ثابتة.

فوائد عقد مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بتقنية LoRaWAN

تقليل كابلات الاتصالات

يمكن للاتصالات اللاسلكية أن تقلل بشكل كبير من الحاجة إلى كابلات الإشارة الطويلة بين نقاط المراقبة الموزعة.

توسع أسهل

يمكن إضافة نقاط مراقبة جديدة مع توسع مزرعة الطاقة الشمسية أو عندما تصبح القياسات الإضافية ضرورية.

بيانات مكانية أفضل

تساعد القياسات الموزعة في تحديد الاختلافات المحلية التي قد لا تكتشفها محطة أرصاد جوية واحدة.

المراقبة المركزية

يمكن لنقاط الرصد البيئي المتعددة إرسال البيانات إلى منصة رصد واحدة على مستوى المصنع.

تكامل مرن لأجهزة الاستشعار

يمكن لأجهزة الاستشعار RS485 أن تبقى قريبة من موقع القياس بينما تتولى عقدة LoRaWAN عملية الإرسال اللاسلكي لمسافات طويلة.

مناسب لمواقع الطاقة الشمسية الكهروضوئية النائية

تم تصميم LoRaWAN خصيصًا للاتصال بإنترنت الأشياء منخفض الطاقة وواسع النطاق ويمكن نشره كشبكات خاصة أو عامة أو هجينة حسب التطبيق.

متى يكون استخدام تقنية LoRaWAN خيارًا جيدًا لمراقبة أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟

يُعدّ LoRaWAN خيارًا جديرًا بالدراسة بشكل خاص عندما:

• تغطي مزرعة الطاقة الشمسية مساحة واسعة
• نقاط المراقبة موزعة جغرافياً
• يُعدّ مدّ كابلات الاتصالات مكلفاً.
• تقوم أجهزة الاستشعار بنقل كميات صغيرة نسبياً من البيانات
• قد تتم إضافة نقاط مراقبة إضافية لاحقًا
• يفضل استخدام شبكة لاسلكية خاصة
• يمكن تثبيت بوابة مع اتصال خلفي موثوق

ومع ذلك، لا ينبغي أن تحل تقنية LoRaWAN محل كل اتصال سلكي تلقائيًا.

بالنسبة للبيانات عالية التردد، أو حلقات التحكم المتكاملة بإحكام، أو المواقع ذات البنية التحتية للكابلات الموجودة والملائمة، قد يظل الاتصال السلكي هو الخيار المفضل.

غالباً ما يكون أفضل نظام لمراقبة الخلايا الكهروضوئية نظاماً هجيناً يجمع بين:

RS485 + LoRaWAN + 4G/Ethernet

كيفية اختيار عقدة مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بتقنية LoRaWAN

قبل اختيار العقدة، يجب على مهندسي المشروع التأكد من المتطلبات التالية.

واجهات المستشعرات

تحقق مما إذا كانت العقدة تدعم مخرجات المستشعر المطلوبة:

• مودبوس RS485
• التناظري
• نبض
• المدخلات الرقمية

عدد أجهزة الاستشعار

حدد عدد أجهزة الاستشعار التي يجب توصيلها بكل عقدة.

مزود الطاقة

تشمل الخيارات الممكنة ما يلي:

• طاقة التيار المستمر
• الطاقة الشمسية
• طاقة البطارية
• الطاقة الهجينة

نطاق تردد LoRaWAN

يجب أن تتطابق خطة الترددات الإقليمية مع بلد النشر.

حماية البيئة

ينبغي اختيار أجهزة مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الخارجية وفقًا لخصائص الموقع:

• نطاق درجة الحرارة
• التعرض للغبار
• هطول الأمطار
• رطوبة
• التعرض للأشعة فوق البنفسجية

تكامل المنصة

تأكيد الدعم للمتطلبات التالية:

• خادم الشبكة
• MQTT
• واجهة برمجة التطبيقات (API)
• خادم خاص
• منصة سحابية

بنية مراقبة الخلايا الكهروضوئية بتقنية LoRaWAN من JW-IoT

يمكن لـ JW-IoT تهيئة أنظمة مراقبة مزارع الطاقة الشمسية الموزعة التي تجمع بين:

• أجهزة استشعار الإشعاع الشمسي
• مقياس الإشعاع الشمسي من الفئة أ / الفئة ب
• مستشعرات درجة حرارة وحدات الخلايا الكهروضوئية
• محطات أرصاد جوية صغيرة الحجم
• أجهزة استشعار الرياح
• مقاييس المطر
• أنظمة مراقبة التلوث
• جمع البيانات عبر RS485
• عقدة LoRaWAN اللاسلكية
• بوابات LoRaWAN
• اتصالات الجيل الرابع
• مراقبة السحابة
• تكامل واجهة برمجة التطبيقات (API)

للحصول على تصميم كامل على مستوى المصنع، تفضل بزيارة:

نظام مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية مع أتمتة إنترنت الأشياء

لمحطة الرصد الجوي الرئيسية:

محطة رصد الأحوال الجوية الشمسية لمحطات الطاقة الكهروضوئية التابعة للمرافق العامة

لمراقبة درجة حرارة اللوحات الموزعة:

مجسات درجة حرارة وحدات الخلايا الكهروضوئية لمراقبة محطات الطاقة الشمسية

لقياس الإشعاع بدقة عالية:

مستشعر الإشعاع الشمسي من الفئة أ

تشكل هذه الصفحات سلسلة مراقبة منطقية تبدأ من طبقة المستشعرات مروراً بمراقبة الطاقة الشمسية على مستوى المحطة.

