Giới thiệu
Khi một trang trại năng lượng mặt trời quy mô tiện ích sản xuất ít điện năng hơn dự kiến, dữ liệu từ inverter và SCADA có thể không đủ để giải thích nguyên nhân. Sự thay đổi có thể liên quan đến bức xạ mặt trời thấp hơn, nhiệt độ module cao, điều kiện gió thay đổi, lượng mưa, bụi bẩn, hoặc một vấn đề trong chính hệ thống PV. Đối với chủ sở hữu nhà máy, đội ngũ O&M và nhà tích hợp hệ thống, việc hiểu rõ các yếu tố này là quan trọng trước khi quyết định có cần kiểm tra hoặc bảo trì thêm hay không.
Đây là lúc giám sát năng lượng mặt trời quy mô tiện ích trở nên quan trọng. Bằng cách kết hợp các phép đo môi trường với dữ liệu vận hành nhà máy, người vận hành có thể xác định liệu những thay đổi trong hiệu suất PV có liên quan đến điều kiện tại chỗ hay chính hệ thống. Cấu hình giám sát cũng cần phù hợp với khí hậu của dự án, công nghệ PV, bố trí nhà máy và mục tiêu giám sát thay vì chỉ đơn thuần thêm nhiều cảm biến hơn.
Bài viết này giải thích những thông số môi trường nào thường được giám sát tại các trang trại năng lượng mặt trời quy mô tiện ích, cách các cảm biến giám sát năng lượng mặt trời hoạt động với data logger và hệ thống SCADA, vị trí nên lắp đặt cảm biến, và cách dữ liệu môi trường đáng tin cậy có thể hỗ trợ phân tích hiệu suất PV và các quyết định O&M.
Giám sát năng lượng mặt trời quy mô tiện ích là gì?
Giám sát năng lượng mặt trời quy mô tiện ích là việc đo lường và phân tích tài nguyên mặt trời, điều kiện môi trường và các điều kiện đặc thù của PV trên một nhà máy điện mặt trời lớn. Nó kết hợp dữ liệu từ cảm biến hiện trường với dữ liệu vận hành nhà máy để giúp người vận hành hiểu cách điều kiện tại chỗ ảnh hưởng đến hiệu suất PV.
Cấu hình giám sát thường bao gồm ba lĩnh vực: tài nguyên mặt trời, điều kiện thời tiết và môi trường, và các điều kiện đặc thù của PV. Các phép đo cần thiết phụ thuộc vào thiết kế nhà máy, khí hậu, công nghệ PV và mục tiêu giám sát.
Giám sát tài nguyên mặt trời
Giám sát tài nguyên mặt trời đo lường bức xạ mặt trời sẵn có cho một nhà máy PV. Tùy thuộc vào dự án, các phép đo phổ biến bao gồm:
- Cường độ bức xạ mặt trời ngang toàn cầu (GHI)
- Bức xạ mặt phẳng mảng (POA)
- Bức xạ trực xạ (DNI) và bức xạ tán xạ ngang (DHI) khi áp dụng
- Bức xạ phản xạ hoặc albedo, đặc biệt đối với hệ thống PV hai mặt
Những phép đo này giúp người vận hành so sánh bức xạ mặt trời sẵn có với sản lượng điện PV thực tế. Bức xạ POA đặc biệt liên quan đến phân tích hiệu suất PV vì nó đại diện cho bức xạ mà mặt phẳng module nhận được. Để có giải thích rõ ràng hơn về các thành phần bức xạ khác nhau, xem GHI, DNI và DHI trong năng lượng mặt trời là gì?.
Để giám sát bức xạ mặt trời chuyên dụng, có thể sử dụng một pyranometer độc lập khi độ chính xác đo lường, hiệu chuẩn và tính nhất quán dữ liệu dài hạn là quan trọng đối với phân tích hiệu suất PV hoặc giám sát môi trường.
