Huawei Smart Logger a Smart Guard – meracie systémy na solárne panely v priemyselných systémoch

Solárny systém priemyselných rozmerov prinesie očakávaný výnos len vtedy, ak všetky jeho komponenty fungujú spoľahlivo a pod dohľadom – a ak sa predsa len vyskytne porucha, niekto ju okamžite zistí. Riešenie tejto výzvy ponúkajú dva kľúčové prvky ekosystému Huawei FusionSolar: smart logger a smart guard. Prvý z nich je mozgom systému zodpovedným za zber údajov a komunikáciu, druhý je inteligentná spínacia a riadiaca jednotka zodpovedná za bezpečnosť dodávky energie.

V tomto článku si vysvetlíme, prečo je nepretržité monitorovanie systému v priemyselnom prostredí nevyhnutné, akú úlohu zohráva inteligentný merací prístroj pri správe výrobných údajov a ako sa Huawei Smart Guard integruje do hybridných systémov a systémov s akumuláciou energie. Ukážeme tiež, ako sa s týmito zariadeniami buduje kompletný priemyselný fotovoltaický systém, aké výhody to prináša dodávateľom a prevádzkovateľom a na čo je potrebné dávať pozor pri projektovaní a uvedení do prevádzky.

Prečo je monitorovanie systému v priemyselných fotovoltaických systémoch nevyhnutné?

Priemyselný fotovoltaický systém – či už ide o strešný systém s výkonom niekoľkých stoviek kilowattov alebo solárnu elektráreň s výkonom niekoľkých megawattov – funguje ako investícia. Ak ho nebudete neustále monitorovať, zaručene prídete o čas výroby, ktorý už nebude možné nahradiť. Neustálym monitorovaním solárneho systému 24 hodín denne, 7 dní v týždni a pravidelnou údržbou je možné predchádzať poruchám a atypické odchýlky vo výstupnej krivke sa okamžite prejavia – vyhľadávanie porúch môže začať ešte skôr, ako majiteľ problém zaznamená.

V priemyselnom prostredí je to obzvlášť dôležité. Solárna elektráreň je rentabilná len vtedy, ak prevádzkovateľ má prostredníctvom efektívneho a moderného monitorovacieho systému maximálny prehľad o jej prevádzke. Ručná kontrola na mieste na to nestačí: online kontrola umožňuje nepretržite diaľkovo sledovať údaje z monitorovacích systémov, zatiaľ čo offline metóda na mieste sa vzhľadom na charakteristiky solárnych parkov vo väčšine prípadov nedá dôkladne vykonať.

Norma MSZ EN 61724-1:2017 zaraďuje systémy solárneho monitorovania do troch tried presnosti a v prípade fotovoltaických systémov s vyšším výkonom – napríklad parkov určených na verejné účely alebo významných komerčných parkov – sa vyžaduje monitorovanie triedy A alebo B. Huawei Smart Logger presne zapadá do tejto kategórie: vďaka profesionálnym funkciám zberu údajov, výstrah a diaľkového monitorovania poskytuje prehľad o celom systéme na priemyselnej úrovni prostredníctvom jedinej platformy.

Úloha inteligentného meradla v priemyselnej výrobe energie

Jedným zo základných kameňov efektívnej prevádzky priemyselných solárnych systémov je presné meranie. Inteligentný merač – v angličtine „smart meter“ – vykonáva obojsmerné meranie: súčasne sleduje množstvo energie vyrobenej solárnym systémom aj množstvo energie odobratej zo siete. Táto informácia nie je len štatistikou: menič na základe údajov z inteligentného meradla rozhoduje, či má nabíjať akumulátory, alebo naopak dodávať energiu späť do siete. V priemyselnom prostredí, kde sa zaťaženie a výroba neustále menia, je táto spätná väzba v reálnom čase nevyhnutná pre efektívne hospodárenie s energiou.

Inštalácia inteligentného meradla a jeho integrácia do systému závisí od mnohých faktorov, ktoré je vhodné vyjasniť už vo fáze projektovania – o tom sa podrobnejšie hovorí v ďalšej časti tohto článku.

