Lokálne merania v rámci veľkých solárnych projektov

Navrhovanie a prevádzka rozsiahleho solárneho projektu bez úplného pochopenia jeho potenciálneho výkonu nevyhnutne zvyšuje riziká počas celého životného cyklu. Jedným z riešení pre vývojárov sú overené údaje o solárnych zdrojoch vypočítané prostredníctvom satelitných modelov, ktoré pomáhajú pri presných výpočtoch energetického výnosu.

Na zníženie neistoty týchto výpočtov - a finančného rizika - je však potrebná ďalšia kľúčová zložka stratégie solárnych údajov: merania na mieste.

V prípade solárnych projektov s výkonom menším ako 10 MW môžu byť náklady na realizáciu kampane merania na mieste podľa osvedčených postupov neekonomické. V prípade veľkých projektov však investície do solárnych meraní prinášajú dôležité zlepšenia v oblasti technického návrhu a finančných rozhodnutí.

Keďže si to uvedomujú, realizátori solárnych projektov čoraz častejšie využívajú merania na mieste, aby posilnili údaje zo satelitného modelu a zmiernili finančné a technické riziká. Ďalším krokom pre toto odvetvie je zabezpečiť, aby sa pri kampaniach merania na mieste vždy dodržiavali osvedčené postupy, aby sa tieto investície nepremárnili nekvalitnými výstupnými údajmi.

V tomto pokračovaní seriálu Growing Pains vysvetlíme, prečo je zabezpečenie presnosti meraní na mieste nevyhnutné, a načrtneme, ako možno prekonať dva najčastejšie problémy: nevhodné vybavenie a nesprávnu realizáciu.

Úvod do presných kampaní merania na mieste

Vývoj rozsiahleho fotovoltického projektu si vyžaduje dlhú históriu solárnych a meteorologických údajov, optimálne 20 a viac rokov. Modely poskytujú historické údaje, sledujú premenné, ako je teplota, vietor a slnečné žiarenie, ale ich priestorová a časová granularita je obmedzená.

Globálne modely pokrývajú veľké územia, ale nemusia byť dostatočne podrobné na zachytenie miestnej klímy, ktorá sa môže výrazne líšiť na vzdialenosť kilometrov alebo dokonca stoviek metrov. Napríklad teplota, vietor a zrážky v pobrežnom meste sa budú líšiť od miesta o niečo ďalej vo vnútrozemí. Výrazné rozdiely sa pozorujú aj v kopcovitom teréne.

Okrem toho je štandardné časové rozlíšenie globálnych súborov údajov jedna hodina, ale na podrobné modelovanie technického návrhu môžu byť potrebné údaje na úrovni jednotlivých minút. To je mimoriadne dôležité najmä v prípade projektov solárnej energie a skladovania.

Riešením je doplniť historické údaje z modelov o podrobné miestne merania špecifické pre danú lokalitu, ktoré sa vykonávajú v priebehu aspoň jedného roka. To umožňuje vývojárom rekalibrovať modelované údaje a urobiť ich reprezentatívnejšími pre mikroklímu lokality a zároveň znížiť neistotu údajov. Miestne upravené historické údaje modelu sa potom používajú pri presnom a spoľahlivom predpovedaní výroby elektrickej energie z fotovoltiky na nasledujúcich 20 až 25 rokov. Upravené modelové údaje spoľahlivo reprezentujú nielen dlhodobé klimatické priemery, ale aj extrémy počasia, ktoré sú dôležité pre pochopenie rizikových modelov.

Súčasti meracej kampane s osvedčenými postupmi

Jeden rok meraní na mieste si vyžaduje investície do pyranometrov alebo iných solárnych prístrojov, meteorologických senzorov, záznamníkov údajov a ďalšieho hardvéru. Inštalácia a prevádzka zariadení by mala zahŕňať pravidelné čistenie a údržbu podľa osvedčených postupov a noriem definovaných Svetovou meteorologickou organizáciou.

Cieľom je zachovanie nízkej neistoty meraní na mieste počas celého trvania kampane. To si vyžaduje, aby:

• Sa použili aspoň 2 pyranometre triedy A, ktoré merajú globálne horizontálne žiarenie s ventilačnou jednotkou, aby sa vytvorila redundancia.
• V náročnejších klimatických podmienkach alebo pri väčších projektoch (viac ako 100 MW) sa merajú ďalšie zložky solárneho zdroja, ako je priame normálne žiarenie a difúzne horizontálne žiarenie. Tieto ďalšie solárne parametre sa môžu merať rôznymi solárnymi sledovačmi, rotačným tieňovým rádiometrom (RSR) alebo pyranometrom SPN1.
• Merajú sa ďalšie meteorologické parametre, ako je teplota vzduchu, rýchlosť vetra, smer vetra, tlak vzduchu a zrážky. Pri projektoch využívajúcich technológiu bifaciálnych fotovoltaických modulov sa meria aj albedo.
• Pri čistení a údržbe pyranometrov a meteorologických zariadení sa dodržiavajú osvedčené postupy.

