תפעול ותחזוקת מתקן ייצור פוטו-וולטאי לא יכולה להיות שלמה ללא מערכת ניטור ובקרה מובנית במתקן. תפקיד המערכת הוא לוודא כי מתקן הייצור עובד בצורה אופטימלית באופן יומיומי עם מינימום התערבות ידנית של מפעיל המערכת.

מקסימום שמש – ניטור ובקרת מתקנים פוטו-וולטאים

מאת: אבירם בר עקיבא

מערכת ניטור ובקרה מובנית

תפעול ותחזוקת מתקן ייצור פוטו-וולטאי לא יכולה להיות שלמה ללא מערכת ניטור ובקרה מובנית במתקן. תפקיד המערכת הוא לוודא כי מתקן הייצור עובד בצורה אופטימלית באופן יומיומי עם מינימום התערבות ידנית של מפעיל המערכת.

רכיבי המערכת- ניטור ובקרה

על מנת להבין איך עובדת מערכת הניטור והבקרה יש להבחין בהבדלים בין החלקים השונים של המערכת. ממירים לדוגמא, הינם רכיבים אלקטרוניים מורכבים אשר בדרך כלל מובנית בהם תוכנה מהיצרן, המאפשרת למפעיל הנמצא באתר לקבל נתונים בזמן אמת באמצעות מסך המורכב על הממיר. באם נחבר את הממירים בקו תקשורת יעודי ביניהם, נאפשר לתוכנה הבנויה בממירים את ההתקשרות אל מחוץ לאתר, לדוגמא אל האינטרנט. עם תמיכת היצרנים נוכל גם לעקוב אחר המערכת מאתר מרוחק ולאגור על השרתים שלהם את הנתונים ליצירת יומן אירועים הכולל מספר משתנים החשובים לנו במערכת הייצור כדוגמת הספק רגעי, ייצור אנרגיה, חסכון בפליטות וכדומה. את הנתונים ניתן לקבל לכל המערכת באופן מסוכם, או לכל ממיר בנפרד.

דוגמא טובה ליכולת ניטור כזו היא ה Sunny Web Portal, באמצעות קופסת תקשורת מסוג Sunny Web Box של SMA ניתן לחבר את כל הממירים באתר בקו תקשורת אל קופסת התקשורת אשר תשלח את הנתונים המעובדים מהממירים אל האינטרנט ומשם אל כל מי שרשאי לעקוב אחר הנתונים. SMA גם מאפשרת להפוך את האתר לפומבי על מנת שהמידע יהיה זמין לכולם, בעיקר נתוני הייצור ופליטות ה- CO2.

שאר הרכיבים במערכת הינם פסיביים ואינם מכילים רכיבים אלקטרוניים מורכבים או תוכנה. ניטור רכיבים אלו שונה מניטור ממירים וכולל אמצעי מדידה ורגשים מסוגים שונים להם מוסיפים אמצעי תקשורת חיצוניים על מנת לתקשר עם מערכת הבקרה המרכזית של המתקן. לדוגמא, לצורך ניטור מערכת הפאנלים יורכבו רגשי טמפרטורה על גב הפאנל כדי לעקוב אחר הטמפרטורה של מערך הפאנלים ובנוסף יורכב מד מתח ומד זרם (וולטמטר ואמפרמטר) על כבלי השרשור (הסטרינג) כדי לעקוב אחר המתח והזרם במערך הפאנלים. רשם הנתונים DATALOGGE, שומר את הנתונים המתקבלים מאמצעי המדידה המפוזרים במערך ושולח אותם אל שרת נתונים מרכזי. שרת הנתונים מנתח את הנתונים המתקבלים מהרשם ובכל סטייה מהממוצע מתקבלת התרעה על חריגה אשר יכולה לנבוע מתקלה כלשהי במערך: לכלוך על הפאנלים, הצללה מעצם כלשהו שמפריע באופן זמני וארוך מדיי על המערך, תא שרוף (HOTSPOT) בעיה בכבילה וכדומה.

תהליך ניטור ובקרת מערכות ייצור חשוב בעיקר במתקנים בינוניים וגדולים בעלי מספר רב של ממירים ופאנלים. במתקנים אלה מציאת התקלה הינה מהותית להמשך פעולה תקין של המתקן וכל עוד תקלה לא בודדה ומיקומה המדויק לא נמצא, המתקן לא מייצר אנרגיה כפי שהיה צריך ולבעל המתקן נגרמים הפסדים.

במערכות גדולות לצורך ניתוח כל הנתונים המתקבלים מהרכיבים במתקן יש צורך במערכת בקרה מורכבת, הכוללת ניטור ובקרת כל הרכיבים במערך הייצור – הפאנל, כבלי הסטרינג, מפסקים, לוחות חשמל במתח נמוך ובמתח גבוה, מונים וחיבור לרשת וכן השנאים במידה וקיימים במתקן. חלק מהתוכנות מבצעות את הניתוח על ידי שליחת הנתונים אל שרת נתונים מרוחק בפרוטוקול אינטרנטי חיצוני, כדוגמת SaferSun של חברת MeteoControl. בתצורה כזו כל הנתונים נשמרים על שרתי חברת MeteoControl והמשתמש נכנס אל שרתי הנתונים של החברה על מנת לקבל את התמונה המלאה על המתקן, כולל ניתוח מעמיק של נתוני הרכיבים, תצוגה גרפית של הנתונים, השוואה אל מול מסדי נתונים היסטוריים ואל תחנות מדידת קרינה מקומיות באתר המתקן.

