Việc giám sát nhà máy điện mặt trời khác giám sát một nhà xưởng ở chỗ sản lượng phụ thuộc thời tiết, nên số liệu chỉ có nghĩa khi đi kèm lượng bức xạ đo tại chỗ. Bài viết nêu các đại lượng cần đo, cách đọc số liệu bộ nghịch lưu, cách tính tỷ số hiệu suất và dòng thiết bị Advantech chịu được điều kiện nhà inverter.
Một dự án điện mặt trời có hai giai đoạn cần số liệu khác nhau. Giai đoạn đầu là nghiệm thu, khi phải chứng minh nhà máy phát đúng công suất thiết kế ứng với điều kiện bức xạ thực tế. Giai đoạn sau là vận hành nhiều năm, khi mối quan tâm chuyển sang phát hiện cụm tấm pin suy giảm bất thường và sắp lịch vệ sinh tấm. Hệ thống giám sát phải phục vụ được cả hai.
Các đại lượng cần đo tại nhà máy điện mặt trời
| Đại lượng | Thiết bị đo | Kiểu tín hiệu | Dùng vào việc gì |
|---|---|---|---|
| Bức xạ mặt trời | Cảm biến bức xạ đặt cùng mặt phẳng tấm pin | Analog 4 đến 20 mA hoặc điện áp thấp | Mẫu số khi tính tỷ số hiệu suất, so sánh giữa các ngày |
| Nhiệt độ tấm pin | Cảm biến dán mặt sau tấm | Analog | Giải thích phần sản lượng hụt vào giữa trưa |
| Nhiệt độ và độ ẩm môi trường | Cảm biến đặt trong lồng che | Analog | Theo dõi điều kiện làm việc của thiết bị trong nhà inverter |
| Dòng và áp từng chuỗi tấm | Hộp gom chuỗi có chức năng đo | Modbus RTU | Phát hiện chuỗi hỏng, chuỗi bị che bóng hoặc bám bụi |
| Sản lượng từng bộ nghịch lưu | Bản thân bộ nghịch lưu | Modbus RTU hoặc Modbus TCP | So sánh giữa các bộ, phát hiện bộ dừng ngoài giờ trực |
| Điện năng phát lên lưới | Công tơ tại điểm đấu nối | Modbus RTU | Đối chiếu với sản lượng cộng dồn của các bộ nghịch lưu |
| Trạng thái máy cắt và cảnh báo | Tủ trung thế, tủ hạ thế | Tín hiệu số qua module vào ra | Biết nguyên nhân dừng phát ngay khi xảy ra |
Ba dòng đầu bảng là phần hay bị cắt để giảm chi phí đầu tư. Không có cảm biến bức xạ thì mọi so sánh sản lượng giữa các tháng đều thiếu cơ sở, vì không tách được phần do thời tiết khỏi phần do thiết bị.
Cách gom số liệu trong một nhà máy nhiều nhà inverter
Mặt bằng điện mặt trời trải rộng, khoảng cách giữa các nhà inverter tính bằng trăm mét tới kilômét. Cấu trúc thường dùng chia làm hai tầng.
Tầng dưới nằm trong từng nhà inverter. Các bộ nghịch lưu và hộp gom chuỗi tại đó đấu chuỗi trên một đường RS-485 ngắn, cùng với module đọc cảm biến analog của trạm thời tiết gần nhất. Một máy tính công nghiệp cỡ nhỏ đặt trong tủ làm nhiệm vụ đọc và đệm dữ liệu, giữ được số liệu khi đường truyền về trung tâm tạm mất.
Tầng trên là mạng cáp quang nối các nhà inverter về phòng điều hành, chạy Modbus TCP trên nền Ethernet. Chọn cáp quang thay cho cáp đồng cho các tuyến dài không chỉ vì khoảng cách mà còn vì cách ly về điện: hai đầu tuyến nằm ở hai hệ nối đất khác nhau, dùng cáp đồng thì chênh lệch điện thế giữa hai hệ có thể phá hỏng cổng mạng.
Thiết bị Advantech cho nhà inverter và phòng điều hành
| Vai trò | Model | Thông số theo tài liệu hãng | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| Máy gom dữ liệu trong nhà inverter | ARK-1123C | Intel Atom E3825 lõi kép 1,33 GHz, 2 cổng Gigabit, 2 cổng RS-232/422/485, khe mSATA và khay ổ 2,5 inch, gá DIN rail hoặc treo tường | Hai cổng mạng cho phép tách mạng thiết bị và mạng truyền về trung tâm |
| Máy gom cỡ nhỏ, tủ chật | ARK-1122C | Intel Atom N2600 1,6 GHz, 4 cổng COM, nhiệt độ làm việc -20 đến 60 độ C | Bốn cổng COM đủ đọc nhiều nhánh RS-485 riêng biệt |
| Đọc cảm biến bức xạ và nhiệt độ | ADAM-4117 | 8 kênh vào analog độc lập, có phát hiện đứt mạch vòng 4 đến 20 mA, nguồn 10 đến 48 VDC, chống xung 1 kV trên đầu vào nguồn | Phát hiện đứt mạch giúp phân biệt cảm biến hỏng với trời tối |
| Đọc trạng thái tủ điện | ADAM-6060 | 6 kênh vào số và 6 ngõ relay, nói Modbus TCP qua cổng Ethernet | Đấu thẳng vào switch, không cần thêm bộ chuyển đổi |
| Mạng giữa các nhà inverter | EKI-2528PAI | Nhiệt độ làm việc -40 đến 75 độ C, vỏ kim loại đạt IP30, nguồn kép 24 hoặc 48 VDC, có relay báo lỗi nguồn, bảo vệ xung trên đường nguồn | Dải nhiệt rộng phù hợp tủ ngoài trời và nhà inverter không điều hoà |
| Máy tại phòng điều hành | ARK-2150L | Vi xử lý Intel Core i7, i3 hoặc Celeron, tối đa 8 GB bộ nhớ, 2 cổng Gigabit, 4 cổng COM, hai ngõ xuất hình | Chạy phần mềm giám sát và xuất báo cáo sản lượng theo ngày |
Tính tỷ số hiệu suất và đọc kết quả
Tỷ số hiệu suất so sánh sản lượng thực tế với sản lượng lý thuyết suy ra từ bức xạ đo được và công suất lắp đặt. Giá trị này không cố định trong ngày: buổi trưa nắng gắt, nhiệt độ tấm pin cao làm hiệu suất giảm, đó là hiện tượng bình thường chứ không phải hỏng hóc. Vì vậy nên theo dõi theo ngày và theo tuần thay vì theo từng giờ.
