Интеллектуальные решения для мониторинга солнечных фотоэлектрических систем на крышах коммерческих зданий

В настоящее время солнечные батареи на крышах коммерческих зданий широко используются на заводах, складах, офисах, торговых центрах, кампусах, больницах, логистических центрах и других коммерческих зданиях.

В таких проектах данные с инвертора могут показать, сколько электроэнергии вырабатывает фотоэлектрическая система. Однако одной лишь электрической мощности не всегда достаточно для объяснения. почему происходят изменения поколений.

Снижение выработки электроэнергии было вызвано уменьшением количества солнечного света? Повышением температуры фотоэлектрического модуля? Временным затенением? Местными условиями на крыше? Или же система требует дополнительной проверки?

Вот где мониторинг солнечных фотоэлектрических систем на крыше становится ценным.

Сочетая данные об уровне солнечной радиации, температуре фотоэлектрического модуля, выбранных погодных параметрах, регистраторе данных, коммуникационном оборудовании и дистанционном мониторинге, операторы коммерческих зданий могут добавить экологический контекст к данным инвертора и счетчика электроэнергии.

Таким образом, компактная система мониторинга на крыше может поддерживать анализ производительности, дистанционное техническое обслуживание, управление несколькими объектами и более быстрое расследование нештатных ситуаций в работе.

JW-IoT предоставляет решения для мониторинга возобновляемой энергии для фотоэлектрических проектов на крышах, распределенных и промышленных объектов, с настраиваемыми датчиками, системами сбора данных, связи и интеграцией платформ.

1. Почему коммерческим зданиям на крышах необходимы системы мониторинга солнечных фотоэлектрических систем?

Коммерческие фотоэлектрические системы, устанавливаемые на крышах зданий, работают в условиях, которые могут существенно отличаться от условий работы солнечных электростанций открытого типа.

Типичная крыша коммерческого здания может содержать:

Оборудование для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC).
Парапетные стены
Вентиляционные отверстия
Антенны
Световые люки
Помещения для оборудования
Различные варианты высоты крыши
Соседние здания
Множественная ориентация фотоэлектрических элементов

Эти конструкции могут влиять на локальное затенение, циркуляцию воздуха и температуру модуля.

В то же время доступ на крышу может быть ограничен из-за правил техники безопасности, особенностей эксплуатации объекта или требований к техническому обслуживанию. Для команды по эксплуатации и техническому обслуживанию, управляющей несколькими коммерческими объектами, частые ручные проверки неэффективны и не всегда необходимы.

Данные о мощности отвечают лишь на часть вопроса.

Инвертор обычно предоставляет полезную электрическую информацию, такую как выработка электроэнергии, напряжение, ток, суточная производительность и рабочее состояние.

Это сообщает оператору:

Сколько электроэнергии вырабатывает фотоэлектрическая система?

Экологический мониторинг помогает ответить на еще один важный вопрос:

Каковы были солнечные и экологические условия в момент производства этой электроэнергии?

Например, если выработка электроэнергии фотоэлектрическими системами снижается одновременно со снижением солнечной радиации, то это изменение может просто отражать доступность солнечного света.

Если уровень солнечной радиации остается относительно высоким, а выработка фотоэлектрической энергии неожиданно снижается, у оператора есть более веские основания для проверки системы.

Таким образом, измерения параметров окружающей среды не заменяют мониторинг инвертора. Они предоставляют дополнительный контекст для его интерпретации.

Более подробное объяснение см. в руководстве JW-IoT. комплекты для мониторинга солнечных фотоэлектрических систем, устанавливаемые на крыше.

2. Мониторинг коммерческих солнечных электростанций на крышах по сравнению с мониторингом солнечных электростанций промышленного масштаба.

Коммерческие системы, устанавливаемые на крышах зданий, и крупномасштабные фотоэлектрические установки имеют ряд общих ключевых требований к мониторингу, особенно в отношении солнечной радиации и температуры модулей.

Однако архитектура их систем может отличаться.

Коммерческие солнечные батареи на крышах

При проектировании работ на крыше обычно больше внимания уделяется следующим аспектам:

Компактная установка
Ограниченное пространство для монтажа
Репрезентативные, а не обширные точки мониторинга
Интеграция с существующими сетями здания
Удаленный мониторинг
Простое обслуживание
Подключение к инвертору или платформам управления энергопотреблением

Например, для создания единой однородной системы мониторинга окружающей среды на крыше может потребоваться лишь небольшое количество репрезентативных точек наблюдения.

