Sensores esenciales que todo sistema de monitorización de plantas fotovoltaicas debería incluir

Una planta fotovoltaica no genera energía en condiciones de laboratorio fijas. La irradiancia solar varía a lo largo del día, la temperatura de los módulos sube y baja, el viento afecta la transferencia de calor, la lluvia puede modificar las condiciones de la superficie y la acumulación de polvo puede reducir gradualmente la cantidad de luz solar que llega a los módulos.

Por esta razón, los datos de generación eléctrica por sí solos no siempre explican por qué una planta fotovoltaica está funcionando a un nivel determinado.

Un sistema de monitorización fotovoltaica bien diseñado combina datos eléctricos con mediciones ambientales para que los operadores puedan comparar los recursos solares disponibles, las condiciones de funcionamiento y la generación de energía real.

Guía internacional de monitoreo fotovoltaico, como por ejemplo: IEC 61724-1:2021 Proporciona un marco para la monitorización del rendimiento de los sistemas fotovoltaicos, incluyendo equipos de monitorización, medición de la irradiancia, recopilación de datos y medición de la suciedad.

Sin embargo, no todos los proyectos solares necesitan exactamente el mismo paquete de sensores.

Un sistema comercial en la azotea, una granja solar a gran escala, una planta fotovoltaica en el desierto y un proyecto solar flotante pueden requerir configuraciones de monitoreo diferentes.

Esta guía explica lo más importante sensores para plantas fotovoltaicas, qué mide cada uno y dónde puede aportar valor.

1. Por qué es importante la selección de sensores en un sistema de monitorización fotovoltaica.

Imagina que la producción de un conjunto de paneles solares cae repentinamente.

Los datos de consumo energético indican al operador que la producción ha disminuido, pero no explican de inmediato la causa.

Puede que sea necesario responder a varias preguntas:

• ¿Disminuyó la irradiancia solar debido a las nubes?
• ¿Aumentó la temperatura del módulo?
• ¿Se ha acumulado polvo en los módulos?
• ¿Alguna sección de la planta está recibiendo condiciones ambientales diferentes?
• ¿Algún fenómeno meteorológico afectó al lugar?
• ¿O es más probable que la pérdida provenga del inversor, el cableado, los módulos u otros equipos eléctricos?

Los sensores ambientales proporcionan los datos de referencia necesarios para separar Variaciones relacionadas con el clima derivadas de posibles problemas de rendimiento relacionados con los equipos.

Una arquitectura de monitorización completa puede combinar:

Sensores ambientales → Registrador de datos / RTU → Red de comunicación → Plataforma de monitorización → Análisis del rendimiento fotovoltaico

JW-IoT Solución de monitorización de energía solar fotovoltaica Integra la radiación solar, la temperatura del módulo, la monitorización meteorológica, la adquisición de datos, las comunicaciones y la monitorización basada en la nube para aplicaciones fotovoltaicas.

Por lo tanto, el objetivo no es instalar la mayor cantidad de sensores posible.

El objetivo es recolectar la variables ambientales adecuadas para el nivel de análisis de rendimiento requerido.

2. Sensores de irradiancia solar: La base de la monitorización del rendimiento fotovoltaico.

Entre todas las mediciones ambientales utilizadas en las plantas fotovoltaicas, La irradiancia solar es uno de los factores más importantes..

La irradiancia describe la potencia solar que llega a una superficie y generalmente se expresa en vatios por metro cuadrado (W/m²).

Dado que los módulos fotovoltaicos convierten la radiación solar incidente en electricidad, los operadores necesitan datos de irradiancia para comprender el recurso solar disponible para el conjunto de paneles.

Sin una medición de la irradiancia in situ, una reducción en la generación de energía puede ser difícil de interpretar.

Por ejemplo:

Menor producción fotovoltaica + menor irradiancia

puede simplemente indicar que había menos energía solar disponible.

Pero:

Irradiancia normal + producción fotovoltaica inesperadamente baja

Esto puede justificar una investigación más exhaustiva sobre la temperatura del módulo, la suciedad, el sombreado, el funcionamiento del inversor, las pérdidas eléctricas u otras condiciones de la planta.

Mediciones comunes de irradiancia

Dependiendo del objetivo de monitorización, un proyecto fotovoltaico puede utilizar:

• Irradiancia del plano de la matriz
• Irradiancia horizontal global
• Piranómetros
• sensores de irradiancia de silicio
• Dispositivos de irradiancia de tipo celda de referencia

Para la monitorización del rendimiento, el ubicación, orientación, plano de montaje, tecnología del sensor y precisión de la medición Todo ello debe tenerse en cuenta.