Sản phẩm liên quan: Nhật xạ kế / TBQ-2C
Giám sát môi trường và thời tiết
Điều kiện thời tiết ảnh hưởng đến môi trường vận hành của trang trại năng lượng mặt trời và có thể ảnh hưởng đến sản lượng PV và điều kiện tại chỗ. Các phép đo phổ biến bao gồm:
- Nhiệt độ môi trường
- Độ ẩm tương đối
- Tốc độ gió
- Hướng gió
- Lượng mưa
- Áp suất khí quyển
Những phép đo này giúp người vận hành giải thích hiệu suất PV trong điều kiện thực tế tại chỗ. Ví dụ, nhiệt độ môi trường và điều kiện gió ảnh hưởng đến nhiệt độ vận hành của module, trong khi lượng mưa có thể cung cấp bối cảnh hữu ích để đánh giá thay đổi thời tiết và điều kiện bụi bẩn tiềm ẩn.
Một trạm giám sát môi trường tích hợp có thể kết hợp nhiều phép đo này tại một vị trí hiện trường, giảm nhu cầu sử dụng các thiết bị riêng biệt và đơn giản hóa việc thu thập dữ liệu hiện trường. Để có giải thích sâu hơn về giám sát thời tiết PV và vai trò của nó trong vận hành trang trại năng lượng mặt trời, xem Trạm thời tiết PV là gì và tại sao nó lại quan trọng đối với các trang trại năng lượng mặt trời?.
Sản phẩm liên quan: Trạm giám sát môi trường quang điện PV RYQ-3
Giám sát môi trường đặc thù PV
Một số phép đo liên quan trực tiếp đến điều kiện của module PV và hiệu suất đặc thù của địa điểm. Tùy thuộc vào dự án, giám sát có thể bao gồm:
- Nhiệt độ mô-đun
- Điều kiện bụi bẩn
- Điều kiện tuyết khi có liên quan
- Albedo cho hệ thống PV hai mặt
Nhiệt độ module ảnh hưởng đến hiệu suất điện của PV, trong khi bụi bẩn có thể làm giảm bức xạ đến bề mặt module. Đối với hệ thống PV hai mặt, albedo cung cấp thông tin bổ sung về bức xạ phản xạ từ mặt đất đến mặt sau của module.
Để có tổng quan rộng hơn về các thành phần và chức năng của hệ thống giám sát môi trường PV, xem Hệ thống Giám sát Môi trường PV: Các Thành phần, Chức năng & Lợi tức Đầu tư (ROI) được Giải thích.
Sản phẩm liên quan: [Hệ thống giám sát chỉ số bụi cho các hệ thống quang điện DustCom] · XF500S-CWB Cảm biến giám sát năng lượng mặt trời/môi trường tích hợp PV
Tại sao giám sát môi trường lại quan trọng đối với các trang trại năng lượng mặt trời quy mô tiện ích?
Sản lượng điện của một trang trại năng lượng mặt trời không chỉ phụ thuộc vào thiết bị PV mà còn vào các điều kiện mà nó vận hành. Giám sát môi trường cung cấp dữ liệu tại chỗ cần thiết để đặt những thay đổi trong sản lượng nhà máy vào bối cảnh. Đối với các dự án quy mô tiện ích, điều này giúp người vận hành phân biệt những thay đổi do điều kiện môi trường với các vấn đề tiềm ẩn liên quan đến hệ thống.
Phân tách ảnh hưởng thời tiết khỏi tổn thất thiết bị
Sản lượng điện thấp không phải lúc nào cũng có nghĩa là có lỗi thiết bị. Sự giảm bức xạ mặt trời, thay đổi nhiệt độ môi trường hoặc các điều kiện thời tiết khác cũng có thể ảnh hưởng đến sản lượng PV.
So sánh các phép đo môi trường với sản lượng nhà máy giúp người vận hành xác định liệu một thay đổi có nhất quán với điều kiện tại chỗ hay liệu có thể cần điều tra thêm về hệ thống PV.
