مقدمة
عندما ينتج مزرعة شمسية على نطاق المرافق طاقة أقل من المتوقع، فإن بيانات العاكس و SCADA وحدها قد لا تفسر السبب. قد يكون التغيير مرتبطًا بانخفاض الإشعاع الشمسي، أو ارتفاع درجة حرارة الوحدة، أو تغير ظروف الرياح، أو هطول الأمطار، أو التلوث، أو مشكلة داخل نظام PV نفسه. بالنسبة لمشغلي المحطات وفرق O&M ومكاملي الأنظمة، يُعد فهم هذه العوامل أمرًا مهمًا قبل تحديد ما إذا كان الفحص أو الصيانة الإضافية مطلوبة.
هنا يصبح مراقبة الطاقة الشمسية على نطاق المرافق أمرًا مهمًا. من خلال الجمع بين القياسات البيئية وبيانات تشغيل المحطة، يمكن للمشغلين تحديد ما إذا كانت التغييرات في أداء PV مرتبطة بظروف الموقع أو بالنظام نفسه. كما يحتاج تكوين المراقبة إلى التوافق مع مناخ المشروع وتقنية PV وتخطيط المحطة وأهداف المراقبة بدلاً من مجرد إضافة المزيد من المستشعرات.
تشرح هذه المقالة المعلمات البيئية التي يتم مراقبتها عادةً في مزارع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق، وكيف تعمل مستشعرات مراقبة الطاقة الشمسية مع مسجلات البيانات وأنظمة SCADA، وأين يجب تركيب المستشعرات، وكيف يمكن للبيانات البيئية الموثوقة دعم تحليل أداء PV وقرارات O&M.
ما هو مراقبة الطاقة الشمسية على نطاق المرافق؟
مراقبة الطاقة الشمسية على نطاق المرافق هي قياس وتحليل الموارد الشمسية والظروف البيئية والظروف الخاصة بـ PV عبر محطة طاقة شمسية كبيرة. وهي تجمع بيانات المستشعرات الميدانية مع بيانات تشغيل المحطة لمساعدة المشغلين على فهم كيفية تأثير ظروف الموقع على أداء PV.
يغطي تكوين المراقبة عادةً ثلاثة مجالات: الموارد الشمسية، والظروف الجوية والبيئية، والظروف الخاصة بـ PV. تعتمد القياسات المطلوبة على تصميم المحطة والمناخ وتقنية PV وأهداف المراقبة.
مراقبة الموارد الشمسية
تقيس مراقبة الموارد الشمسية الإشعاع الشمسي المتاح لمحطة PV. اعتمادًا على المشروع، تشمل القياسات الشائعة:
- الإشعاع الأفقي العالمي (GHI)
- إشعاع مستوى المصفوفة (POA)
- الإشعاع الطبيعي المباشر (DNI) والإشعاع الأفقي المنتشر (DHI) حيث ينطبق ذلك
- الإشعاع المنعكس أو الألبيدو، خاصةً لأنظمة PV ثنائية الوجه
تساعد هذه القياسات المشغلين على مقارنة الإشعاع الشمسي المتاح مع إنتاج الطاقة الفعلي من PV. يُعد إشعاع POA ذا صلة خاصة بتحليل أداء PV لأنه يمثل الإشعاع الذي تستقبله مستوى الوحدة. للحصول على شرح أوضح لمكونات الإشعاع المختلفة، راجع ما هو GHI وDNI وDHI في الطاقة الشمسية؟.
لمراقبة الإشعاع الشمسي المخصصة، يمكن استخدام مقياس إشعاع شمسي مستقل عندما تكون دقة القياس والمعايرة واتساق البيانات على المدى الطويل مهمة لتحليل أداء PV أو المراقبة البيئية.
المنتج ذو الصلة: مقياس الإشعاع الشمسي / TBQ-2C
المراقبة البيئية والجوية
تؤثر الظروف الجوية على بيئة تشغيل المزرعة الشمسية ويمكن أن تؤثر على إنتاج PV وظروف الموقع. تشمل القياسات الشائعة:
- درجة الحرارة المحيطة
- الرطوبة النسبية
- سرعة الرياح
- اتجاه الرياح
- هطول الأمطار
- الضغط الجوي
تساعد هذه القياسات المشغلين على تفسير أداء PV في ظل ظروف الموقع الفعلية. على سبيل المثال، تؤثر درجة الحرارة المحيطة وظروف الرياح على درجة حرارة تشغيل الوحدة، بينما يمكن أن يوفر هطول الأمطار سياقًا مفيدًا لتقييم تغيرات الطقس وظروف التلوث المحتملة.
