Производительность фотоэлектрической системы зависит от климатических условий, используемого оборудования и конфигурации системы. Производительность фотоэлектрических систем можно измерить как отношение фактической выходной мощности солнечной фотоэлектрической системы к ожидаемым значениям, причем измерение необходимо для надлежащей эксплуатации и обслуживания солнечной фотоэлектрической установки. Первичный вход энергии — это глобальная световая облученность в плоскости солнечных батарей, а она, в свою очередь, представляет собой комбинацию прямого и рассеянного излучения. [1]
Производительность измеряется системами мониторинга фотоэлектрических систем, которые включают в себя устройство регистрации данных и часто также устройство измерения погоды (локальное устройство или независимый источник данных о погоде). Системы мониторинга производительности фотоэлектрических систем служат нескольким целям - они используются для отслеживания тенденций в одной фотоэлектрической (фотоэлектрической) системе , для выявления неисправностей или повреждений солнечных панелей и инверторов, для сравнения производительности системы с проектными спецификациями или для сравнения фотоэлектрических систем в разных местах. Этот диапазон приложений требует различных датчиков и систем мониторинга, адаптированных к предполагаемой цели. В частности, необходимы как электронные датчики мониторинга, так и независимое зондирование погоды (излучение, температура и т. д.) для нормализации ожиданий выходной мощности фотоэлектрических установок. Зондирование освещенности очень важно для фотоэлектрической промышленности и может быть разделено на две основные категории - пиранометры на месте и спутниковое дистанционное зондирование; когда пиранометры на месте недоступны, иногда также используются региональные метеостанции, но с более низким качеством данных; в качестве третьего варианта недавно развился подход бездатчиковых измерений на основе промышленного Интернета вещей .
Датчики и системы фотоэлектрического мониторинга стандартизированы в IEC 61724-1 [2] и классифицируются по трем уровням точности, обозначенным буквами «A», «B» или «C», или метками «Высокая точность», «Средняя точность» и «Базовая точность». Для оценки общей величины потерь фотоэлектрической системы был разработан параметр, называемый «коэффициент производительности» [3] .
Производительность фотоэлектрической системы, как правило, зависит от падающего излучения в плоскости солнечных панелей , температуры солнечных элементов и спектра падающего света. Кроме того, она зависит от инвертора , который обычно устанавливает рабочее напряжение системы. Напряжение и выходной ток системы изменяются по мере изменения условий освещения, температуры и нагрузки, поэтому не существует определенного напряжения, тока или мощности, при которых система всегда работает. Следовательно, производительность системы варьируется в зависимости от ее архитектуры (направления и наклона модулей), географического положения и времени суток, погодных условий (количества солнечной инсоляции , облачности, температуры) и локальных возмущений, таких как затенение, загрязнение , состояние заряда и доступность компонентов системы.
Солнечные парки промышленного и коммунального масштаба могут достигать высоких показателей производительности. В современных солнечных парках коэффициент производительности обычно должен превышать 80%. [4] [5] Многие солнечные фотоэлектрические парки используют передовые решения для мониторинга производительности, которые поставляются различными поставщиками технологий.
В солнечных системах на крыше обычно требуется больше времени, чтобы определить неисправность и отправить техника из-за меньшей доступности достаточных инструментов мониторинга производительности фотоэлектрической системы и более высокой стоимости человеческого труда. В результате солнечные фотоэлектрические системы на крыше обычно страдают от более низкого качества эксплуатации и обслуживания и существенно более низких уровней доступности системы и выработки энергии.
На большинстве автономных солнечных фотоэлектрических установок отсутствуют какие-либо инструменты мониторинга производительности по ряду причин, включая стоимость оборудования для мониторинга, доступность подключения к облаку и доступность эксплуатации и обслуживания.
Существует ряд технических решений для измерения и мониторинга производительности солнечных фотоэлектрических установок, различающихся по качеству данных, совместимости с датчиками освещенности, а также по цене.
Получение данных о погоде обычно опирается на физические датчики погоды и дистанционное зондирование со спутников. Известные игроки в этой области включают:
Существенной частью оценки производительности фотоэлектрической системы является доступность и качество данных о генерации энергии. Доступ к Интернету позволил еще больше улучшить мониторинг энергии и связь.
Обычно данные о фотоэлектрических установках передаются через регистратор данных на центральный портал мониторинга. Передача данных зависит от локального облачного подключения, поэтому она очень доступна в странах ОЭСР, но более ограничена в развитых странах. По словам Сэмюэля Чжана, вице-президента Huawei Smart PV, к 2025 году более 90% мировых фотоэлектрических установок будут полностью оцифрованы. [6]
В целом решения для мониторинга можно разделить на программные решения для регистрации и мониторинга, предоставляемые производителем инвертора, независимые решения для регистрации данных с индивидуальным программным обеспечением и, наконец, независимые программные решения для мониторинга, совместимые с различными инверторами и регистраторами данных.