Un sensor de plano de matriz, por ejemplo, se coloca normalmente para representar la radiación solar recibida por los módulos fotovoltaicos.

Para proyectos que requieren monitoreo de radiación solar, explore JW-IoT. Sensor de irradiancia solar para monitorización fotovoltaica y sensores de radiación solar relacionados.

¿Por qué los datos de irradiancia son tan valiosos?

Los datos de irradiancia pueden respaldar:

• Evaluación del rendimiento fotovoltaico
• Análisis del índice de rendimiento
• Comparación entre la generación de energía solar y la generación de energía eléctrica.
• Identificación de tendencias de generación anormales
• Monitoreo de recursos solares
• Análisis del rendimiento a largo plazo

En el caso de plantas de gran tamaño, también se pueden considerar varios puntos de monitoreo representativos cuando el tamaño del sitio, el terreno, la orientación del conjunto de sensores o las condiciones locales hacen que un solo punto de medición sea insuficiente.

3. Sensores de temperatura para módulos fotovoltaicos

Durante su funcionamiento, los módulos solares pueden alcanzar temperaturas considerablemente superiores a las del aire circundante.

Eso hace que La temperatura del módulo es diferente de la temperatura ambiente., y esta distinción es importante al analizar el rendimiento fotovoltaico.

Las características eléctricas de los módulos fotovoltaicos dependen de la temperatura. Por consiguiente, el análisis de rendimiento resulta más útil cuando se evalúan las mediciones de irradiancia junto con la temperatura del módulo.

Un sensor de temperatura para módulos fotovoltaicos se instala normalmente en contacto térmico con el módulo, generalmente en la superficie posterior, de acuerdo con el diseño de monitorización y los requisitos de instalación del sensor.

Los datos de temperatura del módulo pueden ayudar a los operadores:

• Comparar la temperatura del módulo con la irradiancia.
• Comprender la variación del rendimiento relacionada con la temperatura
• Comparar las condiciones de funcionamiento entre los distintos conjuntos de dispositivos.
• Investigar temperaturas inusualmente altas en los módulos
• Mejorar el contexto ambiental para el análisis del desempeño.

En lugar de fijarse únicamente en la irradiancia, los operadores pueden analizar:

Irradiancia + Temperatura del módulo + Salida eléctrica

Esta combinación proporciona una base mucho más sólida para evaluar si la variación de la potencia de salida es coherente con las condiciones ambientales reales.

La arquitectura de monitorización fotovoltaica de JW-IoT puede integrarse sensores de temperatura de módulos fotovoltaicos junto con mediciones de irradiancia y meteorológicas.

4. Sensores de velocidad y dirección del viento

En los proyectos solares, el viento a veces se considera una medida secundaria, pero puede proporcionar un contexto valioso tanto para el análisis del rendimiento fotovoltaico como para la operación de la planta.

El movimiento del aire influye en el intercambio de calor alrededor de los módulos fotovoltaicos. Por lo tanto, las condiciones del viento pueden contribuir a diferencias en la temperatura de funcionamiento de los módulos, incluso cuando la irradiancia y la temperatura ambiente parecen similares.

Dependiendo del proyecto, el monitoreo del viento puede incluir:

• Velocidad del viento
• Dirección del viento
• Observaciones de valores máximos o relacionados con ráfagas cuando lo requiera el sistema de monitoreo.
• Tendencias históricas del viento

Dónde resulta especialmente útil la monitorización del viento

Las mediciones del viento pueden ser valiosas para:

• Plantas fotovoltaicas a gran escala
• Parques solares a cielo abierto expuestos
• Instalaciones en el desierto
• Plantas solares flotantes
• Proyectos fotovoltaicos costeros
• Sitios sujetos a condiciones de viento fuertes o muy variables

Los datos sobre el viento también pueden proporcionar un contexto ambiental adicional al investigar las temperaturas de los módulos o las condiciones inusuales del sitio.

JW-IoT ofrece diferentes sensores de velocidad y dirección del viento que pueden integrarse en sistemas de monitorización meteorológica fotovoltaica según los requisitos del proyecto.

5. Pluviómetros, sensores de temperatura y humedad ambiente

No todos los parámetros ambientales influyen directamente en el rendimiento de la generación fotovoltaica, pero la información meteorológica puede ayudar a los operadores a comprender las condiciones que rodean a la planta.

Temperatura ambiente

La temperatura ambiente proporciona una referencia para evaluar el entorno térmico alrededor del conjunto fotovoltaico.