Hỗ trợ phân tích hiệu suất PV
Sản lượng PV cần được đánh giá dựa trên tài nguyên mặt trời sẵn có cho nhà máy. Bức xạ mặt trời, nhiệt độ và sản lượng nhà máy cung cấp dữ liệu cơ bản để so sánh hiệu suất PV trong các điều kiện vận hành khác nhau.
Điều này đặc biệt hữu ích cho giám sát hiệu suất PV, nơi những thay đổi trong tài nguyên mặt trời cần được tách biệt khỏi những thay đổi trong hiệu suất hệ thống.
Hỗ trợ các quyết định O&M năng lượng mặt trời
Điều kiện môi trường cũng có thể cung cấp bối cảnh hữu ích cho các quyết định O&M định kỳ. Ví dụ, những thay đổi trong điều kiện bụi bẩn có thể giúp xác định liệu có nên xem xét vệ sinh module, trong khi các điều kiện môi trường bất thường có thể cung cấp bối cảnh bổ sung khi điều tra sản lượng nhà máy bất thường.
Mục đích không phải là thay thế chẩn đoán thiết bị, mà là cung cấp cho đội ngũ O&M thông tin hiện trường bổ sung trước khi quyết định có cần kiểm tra hoặc bảo trì hay không.
Xác định các rủi ro môi trường đặc thù của địa điểm
Điều kiện môi trường thay đổi đáng kể giữa các vị trí trang trại năng lượng mặt trời, vì vậy các thông số giám sát phù hợp nhất cũng có thể khác nhau.
- Vị trí sa mạc: bụi và bám bẩn có thể là những mối quan tâm chính.
- Vị trí ven biển: độ ẩm, tiếp xúc với muối và gió mạnh có thể cần được giám sát chặt chẽ hơn.
- Vị trí có độ cao lớn: nhiệt độ thấp, gió mạnh và tuyết có thể ảnh hưởng đến hoạt động của nhà máy.
- Hệ thống PV hai mặt: albedo và bức xạ phản xạ từ mặt đất trở nên liên quan hơn.
Giám sát theo vị trí cụ thể đảm bảo rằng các yếu tố môi trường liên quan nhất đến một dự án PV cụ thể được đưa vào cấu hình giám sát.
Trang trại năng lượng mặt trời nên giám sát những thông số môi trường nào?
Hệ thống giám sát môi trường trang trại năng lượng mặt trời thường bao gồm bức xạ mặt trời, nhiệt độ, gió, độ ẩm, lượng mưa và các điều kiện đặc thù của PV. Cấu hình chính xác phụ thuộc vào thiết kế nhà máy, khí hậu, công nghệ PV và mục tiêu giám sát.
| Tham số | Mục đích giám sát |
| Bức xạ POA | Phân tích hiệu suất PV |
| GHI | Tham chiếu tài nguyên mặt trời |
| Nhiệt độ mô-đun | Phân tích sản lượng PV |
| Nhiệt độ môi trường | Phân tích môi trường và nhiệt |
| Tốc độ gió | Điều kiện thời tiết và làm mát |
| Hướng gió | Đặc trưng thời tiết địa phương |
| Độ ẩm tương đối | Điều kiện độ ẩm |
| Lượng mưa | Bối cảnh thời tiết và O&M |
| Bụi bẩn | Phân tích làm sạch và tổn thất |
| Suất phản chiếu | Phân tích PV hai mặt |
Các phép đo này được thu thập thông qua cảm biến giám sát năng lượng mặt trời và được sử dụng cho giám sát bức xạ mặt trời, phân tích hiệu suất PV và các quyết định O&M theo vị trí cụ thể. Bức xạ POA, nhiệt độ mô-đun, nhiệt độ môi trường xung quanh và điều kiện gió thường quan trọng đối với giám sát hiệu suất PV quy mô tiện ích, trong khi bụi bẩn và albedo trở nên liên quan hơn đối với các điều kiện vị trí cụ thể và cấu hình PV.
