Cosa è un impianto fotovoltaico “intelligente”?

Sta emergendo una nuova generazione di tecnologie per centrali fotovoltaiche intelligenti che offre capacità di Operazione e Manutenzione (O&M) remote sempre più sofisticate, maggiore affidabilità dell’impianto e migliori rendimenti energetici. Se il modulo FV è la sala macchine di un impianto solare, l’inverter e le tecnologie di controllo associate formano il cervello. Man mano che la penetrazione della generazione FV cresce, crescono anche le sfide di gestione che derivano dall’adattamento di tale potenza alla rete e in particolare gli inverter si stanno evolvendo per diventare sempre più sofisticati per soddisfare le esigenze degli operatori di rete e dei clienti.

Una definizione di fotovoltaico “smart” o intelligente

Un’ulteriore sfida rappresentata dalla crescita del fotovoltaico è la crescente dimensione e dispersione geografica delle flotte solari. I proprietari di impianti in grandi paesi come la Cina o gli Stati Uniti devono affrontare notevoli difficoltà logistiche nell’operare e mantenere la loro flotta, semplicemente a causa della natura distribuita delle loro risorse.

La gestione dei team sul campo diventa un esercizio più costoso e, ancora una volta, le innovazioni nel controllo dell’alimentazione e nelle tecnologie di comunicazione stanno aiutando a ridurre al minimo la quantità di interventi manuali necessari per mantenere un impianto in funzione in modo ottimale.

La generazione emergente di centrali solari abilitate dalle sempre più sofisticate tecnologie di inverter e controllo è stata soprannominata “smart PV”, o fotovoltaico intelligente. Nell’impianto fotovoltaico intelligente, l’intero processo di implementazione dell’impianto fotovoltaico, dalla costruzione all’O & M, è ottimizzato e innovato. Informazioni digitali, Internet e tecnologie fotovoltaiche vengono riunite per ottimizzare l’investimento iniziale, ridurre i costi di O&M, migliorare la resa di energia elettrica e aumentare il ritorno sull’investimento.

Fondamentalmente, un impianto fotovoltaico intelligente è quello in cui l’intervento manuale è ridotto attraverso l’implementazione di operazioni completamente automatizzate. Un sistema intelligente può rilevare, diagnosticare e correggere automaticamente i guasti, migliorando così la resa di energia elettrica, abbassando i costi di O&M e aumentando i ricavi del sistema. I tre assi di un sistema fotovoltaico intelligente sono automazione, informatizzazione e intelligenza.

Automazione

Automazione significa ridurre le operazioni manuali in loco attraverso l’utilizzo di componenti che non possono essere danneggiati e che quindi riducono al minimo la diagnosi in loco o la riparazione manuale. Le soluzioni di automazione tradizionali hanno dovuto affrontare una serie di problemi che le hanno rese più costose. Ad esempio, le dimensioni tradizionalmente grandi dei dispositivi hanno comportato la necessità di attrezzature per il sollevamento pesante, con conseguenti costi di installazione elevati.

Le soluzioni tradizionali utilizzano anche ventole esterne per il raffreddamento. Le ventole esterne presentano vari problemi come rumore, scarsa affidabilità e costi di sostituzione o manutenzione elevati. Nel frattempo, la sala apparecchiature dell’inverter richiede una pulizia periodica, poiché l’accumulo di polvere o nebbia salina può causare guasti al dispositivo. Gli esperti devono visitare il sito per la risoluzione dei problemi. È richiesto un O&M frequente e lungo e, una volta che si verifica un guasto, le perdite subite possono essere enormi.

Rimuovendo componenti danneggiabili, integrando funzioni complesse e rimuovendo componenti e operazioni che richiedono manutenzione, l’impianto fotovoltaico intelligente ha un’architettura complessiva più semplice. In generale, la soluzione fotovoltaica intelligente facilita la costruzione della centrale elettrica semplificando la progettazione, abbreviando i tempi di costruzione e semplificando il rapporto tra i pezzi di ricambio.

Informatizzazione

L’informatizzazione si riferisce al rilevamento intelligente e ad alta precisione sulle stringhe di pannelli solari, alla trasmissione ad alta velocità, alta affidabilità ea basso costo di tali dati, nonché all’archiviazione e al monitoraggio ad alta affidabilità dei dati in background.