Фотоэлектрические электростанции промышленного масштаба

Для крупных солнечных электростанций может потребоваться:

Несколько метеостанций
Несколько точек измерения интенсивности излучения
Многомодульные датчики температуры
мониторинг ветра
мониторинг осадков
Мониторинг загрязнения
Распределенные шлюзы
Интеграция SCADA
Мониторинг в различных зонах растения.

JW-IoT Решение для метеостанции на базе фотоэлектрической электростанции иллюстрирует эту более обширную архитектуру.

Однако при реализации коммерческих проектов по установке оборудования на крышах зданий цель не должна заключаться в установке всех возможных датчиков окружающей среды.

Более рациональный подход заключается в выборе измерений, которые предоставляют полезную информацию для фактической компоновки крыши, целей анализа производительности и рабочего процесса эксплуатации и технического обслуживания.

3. Рекомендуемые датчики для мониторинга солнечных фотоэлектрических систем на крыше

Датчик солнечной радиации

Интенсивность солнечного излучения является одним из важнейших показателей состояния окружающей среды при мониторинге фотоэлектрических систем.

Это позволяет определить количество солнечной энергии, доступной для фотоэлектрической батареи в конкретный момент времени.

Для мониторинга производительности крышных электростанций данные об уровне солнечной радиации можно сравнивать с данными инвертора или счетчика, чтобы получить представление об изменениях в выработке электроэнергии.

Распространенный подход заключается в следующем: мониторинг освещенности в плоскости массива (POA), где датчик освещенности расположен приблизительно под тем же углом и в той же ориентации, что и фотоэлектрические модули.

Это делает измерение более репрезентативным для солнечного света, достигающего контролируемой антенной решетки.

JW-IoT предоставляет выделенный Датчик солнечной радиации для мониторинга фотоэлектрических систем Решение для фотоэлектрических проектов на крышах, распределенных и более крупных солнечных электростанций.

В зависимости от требований проекта, для мониторинга освещенности могут использоваться различные сенсорные технологии.

Например, Кремниевый датчик освещенности для мониторинга производительности фотоэлектрических систем может обеспечить компактный вариант измерения по протоколу RS485 Modbus для фотоэлектрических приложений.

В проектах, требующих измерения солнечной радиации на других уровнях или типах, также могут быть рассмотрены датчики на основе пиранометра.

Датчик температуры фотоэлектрического модуля

Температура фотоэлектрического модуля — еще один важный параметр мониторинга.

Датчик температуры модуля обычно устанавливается на задней поверхности типичного фотоэлектрического модуля. Его назначение — измерять фактическую рабочую температуру панели, а не температуру окружающего воздуха.

Это различие важно, поскольку фотоэлектрический модуль, подверженный сильному солнечному излучению, может работать при температуре, значительно превышающей температуру окружающего воздуха.

Мониторинг температуры модуля может дать представление о следующем:

Изменения производительности, связанные с температурой
Сравнение интенсивности излучения и выходной мощности.
Различия между зонами на крыше
Необычные температурные условия эксплуатации
Анализ долгосрочной эффективности

Место установки имеет значение.

Следует выбирать репрезентативный модуль, а не просто самый легкодоступный. Модули, подверженные влиянию необычного затенения, расположенного рядом вентиляционного отверстия, аномального нагрева крыши или необычного воздушного потока, могут неточно отражать остальную часть массива.

Более подробная информация содержится в статье JW-IoT. лучшие практики установки метеостанций на солнечных фотоэлектрических батареях.

Температура и влажность окружающей среды

Температура окружающего воздуха предоставляет полезную информацию при интерпретации температуры модуля.

Например, при сравнении:

Солнечная радиация → температура окружающей среды → температура модуля → выходная мощность фотоэлектрического элемента

дает более четкое представление об окружающей среде, чем просто температура модуля.

Относительная влажность также может быть включена в расчеты, если требуется более широкий мониторинг окружающей среды на крыше.

Скорость и направление ветра

Мониторинг ветра является необязательным для многих коммерческих проектов на крышах, но он может быть полезен в тех случаях, когда поток воздуха имеет значение для местных условий эксплуатации.

Ветер может влиять на охлаждение модулей, а конструкции на крыше могут создавать сложные схемы воздушных потоков.

Однако для измерения скорости ветра на крыше требуется тщательное размещение датчиков, поскольку:

Парапетные стены
Оборудование для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC).
Соседние здания
системы вентиляции
Кровельные конструкции

может искажать воздушный поток.

Таким образом, датчик ветра следует включать в систему только в том случае, если он предоставляет значимую информацию для достижения цели мониторинга.