Cảm biến giám sát năng lượng mặt trời hoạt động cùng nhau như thế nào?
Cảm biến giám sát năng lượng mặt trời tạo thành một chuỗi dữ liệu từ đo lường hiện trường đến giám sát nhà máy. Cảm biến thu thập dữ liệu môi trường và PV, bộ ghi dữ liệu tổ chức và lưu trữ các phép đo, giao diện truyền thông chuyển dữ liệu, và SCADA hoặc nền tảng đám mây tích hợp nó với dữ liệu vận hành nhà máy.
Cảm biến hiện trường
Cảm biến hiện trường cung cấp các phép đo môi trường và PV thô được hệ thống giám sát sử dụng. Ví dụ, một Pyranometer cung cấp dữ liệu bức xạ mặt trời độc lập, trong khi cảm biến tích hợp có thể kết hợp nhiều phép đo tại một điểm giám sát duy nhất. Cấu hình cảm biến phụ thuộc vào yêu cầu giám sát của địa điểm.
Thiết bị ghi dữ liệu
Bộ ghi dữ liệu thu thập dữ liệu cảm biến, áp dụng dấu thời gian, thực hiện xác thực dữ liệu cơ bản và lưu trữ các phép đo trước khi truyền. Dấu thời gian nhất quán rất quan trọng khi dữ liệu môi trường được so sánh với sản lượng inverter và dữ liệu vận hành nhà máy khác.
Truyền thông và truyền dữ liệu
Lớp truyền thông chuyển dữ liệu cảm biến từ hiện trường đến nền tảng giám sát. RS485 và Modbus RTU thường được sử dụng ở cấp cảm biến, trong khi Ethernet, không dây, 4G hoặc các giao thức đặc thù của dự án có thể được sử dụng để truyền dữ liệu tùy thuộc vào cơ sở hạ tầng nhà máy.
SCADA hoặc nền tảng đám mây
SCADA hoặc nền tảng đám mây kết hợp các phép đo môi trường với dữ liệu vận hành nhà máy như sản lượng inverter và trạng thái thiết bị. Điều này cho phép người vận hành sử dụng bộ dữ liệu kết hợp cho các ứng dụng hệ thống giám sát nhà máy điện mặt trời và hệ thống giám sát trang trại năng lượng mặt trời.
Giám sát môi trường trang trại năng lượng mặt trời so với SCADA
Giám sát môi trường và SCADA phục vụ các vai trò khác nhau nhưng bổ sung cho nhau: cảm biến môi trường đo điều kiện địa điểm, trong khi SCADA giám sát thiết bị và vận hành nhà máy.
| Trọng tâm giám sát môi trường | Trọng tâm giám sát SCADA |
| Bức xạ mặt trời | Dữ liệu inverter |
| Nhiệt độ | Điện áp và dòng điện |
| Điều kiện gió | Sản lượng điện |
| Lượng mưa | Tình trạng thiết bị |
| Bụi bẩn | Cảnh báo |
| Nhiệt độ mô-đun | Trạng thái tracker |
Giám sát môi trường cung cấp các điều kiện địa điểm cần thiết để giải thích hiệu suất PV, trong khi SCADA cung cấp dữ liệu vận hành nhà máy. Khi được tích hợp vào hệ thống giám sát nhà máy điện mặt trời hoặc hệ thống giám sát trang trại năng lượng mặt trời, các bộ dữ liệu này có thể được so sánh để hiểu cách điều kiện môi trường liên quan đến những thay đổi trong sản lượng nhà máy.
Giám sát trang trại năng lượng mặt trời thay đổi như thế nào theo điều kiện địa điểm?
Ưu tiên giám sát nên được điều chỉnh theo khí hậu, địa hình, công nghệ PV và bố trí của địa điểm. Mục tiêu không phải là sử dụng nhiều cảm biến hơn, mà là đo các yếu tố môi trường liên quan nhất đến dự án.