Ba dạng bất thường thường thấy trên biểu đồ. Thứ nhất, một bộ nghịch lưu có sản lượng thấp hơn hẳn các bộ còn lại trong cùng điều kiện bức xạ, thường do lỗi thiết bị hoặc do một chuỗi tấm bị ngắt. Thứ hai, tỷ số hiệu suất của cả nhà máy giảm dần đều trong nhiều tuần khô hạn, thường do bụi bám mặt tấm, xử lý bằng lịch vệ sinh. Thứ ba, sản lượng tụt đột ngột vào một khung giờ cố định mỗi ngày, thường do bóng che từ công trình hoặc cây mới mọc.
Có ba dạng dữ liệu này thì việc vận hành chuyển từ đối phó sang có kế hoạch: biết trước khi nào cần vệ sinh, biết bộ nghịch lưu nào cần kiểm tra trong lần bảo trì tới.
Chọn thiết bị giám sát cho dự án điện mặt trời
Bốn thông tin cần có trước khi chốt cấu hình: số bộ nghịch lưu và giao thức của chúng, số nhà inverter và khoảng cách giữa chúng, số kênh analog của trạm thời tiết, và điều kiện nhiệt độ thực tế trong nhà đặt thiết bị. Bốn con số này quyết định số máy gom, chọn cáp quang hay cáp đồng, số module analog và dải nhiệt độ của thiết bị mạng.
Máy đặt trong tủ chọn theo danh mục máy tính không quạt, module thu tín hiệu nằm ở Embedded IoT Solutions. Trang sản phẩm hai mã hay dùng trong nhà inverter: ARK-1123C và EKI-7659CPI cho tuyến cáp quang có dự phòng vòng. Phần tính suất tiêu hao và đối chiếu hóa đơn nằm ở bài máy tính công nghiệp quản lý năng lượng.
Để đối chiếu cấu hình với các dòng máy khác cùng hãng, xem danh mục máy tính nhúng Advantech trên IPC247. Khi cần lọc model theo dải nhiệt độ và số cổng, dùng công cụ chọn máy theo yêu cầu.
Câu hỏi thường gặp về giám sát điện mặt trời
Tỷ số hiệu suất của nhà máy điện mặt trời là gì?
Đó là tỷ lệ giữa sản lượng điện thực tế và sản lượng lý thuyết tính từ lượng bức xạ đo được, công suất lắp đặt và hệ số suy giảm theo nhiệt độ. Chỉ số này cho phép so sánh hai ngày có nắng khác nhau, hoặc so sánh hai cụm tấm pin trong cùng một nhà máy. Muốn tính được thì bắt buộc phải có cảm biến bức xạ đặt tại chỗ.
Đọc dữ liệu bộ nghịch lưu bằng cách nào?
Đa số bộ nghịch lưu nối lưới có cổng RS-485 nói Modbus RTU, một số dòng có sẵn cổng Ethernet. Cách phổ biến là đấu chuỗi các bộ nghịch lưu trong cùng một nhà inverter trên một đường RS-485, rồi đưa về máy gom dữ liệu đặt tại đó. Bảng thanh ghi khác nhau theo hãng nên phải lấy tài liệu của đúng dòng máy.
Vì sao máy giám sát trong nhà inverter phải là máy không quạt?
Nhà inverter thường không có điều hoà, nhiệt độ ban trưa cao và có bụi từ mặt bằng xung quanh. Máy có quạt hút bụi vào bên trong và quạt là chi tiết hỏng sớm nhất trong điều kiện đó. Máy không quạt tản nhiệt qua vỏ, chọn model có dải nhiệt độ làm việc rộng thì tuổi thọ dự đoán được theo linh kiện điện tử.
Dữ liệu giám sát điện mặt trời nên lưu bao lâu?
Dữ liệu chu kỳ ngắn dùng để phát hiện sự cố nên giữ vài tháng là đủ. Dữ liệu sản lượng theo giờ và theo ngày nên giữ suốt vòng đời dự án vì đây là cơ sở đối chiếu với hợp đồng mua bán điện và theo dõi mức suy giảm của tấm pin theo năm. Hai loại dữ liệu này lưu với chu kỳ khác nhau để tiết kiệm dung lượng.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