Merací prístroj pre solárne panely: Zber údajov, monitorovanie a vzdialený prístup na jednom mieste

Huawei Smart Logger je uzlom systému pre zber údajov a komunikáciu. Model 3000A je schopný súčasne spravovať až 80 zariadení, zatiaľ čo verzia 3000B túto kapacitu rozširuje na 200 zariadení, z ktorých môže byť až 15 meničov – táto verzia je ideálna najmä pre väčšie priemyselné a verejné systémy. Dátová komunikácia prebieha cez kanály RS485, Ethernet a 4G, pričom integrovaný webový server umožňuje prevádzkovateľovi kedykoľvek a odkiaľkoľvek získať prístup k aktuálnemu stavu systému prostredníctvom prehliadača alebo mobilnej aplikácie FusionSolar.

Čo zobrazuje správne nastavený merací prístroj pre solárne panely: aktuálne údaje o výrobe a spotrebe, hodnoty napätia a prúdu, údaje o výkone na úrovni reťazca, výstrahy a hlásenia chýb – a to všetko aj v historickom prehľade. Pri výbere meracieho prístroja je preto vhodné zohľadniť veľkosť systému a to, aká komunikačná infraštruktúra je k dispozícii na mieste inštalácie.

Integrovaná správa meničov, meracích prístrojov a ďalších zariadení

Huawei Smart Logger nie je len pasívnym zberateľom údajov: z jedného zariadenia spravuje meniče, inteligentné meradlá, zariadenia na ukladanie energie a ďalšie periférie kompatibilné s RS485 alebo Modbus a v prípade potreby sprostredkúva aj komunikáciu medzi rôznymi komunikačnými protokolmi. Technológia diagnostiky I-V kriviek Huawei Smart analyzuje údaje o prúde a napätí na úrovni reťazcov, ktoré zhromažďujú meniče, a automaticky identifikuje chybné reťazce panelov skôr, ako spôsobia citeľný pokles výroby.  

Na čo sa dá použiť Smart Guard v priemyselnom prostredí?

Huawei Smart Guard je inteligentná riadiaca jednotka zodpovedná za bezpečnosť dodávky energie, ktorá ako súčasť ekosystému Huawei FusionSolar riadi automatické prepínanie medzi solárnym systémom, úložiskom energie a sieťou. Jeho podstatou je, že v prípade výpadku siete galvanicky odpojí spotrebiče od verejnej siete a zároveň zabezpečí, aby kritické zaťaženia – napájané z akumulátora a solárnych panelov – naďalej fungovali bez prerušenia. 

Bezpečnosť dodávky energie a inteligentné prepínanie

Jednou z najdôležitejších vlastností zariadenia Huawei Smart Guard je mimoriadne rýchly čas prepnutia, maximálne 20 milisekúnd. V praxi to znamená, že prepnutie je takmer nepostrehnuteľné: ani citlivejšie priemyselné spotrebiče – napríklad CNC stroje, serverové systémy, riadiace systémy – nezaznamenajú výpadok napätia. V prípade výpadku prúdu sa menič prepne do ostrovného režimu a napája vopred určené spotrebné okruhy z akumulátora LUNA2000 alebo z aktuálnej výroby solárnych panelov. Keď sa sieťové napätie obnoví, funkcia Huawei Smart Guard automaticky vykoná spätné prepnutie a menič sa opäť synchronizuje so sieťou. Vstavaný bypassový spínač umožňuje vykonávať údržbu bez nutnosti prerušenia dodávky energie a v prípade prípadnej poruchy vnútorného stykača alebo riadenia nezostane dom bez prúdu, ak ho manuálne zapneme. 

Úloha systému Smart Guard v hybridných systémoch a systémoch s akumuláciou energie

V hybridnej konfigurácii a konfigurácii s akumulátorom plní Smart Guard nielen bezpečnostnú, ale aj funkciu riadenia spotreby energie. V kombinácii s akumulátorovými modulmi LUNA2000 umožňuje prevádzkový režim TOU (Time-of-Use): akumulátor sa nabíja v noci lacnejšou elektrinou a vybíja sa v špičke – keď je sadzba za elektrinu vyššia –, čím sa znižujú prevádzkové náklady. Správne dimenzovanie akumulátorov je v priemyselnom prostredí obzvlášť dôležité, keďže dobu zálohy určuje výkonová potreba kritických spotrebiteľov a dostupná kapacita akumulátorov. Napríklad priemyselný akumulátor Huawei typu LUNA2000-215 pracuje s užitočnou kapacitou 215 kWh a obojsmernou účinnosťou konverzie energie 91,3 %, pričom zreťazením viacerých jednotiek je možné dosiahnuť kapacitu v rozsahu MWh. 