- Trang trại năng lượng mặt trời ở sa mạc: Tập trung vào bức xạ mặt trời, nhiệt độ mô-đun, gió, bụi bẩn và lượng mưa. Tích tụ bụi và nhiệt độ mô-đun cao có thể ảnh hưởng đến sản lượng PV, khiến bụi bẩn và điều kiện nhiệt trở thành những cân nhắc quan trọng trong giám sát môi trường trang trại năng lượng mặt trời.
- Trang trại năng lượng mặt trời ven biển: Tập trung vào độ ẩm, nhiệt độ, gió, lượng mưa và bức xạ. Các phép đo này giúp mô tả đặc điểm độ ẩm và điều kiện thời tiết địa phương có thể ảnh hưởng đến vận hành PV và cung cấp bối cảnh cho hiệu suất nhà máy.
- Trang trại năng lượng mặt trời hai mặt: Tập trung vào bức xạ POA, bức xạ phía sau, albedo và nhiệt độ mô-đun. Giám sát bức xạ mặt trời nên tính đến bức xạ tiếp cận cả hai mặt của mô-đun thay vì chỉ dựa vào bức xạ phía trước.
- Trang trại năng lượng mặt trời có địa hình phức tạp: Xem xét nhiều vị trí giám sát, sự khác biệt địa hình, điểm đo đại diện và vị trí đặt cảm biến. Một trạm giám sát không nhất thiết đại diện cho toàn bộ địa điểm năng lượng mặt trời quy mô tiện ích, đặc biệt khi các dãy được phân bố ở các độ cao, độ dốc hoặc hướng khác nhau.
Cảm biến giám sát năng lượng mặt trời nên được lắp đặt ở đâu?
Vị trí đặt cảm biến ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng dữ liệu giám sát. Vị trí lắp đặt phải phù hợp với mục tiêu đo lường và cung cấp dữ liệu đại diện cho dãy PV được giám sát.
Đối với lắp đặt cảm biến bức xạ, cảm biến nên được đặt ở vị trí không bị cản trở với bóng râm tối thiểu. Đối với phép đo POA, độ nghiêng và hướng của nó phải phù hợp với dãy PV được giám sát. Pyranometer có thể cung cấp dữ liệu bức xạ độc lập khi cần đo bức xạ mặt trời chuyên dụng.
Đối với lắp đặt trạm thời tiết và đặt cảm biến nhiệt độ mô-đun, cảm biến nên phản ánh môi trường vận hành thực tế. Cảm biến thời tiết cần đủ độ phơi nhiễm trong khi tránh các cấu trúc và nguồn nhiệt gần đó, trong khi cảm biến nhiệt độ mô-đun nên duy trì tiếp xúc nhiệt tốt với bề mặt sau của một mô-đun đại diện. Nhiệt độ môi trường xung quanh không nên được coi là thay thế cho nhiệt độ mô-đun.
Đối với các địa điểm lớn hoặc phức tạp, một trạm giám sát không nhất thiết đại diện cho toàn bộ trang trại năng lượng mặt trời quy mô tiện ích. Cần xem xét quy mô nhà máy, địa hình, cấu hình dãy tấm pin, bố trí hệ thống theo dõi và khí hậu địa phương khi lựa chọn các điểm giám sát đại diện. Mục tiêu không chỉ đơn thuần là lắp đặt thêm cảm biến, mà là đảm bảo dữ liệu thu thập được phản ánh đúng điều kiện của dãy tấm pin PV đang được đánh giá.
Tại sao chất lượng dữ liệu lại quan trọng trong giám sát năng lượng mặt trời quy mô tiện ích?
Chất lượng dữ liệu là yếu tố thiết yếu để giám sát năng lượng mặt trời quy mô tiện ích đáng tin cậy. Độ chính xác của cảm biến, hiệu chuẩn và khả năng truy xuất nguồn gốc giúp duy trì tính nhất quán của các phép đo bức xạ và môi trường trong quá trình vận hành lâu dài. Ví dụ, một Pyranometer được bảo trì đúng cách có thể cung cấp tham chiếu bức xạ ổn định để so sánh điều kiện môi trường với sản lượng PV.