الأسئلة الشائعة

1. ما هي عقدة مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بتقنية LoRaWAN؟

عقدة مراقبة الخلايا الكهروضوئية بتقنية LoRaWAN هي جهاز إنترنت الأشياء الميداني الذي يجمع البيانات من الإشعاع الشمسي أو درجة حرارة الوحدة أو أجهزة الاستشعار البيئية وينقل القياسات لاسلكيًا إلى بوابة LoRaWAN.

ثم تقوم البوابة بإعادة توجيه المعلومات إلى منصة سحابية أو نظام SCADA أو نظام إدارة الطاقة.

2. لماذا يتم استخدام تقنية LoRaWAN في مزرعة شمسية كبيرة؟

يمكن لتقنية LoRaWAN أن تقلل من الحاجة إلى كابلات اتصال طويلة بين مواقع المراقبة الموزعة.

يُعد هذا الأمر مفيدًا بشكل خاص عندما تنتشر نقاط المراقبة البيئية عبر موقع كبير للطاقة الشمسية الكهروضوئية، ولا يلزم سوى إرسال مجموعات بيانات صغيرة من أجهزة الاستشعار بشكل دوري.

3. هل يمكن توصيل مستشعرات الطاقة الشمسية RS485 بشبكة LoRaWAN؟

نعم.

من بين البنى الشائعة ما يلي:

مستشعر RS485 ← عقدة LoRaWAN ← بوابة ← سحابة

تعمل عقدة LoRaWAN كواجهة محلية بين أجهزة الاستشعار الصناعية وشبكة الاتصالات اللاسلكية.

4. ما هي أجهزة الاستشعار التي يمكن استخدامها مع عقدة مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بتقنية LoRaWAN؟

تشمل أجهزة الاستشعار النموذجية ما يلي:

• أجهزة استشعار الإشعاع الشمسي
• مقياس الإشعاع الشمسي
• مستشعرات درجة حرارة وحدات الخلايا الكهروضوئية
• مستشعرات درجة الحرارة والرطوبة المحيطة
• أجهزة استشعار الرياح
• مقاييس المطر
• أجهزة استشعار التلوث

يعتمد المزيج الدقيق على الغرض من كل نقطة مراقبة.

5. هل يحل نظام LoRaWAN محل محطة الأرصاد الجوية الكهروضوئية؟

عادة لا.

توفر محطة الأرصاد الجوية الكهروضوئية الرئيسية عادةً بيانات الأرصاد الجوية المرجعية، بينما توفر عقد LoRaWAN الموزعة قياسات محلية إضافية في جميع أنحاء مزرعة الطاقة الشمسية.

يمكن أن يوفر استخدام كليهما تغطية مكانية أفضل.

6. كم عدد عقد LoRaWAN التي تحتاجها مزرعة الطاقة الشمسية؟

لا يوجد عدد ثابت.

تعتمد الكمية المطلوبة على:

• حجم محطة الطاقة الشمسية
• تضاريس
• تخطيط كتلة العاكس
• توجيه الوحدة
• التباين البيئي
• أهداف الرصد
• تغطية الاتصالات

لذا ينبغي إعداد خطة نقاط مراقبة خاصة بالموقع قبل النشر.

7. هل يمكن دمج بيانات LoRaWAN PV في نظام SCADA؟

نعم، بشرط أن يتم تكوين البوابة وخادم الشبكة وطبقة التطبيق وفقًا لطريقة التكامل المطلوبة.

بحسب المشروع، قد يتم نقل البيانات عبر MQTT أو API أو بروتوكولات أخرى مدعومة إلى منصة SCADA أو منصة التشغيل والصيانة الخاصة بالمصنع.

يدعم حل مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الحالي من JW-IoT واجهة برمجة تطبيقات MQTT السحابية وتكامل منصات الطرف الثالث.

بناء شبكة مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية أكثر قابلية للتوسع

تحتاج مزارع الطاقة الشمسية الكبيرة إلى أكثر من مجرد نقطة بيانات بيئية واحدة.

يمكن لبنية مراقبة موزعة مصممة بشكل صحيح أن تجمع بين أجهزة استشعار RS485 المحلية، وعقد LoRaWAN اللاسلكية، وبوابات LoRaWAN، والتكامل السحابي أو SCADA لإنشاء شبكة مراقبة قابلة للتطوير عبر المصنع بأكمله.

يمكن لـ JW-IoT تهيئة الأنظمة وفقًا لما يلي:

• قدرة محطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية
• أبعاد الموقع
• عدد مناطق المراقبة
• معلمات المستشعر المطلوبة
• مسافة الاتصال
• نطاق تردد LoRaWAN
• متطلبات البوابة
• متطلبات التكامل مع السحابة أو نظام SCADA

احصل على إعدادات مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية عبر شبكة LoRaWAN

أرسل لنا:

1. قدرة محطة الطاقة الشمسية
2. الأبعاد التقريبية للموقع
3. عدد كتل الخلايا الكهروضوئية أو مناطق المراقبة
4. أجهزة الاستشعار المطلوبة
5. بلد المشروع
6. منصة SCADA/السحابة الحالية
7. طريقة الاتصال المطلوبة

يمكن لـ JW-IoT بعد ذلك التوصية ببنية أولية تشمل عقد الاستشعار والبوابات وطرق الاتصال وتكامل المنصة.

طلب إعداد نظام مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية