Основные датчики, которые должна включать каждая система мониторинга солнечной электростанции.

Фотоэлектрическая установка не вырабатывает электроэнергию в фиксированных лабораторных условиях. Солнечная радиация меняется в течение дня, температура модулей повышается и понижается, ветер влияет на теплопередачу, осадки могут изменять состояние поверхности, а накопление пыли может постепенно уменьшать количество солнечного света, достигающего модулей.

По этой причине одних только данных об электрогенерации недостаточно для объяснения почему фотоэлектрическая электростанция работает на определенном уровне.

Правильно спроектированная система мониторинга фотоэлектрических систем объединяет электрические данные с измерениями окружающей среды, что позволяет операторам сравнивать доступные солнечные ресурсы, условия эксплуатации и фактическую выработку электроэнергии.

Международные руководства по мониторингу фотоэлектрических систем, такие как МЕК 61724-1:2021 Предоставляет основу для мониторинга производительности фотоэлектрических систем, включая оборудование для мониторинга, измерение интенсивности излучения, сбор данных и измерение степени загрязнения.

Однако не для каждого солнечного проекта требуется абсолютно одинаковый набор датчиков.

Для коммерческих систем, устанавливаемых на крышах, крупномасштабных солнечных электростанций, фотоэлектрических установок в пустыне и плавучих солнечных электростанций могут потребоваться различные конфигурации мониторинга.

В этом руководстве объясняются наиболее важные моменты. датчики фотоэлектрической установки, что измеряет каждый из них и где он может принести пользу.

1. Почему выбор датчиков важен в системе мониторинга фотоэлектрических систем

Представьте, что выработка солнечной энергии внезапно падает.

Данные по энергопотреблению сообщают оператору о снижении производства, но не дают немедленного объяснения причины.

Возможно, потребуется ответить на несколько вопросов:

• Уменьшилась ли интенсивность солнечного излучения из-за облаков?
• Температура модуля повысилась?
• На модулях скопилась пыль?
• В одной из секций завода установлены различные условия окружающей среды?
• Повлияло ли какое-либо погодное явление на работу сайта?
• Или же потери, скорее всего, связаны с инвертором, проводкой, модулями или другим электрооборудованием?

Экологические датчики предоставляют эталонные данные, необходимые для разделения. колебания, связанные с погодными условиями, могут быть вызваны потенциальными проблемами в работе оборудования..

Полная архитектура мониторинга может включать в себя:

Экологические датчики → Регистратор данных / RTU → Коммуникационная сеть → Платформа мониторинга → Анализ производительности фотоэлектрических систем

JW-IoT Решение для мониторинга солнечных фотоэлектрических систем Объединяет мониторинг солнечного излучения, температуры модуля, погоды, сбор данных, связь и облачный мониторинг для фотоэлектрических приложений.

Таким образом, цель состоит не в том, чтобы установить как можно больше датчиков.

Цель состоит в том, чтобы собрать правильные экологические переменные для требуемого уровня анализа производительности.

2. Датчики солнечной радиации: основа мониторинга производительности фотоэлектрических систем.

Среди всех методов измерения параметров окружающей среды, используемых на фотоэлектрических электростанциях, Солнечная радиация является одним из важнейших факторов..

Интенсивность излучения описывает количество солнечной энергии, достигающей поверхности, и обычно выражается в ваттах на квадратный метр (Вт/м²).

Поскольку фотоэлектрические модули преобразуют поступающее солнечное излучение в электричество, операторам необходимы данные об интенсивности излучения, чтобы понимать, какой объем солнечной энергии доступен для солнечных батарей.

Без измерения интенсивности солнечного излучения непосредственно на месте, интерпретация снижения выработки электроэнергии может быть затруднительной.

Например:

Более низкая выработка солнечной энергии + более низкая интенсивность солнечного излучения

Это может просто указывать на то, что солнечной энергии было доступно меньше.

Но:

Нормальная освещенность + неожиданно низкая выработка фотоэлектрической энергии

Это может оправдать дальнейшее исследование температуры модуля, загрязнения, затенения, работы инвертора, электрических потерь или других условий на предприятии.

Типичные измерения интенсивности излучения

В зависимости от цели мониторинга, в рамках фотоэлектрического проекта могут использоваться следующие методы:

• Интенсивность излучения в плоскости массива
• Глобальная горизонтальная освещенность
• Пиранометры
• Кремниевые датчики освещенности
• Устройства для измерения интенсивности излучения эталонной ячейки

Для мониторинга производительности используется местоположение, ориентация, плоскость крепления, технология датчиков и точность измерений Все эти факторы следует учитывать.

Например, датчик, расположенный в плоскости матрицы, обычно размещается таким образом, чтобы отображать солнечное излучение, получаемое фотоэлектрическими модулями.

Для проектов, требующих мониторинга солнечной радиации, изучите возможности JW-IoT. Датчик солнечной радиации для мониторинга фотоэлектрических систем и соответствующие датчики солнечного излучения.

Почему данные об освещенности так ценны

Данные об освещенности могут использоваться для следующих целей:

• оценка производительности фотоэлектрических систем
• анализ коэффициентов производительности
• Сравнение использования солнечной энергии и выработки электроэнергии.
• Выявление аномальных тенденций генерации
• мониторинг солнечных ресурсов
• Анализ долгосрочной эффективности

Для крупных предприятий в тех случаях, когда размер площадки, рельеф местности, ориентация массива датчиков или местные условия делают недостаточной одна точка измерения, можно также рассмотреть возможность использования нескольких репрезентативных точек мониторинга.

3. Датчики температуры фотоэлектрических модулей

В процессе работы солнечные модули могут значительно нагреваться по сравнению с окружающим воздухом.

Это делает Температура модуля отличается от температуры окружающей среды., И это различие имеет значение при анализе характеристик фотоэлектрических систем.

Электрические характеристики фотоэлектрических модулей зависят от температуры. Следовательно, анализ производительности становится более информативным, когда измерения интенсивности излучения проводятся совместно с оценкой температуры модуля.

Датчик температуры фотоэлектрического модуля обычно устанавливается в тепловом контакте с модулем, как правило, на его задней поверхности, в соответствии с требованиями к конструкции системы мониторинга и установке датчика.

Данные о температуре модуля могут помочь операторам:

• Сравните температуру модуля с интенсивностью излучения.
• Понимание колебаний производительности, связанных с температурой
• Сравните условия эксплуатации массивов.
• Проведите расследование причин необычно высоких температур модуля.
• Улучшение экологического контекста для анализа эффективности

Таким образом, вместо того чтобы рассматривать только интенсивность излучения, операторы могут анализировать:

Интенсивность излучения + Температура модуля + Электрическая мощность

Такое сочетание обеспечивает гораздо более надежную основу для оценки того, соответствует ли изменение выходной мощности реальным условиям окружающей среды.

Архитектура мониторинга фотоэлектрических систем JW-IoT может интегрировать Датчики температуры фотоэлектрических модулей вместе с измерениями освещенности и метеорологическими данными.

4. Датчики скорости и направления ветра

В проектах по использованию солнечной энергии ветер иногда рассматривается как второстепенный показатель, однако он может предоставить ценную информацию как для анализа производительности фотоэлектрических систем, так и для эксплуатации площадки.

Движение воздуха влияет на теплообмен вокруг фотоэлектрических модулей. Поэтому ветровые условия могут способствовать различиям в рабочей температуре модуля, даже если интенсивность солнечного излучения и температура окружающей среды кажутся схожими.

В зависимости от проекта, мониторинг ветра может включать в себя:

• скорость ветра
• Направление ветра
• Наблюдения за максимальными значениями или порывами ветра, если это требуется системой мониторинга.
• Исторические тенденции изменения ветра

где мониторинг ветра особенно полезен

Измерения скорости ветра могут быть полезны для:

• Фотоэлектрические электростанции промышленного масштаба
• Солнечные электростанции открытого типа
• Установки в пустыне
• Плавучие солнечные электростанции
• прибрежные фотоэлектрические проекты
• Места, подверженные сильным или сильно меняющимся ветровым условиям

Данные о ветре также могут предоставить дополнительную информацию об окружающей среде при исследовании температуры модулей или необычных условий на площадке.

JW-IoT предоставляет различные датчики скорости и направления ветра которые могут быть интегрированы в системы мониторинга погоды фотоэлектрических систем в соответствии с требованиями проекта.

5. Дождемеры, датчики температуры и влажности окружающей среды.

Не все параметры окружающей среды напрямую влияют на производительность фотоэлектрических установок, но информация о погоде может помочь операторам понять условия, окружающие электростанцию.

Температура окружающей среды

Температура окружающего воздуха служит ориентиром для оценки теплового режима вокруг фотоэлектрической батареи.

При одновременной регистрации с температурой и интенсивностью излучения модуля это помогает операторам различать общие погодные условия и обогрев, характерный именно для модуля.

Относительная влажность

Мониторинг влажности может быть полезен для понимания микроклимата местности.

Его важность во многом зависит от местоположения и типа проекта.

Примеры включают:

• Прибрежные солнечные электростанции
• Тропические фотоэлектрические установки
• Плавучие фотоэлектрические системы
• Места с частым образованием конденсата или высокой влажностью.
• Станции экологического мониторинга, интегрированные с солнечными электростанциями.

Следовательно, влажность следует рассматривать как параметр, зависящий от проекта, а не универсальный датчик производительности..

Осадки

На этом участке установлен дождемер для регистрации количества осадков.

Информация об осадках может предоставить полезный контекст при оценке изменений окружающей среды и состояния поверхности модулей.

Например, данные об осадках можно сравнить со следующими параметрами:

• Тенденции загрязнения
• Погодные явления
• записи о техническом обслуживании
• Уборка
• Изменения условий окружающей среды

Не следует автоматически интерпретировать количество осадков как эквивалент эффективной очистки модулей. Результат может варьироваться в зависимости от интенсивности осадков, характеристик пыли, угла наклона модуля, условий окружающей среды и других факторов.

По этой причине в проектах, где потери от загрязнения имеют важное коммерческое значение, следует рассмотреть возможность прямого измерения загрязнения, а не полагаться только на данные об осадках.

6. Датчики загрязнения фотоэлектрических панелей: измерение потерь, которые трудно заметить визуально.

На поверхности фотоэлектрических модулей могут скапливаться пыль, песок, пыльца, загрязнения и другие отложения.

Когда отложения уменьшают количество солнечной радиации, достигающей фотоэлектрических элементов, это может повлиять на выработку электроэнергии.

Степень загрязнения значительно варьируется в зависимости от местоположения.

Это может быть особенно актуально в следующих случаях:

• Солнечные электростанции в пустыне
• Засушливые и полузасушливые регионы
• Участки вблизи грунтовых дорог
• Сельскохозяйственные районы
• Промышленные среды
• Регионы с длительными засушливыми периодами

NREL провела обширные исследования загрязнения фотоэлектрических элементов, поскольку операторам необходимо понимать взаимосвязь между загрязнением, потерями энергии и требованиями к очистке.

A Датчик загрязнения фотоэлектрических панелей или система измерения загрязнения Предоставляет операторам более прямую информацию о загрязнении поверхности, чем одни только осадки или визуальный осмотр.

Данные о почве могут служить доказательством:

• Выявление возрастающего уровня загрязнения
• Сравнение чистых и загрязненных условий
• решения по графику уборки
• Оценка эффективности уборки
• Долгосрочный анализ эксплуатации и технического обслуживания

Это не означает, что каждой небольшой солнечной электростанции на крыше необходим отдельный датчик загрязнения.

Однако для крупной солнечной электростанции в пустыне даже небольшие изменения в состоянии загрязнения могут стать важными применительно к большой установленной мощности.

JW-IoT предоставляет Система измерения загрязнения фотоэлектрических панелей для мониторинга солнечных батарей. для применений, где требуется прямой мониторинг загрязнения.

7. Регистратор данных — это связующее звено между датчиками и принятием решений.

Установка высокоточных датчиков — это лишь часть системы мониторинга фотоэлектрических систем.

Данные также должны быть собраны, снабжены временной меткой, сохранены, переданы и предоставлены для анализа.

Это роль регистратор данных, RTU, шлюз IoT или контроллер мониторинга.

В зависимости от архитектуры проекта, система сбора данных может собирать информацию из следующих источников:

• Датчики освещенности
• Датчики температуры модуля
• Датчики температуры и влажности воздуха
• датчики ветра
• Дождемеры
• Датчики загрязнения
• Электросчетчики
• Инверторы
• Прочее заводское оборудование

В качестве средств связи могут использоваться такие технологии, как:

• RS485 / Модбус
• ЭН
• LoRaWAN
• 4G LTE
• Передача данных на основе MQTT
• интеграция API

Выбор оптимальной архитектуры зависит от масштаба предприятия, распределения датчиков, существующей инфраструктуры SCADA, зоны покрытия связи, доступности электропитания и необходимой платформы мониторинга.

Полезное правило:

Даже хорошие датчики, но без надежного сбора данных, все равно создают слабую систему мониторинга.