يمكن لمحطة مراقبة بيئية متكاملة الجمع بين العديد من هذه القياسات في موقع ميداني واحد، مما يقلل الحاجة إلى أدوات منفصلة ويبسط الحصول على البيانات الميدانية. للحصول على شرح أعمق لمراقبة الطقس الخاصة بـ PV ودورها في عمليات المزرعة الشمسية، راجع ما هي محطة الأرصاد الجوية الكهروضوئية ولماذا هي ضرورية لمزارع الطاقة الشمسية؟.
المنتج ذو الصلة: محطة مراقبة البيئة الكهروضوئية الشمسية RYQ-3
المراقبة البيئية الخاصة بـ PV
ترتبط بعض القياسات مباشرة بظروف وحدات PV والأداء الخاص بالموقع. اعتمادًا على المشروع، قد تشمل المراقبة:
- درجة حرارة الوحدة
- ظروف التلوث
- ظروف الثلوج حيث ينطبق ذلك
- الألبيدو لأنظمة PV ثنائية الوجه
تؤثر درجة حرارة الوحدة على الأداء الكهربائي لـ PV، بينما يمكن أن يقلل التلوث من الإشعاع الواصل إلى سطح الوحدة. بالنسبة لأنظمة PV ثنائية الوجه، يوفر الألبيدو معلومات إضافية حول الإشعاع المنعكس من الأرض الواصل إلى الجانب الخلفي للوحدات.
للحصول على نظرة عامة أوسع لمكونات ووظائف نظام المراقبة البيئية لـ PV، راجع نظام مراقبة البيئة الكهروضوئية: المكونات والوظائف والعائد على الاستثمار موضح.
المنتجات ذات الصلة: [نظام مراقبة مؤشر الغبار الكهروضوئي DustCom] · مستشعر المراقبة الشمسية/البيئية المتكامل XF500S-CWB PV
لماذا تُعد المراقبة البيئية مهمة لمزارع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق؟
لا يعتمد إنتاج الطاقة في المزرعة الشمسية على معدات PV فحسب، بل أيضًا على الظروف التي تعمل فيها. توفر المراقبة البيئية بيانات الموقع اللازمة لوضع التغييرات في إنتاج المحطة في سياقها. بالنسبة للمشاريع على نطاق المرافق، يساعد ذلك المشغلين على التمييز بين التغييرات الناتجة عن الظروف البيئية والمشكلات المحتملة المتعلقة بالنظام.
فصل تأثيرات الطقس عن خسائر المعدات
لا يعني انخفاض إنتاج الطاقة دائمًا وجود عطل في المعدات. يمكن أن يؤثر انخفاض الإشعاع الشمسي أو التغيرات في درجة الحرارة المحيطة أو ظروف جوية أخرى أيضًا على إنتاج PV.
تساعد مقارنة القياسات البيئية مع إنتاج المحطة المشغلين على تحديد ما إذا كان التغيير متسقًا مع ظروف الموقع أو ما إذا كانت هناك حاجة لمزيد من التحقيق في نظام PV.
دعم تحليل أداء PV
يجب تقييم إنتاج PV مقابل الموارد الشمسية المتاحة للمحطة. يوفر الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة وإنتاج المحطة البيانات الأساسية لمقارنة أداء PV في ظل ظروف تشغيل مختلفة.
هذا مفيد بشكل خاص لمراقبة أداء PV، حيث يجب فصل التغييرات في الموارد الشمسية عن التغييرات في أداء النظام.
دعم قرارات O&M الشمسية
يمكن أن توفر الظروف البيئية أيضًا سياقًا مفيدًا لقرارات O&M الروتينية. على سبيل المثال، يمكن أن تساعد التغييرات في ظروف التلوث في تحديد ما إذا كان يجب النظر في تنظيف الوحدات، بينما يمكن أن توفر الظروف البيئية غير العادية سياقًا إضافيًا عند التحقيق في إنتاج المحطة غير الطبيعي.
الغرض ليس استبدال تشخيص المعدات، بل منح فرق O&M معلومات ميدانية إضافية قبل تحديد ما إذا كان الفحص أو الصيانة مطلوبًا.
تحديد المخاطر البيئية الخاصة بالموقع
تختلف الظروف البيئية بشكل كبير بين مواقع مزارع الطاقة الشمسية، لذلك يمكن أن تختلف أيضًا معايير المراقبة الأكثر ملاءمة.
- مواقع الصحراء: يمكن أن يشكل الغبار والاتساخ مصدر قلق كبير.
- المواقع الساحلية: قد تتطلب الرطوبة والتعرض للملوحة والرياح القوية مراقبة أدق.