Ako je postavený priemyselný systém?

Priemyselný fotovoltaický systém založený na riešení Huawei FusionSolar nie je len súborom jednoducho prepojených zariadení – ide o plne integrovaný ekosystém, v ktorom zariadenia medzi sebou komunikujú a všetky jeho komponenty je možné spravovať prostredníctvom jednej platformy. Štruktúru systému možno vysvetliť vo vrstvách: na strane jednosmerného prúdu (DC) sú reťazce solárnych panelov, voliteľne s optimalizátormi výkonu; na úrovni konverzie reťazcové meniče radu SUN2000; na úrovni komunikácie a správy dát zariadenie Huawei Smart Logger; na úrovni ukladania akumulátorové moduly LUNA2000; na úrovni bezpečnosti zariadenie Smart Guard; a nad tým všetkým cloudová platforma FusionSolar, ktorá zabezpečuje monitorovanie v reálnom čase a správu výstrah.

V priemyselných systémoch – kde sa výkon zvyčajne pohybuje v rozmedzí od 100 kW do niekoľkých MW – je model Huawei Smart Logger 3000B prvou voľbou, keďže je schopný paralelne spravovať až 200 zariadení a vďaka optickým portom SFP sa dá integrovať aj do ethernetovej siete s topológiou prstenca, čo zabezpečuje redundanciu. Inteligentné meradlá (trojfázové vyhotovenie DTSU666-HW) sú pripojené k meničom prostredníctvom káblov RS485 a inteligentný záznamník ich spravuje z toho istého jediného rozhrania.

Škálovateľnosť systému je výraznou výhodou: priemyselné jednotky na ukladanie energie LUNA2000 je možné modulárne rozširovať, čím sa už od prvej inštalácie otvára možnosť zvýšenia kapacity bez nutnosti preprojektovania celého systému. Návrhový nástroj Huawei SmartDesign 2.0 pomáha realizátorom modelovať optimálnu konfiguráciu systému už vo fáze vypracovania ponuky, čím sa znižuje riziko chýb pri uvedení do prevádzky.

Aké výhody to prináša dodávateľom a prevádzkovateľom?

Jednou z najčastejšie spomínaných predností ekosystému Huawei FusionSolar medzi dodávateľmi je rýchla a jednoduchá inštalácia. Prostredníctvom mobilnej aplikácie FusionSolar je možné vykonať konfiguráciu inteligentného záznamníka priamo na mieste cez sieť WLAN, zariadenia sa automaticky rozpoznávajú a registráciu elektrárne je možné spustiť naskenovaním QR kódu. To výrazne skracuje odporúčaný čas uvedenia do prevádzky a počet hodín strávených prácou na mieste.

Pre prevádzkovateľov predstavuje najväčšiu pridanú hodnotu práve diaľková diagnostika. Pomocou analýzy krivky Smart I-V je možné skontrolovať elektrárňu s výkonom 100 MW približne za 10 minút a rôzne chybové hlásenia – vrátane poškodeného panelu, vplyvu tienenia alebo nesprávneho káblového pripojenia – je možné presne identifikovať bez nutnosti výjazdu na miesto a bez použitia meracích prístrojov. Diagnostika funguje prostredníctvom zariadenia Huawei Smart Logger: systém jedným kliknutím spustí proces I-V skenovania, menič zhromaždí údaje o prúde a napätí na úrovni reťazca a následne pomocou integrovaného algoritmu platformy FusionSolar automaticky identifikuje a signalizuje chyby.

Z hľadiska dodávateľa je ďalšou výhodou trojstupňový servisný systém výrobcu: na prvom stupni odborníci spoločnosti Huawei reagujú na nahlásenú poruchu do 30 minút, na druhom stupni sa pokúšajú problém odstrániť na diaľku prostredníctvom online prístupu a výjazd na miesto sa uskutoční len v prípade potreby. Základná záruka na meniče je 10 rokov, ktorú je možné voliteľne predĺžiť na 20 rokov – pri priemyselných investíciách je to mimoriadne dôležitý faktor pri plánovaní nákladov počas životného cyklu. Systém je možné spravovať na jednotnej platforme: všetky nastavenia, výstrahy, údaje o výkone a správy sú dostupné z jedného rozhrania, čo výrazne zjednodušuje proces O&M (prevádzka a údržba) tak zo strany dodávateľa, ako aj prevádzkovateľa.