Cuando se registra junto con la temperatura y la irradiancia del módulo, ayuda a los operadores a distinguir entre las condiciones climáticas generales y la calefacción específica del módulo.

Humedad relativa

El control de la humedad puede ser útil para comprender las condiciones microclimáticas del lugar.

Su importancia depende en gran medida de la ubicación y del tipo de proyecto.

Algunos ejemplos son:

• Plantas solares costeras
• Instalaciones fotovoltaicas tropicales
• Sistemas fotovoltaicos flotantes
• Lugares con condensación frecuente o alta humedad
• Estaciones de monitoreo ambiental integradas con plantas solares.

Por lo tanto, la humedad debe considerarse una un parámetro dependiente del proyecto en lugar de un sensor de rendimiento universal.

Lluvia

Un pluviómetro registra las precipitaciones en el lugar.

La información sobre las precipitaciones puede proporcionar un contexto útil a la hora de evaluar los cambios ambientales y las condiciones de la superficie de los módulos.

Por ejemplo, los registros de precipitaciones se pueden comparar con:

• Tendencias de suciedad
• fenómenos meteorológicos
• Registros de mantenimiento
• Actividades de limpieza
• Cambios en las condiciones ambientales

La lluvia no debe interpretarse automáticamente como equivalente a una limpieza eficaz de los módulos. El resultado puede variar según la intensidad de la lluvia, las características del polvo, el ángulo de inclinación de los módulos, el entorno del lugar y otros factores.

Por este motivo, los proyectos en los que las pérdidas por suciedad sean comercialmente importantes deberían considerar la medición directa de la suciedad en lugar de basarse únicamente en los datos de precipitación.

6. Sensores de suciedad en paneles fotovoltaicos: midiendo una pérdida que puede ser difícil de ver.

El polvo, la arena, el polen, la contaminación y otros depósitos pueden acumularse en las superficies de los módulos fotovoltaicos.

Cuando los depósitos reducen la radiación solar que llega a las células fotovoltaicas, la generación de energía puede verse afectada.

La importancia de la suciedad varía considerablemente según la ubicación.

Puede ser particularmente relevante en:

• Plantas solares del desierto
• regiones áridas y semiáridas
• Sitios cerca de caminos sin pavimentar
• zonas agrícolas
• Entornos industriales
• Regiones con largos períodos secos

El NREL ha llevado a cabo una extensa investigación sobre la suciedad en los paneles fotovoltaicos porque los operadores necesitan comprender la relación entre la contaminación, la pérdida de energía y los requisitos de limpieza.

A sensor de suciedad fotovoltaica o sistema de medición de suciedad Proporciona a los operadores información más directa sobre la contaminación de la superficie que la que ofrecen la lluvia o la inspección visual por sí solas.

Los datos sobre la suciedad pueden ayudar a:

• Detección de una contaminación creciente
• Comparación de condiciones limpias y contaminadas
• Decisiones sobre el programa de limpieza
• Evaluación de la eficacia de la limpieza
• Análisis de operación y mantenimiento a largo plazo

Esto no significa que todos los pequeños sistemas fotovoltaicos instalados en tejados necesiten un sensor de suciedad específico.

Sin embargo, en el caso de una gran planta solar en un desierto, incluso pequeños cambios en las condiciones del suelo pueden volverse importantes cuando se aplican a una gran capacidad instalada.

JW-IoT proporciona una Sistema de medición de suciedad fotovoltaica para la monitorización de paneles solares. para aplicaciones donde se requiere un control directo de la suciedad.

7. El registrador de datos es el vínculo entre los sensores y las decisiones.

La instalación de sensores precisos es solo una parte de un sistema de monitorización fotovoltaica.

Los datos también deben recopilarse, marcarse con la fecha y hora, almacenarse, transmitirse y ponerse a disposición para su análisis.

Este es el papel del registrador de datos, RTU, puerta de enlace IoT o controlador de monitorización.

Dependiendo de la arquitectura del proyecto, un sistema de adquisición de datos puede recopilar información de:

• sensores de irradiancia
• Sensores de temperatura del módulo
• Sensores de temperatura y humedad del aire
• sensores de viento
• pluviómetros
• sensores de suciedad
• Medidores de electricidad
• Inversores
• Otros equipos de la planta

Las opciones de comunicación pueden incluir tecnologías como:

• RS485 / Modbus
• Ethernet
• LoRaWAN
• 4G LTE
• Transmisión de datos basada en MQTT
• Integración de API

La arquitectura correcta depende de la escala de la planta, la distribución de los sensores, la infraestructura SCADA existente, la cobertura de comunicación, la disponibilidad de energía y la plataforma de monitorización requerida.