- المواقع المرتفعة: يمكن أن تؤثر درجات الحرارة المنخفضة والرياح القوية والثلوج على تشغيل المحطة.
- أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية ثنائية الوجه: يصبح البياض والإشعاع المنعكس عن الأرض أكثر أهمية.
يضمن الرصد الخاص بالموقع تضمين العوامل البيئية الأكثر صلة بمشروع كهروضوئي معين في تكوين الرصد.
ما المعايير البيئية التي يجب أن ترصدها مزرعة شمسية؟
يغطي نظام الرصد البيئي للمزرعة الشمسية عادةً الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة والرياح والرطوبة وهطول الأمطار والظروف الخاصة بالطاقة الكهروضوئية. يعتمد التكوين الدقيق على تصميم المحطة والمناخ وتقنية الطاقة الكهروضوئية وأهداف الرصد.
| المعلمة | الغرض من المراقبة |
| إشعاع POA | تحليل أداء الطاقة الكهروضوئية |
| GHI | مرجع الموارد الشمسية |
| درجة حرارة الوحدة | تحليل إنتاج الطاقة الكهروضوئية |
| درجة الحرارة المحيطة | التحليل البيئي والحراري |
| سرعة الرياح | ظروف الطقس والتبريد |
| اتجاه الرياح | توصيف الطقس المحلي |
| الرطوبة النسبية | ظروف الرطوبة |
| هطول الأمطار | سياق الطقس والتشغيل والصيانة |
| الاتساخ | تحليل التنظيف والفاقد |
| البياض | تحليل الطاقة الكهروضوئية ثنائية الوجه |
يتم جمع هذه القياسات من خلال مستشعرات الرصد الشمسي واستخدامها في رصد الإشعاع الشمسي وتحليل أداء الطاقة الكهروضوئية وقرارات التشغيل والصيانة الخاصة بالموقع. يُعد الإشعاع في مستوى المصفوفة ودرجة حرارة الوحدة ودرجة الحرارة المحيطة وظروف الرياح مهمة عادةً لرصد أداء الطاقة الكهروضوئية على نطاق المرافق، بينما يصبح التلوث والبياض أكثر أهمية لظروف الموقع المحددة وتكوينات الطاقة الكهروضوئية.
كيف تعمل مستشعرات الرصد الشمسي معًا؟
تشكل مستشعرات الرصد الشمسي سلسلة بيانات من القياس الميداني إلى رصد المحطة. تجمع المستشعرات البيانات البيئية وبيانات الطاقة الكهروضوئية، وينظم مسجل البيانات القياسات ويخزنها، وتنقل واجهات الاتصال البيانات، وتدمجها منصات SCADA أو السحابية مع بيانات تشغيل المحطة.
المستشعرات الميدانية
توفر المستشعرات الميدانية القياسات البيئية وقياسات الطاقة الكهروضوئية الخام التي يستخدمها نظام الرصد. يوفر مقياس الإشعاع الشمسي، على سبيل المثال، بيانات إشعاع شمسي مستقلة، بينما يمكن للمستشعرات المدمجة الجمع بين قياسات متعددة عند نقطة رصد واحدة. يعتمد تكوين المستشعرات على متطلبات الرصد في الموقع.
مسجل البيانات
يجمع مسجل البيانات بيانات المستشعرات، ويطبق الطوابع الزمنية، ويجري التحقق الأساسي من البيانات، ويخزن القياسات قبل الإرسال. تُعد الطوابع الزمنية المتسقة مهمة عند مقارنة البيانات البيئية بإنتاج العاكس وبيانات تشغيل المحطة الأخرى.
الاتصال ونقل البيانات
تنقل طبقة الاتصال بيانات المستشعرات من الميدان إلى منصة الرصد. يُستخدم RS485 وModbus RTU عادةً على مستوى المستشعر، بينما يمكن استخدام Ethernet أو اللاسلكي أو 4G أو بروتوكولات خاصة بالمشروع لنقل البيانات حسب البنية التحتية للمحطة.
SCADA أو المنصة السحابية
تدمج منصات SCADA أو السحابية القياسات البيئية مع بيانات تشغيل المحطة مثل إنتاج العاكس وحالة المعدات. يتيح ذلك للمشغلين استخدام مجموعة البيانات المدمجة لتطبيقات نظام رصد محطة الطاقة الشمسية ونظام رصد المزرعة الشمسية.