Tri kritické výzvy pre meracie kampane na mieste

V tejto časti sú uvedené tri bežné výzvy pri získavaní a používaní údajov z meraní na solárnych lokalitách. Ide o tieto problémy:

1. Používanie nevhodných prístrojov a zariadení
2. Nesprávny postup realizácie
3. Zosúladenie pozemných meraní s časovými radmi satelitných modelov.

Problém 1: Používanie nevhodného vybavenia

Jedným z dôležitých prínosov meracích kampaní je zníženie systematických odchýlok v súboroch údajov slnečného modelu. Ak sa to nedosiahne v dôsledku nepresných údajov z pyranometrov a iných meteorologických prístrojov, celé úsilie bolo neefektívnym využitím zdrojov.

Keďže počiatočné náklady na prísnu, vedecky dôveryhodnú kampaň meraní nie sú zanedbateľné - približne 20 000 USD ročne alebo viac - zainteresované strany v rámci solárneho projektu môžu hľadať úspory nákladov znížením množstva použitých pyranometrov alebo voľbou lacného prístrojového vybavenia.

Neprimeranými investíciami, ktorých výsledkom sú chýbajúce snímače, používanie neštandardných a zle navrhnutých zariadení alebo nedostatočná redundancia merania, sú realizátori veľkých projektov vystavení nasledujúcim rizikám:

• Nespoľahlivé odčítanie údajov, ktoré vedie k neúplným a skresleným štatistikám.
• Systematické podhodnotenie/nadhodnotenie dlhodobých energetických výnosov, ktoré spôsobuje nedostatočné finančné výsledky alebo podhodnotenie.
• Chyby v technickom návrhu fotovoltaickej elektrárne v dôsledku nezohľadnenia špecifických mikroklimatických vlastností vrátane extrémneho počasia.
• Zvýšená degradácia komponentov FV elektrárne a vyššie náklady na prevádzku a údržbu v dôsledku nedostatočného pochopenia miestnych environmentálnych rizík, ako sú silný vietor, zvýšené znečistenie, prach, korózia, vysoké výkyvy teplôt alebo vysoká vlhkosť.

Viac informácií o finančných a technických rizikách vyplývajúcich z nepresných údajov o slnečnej energii nájdete v článku Growing Pain #1: Project Design (Rastúca bolesť č. 1: Návrh projektu)

Na zmiernenie týchto rizík spoločnosť Solargis odporúča vývojárom a ich partnerom v oblasti merania:

• Investovať do meteorologických staníc, ktoré obsahujú vysoko štandardné a doplnkové prístroje umožňujúce systematickú kontrolu konzistencie a stability údajov.
• Zapracovať do kampane redundanciu. Tým sa zníži vplyv prípadných chybných údajov v dôsledku poruchy alebo nesprávnej údržby.
• Investujte s ohľadom na dlhodobý horizont. Dobrý pyranometer môže stáť až 1500 EUR - ale počiatočné úspory z nákupu lacnejšieho zariadenia môžu byť oveľa nižšie ako náklady na použitie nepresných údajov pri navrhovaní rozsiahleho solárneho projektu.

Problém 2: Nesprávna realizácia meracích kampaní

Aj s najlepším prístrojovým vybavením dostupným na trhu meracia kampaň neprinesie užitočné údaje, ak aj stratégie nasadenia a údržby nie sú v súlade s osvedčenými postupmi.

Najmä v prípade veľkých solárnych projektov je potrebné zvážiť dve kľúčové otázky:

1. Je stratégia čistenia, prevádzky a údržby vhodná?
2. Odrážajú vykonané merania skutočné podmienky na mieste?

Je stratégia čistenia, prevádzky a údržby vhodná?

Pri veľkých fotovoltických projektoch sa často inštalujú desiatky pyranometrov. Samotný počet však nie je dostatočný na to, aby poskytol údaje, ktoré sa dajú využiť. Neoptimálne čistenie a údržba a odložená rekalibrácia môžu rýchlo znížiť hodnotu údajov získaných z meracej kampane.

V záujme zníženia nákladov existuje v solárnom priemysle tendencia realizovať meracie kampane vo vlastnej réžii namiesto toho, aby sa zadávali pokyny skúseným dodávateľom solárnych meraní.

Na rozdiel od meraní teploty si však zariadenia na meranie slnečného žiarenia vyžadujú starostlivé umiestnenie a systematický režim údržby. Väčšina meteorologických zariadení na vývojových lokalitách je inštalovaná v neoptimálnych podmienkach a podlieha:

• Tienenie fotovoltaickými modulmi, predmetmi alebo terénom, ktoré bránia slnečnému žiareniu
• Odrazom od fotovoltaických modulov, svetlých povrchov terénu alebo vody.
• Nesprávnej polohe, napríklad v nadmernej výške, ktorá neumožňuje jednoduchú údržbu.
• Nedostatočné čistenie, ktoré umožňuje usadzovanie prachu, zeminy alebo rosy, ktoré zakrývajú snímače.
• Problémy s batériou, internetom alebo záznamníkom údajov, neplatné kalibračné certifikáty, chýbajúca alebo nedostatočná kontrola kvality údajov.