Una regla útil es:

Unos buenos sensores, si no se dispone de una adquisición de datos fiable, siguen dando como resultado un sistema de monitorización deficiente.

La precisión del sensor, la calidad de la instalación, la adquisición de datos, la consistencia de la marca de tiempo, la fiabilidad de la comunicación y el análisis de datos deben funcionar conjuntamente.

8. Paquete de sensores fotovoltaicos recomendado según el tipo de proyecto.

No existe un único paquete de sensores que se adapte a todos los proyectos fotovoltaicos.

Un enfoque más adecuado consiste en configurar el sistema de monitorización en función de la escala del proyecto, el clima, las condiciones del emplazamiento y los objetivos de monitorización del rendimiento.

Fotovoltaica comercial en azoteas

Un paquete típico de monitoreo ambiental puede incluir:

• Sensor de irradiancia solar
• sensor de temperatura del módulo fotovoltaico
• Sensor de temperatura ambiente
• Registrador de datos o puerta de enlace

Se pueden añadir parámetros meteorológicos adicionales cuando el proyecto lo requiera.

Granja solar a escala industrial

Una configuración más completa puede incluir:

• Sensor de irradiancia de matriz plana
• Medición adicional de la irradiancia de referencia cuando sea necesario.
• sensores de temperatura de módulos fotovoltaicos
• Temperatura ambiente y humedad
• Velocidad y dirección del viento
• Pluviómetro
• Registrador de datos / RTU
• Puerta de enlace de comunicación
• Plataforma de monitorización

Las plantas de gran tamaño o geográficamente dispersas pueden requerir múltiples puntos de monitoreo representativos.

Planta fotovoltaica del desierto

La suciedad adquiere mucha más importancia en ambientes polvorientos.

Por lo tanto, una configuración puede incluir:

• sensores de irradiancia
• Sensores de temperatura del módulo
• Temperatura ambiente y humedad
• Monitoreo del viento
• medición de precipitaciones
• Sistema de medición de suciedad fotovoltaica
• Adquisición de datos y comunicación remota

El sistema de monitorización ambiental puede entonces proporcionar datos que sirvan de base tanto para el análisis del rendimiento como para la toma de decisiones sobre la limpieza.

Planta fotovoltaica flotante

Las instalaciones fotovoltaicas flotantes introducen un entorno operativo diferente.

Dependiendo de los requisitos del proyecto, el monitoreo puede incluir:

• irradiancia solar
• Temperatura del módulo
• Temperatura ambiente y humedad
• Velocidad y dirección del viento
• Lluvia
• Monitoreo ambiental relacionado con el agua cuando sea necesario.
• Registrador de datos
• Comunicaciones remotas

JW-IoT también proporciona una Solución de estación flotante de monitoreo solar para aplicaciones fotovoltaicas flotantes, tanto en embalses como en otros entornos similares.

9. Sensores básicos frente a sensores dependientes del proyecto

Un error común al diseñar una estación meteorológica fotovoltaica es considerar que todos los parámetros ambientales posibles tienen la misma importancia.

Un enfoque más práctico consiste en dividir los sensores en dos grupos.

Mediciones de referencia del rendimiento principal

Para muchas aplicaciones de monitorización del rendimiento, las mediciones ambientales más importantes incluyen:

Irradiancia solar + temperatura del módulo fotovoltaico

Esto mejora directamente la capacidad de comparar la energía solar disponible, la temperatura de funcionamiento y la generación de energía.

Mediciones dependientes del proyecto

Posteriormente, se pueden seleccionar otras medidas en función de las condiciones reales del lugar:

Viento — útil para el contexto térmico y de las condiciones del sitio.

Lluvia — útil para registros de precipitación y medioambientales.

Humedad — particularmente relevante en entornos húmedos, costeros, tropicales o flotantes.

Ensuciamiento — especialmente valioso en aquellos casos en los que la pérdida de generación relacionada con el polvo y la optimización de la limpieza son importantes.

Por lo tanto, la configuración final del sistema de monitorización debe basarse en los requisitos de ingeniería, en lugar de simplemente maximizar el número de sensores.

