Pomiary sprawności paneli fotowoltaicznych - Lean-soft

Pomiary sprawności paneli fotowoltaicznych
"Dzięki możliwości jednoczesnego wyświetlania mierzonych wartości oraz zapisywania i analizy danych
historycznych stworzone rozwiązanie jest elastyczne, łatwe w użytkowaniu i proste do rozbudowy w
przyszłości."
- Sławomir Suski, Lean-Soft sp. z o.o.
Ogniwa fotowoltaiczne na świecie
Technologia paneli fotowoltaicznych zyskuje na popularności zarówno w przemyśle, jak i w sektorze
prywatnym. Istnieje wiele powodów, które uzasadniają zakup tego typu paneli. Do takich należą regulacje
prawne, takie jak np. krajowe limity emisji dwutlenku węgla, albo chociażby moda na ekologię w inżynierii.
Korzystanie z tego typu źródeł energii nie powoduje bowiem emisji szkodliwych substancji do środowiska,
co odróżnia je np. od elektrowni węglowych, które emitują duże ilości dwutlenku węgla, siarki i azotu do
atmosfery. Zgodnie ze statystykami podawanymi przez Europejskie Stowarzyszenie Przemysłu
Fotowoltaicznego (European Photovoltaic Industry Association) ilość energii wytwarzanej przez podłączone
do sieci elektrycznej ogniwa fotowoltaiczne wzrosła na świecie w 2011 roku o ponad 66% do wartości 27,7
GW (rok wcześniej było to 16,6 GW). Szacuje się, że w samej Europie zainstalowana moc ogniw wynosi 21
GW.
Firma Bauer Solar Production jest producentem markowych paneli słonecznych stosowanych w aplikacjach
przemysłowych i komercyjnych. Niedawno otworzyła nową fabrykę w Dąbrowie Górniczej, w której
produkuje różnego rodzaju panele słoneczne, wliczając w to zarówno ogniwa monokrystaliczne, jak i
polikrystaliczne. Aby lepiej spełniać potrzeby klientów, konieczne było określenie, w jakich warunkach
pogodowych najlepiej sprawdzają się wybrane typy paneli.
Założenia projektowe i wykonanie aplikacji
Poprzedni system monitorowania pracy ogniw stosowany przez Bauer Solar Production bazował na sprzęcie
i oprogramowaniu firmy SolarLog. Okazał się jednak być niewystarczająco elastyczny, aby można go było
dostosować do prowadzenia bardziej zaawansowanych pomiarów. Dlatego, decydując się na zamówienie
nowego systemu pomiarowego, firma Bauer Solar Production wskazała wśród wymaganych cech kilka
kluczowych:



system powinien umożliwiać rejestrację wyników pomiarów w bazie danych Firebird,
powinien umożliwiać analizę danych online i offline,
powinno się go móc podłączyć do obecnego systemu akwizycji danych (Lean-QS).
Wykonawca nowego systemu, firma Lean-Soft, zdecydował się na zastosowanie 8-slotowej obudowy NI
cDAQ-9188, ponieważ stanowiła ona proste rozwiązanie umożliwiające podłączenie gotowego zestawu do
fabrycznej sieci bazującej na Ethernecie i nie wymagała instalacji dodatkowych komputerów nadzorujących
w pobliżu stacji testów pogodowych. Całe urządzenie miało zostać zamontowane w specjalnej obudowie
(szafce) umieszczonej na dachu budynku, w związku z czym konieczne było użycie komponentów, które
byłyby odporne na trudne warunki środowiskowe i mogłyby pracować zarówno podczas mroźnych zim, jak i
w trakcie gorącego lata. Firma Bauer Solar Production potrzebowała też systemu monitorującego, który
mierzyłby następujące parametry środowiskowe i elektryczne:







temperaturę zewnętrzną,
wilgotność,
ciśnienie powietrza,
prędkość i kierunek wiatru,
napięcie wyjściowe paneli słonecznych,
prąd wyjściowy paneli słonecznych,
natężenie światła słonecznego.
W celu dokonywania pomiarów warunków otoczenia zastosowano stację pogodową Delta Ohm. Pozwoliło
to uniknąć konieczności kupowania i montowania wszelkich dodatkowych czujników. Oprogramowanie
systemu zostało stworzone w LabVIEW z wykorzystaniem sterowników NI-DAQmx i w oparciu o
architekturę maszyny stanów. Bardzo pomocne okazały się liczne przykłady aplikacji dostępne w Internecie
jak i w narzędziu LabVIEW Example Finder oraz szybkie wsparcie techniczne ze strony pracowników
National Instruments.
Mierzone parametry są wyświetlane w postaci wykresów na panelu frontowym, co pozwala na dostęp do
wszystkich potrzebnych danych w czasie rzeczywistym. Informacje te są też gromadzone w plikach
tekstowych – nowy plik tworzony jest co 24 godziny. Ponadto są one zapisywane do relacyjnej bazy danych
Firebird, dostępnej na zasadach open-source. Łączność z bazą odbywa się za pomocą narzędzia LabVIEW
Database Connectivity Toolkit. Dane gromadzone w plikach tekstowych są pomocne przy analizowaniu
zmian wydajności paneli słonecznych z użyciem oprogramowania takiego jak np. Microsoft Excel. Dostęp
do danych historycznych jest bardzo ważny, gdyż umożliwia badanie wpływu zmian warunków
atmosferycznych, takich jak natężenie promieniowania słonecznego i zachmurzenia w poszczególnych
porach roku na ilość generowanej energii. Dodatkowo dane te umożliwiają stworzenie modelu starzenia się
paneli słonecznych i wpływu zabrudzeń na ich pracę.
Plany na przyszłość
Producent paneli ma zamiar w przyszłości wykonywać dodatkowe pomiary ogniw z zastosowaniem różnych
obciążeń podłączonych do testowanych modułów. W pierwszej kolejności badania będą dotyczyły obciążeń
czysto rezystancyjnych – przykładowo konkretnych pomp wody pobierających 8 A prądu przy napięciu z
zakresu od 23 do 30 V. Ponadto w planach jest stworzenie systemu podobnego do tego służącego do
pomiarów pracy paneli słonecznych, ale służącego do badania warunków panujących w hali fabrycznej.
Pomiary stężeń szkodliwych gazów i jakości powietrza w budynku pozwolą producentowi zapewniać
zgodność z określonymi przepisami unijnymi w zakresie bezpieczeństwa.
Korzyści płynące z użycia platformy NI
Zastosowanie sprzętu do akwizycji danych wyprodukowanego przez National Instruments bardzo ułatwiło
konstrukcję systemu monitorowania paneli słonecznych. Dzięki możliwości jednoczesnego wyświetlania
mierzonych wartości oraz zapisywania i analizy danych historycznych stworzone rozwiązanie jest
elastyczne, łatwe w użytkowaniu i proste do rozbudowy w przyszłości.
Zdjęcie instalacji fotowoltaicznej wraz ze stacją meteorologiczną.