Systemy śledzenia słońca

Trakery solarne to ruchome elementy, na których montuje się panele fotowoltaiczne. Umożliwiają ich ustawienie w taki sposób, by światło słoneczne padało na nie pod optymalnym kątem, przy którym efektywność jego przetwarzania w energię elektryczną będzie maksymalna. Systemy śledzenia słońca generują dużo danych, dlatego mają duży wpływ na wydajność systemu SCADA. Zależy to także od szczegółów integracji tych dwóch rozwiązań.

Kluczowa kwestia to możliwość komunikacji z trakerami. Zazwyczaj nie jest to problemem, gdyż standardem w systemach śledzących ruch słońca są popularne protokoły, jak na przykład Modbus TCP/IP, które mogą być łatwo odczytane przez większość systemów SCADA.

Komunikacja jest wymagana, żeby system SCADA mógł na przykład przesyłać zbiorczo sygnały sterujące do trakerów w sytuacjach awaryjnych. Takimi są zmiany warunków pogodowych na niekorzystne – przykładowo, jeżeli spodziewany jest silny wiatr, panele słoneczne należałoby ustawić równolegle względem ziemi, żeby uniknąć ich uszkodzenia przez wichurę.

Aplikacje dedykowane

Oprócz tego systemy śledzenia słońca są często oferowane w zestawie z oprogramowaniem. Aplikacje te przeważnie mają tylko ograniczoną funkcjonalność – pozwalają na sprawdzenie podstawowych parametrów, jak poziom naładowania akumulatora, czy stan silnika. W bardzo dużych instalacjach jest to ogromną zaletą. W zależności bowiem od sposobu zorganizowania trakerów wiele rzędów paneli może współdzielić jeden napęd, lecz może być też tak, że jeden napęd obsługuje tylko jeden rząd. W elektrowniach megawatowych w drugim przypadku oznaczać to więc może, że w systemie śledzenia położenia słońca działa nawet kilka tysięcy napędów. Monitorowanie ich szczegółowych parametrów przez system SCADA znacząco by go obciążało. Zamiast tego, komunikując się z dedykowaną aplikacją obsługującą trakery, system nadrzędny uzyskuje ogólną albo zbiorczą informację o ich stanie.

Jak zmierzyć dni?

Ustawieniem paneli fotowoltaicznych system SCADA steruje na podstawie danych ze stacji pogodowych albo innych systemów, które dostarczają mu informacji niezbędnych w tym celu. Ostatnie to przede wszystkim poziom nasłonecznienia, czyli strumień promieniowania słonecznego przypadającego na jednostkę powierzchni wyrażany w W/m². W tym zakresie mierzonych jest kilka wskaźników, które są wykorzystywane w różny sposób.

Jednym z nich jest DNI (Direct Normal Irradiance). Charakteryzuje on strumień promieniowania, które pada bezpośrednio na powierzchnię ustawioną względem niego prostopadle. W pogodny dzień jest ono źródłem nawet do 95% energii słonecznej odbieranej na powierzchni Ziemi, z kolei w pochmurny jest ona bliska zeru. Pomiar wskaźnika DNI ma kluczowe znaczenie w przypadku technik konwersji promieniowania słonecznego w energię, w których jest ono koncentrowane na jej przetworniku, jak w elektrowniach termicznych w technologii CSP (Concentrated Solar Power) czy instalacjach fotowoltaicznych typu CPV (Concentrated Photovoltaic). DNI jest mierzone czujnikiem o małym kącie widzenia (zwykle 5°), który montowany jest na trakerze. System sterowania wykorzystuje ten wskaźnik do obliczania optymalnego ustawienia panelu fotowoltaicznego albo reflektora w instalacji CSP.

Czym jest DHI, GHI, POA?

Typowo źródłem 5% energii słonecznej odbieranej na powierzchni Ziemi w pogodny dzień i nawet 100% w pochmurny jest promieniowanie rozpraszane w atmosferze. Na panele fotowoltaiczne pada ono pod różnymi kątami. Jego ilość wyrażana jest wskaźnikiem DHI (Diffuse Horizontal Irradiance). Mierzy się go czujnikiem montowanym na trakerze, który powinien być osłonięty przed bezpośrednim nasłonecznieniem.

Kolejny wskaźnik to Global Horizontal Irradiance (GHI). Jest to suma DNI skorygowanego o kąt θ, pod jakim pada i DHI (GHI = DNI × cos(θ) + DHI). Pomiar wskaźnika GHI umożliwia porównanie dostępnej energii słonecznej w różnych lokalizacjach.

Ważnym parametrem jest POA (Plane Of Array). Jest to natężenie promieniowania padającego na pochyloną płaszczyznę jak panel fotowoltaiczny. Jest trudne do obliczenia na podstawie wyników pomiarów innych wskaźników, gdyż wymaga uwzględnienia promieniowania odbitego (od podłoża, elementów konstrukcyjnych panelu) i wpływu jego zacienienia. Można je za to dokładnie zmierzyć czujnikiem nachylonym pod takim kątem jak panele. Jest wykorzystywane do oceny sprawności instalacji fotowoltaicznej przez porównanie ilości energii elektrycznej, jaka jest spodziewana do wyprodukowania przy danym POA z tą rzeczywiście wytwarzaną w danej instalacji. Jej spadek może dowodzić konieczności jej przeglądu i konserwacji.

Do pomiaru nasłonecznienia wykorzystywane są pyranometry. Więcej o nich piszemy w ramce.