סוג אחר של מתקנים עם מערכות בקרה לוגיות, מותקנות עם בקרים מתוכנתים מסוג PLC. בקר כזה בעל תוכנה ייעודית צרובה בתוכו, מאפשר את איסוף המידע מצד אחד, ניתוח בסיסי של המידע בתוכנת הבקר וגם מאפשר שליטה על רכיבים מסוימים המאפשרים זאת – לדוגמא בקרה על כניסה ויציאת ממיר מפעולה, סגירת מפסקים באופן מרוחק על ידי מגענים ומנועים, בקרת כופל הספק על- ידי קבלים וכדומה. הפעולה של הבקר מתאפשרת על ידי תכנותו לפעולה בהתניה על-פי איסוף הנתונים שהוא מבצע באופן שוטף. בקר PLC מחובר גם אל מרכז הבקרה ומדווח לו באופן רציף על הנתונים הנאספים אצלו ועל הפעולות אותן הוא מבצע. מרכז בקרה מרוחק מבצע ניתוח מעמיק יותר של הנתונים, כולל בדיקת ייצור כולל של המתקן והשוואת הייצור אל מול חיזוי תפוקה למציאת תקלות.

ניתוח המידע המתקבל

קיימות מספר דרכים לניתוח המידע אשר מתקבל מהמערכת באתר, כאשר המטרה היא התרעה ברגע שבו מזוהה סטייה בין התפוקה בפועל לבין התפוקה החזויה. בכל מרכז בקרה ובכל תוכנה נוכל לקבוע את הסטייה המותרת שמעבר לה תתקבל התרעה.

איך תתבצע ההשוואה:
1. השוואת התפוקה מול חיזוי תפוקה על פי נתונים אקלימיים היסטוריים.
2. השוואת התפוקה מול חיזוי תפוקה אמיתי המתקבל ממד קרינה, פירנומטר.
3. השוואת התפוקה מול רכיבים אקטיביים אחרים – ממירים אחרים באתר.
4. השוואת התפוקה מול אתרים סמוכים לאתר המבוקר.

יתרונות המערכת

מערכת בקרה טובה נמדדת בין היתר על- ידי ממשק המשתמש שלה. המערכת טובה ככל שתהיה, במידה ולא תהיה נוחה וידידותית למשתמש תחטיא את מטרתה. ממשק המשתמש מאפשר למפעיל המערכת לנטר אחרי פעילות כל הרכיבים בקלות, בצורה גרפית ובשימוש ממשק חלונות. ממשק זה יכול לאפשר גם אינטגרציה עם מערכות אחרות כמו מערכת הביטחון. דרך אותו מסך יוכל המשתמש, במידה ובאתר מותקנות מצלמות, לראות חוזי וידאו מהאתר, לקבל התרעות פריצה או גניבה וכדומה. אינטגרציה טובה בין המערכות תאפשר למשתמש לקבל התרעה על רכיב מסוים ובלחיצת כפתור פשוטה לקבל תמונה של אותו רכיב על גבי אותו מסך או להעלות את מסמכי התחזוקה הרלוונטיים לתקלה ישר מממשק המשתמש.

חברה גדולה בעלת מספר אתרים יכולה לעקוב אחרי האתרים שברשותה דרך ממשק יחיד המחובר לשרת נתונים אחד. באותו מרכז בקרה ירוכזו חיווי כל האתרים אשר ברשות החברה, כך ניתן יהיה להשוות בין ביצועי אתרים ולעקוב אחרי תחזוקת האתרים באופן שוטף. באופן כזה ניתן לנהל את כל האתרים כתוכנת ניהול נכסים– ריכוז התראות ברמה ארצית ובמידת הצורך גם גלובלית, טיפולים שוטפים לציוד, בדיקות שנעשו לרכיבים ואופן הטיפול בתקלות. התוכנה אוספת את הנתונים ויוצרת עם הזמן יומן אירועים על פני תקופה ארוכה, שיכולה להיות גם שנים.

בניתוח ארוך טווח ניתן ללמוד על תקלות חוזרות, רכיבים רגישים, מחלות קבועות של מערכת וכדומה. כך ניתן להיערך ולטפל בבעיות לפני שבכלל יקרו, ללמוד אילו רכיבים במערכת דורשים תחזוקה צמודה יותר על פי תקופות השנה, לתכנן מלאים וכדומה. שימוש נכון ומושכל בכל היתרונות שמעניקה מערכת ניטור ובקרה ישמרו תמיד על מקדם ביצוע גבוה, יובילו להכנסות גבוהות יותר לבעלי המתקן על- ידי מקסום תפוקת המתקן וחסכון בעלויות התחזוקה.

הכותב הוא מהנדס חשמל, סמנכ"ל בחברת ד.בר-עקיבא מהנדסים יועצים