10. Cómo elegir sensores para plantas fotovoltaicas

Antes de seleccionar sensores para un proyecto de monitorización fotovoltaica, tenga en cuenta las siguientes preguntas:

1. ¿Qué indicadores de rendimiento deben analizarse?
2. ¿El proyecto es fotovoltaico para azoteas, a gran escala, en zonas desérticas, costeras o flotantes?
3. ¿Se requiere la irradiancia en el plano del panel?
4. ¿Cuántos puntos de monitoreo representativos son necesarios?
5. ¿La suciedad representa un riesgo operativo significativo?
6. ¿Qué parámetros meteorológicos son importantes para el sitio?
7. ¿Qué señales de salida se requieren?
8. ¿El sistema se conectará a una plataforma SCADA o de monitorización existente?
9. ¿Qué infraestructura de comunicaciones está disponible?
10. ¿Qué nivel de protección ambiental se requiere?

El sensor en sí nunca debe considerarse de forma aislada.

La posición de instalación, la orientación, la estrategia de calibración, el mantenimiento, el registro de datos, la comunicación y el análisis influyen en la utilidad del conjunto de datos final.

Preguntas frecuentes

1. ¿Qué sensores son los más importantes para una planta fotovoltaica?

La irradiancia solar y la temperatura de los módulos fotovoltaicos son algunas de las mediciones ambientales más importantes para el monitoreo del rendimiento fotovoltaico. Se pueden agregar mediciones de viento, lluvia, humedad y suciedad según la escala del proyecto, el clima, los objetivos de monitoreo y las condiciones del sitio.

2. ¿Por qué una planta solar necesita un sensor de irradiancia?

Un sensor de irradiancia mide la energía solar disponible en el lugar. Comparar la irradiancia con la generación eléctrica ayuda a determinar si los cambios en la producción son consistentes con las variaciones en las condiciones de luz solar o si se requiere una investigación más exhaustiva.

3. ¿Por qué medir la temperatura de los módulos fotovoltaicos?

El rendimiento eléctrico de los módulos fotovoltaicos varía con la temperatura. Por lo tanto, los datos de temperatura de los módulos proporcionan un contexto importante al analizar el rendimiento de generación junto con la irradiancia solar.

4. ¿Todas las plantas fotovoltaicas necesitan un sensor de suciedad?

No. La utilidad de la medición directa de la suciedad depende del lugar. Resulta especialmente útil en entornos polvorientos, desérticos, agrícolas, industriales u otros donde la contaminación puede influir significativamente en la estrategia de limpieza y el rendimiento de la planta.

5. ¿Las plantas fotovoltaicas necesitan sensores de viento y lluvia?

Son útiles en muchos proyectos, pero deben seleccionarse según los objetivos de monitoreo. El viento proporciona información ambiental y térmica, mientras que la lluvia registra las precipitaciones y puede servir de apoyo para el análisis de las condiciones del sitio y los eventos de ensuciamiento.

6. ¿Qué hace un registrador de datos fotovoltaicos?

Un registrador de datos recoge mediciones de sensores ambientales y otros dispositivos, les asigna una marca de tiempo y las almacena, y puede transmitirlas a plataformas de monitorización SCADA, IoT o en la nube para su visualización y análisis.

Construye el sistema de monitoreo en torno a la pregunta que necesitas responder.

El mejor sistema de monitorización fotovoltaica no es necesariamente el que tiene el mayor número de sensores.

Es el sistema que recopila las mediciones necesarias para explicar de forma fiable el rendimiento de la planta.

Para muchas plantas fotovoltaicas, esto comienza con:

Irradiancia solar → Temperatura del módulo → Generación eléctrica

Los datos meteorológicos pueden aportar contexto ambiental, mientras que la monitorización de la suciedad puede abordar los riesgos de contaminación específicos de cada lugar.

Cuando estos sensores están conectados a través de una arquitectura confiable de adquisición y comunicación de datos, los operadores obtienen una imagen más clara de la relación entre luz solar, clima, condiciones del módulo y producción de energía real.

JW-IoT proporciona sensores de irradiancia solar, monitorización de la temperatura de los módulos fotovoltaicos, sensores meteorológicos, dispositivos de monitorización de la suciedad, equipos de adquisición de datos, pasarelas de comunicación y soluciones integradas de monitorización fotovoltaica para proyectos solares en tejados, a gran escala, en zonas desérticas y flotantes.

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Referencias técnicas

Este artículo se basa en principios establecidos de monitorización fotovoltaica, incluyendo: IEC 61724-1:2021 — Rendimiento de los sistemas fotovoltaicos — Parte 1: Monitorización, junto con la monitorización fotovoltaica y la investigación sobre recursos solares publicadas por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables de EE. UU. (NREL).

Estas referencias respaldan el uso de datos de irradiancia, temperatura, datos meteorológicos, adquisición de datos e información sobre la suciedad en el monitoreo y análisis del rendimiento de los sistemas fotovoltaicos.