Bežné hľadiská pri projektovaní a uvedení do prevádzky systémov Huawei

Pri projektovaní priemyselných systémov Huawei je jedným z prvých a najdôležitejších rozhodnutí správny výber a dimenzovanie meniča a zberníka údajov. Podľa všeobecne uznávaného pravidla je ideálny výkon meniča v rozmedzí 80–110 % celkového výkonu solárnych panelov, avšak v priemyselnom prostredí je možné prostredníctvom zámerného naddimenzovania pomeru DC/AC – najmä v konfigurácii s akumulátorom – akumulátor LUNA2000 absorbovať prebytočnú energiu, čím sa dajú minimalizovať straty pri regulácii.

Určenie typu a umiestnenia inteligentného meradla je tiež kľúčovou otázkou pri projektovaní. V prípade trojfázových priemyselných systémov je odporúčaným riešením inteligentné meradlo z produktovej rady Huawei DTSU666-H, ktoré sa pripájajú k meniču pomocou kábla RS485 a ktorých presné fyzické umiestnenie – vzťah medzi meracím bodom a stranou spotrebiteľa – zásadným spôsobom ovplyvňuje správne fungovanie obmedzenia spätného napájania a optimalizácie vlastnej spotreby. Podrobný návod týkajúci sa zapojenia inteligentného meradla a súvisiaceho riešenia problémov nájdete na našom blogu.

Pri konfigurácii inteligentného loggera je potrebné zohľadniť, že model 3000A dokáže spravovať maximálne 80, model 3000B maximálne 200 zariadení – toto je potrebné prispôsobiť plánovanej veľkosti systému a už vo fáze projektovania je vhodné rozhodnúť, či je potrebný optický port SFP alebo redundancia Ethernetu s prstencovou topológiou. Návrhový nástroj FusionSolar SmartDesign 2.0 je v tejto fáze mimoriadne užitočný: modeluje celý systém a okamžite upozorní, ak niektorý z konfiguračných prvkov nie je kompatibilný s ostatnými komponentmi.

Jednou z najčastejších chýb pri uvedení do prevádzky je nesprávne nastavenie komunikačných parametrov RS485 inteligentného meradla v meničovi, čo má za následok, že systém nezaznamenáva spotrebu a prepne do režimu neregulovaného spätného napájania. Toto je vhodné skontrolovať ešte pred prvým spustením v diagnostickom zobrazení aplikácie FusionSolar. Rovnako dôležité je, aby pripojenie a konfigurácia zariadenia Huawei Smart Guard prebehli podľa výrobného návodu na inštaláciu za účasti kvalifikovaného inštalatéra s certifikátom spoločnosti Huawei, pretože nesprávne nastavenie záložnej funkcie vedie k poruche ochrany v ostrovnom režime.

FAQ – Často kladené otázky

Aký je rozdiel medzi modelmi Huawei Smart Logger 3000A a 3000B?

Najdôležitejší rozdiel medzi týmito dvoma modelmi spočíva v počte zariadení, ktoré je možné spravovať, a v rozsahu komunikačných možností. Model Smart Logger 3000A dokáže súčasne spravovať maximálne 80 zariadení prostredníctvom komunikácie RS485, Ethernet a 4G a odporúča sa predovšetkým pre stredne veľké komerčné a priemyselné systémy. Model 3000B je naopak vhodný na monitorovanie až 200 zariadení, disponuje optickým portom SFP a podporuje ethernetovú sieť s topológiou kruhu, ktorá zabezpečuje redundanciu – táto vlastnosť predstavuje významnú výhodu najmä v prípade väčších priemyselných solárnych elektrární a zložitých systémov postavených na viacerých meničoch. Oba modely disponujú integrovaným webovým serverom a mobilnou platformou na správu FusionSolar.

Je pre priemyselný systém Huawei potrebný inteligentný merací prístroj a ktorý typ je vhodné zvoliť?