Точность датчиков, качество установки, сбор данных, согласованность временных меток, надежность связи и анализ данных должны работать согласованно.

8. Рекомендуемый комплект фотоэлектрических датчиков в зависимости от типа проекта

Не существует единого комплекта датчиков, подходящего для любого фотоэлектрического проекта.

Более рациональный подход заключается в настройке системы мониторинга в соответствии с масштабом проекта, климатом, условиями на площадке и целями мониторинга производительности.

Коммерческие солнечные батареи на крышах

Типичный пакет услуг по экологическому мониторингу может включать в себя:

• Датчик солнечной радиации
• Датчик температуры фотоэлектрического модуля
• Датчик температуры окружающей среды
• регистратор данных или шлюз

При необходимости в проект могут быть добавлены дополнительные параметры погоды.

Солнечная электростанция промышленного масштаба

Более полная конфигурация может включать в себя:

• Плоскостной датчик освещенности
• При необходимости дополнительное измерение эталонной интенсивности излучения.
• Датчики температуры фотоэлектрических модулей
• Температура и влажность окружающей среды
• Скорость и направление ветра
• Дождемер
• Регистратор данных / RTU
• Коммуникационный шлюз
• Платформа мониторинга

Для крупных или географически распределенных предприятий может потребоваться несколько репрезентативных точек мониторинга.

Электростанция в пустыне

В пыльных помещениях загрязнение приобретает гораздо большее значение.

Таким образом, конфигурация может включать в себя:

• Датчики освещенности
• Датчики температуры модуля
• Температура и влажность окружающей среды
• мониторинг ветра
• Измерение количества осадков
• система измерения загрязнения фотоэлектрических панелей
• Сбор данных и дистанционная связь

Система экологического мониторинга может затем предоставлять данные для поддержки как анализа производительности, так и принятия решений по очистке.

Плавучая фотоэлектрическая электростанция

Плавучие фотоэлектрические установки создают иные условия эксплуатации.

В зависимости от требований проекта, мониторинг может включать в себя:

• Солнечная радиация
• температура модуля
• Температура и влажность окружающей среды
• Скорость и направление ветра
• Осадки
• При необходимости проводится экологический мониторинг водных ресурсов.
• регистратор данных
• Удалённая связь

JW-IoT также предоставляет Решение на основе плавучей станции мониторинга солнечной энергии. для применения в системах с водохранилищами и других плавучих фотоэлектрических системах.

9. Основные датчики против датчиков, зависящих от проекта.

Одна из распространенных ошибок при проектировании метеостанции на основе солнечных батарей заключается в том, что все возможные параметры окружающей среды рассматриваются как одинаково важные.

Более практичный подход заключается в разделении датчиков на две группы.

Основные эталонные измерения производительности

Для многих приложений мониторинга производительности наиболее важными параметрами окружающей среды являются:

Солнечная радиация + температура фотоэлектрического модуля

Это напрямую улучшает возможность сравнения доступной солнечной энергии, рабочей температуры и выработки электроэнергии.

Измерения, зависящие от проекта

Затем можно выбрать другие параметры в соответствии с фактическими условиями на объекте:

Ветер — полезно для учета температурных условий и особенностей местности.

Осадки — полезно для учета осадков и состояния окружающей среды.

Влажность — особенно актуально во влажных, прибрежных, тропических или плавучих средах.

Загрязнение — особенно ценно в тех случаях, когда важны потери, связанные с образованием пыли, и оптимизация процесса очистки.

Таким образом, окончательная конфигурация системы мониторинга должна основываться на инженерных требованиях, а не просто на максимальном увеличении количества датчиков.

10. Как выбрать датчики для фотоэлектрической электростанции

Прежде чем выбирать датчики для проекта мониторинга фотоэлектрических систем, следует рассмотреть следующие вопросы:

1. Какие показатели эффективности необходимо проанализировать?
2. Это проект на крыше, крупномасштабный, в пустыне, прибрежный или плавучий?
3. Требуется ли облучение в плоскости массива?
4. Сколько репрезентативных точек мониторинга необходимо?
5. Представляет ли собой загрязнение существенный производственный риск?
6. Какие погодные параметры важны для данного места?
7. Какие выходные сигналы необходимы?
8. Будет ли система подключаться к существующей SCADA-системе или платформе мониторинга?
9. Какая коммуникационная инфраструктура доступна?
10. Какой уровень защиты окружающей среды необходим?

Сам датчик ни в коем случае нельзя рассматривать изолированно.

