Mantenimiento y optimización de plantas fotovoltaicas basadas en el inversor usando SCADA

Transcripción

1 Mantenimiento y optimización de plantas fotovoltaicas basadas en el inversor usando SCADA Autor: Pablo Herrada Maíz Director: Roberto Rodriguez Piñeiro Entidad colaboradora: Gestamp Solar RESUMEN DEL PROYECTO Introducción El objeto de este proyecto es el mantenimiento y optimización de las plantas fotovoltaicas, determinando que procesos a seguir para la mejora de las condiciones de funcionamiento y elaborando protocolos de actuación para la detección de problemas. Los objetivos de este proyecto son: - La comprensión del funcionamiento de las plantas fotovoltaicas y todos los equipos involucrados en la producción de energía fotovoltaica. - Determinar los efectos medioambientales en los equipos y los problemas que causan en el funcionamiento de los mismos. - El desarrollo de protocolos de identificación de problemas y la eliminación de los mismos teniendo en cuenta el funcionamiento de paneles, contadores y su interacción con el inversor. stringbox, analizadores y Motivación La motivación del proyecto es la mejora de producción en plantas fotovoltaicas, cuyo crecimiento se encuentra en auge durante la última década, ya que las plantas fotovoltaicas son en gran medida productos financieros en los que pequeños porcentajes de mejora suponen aumentos de rentabilidad de inversión en proyectos de grandes cantidades de dinero.

2 Metodología Mediante la lectura de los manuales de los distintos equipos instalados en las plantas fotovoltaicas se ha identificado qué factores y parámetros afectan a la producción de energía de la planta y que pueden obtenerse, teniendo en cuenta su localización en la planta y en el proceso de la producción energética así como los errores en las medidas. De esta manera se ha procedido a estudiar el funcionamiento de las plantas para las distintas épocas del año utilizando el software de monitorización SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) mediante la observación de los datos disponibles recogidos en la base de datos por los distintos equipos en diferentes plantas localizadas en distinto países y continentes. Gracias a la comprensión de los distintos equipos se ha calculado de qué manera están afectando los distintos factores a la producción ya sea en forma de caídas puntuales o reducción constante de la producción. Se ha identificado la raíz del problema, medido el efecto causado así como la solución posible para la reducción máxima del mismo en la medida de lo posible. Para ello se han utilizado modelados de funcionamiento en función de las condiciones usando hojas de cálculo para la comparación con los datos recogidos y los datos esperados. Por último se han desarrollado estudios de identificación y eliminación de problemas. Se han usado los recursos siguientes: -Software de monitorización SCADA -Hojas de cálculo del paquete MS Excel -Manuales proporcionados por los fabricantes de los distintos equipos así como estudios previos a la construcción de la planta.

3 Resultados y conclusiones Existen varios tipos de problemas en las plantas fotovoltaicas que sin un equipo de operación y mantenimiento supondrían unas pérdidas considerables de rendimiento. Para llevar a cabo este trabajo es necesario el uso de programas de monitorización, y la recogida de datos para identificar problemas en el futuro. El estudio de inversores se realizó también con las medidas del inversor pero los resultados eran incoherentes, por lo que se concluye que la aparamenta ideal para los estudios de inversor son los analizadores para CC y los contadores para CA. Al medir el error en base al contador las diferencias medidas han sido muy grandes. El contador tiene también un +-1% de error en su medida por lo que se dificulta el cálculo de las perdidas exactas. Si bien la precisión en la medida puede facilitar el trabajo, al tratarse de tareas de mantenimiento, no es esencial ya que lo que se busca es localizar los fallos y averías para poderlos corregir y ha quedado demostrado al haber logrado identificar los problemas. El conocimiento de los funcionamientos de los equipos facilita enormemente el análisis de los problemas. También es importante conocer los distintos tipos de pérdidas que se dan en una planta para tenerlas en cuenta cuando se desee encontrar funcionamientos anómalos que no haya sido posible localizar mediante el uso de alarmas. Teniendo en cuenta cada tipo de pérdida es posible identificar de manera aproximada donde se encuentra el problema como se ha demostrado en el problema de limpieza y en el problema de regulación. Para verificar la regulación es necesario conocer los datos de panel y usar un modelo fiable.

4 El modelo utilizado no era fiable a bajas radiaciones, pero como se había identificado el problema para radiaciones altas, el modelo ha funcionado correctamente y ha permitido identificar el problema de regulación en el inversor. Gracias a la monitorización de otros parámetros ha sido posible identificar la relación del mal funcionamiento con la temperatura del inversor. En el estudio de arranque de inversores se ha observado una relación directa entre la radiación de arranque y el número de entradas en defensa.