Дополнительный мониторинг загрязнения почвы

На крышах некоторых коммерческих зданий может наблюдаться значительное загрязнение по следующим причинам:

Пыль
промышленные выбросы
Пыльца
активность птиц
Строительство поблизости
Местные частицы, находящиеся в воздухе

В тех случаях, когда загрязнение является важной проблемой в процессе эксплуатации, устройство для мониторинга загрязнения может предоставить дополнительную информацию для принятия решений по техническому обслуживанию и очистке.

Мониторинг загрязнения следует рассматривать как необязательное дополнение, а не как обязательную часть каждой системы мониторинга солнечных батарей на крыше.

4. Выбор регистратора данных и средств связи

Датчики становятся полезными только тогда, когда их измерения можно надежно собирать и передавать.

Типичная архитектура системы мониторинга на крыше может выглядеть следующим образом:

Датчик освещенности + Модуль датчика температуры + Датчики окружающей среды
↓
Регистратор данных / Контроллер IoT
↓
RS485/Ethernet/LoRaWAN/4G
↓
Облачная платформа / SCADA / Система управления энергопотреблением
↓
Дистанционный мониторинг и анализ

RS485 Modbus

Протокол RS485 Modbus широко используется для локальной связи между промышленными датчиками.

Для коммерческих зданий на крышах это может быть подходящим вариантом, если датчики расположены относительно близко к регистратору данных или контроллеру.

Одна коммуникационная шина может соединять несколько совместимых датчиков, что снижает потребность в отдельных интерфейсах типа «точка-точка».

При окончательном проектировании следует учитывать следующее:

Расстояние кабеля
Прокладка кабелей
Заземление
Защита от скачков напряжения
Электрические помехи
Адресация устройства
Защита наружного кабеля

ЭН

Если в коммерческом здании уже имеется подходящая сетевая инфраструктура, Ethernet может стать практичным вариантом для подключения установленного на крыше регистратора данных к локальной или удаленной системе мониторинга.

Перед использованием внутризданной сети необходимо согласовать с владельцем здания требования к ИТ-безопасности и кибербезопасности.

4G LTE

Технология 4G может быть полезна, когда системе мониторинга солнечных батарей на крыше необходим независимый канал связи.

Типичные ситуации включают в себя:

Отсутствует подходящее Ethernet-соединение в здании.
Право собственности на солнечный объект принадлежит третьей стороне.
Независимый доступ к эксплуатации и техническому обслуживанию
Удаленные коммерческие объекты
Многосайтовые портфели

Фактическая конфигурация должна зависеть от зоны покрытия сотовой связи и требований к локальной связи.

LoRaWAN

Для кампусов, промышленных парков, складских комплексов или других объектов с несколькими распределенными зданиями LoRaWAN может предложить альтернативную архитектуру.

Установленные на разных крышах устройства мониторинга могут передавать низкоскоростную информацию с датчиков на общий шлюз.

Затем шлюз может передавать данные по сети Ethernet или через сотовую связь.

Для более подробного сравнения, читайте далее. Выбор способа связи для мониторинга фотоэлектрических систем: LoRaWAN, 4G или RS485..

5. Дистанционное управление платформой и функции сигнализации.

Для коммерческих проектов в области фотоэлектрической энергетики удаленный доступ может быть особенно ценным, поскольку операторы могут управлять множеством географически разнесенных установок.

Удалённая платформа может объединять данные экологического мониторинга с другой оперативной информацией.

В зависимости от конфигурации системы, полезные функции могут включать в себя:

Отображение интенсивности излучения в реальном времени
Тенденции изменения температуры фотоэлектрических модулей
Исторические записи данных
Состояние датчика
Статус связи
Уведомления о тревоге
Многосайтовый мониторинг
Экспорт данных
интеграция API

Решения JW-IoT для мониторинга солнечной энергии могут поддерживать архитектуры, включающие RS485 Modbus, LoRaWAN, 4G LTE, Ethernet, MQTT, облачные платформы и интеграцию со сторонними сервисами, в зависимости от выбранного оборудования и конфигурации проекта.

Почему контекст оповещения имеет значение

Сигнализация не должна просто создавать дополнительные уведомления.

Экологические данные могут сделать сигналы тревоги более информативными.

Рассмотрим две ситуации:

Ситуация А:
Выработка фотоэлектрической энергии снижается, при этом уменьшается и солнечная радиация.

Это может соответствовать изменению погодных условий.

Ситуация Б:
Уровень солнечной радиации остается высоким, в то время как выработка фотоэлектрической энергии значительно снижается.