Na riešenie tohto problému spoločnosť Solargis odporúča:

• Využiť špecializovaného partnera so znalosťami správnej praxe rozmiestnenia a usporiadania prístrojov a skúsenosťami s ochranou proti krádeži a zvieratám.
• Inštalovať obmedzený počet kvalitnejších a dobre udržiavaných pyranometrov, optimálne spojených s prístrojmi RSR alebo SPN1.
• Pri zostavovaní rozpočtu na kampaň vyčleňte významnú časť celkového rozpočtu na čistenie, prevádzku a údržbu namiesto nákupu dodatočných zariadení, ktoré sa následne nedajú riadne udržiavať.

Odrážajú vykonané merania skutočné podmienky na mieste?

Veľké solárne projekty sa často nachádzajú v odľahlých oblastiach. Bezpečnosť a dohľad nad cenným meteorologickým zariadením na odľahlom mieste motivuje k organizovaniu meracej kampane v blízkosti ľudských sídiel, kde sa zariadenie môže rozmiestniť a udržiavať s nižšími nákladmi.

Miestna mikroklíma však môže byť veľmi premenlivá, čo znamená, že vykonané merania sú pre zamýšľané miesto projektu nepresné. To platí najmä pre horské alebo pobrežné oblasti.

Okrem toho sa vo veľkých projektoch čoraz častejšie používajú dvojfázové moduly, ktoré zachytávajú slnečné žiarenie odrazené od povrchu. Merania albedo sa musia uskutočniť na rovnakom alebo podobnom type povrchu, ktorý sa plánuje na prevádzku projektu.

Na zmiernenie tohto problému spoločnosť Solargis odporúča:

• V prípade veľkých solárnych elektrární sa merania vykonávajú na viacerých miestach, aby sa zabezpečilo, že sa plne zohľadnia miestne klimatické/povrchové rozdiely.
• Zohľadniť sezónnosť - pri meraniach albedo má povrch odlišné vlastnosti v zime a v lete alebo počas suchých a vlhkých období, preto je rozhodujúce merať aspoň 12 mesiacov.
• Údaje z meraní sú kontrolované, validované a certifikované odborníkmi na solárne zdroje, ktorí sú kompetentní a dôveryhodní.

Úloha 3: Zosúladenie pozemných meraní s časovými radmi satelitných modelov

Vývojári v oblasti solárnej energie často čelia značným výzvam pri integrácii údajov z meracích kampaní na mieste s existujúcimi satelitnými modelmi. Ide najmä o prípady, keď sa nekontroluje kvalita údajov z meracích kampaní na mieste.

Údaje z meracích kampaní na mieste môžu byť:

• Nespoľahlivé - obsahujú anomálne a podozrivé dátové body, ktoré sa navzájom líšia a/alebo sú odlišné od modelových hodnôt.
• Neúplné - chýbajúce údaje počas dlhšieho obdobia z dôvodu poruchy zariadenia alebo nesprávnej kalibrácie.
• Nekonzistentne formátované - s rôznymi časovými značkami a metadátami.

To môže viesť k značnej neefektívnosti pre vývojárov, najmä ak odborníci na údaje musia údaje ručne opravovať a zosúlaďovať pomocou nevhodných softvérových nástrojov, ako sú tabuľkové procesory, ktoré neponúkajú funkcie špecifické pre danú oblasť.

Na efektívne riadenie kvality údajov spoločnosť Solargis odporúča, aby vývojári investovali do nástroja na vizualizáciu a analýzu údajov určeného na použitie v solárnom sektore so schopnosťou

• Ľahko importovať a vizualizovať údaje s cieľom identifikovať oblasti, ktoré je potrebné opraviť.
• Vytvoriť harmonizované časové rady vyplnením medzier údajmi z alternatívnych meraní alebo z modelových časových radov.
• Zosúladiť údaje časových radov a opraviť rôznorodé časové značky.
• Pridávať metadáta na potrebnú úroveň podrobnosti.
• Overte údaje pomocou nástrojov založených na slnečnej fyzike.
• Overte merania pomocou časových radov údajov zo satelitných modelov.

V konečnom dôsledku časové rady meraní fungujú najlepšie, ak sa používajú na doplnenie overených a presných súborov údajov o slnečnom žiarení odvodených zo satelitov. Tak údaje zo satelitného modelu, ako aj merania sú spojené s neistotou. Kombinácia zdrojov údajov pomáha dosiahnuť najnižšiu možnú úroveň neistoty pri posudzovaní solárneho výkonu lokality.

Na základe bohatých skúseností so spracovaním údajov zo solárnych meraní a modelov spoločnosť Solargis nedávno vydala softvérový nástroj, ktorý pomáha vývojárom a prevádzkovateľom solárnych zariadení efektívne riadiť kvalitu ich údajov. Solargis Analyst umožňuje jednoduché porovnávanie súborov údajov z meraní na mieste alebo z modelov a zabezpečuje konzistentnú kvalitu údajov.

Kontaktujte spoločnosť Solargis a dozviete sa viac o tom, ako vám môže poradiť pri realizácii a overovaní kampaní merania na mieste pre veľké solárne projekty: https://solargis.com/contact-us