V priemyselných systémoch je použitie inteligentného meradla prakticky nevyhnutné, keďže toto zariadenie poskytuje meniču údaje o spotrebe a spätnom dodávaní energie v reálnom čase, na základe ktorých funguje inteligentná regulácia energie. Bez inteligentného meradla nie je systém schopný optimálne riadiť vlastnú spotrebu a ukladanie energie a ani limit spätného dodávania energie nie je možné riadne uplatniť. V prípade trojfázových priemyselných systémov je odporúčaným riešením inteligentný merač z produktovej rady Huawei DTSU666-H, ktorý sa musí pripojiť k meniču pomocou kábla RS485. Jednofázová verzia DDSU666-H je vhodná výlučne pre jednofázové aplikácie. Podrobné informácie o presnom postupe zapojenia a najčastejších chybách nájdete v našom článku o zapojení inteligentného meradla.

Aká kapacita akumulátora je potrebná na to, aby systém Huawei Smart Guard skutočne efektívne zabezpečil priemyselné napájanie v prípade výpadku prúdu?

Potrebnú kapacitu akumulátora určuje celkový výkonový dopyt kritických spotrebičov a požadovaná doba zálohy. Základné pravidlo: potrebná kapacita (kWh) = kritické zaťaženie (kW) × požadovaná doba zálohy (hodiny), vydelená účinnosťou systému (zvyčajne 0,91). Priemyselné jednotky na ukladanie energie Huawei LUNA2000 sú modulárne rozširovateľné a z nich je možné zostaviť systém s kapacitou až v rádovo MWh. Je dôležité vedieť, že systém Huawei Smart Guard je schopný plne plniť funkciu zálohovania iba v prípade batériového systému a hybridného meniča primeranej veľkosti – samostatne, bez batérie, nezabezpečuje nepretržité napájanie. Pri projektovaní je vhodné zohľadniť, že prevádzková účinnosť systémov LUNA2000 je 91,3 % pri obojsmernej konverzii energie, čo je dôležitý vstupný údaj aj pri výpočte nákladov počas životného cyklu.

Ako funguje diagnostika krivky Smart I-V a kedy je vhodné ju spustiť?

Diagnostika inteligentnej I-V krivky je funkcia automatickej detekcie chýb založená na spolupráci zariadenia Huawei Smart Logger a platformy FusionSolar. Zariadenie Smart Logger jedným kliknutím odošle príkaz na skenovanie I-V do meniča, ktorý zozbiera údaje o prúde a napätí všetkých reťazcov a následne ich nahraje do systému FusionSolar. Vstavaný algoritmus umelej inteligencie automaticky identifikuje jeden z viacerých možných typov porúch – poškodený panel, tieňový efekt, nesprávne zapojenie káblov a iné anomálie – a presne označí miesto poruchy. Kompletná kontrola elektrárne s výkonom 5 MW sa dá vykonať do 5 minút bez nutnosti výjazdu na miesto a bez použitia samostatných meracích prístrojov. Odporúča sa ju spustiť po prvom uvedení do prevádzky, po každej väčšej búrke alebo prírodnej udalosti, ako aj rutinne raz za štvrťrok v rámci preventívnej údržby.

Je systém Huawei FusionSolar kompatibilný s meničmi alebo akumulátormi od tretích strán?

Ekosystém Huawei FusionSolar je založený na uzavretej architektúre: akumulátorové moduly LUNA2000 sú kompatibilné výlučne so striedačmi Huawei SUN2000 a aj zariadenie Smart Guard poskytuje plnú funkčnosť iba v spolupráci s radom striedačov Huawei. Huawei Smart Logger je však schopný prijímať a zobrazovať údaje z zariadení tretích strán kompatibilných s RS485 a Modbus – napríklad zo striedačov iných výrobcov, meradiel spotreby alebo meteorologických staníc –, pokiaľ spĺňajú komunikačný protokol spoločnosti Huawei. Táto čiastočná otvorenosť zabezpečuje flexibilitu v priemyselnom prostredí, napríklad pri rozširovaní existujúceho systému alebo v prevádzkach s rôznorodým zariadením, avšak najvyššia úroveň integrácie a komplexná diagnostika Smart I-V je dostupná len v systéme zloženom výlučne zo zariadení spoločnosti Huawei.