Это дает команде по эксплуатации и техническому обслуживанию более веские основания для проверки состояния инвертора, затенения, загрязнения, проводки или других параметров системы.

Платформа мониторинга не доказывает автоматически причину неисправности. Вместо этого она предоставляет техническим специалистам дополнительные доказательства для принятия решения о том, что следует проверить.

6. Рекомендуемый комплект для мониторинга солнечных фотоэлектрических систем на крыше.

Не существует единой конфигурации мониторинга, подходящей для всех коммерческих зданий на крышах.

Система должна соответствовать компоновке крыши, количеству ориентаций фотоэлектрических панелей, условиям связи и требуемым целям мониторинга.

Базовый комплект для мониторинга крыши

Для относительно однородной коммерческой крыши практичная конфигурация может включать в себя:

1 × плоскостной датчик солнечной радиации
1 × датчик температуры фотоэлектрического модуля
1 × компактный регистратор данных или контроллер IoT
Связь датчиков по протоколу RS485 Modbus
Удалённая связь через Ethernet или 4G
Наружное ограждение
Монтажные принадлежности
Удалённая панель управления или подключение через API

Это позволяет получить два наиболее важных параметра окружающей среды — уровень освещенности и температуру модуля — без создания излишне сложной системы монтажа.

Усовершенствованный комплект для коммерческих крыш

Для более крупных или сложных объектов систему мониторинга можно расширить следующими компонентами:

Несколько точек мониторинга интенсивности излучения
Многомодульные датчики температуры
Датчик температуры и влажности окружающей среды
Датчик скорости и направления ветра
Многоканальный регистратор данных
Шлюз LoRaWAN
Связь Ethernet или 4G
Облачная платформа
Управление аварийными сигналами
Интеграция API или SCADA

Такая конфигурация может быть более подходящей, если на крыше имеются следующие особенности:

Восточно-западные массивы
Несколько углов наклона
Отдельные здания
Различные варианты высоты крыши
Различные условия затенения
Большие расстояния между точками мониторинга
Различные группы модулей или зоны инвертора

Дополнительные устройства мониторинга

В зависимости от области применения могут потребоваться дополнительные измерения:

Осадки
Атмосферное давление
Загрязнение
Дополнительные температурные точки
Более совершенные методы измерения солнечной радиации
Независимые коммуникационные шлюзы

Цель всегда должна заключаться в коллекционировании. репрезентативные и полезные данные, а не просто увеличивать количество датчиков.

Как выбрать правильную конфигурацию мониторинга

Перед настройкой коммерческого решения для мониторинга солнечных батарей на крыше подрядчики, занимающиеся проектированием, закупками и строительством (EPC), системные интеграторы, владельцы зданий и компании, занимающиеся эксплуатацией и техническим обслуживанием, должны определить несколько основных условий проекта.

Важная информация включает в себя:

Установленная мощность фотоэлектрических систем
Количество площадей на крышах
Ориентация и наклон модуля
Количество зон инвертора
Необходимые измерения параметров окружающей среды
Количество репрезентативных точек мониторинга
Расстояние между датчиками и регистратором данных
Имеющийся источник питания
Предпочтительный способ связи
Существующий инвертор или платформа управления энергопотреблением
Требования к API или SCADA
Условия установки на открытом воздухе

Физическая планировка имеет особое значение.

Одного датчика может быть достаточно для адекватного отображения простой, однородной крыши, в то время как для проекта с несколькими ориентациями или отдельными зданиями может потребоваться больше точек мониторинга.

Правильная установка так же важна, как и выбор датчика.

Приобретение высокоточных датчиков не гарантирует получения точных данных мониторинга.

Качество монтажа имеет не меньшее значение.

Датчик освещенности

Для мониторинга в плоскости массива датчик освещенности обычно должен:

Следуйте указаниям по ориентации фотоэлектрического модуля.
Подберите соответствующий угол наклона.
Избегайте постоянного или временного затенения.
Избегайте препятствий
Представить контролируемый массив
Оставайтесь доступными для осмотра и очистки.

Модуль датчика температуры

Датчик температуры модуля должен:

Прочно прикрепить к задней поверхности репрезентативного модуля.
Обеспечьте надежный тепловой контакт.
Избегайте источников ненормального тепла.
Избегайте нетипичных затененных мест.
Используйте надежную наружную прокладку кабелей.

Дополнительные инструкции по установке см. в соответствующем разделе. Рекомендации по установке метеостанций на солнечных батареях.

Мониторинг солнечных батарей на крышах для коммерческих объектов, расположенных на нескольких участках.