Положение при установке, ориентация, стратегия калибровки, техническое обслуживание, регистрация данных, связь и анализ — все это влияет на полезность итогового набора данных.

Часто задаваемые вопросы

1. Какие датчики наиболее важны для фотоэлектрической электростанции?

Солнечная радиация и температура фотоэлектрических модулей являются одними из наиболее важных параметров окружающей среды для мониторинга производительности фотоэлектрических систем. В зависимости от масштаба проекта, климата, целей мониторинга и условий площадки могут быть добавлены измерения ветра, осадков, влажности и загрязнения.

2. Зачем солнечной электростанции нужен датчик освещенности?

Датчик освещенности измеряет доступную на участке солнечную энергию. Сравнение освещенности с выработкой электроэнергии помогает определить, соответствуют ли изменения в выработке энергии изменениям условий солнечного света или требуется дополнительное исследование.

3. Зачем измерять температуру фотоэлектрического модуля?

Электрические характеристики фотоэлектрических модулей изменяются в зависимости от температуры. Поэтому данные о температуре модуля предоставляют важную информацию при анализе производительности выработки электроэнергии в сочетании с солнечной радиацией.

4. Нужен ли каждой солнечной электростанции датчик загрязнения?

Нет. Ценность прямого измерения загрязнения зависит от условий местности. Оно особенно полезно в пыльных, пустынных, сельскохозяйственных, промышленных и других средах, где загрязнение может существенно повлиять на стратегию очистки и производительность оборудования.

5. Нужны ли фотоэлектрическим электростанциям датчики ветра и дождя?

Они полезны во многих проектах, но их следует выбирать в соответствии с целями мониторинга. Ветер обеспечивает информацию об окружающей среде и тепловом контексте, а данные о дожде регистрируют осадки и могут помочь в анализе условий на участке и случаев загрязнения.

6. Для чего нужен регистратор данных фотоэлектрической системы?

Регистратор данных собирает показания с датчиков окружающей среды и других устройств, добавляет временные метки и сохраняет данные, а также может передавать их на платформы мониторинга SCADA, IoT или облачные платформы для визуализации и анализа.

Создайте систему мониторинга, исходя из вопроса, на который вам нужно ответить.

Наилучшей системой мониторинга фотоэлектрических систем является не обязательно та, которая имеет наибольшее количество датчиков.

Это система, которая собирает данные, необходимые для надежного объяснения характеристик растений.

Для многих фотоэлектрических электростанций это начинается со следующего:

Солнечная радиация → Температура модуля → Выработка электроэнергии

Данные о погоде могут дополнить информацию об окружающей среде, а мониторинг загрязнения позволит выявить риски загрязнения, характерные для конкретного места.

Когда эти датчики соединены надежной архитектурой сбора и передачи данных, операторы получают более четкое представление о взаимосвязи между ними. солнечный свет, погода, состояние модулей и фактическое производство энергии.

Компания JW-IoT предоставляет датчики солнечной радиации, системы мониторинга температуры фотоэлектрических модулей, датчики погоды, устройства для мониторинга загрязнения, оборудование для сбора данных, коммуникационные шлюзы и интегрированные решения для мониторинга фотоэлектрических систем на крышах, в промышленных масштабах, в пустынных районах и на плавучих солнечных электростанциях.

Запросите полный комплект фотоэлектрических датчиков.

Планируете проект по мониторингу фотоэлектрических систем?

Отправьте JW-IoT ваши данные:

• Тип фотоэлектрической установки
• Установленная мощность
• Местоположение участка и условия окружающей среды
• Необходимые параметры мониторинга
• Количество точек мониторинга
• Требования к связи
• Существующие требования к SCADA-системе или платформе мониторинга

Наша команда может порекомендовать подходящий вариант. Конфигурация фотоэлектрического датчика и системы мониторинга для вашего проекта.

CTA: Запросить полный комплект фотоэлектрических датчиков

Технические справочные материалы

Данная статья основана на устоявшихся принципах мониторинга фотоэлектрических систем, включая: IEC 61724-1:2021 — Характеристики фотоэлектрических систем — Часть 1: Мониторинг, а также исследования в области фотоэлектрического мониторинга и использования солнечных ресурсов, опубликованные Национальной лабораторией возобновляемой энергии США (NREL).

Эти справочные материалы подтверждают целесообразность использования данных об освещенности, температуре, метеорологических параметрах, методах сбора данных и информации о загрязнении для мониторинга и анализа производительности фотоэлектрических систем.