Le soluzioni tradizionali hanno in genere una grande granularità dei dati, una bassa precisione di rilevamento e una bassa affidabilità di trasmissione. Inoltre, per gli inverter centralizzati o distribuiti non è disponibile il monitoraggio delle stringhe, mentre per gli inverter centralizzati è disponibile solo il rilevamento della corrente.

La soluzione fotovoltaica intelligente supporta il rilevamento delle stringhe ad alta precisione. Le tecnologie avanzate di comunicazione su linea di alimentazione (PLC) e di comunicazione wireless 4G vengono utilizzate per la trasmissione intra-array e la comunicazione all’interno della stazione di potenza. Per il rilevamento delle stringhe vengono utilizzati sensori ad alta precisione.

Mediante un algoritmo di compensazione differenziale ad alta frequenza e una calibrazione di fabbrica ad alta precisione, la precisione di rilevamento raggiunge lo 0,5%. La soluzione FV intelligente può monitorare accuratamente le informazioni bidimensionali della tensione e della corrente della stringa. Inoltre, la soluzione FV intelligente può monitorare lo stato delle stringhe in tempo reale, generare automaticamente allarmi per anomalie e individuare con precisione i guasti delle stringhe.

L’utilizzo della tecnologia di comunicazione wireless 4G per la comunicazione intra-centrale offre diversi vantaggi: rispetto alla funzione, la copertura di una singola stazione può raggiungere gli 80 chilometri quadrati, il ritardo di trasmissione è inferiore a 50ms ed è supportata un’espansione regolare della centrale.

Per quanto riguarda l’ingegneria e l’O & M, le fibre ottiche e l’ammaraggio non sono necessari e quindi la risoluzione dei problemi e la manutenzione diventano semplici. Per quanto riguarda la gestione, Internet mobile, terminali fotovoltaici intelligenti, droni e supporto remoto di esperti lavorano in modo collaborativo per garantire un O&M efficiente.

Intelligenza

L’intelligenza implica l’utilizzo dell’analisi dei big data per consentire il rilevamento rapido dei problemi e la scelta della soluzione O&M corretta. L’aspetto dell’intelligenza della soluzione fotovoltaica intelligente comprende tre filoni principali:

1. Estrazione attiva di componenti a bassa efficienza per ottenere una manutenzione preventiva: ciò consente di ottimizzare in modo proattivo lo stato operativo delle centrali elettriche per i proprietari degli impianti, in particolare quelli con un numero elevato di impianti, tenendo in considerazione sia la manutenzione che il funzionamento degli impianti.

L’analisi discreta viene eseguita per tutte le stringhe e i dispositivi per identificare le anomalie per le quali non viene generato alcun allarme. Ad esempio, per una striscia calda, il sistema potrebbe non generare alcun allarme, ma l’efficienza di questa stringa è inferiore a quella di altre stringhe. Pertanto, è possibile individuare questa stringa mediante analisi discreta.

Inoltre, è anche possibile valutare i dispositivi eseguendo analisi comparative e misurando l’efficienza e i guasti dei dispositivi a lungo termine. I risultati della valutazione possono essere utilizzati come riferimento per la futura selezione del dispositivo e la progettazione della soluzione.

2. Manutenzione a distanza – non presidiata o da poche persone: le centrali elettriche non richiedono personale in servizio in loco. Il monitoraggio e l’analisi vengono effettuati presso la sede centrale. Quando si verifica un guasto, il sistema invia allarmi e suggerimenti per la correzione al personale in servizio, che può gestire rapidamente i problemi seguendo le istruzioni del sistema.
3. Localizzazione accurata dei guasti, riduzione del tasso di errore di diagnosi e migliore efficienza O&M: basato sul rilevamento ad alta precisione del livello di stringa del controller FV intelligente, il sistema è in grado di rilevare i guasti in modo tempestivo. Analizzando i database, il sistema può individuare con precisione uno specifico dispositivo difettoso e proporre suggerimenti per la manipolazione basati su misure preimpostate e sull’esperienza di O&M.