Одним из наиболее эффективных вариантов применения интеллектуального мониторинга на крышах является не отдельное здание, а группа распределенных коммерческих объектов.

Компания может эксплуатировать фотоэлектрические системы на следующих территориях:

Склады
Заводы
Торговые объекты
Офисные кампусы
Логистические центры
Школы
Больницы
Индустриальные парки

Без стандартизированного экологического мониторинга сравнение показателей эффективности на разных объектах может быть затруднено, поскольку каждая крыша функционирует в различных погодных и температурных условиях.

Централизованная архитектура позволяет объединять данные мониторинга с нескольких объектов и давать возможность менеджерам по энергетике или поставщикам услуг по эксплуатации и техническому обслуживанию анализировать следующие данные:

Интенсивность излучения
температура модуля
Условия окружающей среды
Состояние датчика
Статус связи
Исторические тенденции
Записи о тревогах

Это позволяет создать более согласованную систему мониторинга для распределенного коммерческого портфеля фотоэлектрических систем.

Часто задаваемые вопросы

1. Что такое мониторинг солнечных фотоэлектрических систем на крыше?

Система мониторинга солнечных фотоэлектрических систем на крыше объединяет данные о выработке электроэнергии с измерениями окружающей среды, такими как солнечная радиация и температура фотоэлектрических модулей, что обеспечивает более полную картину для оценки производительности фотоэлектрической системы.

2. Достаточно ли мониторинга инвертора?

Мониторинг инвертора предоставляет важную электрическую информацию, но он не измеряет напрямую количество солнечного света или температуру модуля, воздействующие на фотоэлектрическую батарею. Поэтому данные инвертора могут дополняться данными от датчиков окружающей среды.

3. Какие датчики наиболее важны для коммерческой крыши?

Для многих проектов по обустройству крыш отправной точкой является:

Солнечная радиация
температура фотоэлектрического модуля

В соответствии с требованиями проекта могут быть добавлены дополнительные измерения, такие как температура окружающей среды, влажность, ветер, количество осадков или загрязнение.

4. Где следует установить датчик освещенности?

Для мониторинга в плоскости массива датчик, как правило, должен соответствовать ориентации и наклону представляемого им фотоэлектрического массива и должен располагаться вдали от затеняющих элементов и препятствий.

5. Нужно ли на больших крышах более одного датчика?

Возможно.

В случаях, когда участок имеет различную ориентацию, углы наклона, секции крыши, высоты, схемы затенения или существенно различающиеся местные условия, может быть целесообразно использовать несколько точек мониторинга.

6. Можно ли подключить систему мониторинга на крыше к существующей SCADA-системе или энергетической платформе?

Да, в зависимости от выбранного регистратора данных, шлюза и требований к интерфейсу.

Решения JW-IoT поддерживают такие опции, как RS485 Modbus, Ethernet, LoRaWAN, 4G LTE, MQTT, облачные платформы и интеграцию с API.

7. Повышает ли комплект мониторинга эффективность панели?

Система мониторинга не изменяет физическую эффективность преобразования фотоэлектрического модуля.

Его задача — предоставлять данные, необходимые для понимания условий эксплуатации, выявления отклонений в работе, поддержки решений по техническому обслуживанию и повышения прозрачности фотоэлектрической системы.

Создайте более интеллектуальную систему мониторинга коммерческих солнечных батарей на крышах.

Для коммерческих зданий эффективный мониторинг солнечного излучения не сводится к установке максимально крупной метеостанции.

Речь идёт о выборе правильных показателей состояния окружающей среды и их подключении к надёжной архитектуре данных.

Практичная система для установки на крыше может начинаться со следующего:

Датчик солнечной радиации
+
Датчик температуры фотоэлектрического модуля
+
Регистратор данных
+
Ethernet / 4G / LoRaWAN
+
Платформа удаленного мониторинга

Далее, в зависимости от планировки крыши или целей эксплуатации и технического обслуживания, можно добавить точки мониторинга, отражающие погодные условия, ветер, осадки, загрязнение или другие факторы.

JW-IoT предлагает настраиваемые решения для коммерческих солнечных электростанций на крышах, распределенных солнечных систем и более крупных фотоэлектрических установок.

Планируете коммерческий проект по мониторингу солнечных батарей на крыше?

Передайте в JW-IoT информацию о расположении солнечных панелей на крыше, их мощности, ориентации массива, необходимых параметрах мониторинга, методе связи и требованиях к интеграции с платформой. Архитектура мониторинга будет настроена под конкретный проект, а не на основе универсального набора датчиков.