Tuy nhiên, độ chính xác của cảm biến chỉ là một phần của vấn đề. Bụi, mưa, lão hóa, thiếu bản ghi, tín hiệu không ổn định hoặc cấu hình sai có thể ảnh hưởng đến dữ liệu thu thập từ hệ thống giám sát ngoài trời. Vệ sinh và bảo trì cảm biến định kỳ, cùng với việc xác thực dữ liệu cơ bản và kiểm tra dữ liệu bất thường, giúp duy trì dữ liệu giám sát đầy đủ và có thể sử dụng được.
Từ dữ liệu môi trường đến quyết định O&M năng lượng mặt trời
Dữ liệu môi trường có thể giúp đội ngũ O&M phân biệt giữa những thay đổi do điều kiện tại địa điểm và các vấn đề cần kiểm tra thiết bị. Các mô hình sau đây cung cấp điểm khởi đầu thực tiễn thay vì chẩn đoán lỗi cố định.
Bức xạ thấp + công suất đầu ra thấp: Kiểm tra điều kiện thời tiết, nguồn bức xạ mặt trời khả dụng và dữ liệu cảm biến bức xạ trước tiên. Sự suy giảm công suất đầu ra của nhà máy có thể phù hợp với bức xạ mặt trời thấp hơn và chỉ nên được điều tra thêm nếu các điều kiện đo được không giải thích được sự thay đổi công suất đầu ra.
Bức xạ bình thường + công suất đầu ra bất thường: Nếu bức xạ vẫn trong phạm vi dự kiến trong khi công suất đầu ra thay đổi bất thường, có thể điều tra inverter, string, module và hệ thống điện để xác định các vấn đề tiềm ẩn liên quan đến thiết bị.
Bức xạ bình thường + mức bám bẩn tăng: Khi điều kiện bức xạ vẫn bình thường nhưng mức độ bám bẩn tăng, dữ liệu có thể hỗ trợ đánh giá vệ sinh và đánh giá tổn thất tiềm ẩn liên quan đến bám bẩn.
Nhiệt độ module cao + công suất đầu ra giảm: So sánh nhiệt độ module với nhiệt độ môi trường xung quanh và điều kiện gió. Nhiệt độ module cao hơn có thể ảnh hưởng đến công suất đầu ra của PV, trong khi điều kiện gió có thể ảnh hưởng đến việc làm mát module. Các phép đo này cần được xem xét cùng nhau trước khi xác định liệu có cần kiểm tra thêm hay không.
Kết luận
Giám sát năng lượng mặt trời quy mô tiện ích không phải là lắp đặt càng nhiều cảm biến càng tốt. Điều quan trọng là liệu các phép đo được chọn có đại diện cho địa điểm PV và có thể được sử dụng cùng với dữ liệu vận hành nhà máy hay không. Bức xạ, thời tiết, nhiệt độ module, vị trí đặt cảm biến và chất lượng dữ liệu đều cần được xem xét như một phần của cùng một thiết lập giám sát.
Cấu hình phù hợp phụ thuộc vào khí hậu tại địa điểm, công nghệ PV, bố trí nhà máy và mục tiêu giám sát. Yantai Sensor cung cấp các cảm biến giám sát bức xạ mặt trời, thời tiết, nhiệt độ, gió và các yếu tố môi trường khác cho các ứng dụng PV khác nhau, với cấu hình được điều chỉnh theo yêu cầu thực tế của dự án. Nếu bạn đang lên kế hoạch cho một hệ thống giám sát mới hoặc xem xét một thiết lập hiện có, liên hệ Yantai Sensor để thảo luận về các yêu cầu đo lường và cấu hình cảm biến phù hợp cho dự án của bạn.
