PV Monitor

Diagnostica Impianti Fotovoltaici
Tecnologia fotovoltaica – Presente e futuro
Trend di mercato
Sfide tecnologiche
• Integrazione architettonica
• Integrazione nelle Smart
Grid
• Raggiungimento della grid
parity
• Incremento delle
prestazioni
• Massimizzazione della resa
• Fornire informazioni
dettagliate sul campo
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Applicazioni
• Diagnostica
• Monitoraggio
Applicazioni – Diagnostica
Individuazione dei guasti
Individuazione del mismatch
• Agenti atmosferici e difetti di produzione
provocano un progressivo degrado del pannello.
• Il degrado può infine causare danni irreversibili
al pannello (riduzione della produzione).
• Individuare e sostituire i pannelli danneggiati
richiede tempo e lavoro, soprattutto nei grandi
impianti.
• Individuare rapidamente il danno riduce
perdite di potenza e costi di manutenzione.
• Le migliori prestazioni si ottengono se i
pannelli connessi ad uno stesso ingresso
dell’inverter sono omogenei in termini di
condizioni atmosferiche (temperatura,
irradianza) e caratteristiche elettriche.
• Individuare le perdite di potenza causata da
ombreggiamento parziale o mismatch dei
pannelli consente di ottimizzare la produzione
di potenza.
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Descrizione del sistema di monitoraggio
• Sistema innovativo per diagnostica e monitoraggio degli
impianti fotovoltaici a livello pannello.
• Una scheda di misura viene installata su ciascun pannello,
misurandone i parametri elettrici fondamentali.
• Comunicazione wireless fra schede di misura e
coordinatore.
• Comunicazione Modbus fra coordinatori e stazione remota.
• Interfaccia web e sistema di allarme consentono a
proprietari e manutentori del campo di:
 confrontare la produzione attesa con quella reale;
 controllare lo stato di ogni pannello;
 individuare guasti e possibili cause;
 localizzare immediatamente i pannelli da sostituire,
anche in grandi impianti;
 individuare le perdite di potenza.
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Scheda di misura – Caratteristiche
• Scheda di misura da pannello.
• Alimentazione energy harvesting a supercondensatori.
• 4 modalità di funzionamento:
 funzionamento normale
 test
 bypass
manutenzione
• 4 parametri elettrici fondamentali misurati:
 corrente di stringa e tensione del pannello
(funzionamento normale)
 corrente di corto circuito e tensione di circuito
aperto (test, bypass e manutenzione)
• Comunicazione wireless (2.4 GHz, protocollo 802.15.4
MiWi) con il coordinatore (PV Unit) per controllo e
trasmissione dati.
• Installazione semplice e rapida:
 montaggio sul telaio del pannello
 connettori di potenza standard per pannello e stringa
 nessun cavo aggiuntivo per alimentazione e dati
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Scheda di misura – Struttura
Misura dei parametri elettrici fondamentali (Vpanel in
funzionamento normale, Voc e Isc nelle altre modalità).
E’ possibile individuare il funzionamento in bypass.
La scheda di misura assorbe
una potenza trascurabile dal
pannello tramite uno stadio
energy harvesting:
nessun cavo aggiuntivo per
l’alimentazione.
I supercondensatori sono
più resistenti e affidabili
delle batterie al litio.
Quando l’interruttore di
disconnessione è aperto la
corrente di stringa circola in
un solo diodo di bypass.
La potenza persa in bypass
è minore rispetto
ai due o più diodi di bypass
del pannello.
La misura della corrente di stringa
viene effettuata nello stato di
funzionamento normale.
L’interruttore di disconnessione
si apre durante la fase di test (2 ms,
perdita di potenza trascurabile),
quando viene rilevato il
funzionamento in bypass, o per
attività di manutenzione.
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Comunicazione wireless
2.4 GHz 802.15.4 (MiWi),
distanza massima 60 m :
nessun cavo aggiuntivo
per i dati.
Scheda di misura – Misure effettuate
Funzionamento normale
• Il pannello è normalmente
connesso alla stringa.
• La corrente di stringa circola
nel pannello.
• Il punto di lavoro del
pannello è influenzato dal
resto della stringa.
Misure effettuate
Grandezze e informazioni ottenute
• Tensione del pannello.
• Corrente di stringa.
• Potenza istantanea del pannello e della
stringa.
• Individuazione del funzionamento in bypass.
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Scheda di misura – Misure effettuate
Test
• Il pannello è brevemente
disconnesso dalla stringa.
• Punto di lavoro e misure
non sono influenzati dal
resto della stringa.
• Potenza persa trascurabile
grazie alla brevità della
disconnessione (2 ms).
Misure effettuate
Grandezze e informazioni ottenute
• Corrente di corto circuito.
• Tensione di circuito aperto.
• Stima della massima potenza di pannello e
stringa.
• Stima della perdita di potenza.
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Scheda di misura – Misure effettuate
Bypass / Manutenzione
• Disconnessione automatica del
pannello quando lavora in bypass.
• La tensione sul pannello resta
positiva anche in bypass.
• Minore probabilità di hot spot:
pannello più affidabile.
• Si può disconnettere da remoto
il pannello per effettuare
operazioni di manutenzione.
Misure effettuate
Grandezze e informazioni ottenute
• Corrente di corto circuito.
• Tensione di circuito aperto.
• Stato del pannello (bypass o manutenzione).
• Stima della massima potenza di pannello e
stringa e della perdita di potenza.