الرصد البيئي للمزرعة الشمسية مقابل SCADA
يؤدي الرصد البيئي وSCADA أدوارًا مختلفة لكن متكاملة: تقيس المستشعرات البيئية ظروف الموقع، بينما ترصد SCADA معدات المحطة وتشغيلها.
| تركيز الرصد البيئي | تركيز رصد SCADA |
| الإشعاع الشمسي | بيانات العاكس |
| درجة الحرارة | الجهد والتيار |
| ظروف الرياح | إنتاج الطاقة |
| هطول الأمطار | حالة المعدات |
| الاتساخ | الإنذارات |
| درجة حرارة الوحدة | حالة المتتبع |
يوفر الرصد البيئي ظروف الموقع اللازمة لتفسير أداء الطاقة الكهروضوئية، بينما توفر SCADA بيانات تشغيل المحطة. عند دمجها في نظام رصد محطة الطاقة الشمسية أو نظام رصد المزرعة الشمسية، يمكن مقارنة مجموعات البيانات هذه لفهم كيفية ارتباط الظروف البيئية بالتغيرات في إنتاج المحطة.
كيف يتغير رصد المزرعة الشمسية مع ظروف الموقع؟
ينبغي تكييف أولويات الرصد مع مناخ الموقع وتضاريسه وتقنية الطاقة الكهروضوئية وتخطيطه. الهدف ليس استخدام المزيد من المستشعرات، بل قياس العوامل البيئية الأكثر صلة بالمشروع.
- المزارع الشمسية الصحراوية: التركيز على الإشعاع الشمسي ودرجة حرارة الوحدة والرياح والتلوث وهطول الأمطار. يمكن أن يؤثر تراكم الغبار وارتفاع درجات حرارة الوحدات على إنتاج الطاقة الكهروضوئية، مما يجعل التلوث والظروف الحرارية اعتبارات مهمة في الرصد البيئي للمزرعة الشمسية.
- المزارع الشمسية الساحلية: التركيز على الرطوبة ودرجة الحرارة والرياح وهطول الأمطار والإشعاع. تساعد هذه القياسات في توصيف ظروف الرطوبة والطقس المحلية التي يمكن أن تؤثر على تشغيل الطاقة الكهروضوئية وتوفر سياقًا لأداء المحطة.
- المزارع الشمسية ثنائية الوجه: التركيز على الإشعاع في مستوى المصفوفة والإشعاع الخلفي والبياض ودرجة حرارة الوحدة. يجب أن يراعي رصد الإشعاع الشمسي الإشعاع الواصل إلى جانبي الوحدة بدلاً من الاعتماد فقط على الإشعاع الأمامي.
- المزارع الشمسية ذات التضاريس المعقدة: النظر في مواقع رصد متعددة واختلافات التضاريس ونقاط قياس تمثيلية ومواضع المستشعرات. لا تمثل محطة رصد واحدة بالضرورة موقعًا شمسيًا كاملاً على نطاق المرافق، خاصةً عندما تكون المصفوفات موزعة عبر ارتفاعات أو منحدرات أو اتجاهات مختلفة.
أين يجب تركيب مستشعرات الرصد الشمسي؟
يؤثر موضع المستشعر مباشرةً على جودة بيانات الرصد. يجب أن يتطابق موقع التركيب مع هدف القياس وأن يوفر بيانات تمثيلية للمصفوفة الكهروضوئية المرصودة.
بالنسبة لتركيب مستشعر الإشعاع، يجب وضع المستشعر في موقع غير محجوب مع أقل قدر من التظليل. بالنسبة لقياسات الإشعاع في مستوى المصفوفة، يجب أن يتطابق ميله واتجاهه مع المصفوفة الكهروضوئية المرصودة. يمكن لمقياس الإشعاع الشمسي توفير بيانات إشعاع مستقلة حيث يكون قياس الإشعاع الشمسي المخصص مطلوبًا.
بالنسبة لتركيب محطة الطقس وموضع مستشعر درجة حرارة الوحدة، يجب أن تعكس المستشعرات بيئة التشغيل الفعلية. تحتاج مستشعرات الطقس إلى تعرض كافٍ مع تجنب الهياكل ومصادر الحرارة القريبة، بينما يجب أن يحافظ مستشعر درجة حرارة الوحدة على تلامس حراري جيد مع السطح الخلفي لوحدة تمثيلية. لا ينبغي التعامل مع درجة الحرارة المحيطة كبديل عن درجة حرارة الوحدة.
بالنسبة للمواقع الكبيرة أو المعقدة، لا تمثل محطة مراقبة واحدة بالضرورة موقعًا شمسيًا كاملًا على نطاق المرافق. يجب مراعاة حجم المحطة، والتضاريس، وتكوين المصفوفة، وتخطيط أجهزة التتبع، والمناخ المحلي عند اختيار نقاط المراقبة التمثيلية. الهدف ليس مجرد تركيب المزيد من المستشعرات، بل ضمان أن البيانات المجمعة تمثل ظروف المصفوفة الكهروضوئية قيد التقييم.