5 Nº de puestas en defensa Mediana arranque frente a puestas en defensa INV 1 INV 2 INV 3 INV 4 0 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 Radiación de arranque (W/m2) Y además se ha estimado que las pérdidas por estas entradas en defensa son algo mayores a las perdidas si todos los inversores hubiesen arrancado a 30W/m2 sin ninguna entrada en defensa. Por ello se puede concluir que es mejor tener un valor de tensión de arranque mayor si el inversor tiene muchas entradas en defensa ya que esto aumentara la vida útil del inversor y las pérdidas de radiación pueden ser mayores incluso de esta manera que con un valor de arranque más alto.

6 Management and optimisation of photovoltaic power plants based on the inverter using SCADA Author: Pablo Herrada Maíz Director: Roberto Rodriguez Piñeiro Collaborating organisation: Gestamp Solar ABSTRACT Introduction This aim of this project, as part of Operation and Management of PV plants, is to establish what process to follow in order to improve the plants working conditions and developing protocols for problem detection and elimination. The goals of this project are: - To understand PV plants and all equipment involved in power generation. - To determine the effect of environmental conditions on the equipment and the problems they cause. - To establish protocols for problem detection and elimination taking into account the operating conditions of modules, stringbox, analysers, power meters and their interaction with the inverter. Motivation The motivation of this project is the improvement of the power generation in PV plants, as their growth has continuously increased during the past decade and because PV plants are commonly used as financial products in which a small increase in efficiency means an increase in profitability of investments of large amounts of money. Methodology Through the study of the of the different equipment manuals installed in PV plants, the main factors and parameters that affect the power generation have been identified, taking into account the location of the equipment in the plant and in the process of power generation as well as their measures errors.

7 Thus I proceeded to study the operation of plants for different seasons using the monitoring software SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) by observing the available data collected in the database by different equipment located in different plants in different countries and continents. By understanding the different equipment I calculated how the various factors are affecting the power generation, in the form of occasional failures or continuous reduction of the power generation. I have identified the issue of the problem, measured its effect as well as the best available solution for reducing the effect as much as possible. For this purpose I have used models dependent on operating conditions using spreadsheets for comparison with the data collected and the expected data. Finally, studies have been developed for the identification and elimination of problems. The following resources have been used: -SCADA-monitoring software -Spreadsheets MS Excel package -Manuals provided by the manufacturers of the various teams as well as pre-construction plant studies. Results and conclusions There are several types of problems in PV plants that without the operation and maintenance team would involve considerable efficiency losses. To carry out this job it is necessary to use monitoring software and to collect data in order to identify problems in the future. The study was also conducted with inverter measures investor but the results were inconsistent, so it was concluded that the ideal equipment for inverter studies are analyzers for DC and power meters for A. When measuring the error based on the power meters the

8 difference in measures were very large. The counter also has a ± 1% error in its measures so it is difficult to calculate the exact amount of loss. Although the measurement accuracy can ease the analysis, as this is maintenance it is not essential because what is sought is to locate faults and defects so that they can be corrected and it has been proved that it is still possible to identify the issues. Knowledge of the operation of the equipment greatly facilitates the analysis of problems. It is also important to know the different types of losses that occur in a plant to take them into account when you want to find malfunctions that have not been possible to locate by using alarms. Considering each type of loss you can identify roughly where the problem is as demonstrated in the cleaning problem and the problem of voltage regulation. To verify regulation it is necessary to know the data panel and to use a reliable model.

9 Number of activations The model used was unreliable at low radiation, but as the problem was identified for high radiation, the model has worked well and has identified the problem of regulation in the inverter. Thanks to the monitoring of other parameters it has been possible to identify the relationship between the malfunctioning and the inverter temperature. In the inverter start up study it is possible to observe a direct relationship between the startup radiation and the activation of the defence mechanism of the inverter Median Start-up radiation vs activations of defence mechanisms INV 1 INV 2 INV 3 INV 4 0 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 Start-up radiation (W/m2) Furthermore the estimated losses caused by the activation of the defence mechanism are higher than the loss of power generation that would have occurred if the inverters had started at 30W/m2 considering no activations of the defence mechanism. Therefore it can be concluded that it is better to have a higher start up voltage if the inverter has many defence mechanism activations as this will increase the life of the inverter and radiation losses can be even higher than having a higher start-up voltage if this is not changed.