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Scheda di misura – Installazione
Montaggio e connessione
• L’installazione delle schede di
misura è semplice e rapida.
• Le schede di misura vanno
avvitate sulla cornice del pannello.
• I collegamenti con pannello e
stringa sono realizzate tramite
connettori standard.
• Il verso di montaggio necessario
per la comunicazione wireless è
chiaramente indicato su schede di
misura e PV Unit tramite una
doppia freccia.
• Le schede di misura vanno
installate in un raggio di 60 m dalla
PV Unit di riferimento.
PV Unit
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PV Monitor – Struttura del sistema
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PV Monitor – Struttura del sistema
PV Unit
• PV Monitor è una rete di
sensori wireless estesa a
tutto l’impianto FV.
• Le PV Unit fungono da
router, dividendo la rete in
sottoreti.
• La struttura della rete non
deve necessariamente
seguire quella
dell’impianto.
• Ogni sottorete può avere
fino a 100 nodi.
• Le PV Unit sono connesse
come slave su Modbus
(RS485).
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PV Monitor – Struttura del sistema
Gestione dei dati
• La Stazione Remota funge
da bus master sul Modbus,
smistando dati e comandi
fra il campo e un database
server tramite Internet.
• Un’applicazione server
raccoglie ed elabora i dati
ricevuti dal campo.
• Interfaccia web e sistema
di allarme consentono a
proprietari e manutentori
di controllare lo stato
dell’impianto.
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PV Monitor – Interfaccia web
Vista gerarchica
• L’interfaccia web consente di gestire più impianti fotovoltaici.
• I dati raccolti organizzati in una struttura ad albero seguendo
la struttura dell’impianto (campo, inverter, parallelo di
stringhe, stringa).
• Analisi dei dati e gestione degli allarmi sono possibili ad ogni
livello della struttura.
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PV Monitor – Interfaccia web
funzionamento avaria
normale
wireless
corrente di pannello
pannello in
stringa nulla in bypass manutenzione
Vista pannelli
• Selezionando un nodo dell’albero l’interfaccia visualizza automaticamente tutti i pannelli
appartenenti al nodo stesso e ai suoi discendenti.
• Un LED di stato posizionato su ciascun pannello ne indica la modalità di funzionamento.
• La vista pannelli consente di controllare lo stato del sistema in modo semplice e rapido.
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PV Monitor – Interfaccia web
tutti i pannelli relativi
ad un nodo e ai suoi
discendenti
nelle slides seguenti si mostra
il funzionamento del pannello 9
(pannello viola)
nodo selezionato
(stringa, in questo caso)
Strumenti di analisi
• Gli strumenti di analisi sono disponibili per ogni nodo.
• E’ possibile confrontare i dati relativi al nodo e ai suoi discendenti.
• La finestra temporale può essere selezionata da un elenco di valori predefiniti (giorno, settimana,
mese) o scelta manualmente.
• I dati disponibili per singolo pannello, stringa e parallelo di stringhe sono:
 potenza reale e stima della massima potenza;
 correnti di corto circuito e di funzionamento, stima della corrente dell’MPP;
 tensione di circuito aperto e di funzionamento, stima della tensione dell’MPP.
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PV Monitor – Misure di potenza
potenza persa
stima massima potenza della stringa
differenza fra
potenza reale e
stima massima
potenza
Potenza di stringa
potenza reale della stringa
Vengono mostrate
potenza reale e stima
della massima
potenza di stringa.
Si può determinare la
potenza persa.
il pannello viola
è ombreggiato
l’ombreggiamento
parziale provoca la
perdita di potenza
mostrata sopra
Potenza dei pannelli
Viene mostrata la
potenza reale dei
pannelli.
E’ possibile rilevare
ombreggiamenti,
difetti e danni.
Impianto di prova a Valle di Maddaloni (CE) – 1 giugno 2012
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PV Monitor – Misure di corrente
Correnti dei pannelli
Vengono mostrate le
correnti di corto
circuito (linea
continua) e di
funzionamento (linea
tratteggiata).
il pannello viola
è in bypass
le misure vengono eseguite
anche col pannello in bypass
la corrente attraverso
il pannello si annulla
Potenza dei pannelli
Viene mostrata la
potenza reale dei
pannelli.
E’ possibile rilevare
ombreggiamenti,
difetti e danni.
Impianto di prova a Valle di Maddaloni (CE) – 1 giugno 2012
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PV Monitor – Misure di tensione
Tensioni dei pannelli
la forma a gradini di tensione
e potenza è dovuta ai diodi
di bypass
il pannello viola
è in bypass
Vengono mostrate le
tensioni di circuito
aperto (linea
continua) e di
funzionamento (linea
tratteggiata).
Potenza dei pannelli
la tensione del pannello
si annulla
Viene mostrata la
potenza reale del
pannello.
E’ possibile rilevare
ombreggiamenti,
difetti e danni.
Impianto di prova a Valle di Maddaloni (CE) – 1 giugno 2012
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PV Monitor – Dati di targa
Dati pannello
Tensione massima (Voc)
45 V
Corrente massima (Isc)
13 A
Dati meccanici
Temperatura operativa
Protezione involucro
- 35 °C ÷ 85 °C
IP 65
Raffreddamento
Natural Convection
Dimensioni [mm]
45 x 90 x 145
I/O
Wireless
2.4 GHz IEEE 802.15.4
Power Supply
Corrente assorbita max
20
40 mA