لماذا تعد جودة البيانات مهمة في مراقبة الطاقة الشمسية على نطاق المرافق؟
تعد جودة البيانات أمرًا أساسيًا لمراقبة الطاقة الشمسية الموثوقة على نطاق المرافق. تساعد دقة المستشعرات والمعايرة وإمكانية التتبع في الحفاظ على اتساق قياسات الإشعاع والبيئة على مدى التشغيل طويل الأجل. على سبيل المثال، يمكن لمقياس الإشعاع الشمسي الذي تتم صيانته بشكل صحيح أن يوفر مرجعًا مستقرًا للإشعاع لمقارنة الظروف البيئية مع إنتاج الطاقة الكهروضوئية.
ومع ذلك، فإن دقة المستشعر ليست سوى جزء من المشكلة. يمكن أن يؤثر الغبار والمطر والتقادم والسجلات المفقودة والإشارات غير المستقرة أو التكوينات غير الصحيحة على البيانات المجمعة من نظام المراقبة الخارجي. يساعد التنظيف والصيانة المنتظمة للمستشعرات، إلى جانب التحقق الأساسي من البيانات وفحوصات البيانات غير الطبيعية، في الحفاظ على اكتمال بيانات المراقبة وقابليتها للاستخدام.
من بيانات البيئة إلى قرارات التشغيل والصيانة للطاقة الشمسية
يمكن لبيانات البيئة أن تساعد فرق التشغيل والصيانة على التمييز بين التغيرات الناتجة عن ظروف الموقع والمشكلات التي تتطلب فحص المعدات. توفر الأنماط التالية نقطة انطلاق عملية بدلاً من تشخيص ثابت للأعطال.
إشعاع منخفض + إنتاج طاقة منخفض: تحقق من الظروف الجوية والموارد الشمسية المتاحة وبيانات مستشعر الإشعاع أولاً. قد يكون انخفاض إنتاج المحطة متوافقاً مع انخفاض الإشعاع الشمسي، ولا ينبغي التحقيق فيه بشكل أعمق إلا إذا لم تفسر الظروف المقاسة تغير الإنتاج.
إشعاع طبيعي + إنتاج طاقة غير طبيعي: إذا بقي الإشعاع ضمن النطاق المتوقع بينما تغير إنتاج الطاقة بشكل غير طبيعي، يمكن فحص العاكس والسلاسل والوحدات والنظام الكهربائي لتحديد المشكلات المحتملة المتعلقة بالمعدات.
إشعاع طبيعي + زيادة في التلوث: عندما تبقى ظروف الإشعاع طبيعية ولكن مستويات التلوث تزداد، يمكن أن تساعد البيانات في دعم تقييم التنظيف وتقييم الخسائر المحتملة المتعلقة بالتلوث.
ارتفاع درجة حرارة الوحدة + انخفاض الإنتاج: قارن درجة حرارة الوحدة بدرجة الحرارة المحيطة وظروف الرياح. يمكن أن تؤثر درجة حرارة الوحدة الأعلى على إنتاج الطاقة الكهروضوئية، بينما يمكن أن تؤثر ظروف الرياح على تبريد الوحدة. ينبغي النظر في هذه القياسات معاً قبل تحديد ما إذا كان الفحص الإضافي مطلوباً.
الخاتمة
لا يتعلق المراقبة الشمسية على نطاق المرافق بتركيب أكبر عدد ممكن من المستشعرات. ما يهم هو ما إذا كانت القياسات المختارة ممثلة للموقع الكهروضوئي ويمكن استخدامها مع بيانات تشغيل المحطة. يجب النظر في الإشعاع والطقس ودرجة حرارة الوحدة وموقع المستشعر وجودة البيانات كجزء من نفس إعداد المراقبة.
يعتمد التكوين الصحيح على مناخ الموقع وتقنية الطاقة الكهروضوئية وتخطيط المحطة وهدف المراقبة. توفر Yantai Sensor مستشعرات مراقبة الإشعاع الشمسي والطقس ودرجة الحرارة والرياح وغيرها من المستشعرات البيئية لتطبيقات الطاقة الكهروضوئية المختلفة، مع تعديل التكوين وفقاً لمتطلبات المشروع الفعلية. إذا كنت تخطط لنظام مراقبة جديد أو تراجع إعداداً موجوداً،, اتصل بـ Yantai Sensor لمناقشة متطلبات القياس وتكوين المستشعرات المناسب لمشروعك.