Специальные системы мониторинга производительности доступны у ряда поставщиков. Для солнечных фотоэлектрических систем, использующих микроинверторы (преобразование постоянного тока в переменный на уровне панели), данные о мощности модуля предоставляются автоматически. Некоторые системы позволяют устанавливать оповещения о производительности, которые запускают оповещения по телефону/электронной почте/тексту при достижении пределов. Эти решения предоставляют данные владельцу системы и/или установщику. Установщики могут удаленно контролировать несколько установок и быстро видеть состояние всей своей установленной базы. Все основные производители инверторов предоставляют блок сбора данных — будь то регистратор данных или прямое средство связи с порталом.
Преимущество этих решений заключается в получении максимального объема информации от инвертора и ее отображении на локальном дисплее или передаче по Интернету, в частности, оповещений от самого инвертора (перегрузка по температуре, потеря связи с сетью и т. д.).
Вот некоторые из таких решений для мониторинга:
Универсальные решения по регистрации данных, подключенные к инверторам, позволяют преодолеть главный недостаток решений производителей инверторов — совместимость с несколькими разными производителями. Эти блоки сбора данных подключаются к последовательным каналам инверторов, соблюдая протокол каждого производителя. Универсальные решения по регистрации данных, как правило, более доступны по цене, чем решения производителей инверторов, и позволяют объединять парки солнечных фотоэлектрических систем разных производителей инверторов.
Вот некоторые из таких решений для мониторинга:
Последняя категория — это самый новый сегмент в области мониторинга солнечной фотоэлектрической системы. Это программные порталы агрегации, способные агрегировать информацию как с порталов инверторов и регистраторов данных, так и с независимых регистраторов данных. Такие решения становятся все более распространенными, поскольку коммуникация инверторов с облаком все чаще осуществляется без регистраторов данных, а скорее как прямые соединения данных.
Измерения освещенности на месте являются важной частью систем мониторинга производительности фотоэлектрических систем. Освещенность может быть измерена в той же ориентации, что и фотоэлектрические панели, так называемые измерения плоскости решетки (POA), или горизонтально, так называемые измерения глобальной горизонтальной освещенности (GHI). Типичные датчики, используемые для таких измерений освещенности, включают термобатарейные пиранометры , эталонные фотоэлектрические устройства и фотодиодные датчики. Чтобы соответствовать определенному классу точности, каждый тип датчика должен соответствовать определенному набору спецификаций. Эти спецификации перечислены в таблице ниже.
Если датчик освещенности размещается в POA, его необходимо разместить под тем же углом наклона, что и фотоэлектрический модуль, либо прикрепив его к самому модулю, либо с помощью дополнительной платформы или рычага на том же уровне наклона. Проверка правильности выравнивания датчика может быть выполнена с помощью переносных датчиков наклона или с помощью встроенного датчика наклона. [7]
Стандарт также определяет требуемый график технического обслуживания для каждого класса точности. Датчики класса C требуют технического обслуживания в соответствии с требованиями производителя. Датчики класса B требуют повторной калибровки каждые 2 года и требуют нагревателя для предотвращения выпадения осадков или конденсации. Датчики класса A требуют повторной калибровки один раз в год, требуют очистки один раз в неделю, требуют нагревателя и требуют вентиляции (для термобатарейных пиранометров).
Производительность фотоэлектрических систем также можно оценить с помощью спутникового дистанционного зондирования . Эти измерения являются косвенными, поскольку спутники измеряют солнечное излучение, отраженное от поверхности Земли. Кроме того, излучение фильтруется спектральным поглощением земной атмосферы . Этот метод обычно используется в неинструментальных системах мониторинга классов B и C, чтобы избежать затрат и обслуживания датчиков на месте. Если данные, полученные со спутника, не скорректированы с учетом местных условий, возможна ошибка в излучении до 10%. [2]
Датчики и системы мониторинга стандартизированы в IEC 61724-1 [2] и классифицируются по трем уровням точности, обозначаемым буквами «A», «B» или «C» или метками «Высокая точность», «Средняя точность» и «Базовая точность».
В Калифорнии мониторинг производительности солнечных фотоэлектрических систем регулируется правительством штата. С 2017 года государственное агентство California Solar Initiative (CSI) предоставило сертификат Performance Monitoring & Reporting Service компаниям, работающим в сегменте солнечной энергетики и действующим в соответствии с требованиями CSI. [8]
Параметр, называемый «коэффициент производительности» [3], был разработан для оценки общей величины потерь фотоэлектрической системы. Коэффициент производительности дает меру выходной мощности переменного тока, поставляемой как доля от общей мощности постоянного тока, которую солнечные модули должны быть способны поставлять в условиях окружающего климата.
