Övervakning
Allmänt
Med övervakning menas i detta sammanhang att samla in energiproduktionsrelaterade mätdata från en anläggning. Avsikten är att ha kontroll på anläggningens funktion, att kunna göra statistisk analys och att kunna presentera data på t.ex. en display i anslutning till anläggningen. Mätdata kan också ha en rent legal funktion. Figuren nedan visar ett nätanslutet solcellssystems olika komponenter och de energiflöden som går mellan de olika komponenterna. Beteckningarna härrör från en IEC standard som också är svensk standard: SS-EN 61724, Utg 1:1999, Solkraftverk - Driftövervakning - Mätning, dataöverföring och utvärdering. (IEC 61724:1998) samt EU-Guidelines, 4.3 March 97. Man kan notera det mer generiska solcellssystemet som visas i figur Mon-2 som är tillämpbart för en anläggning med olika former av energi-backup och som inte behöver vara nätanslutet. I Tabell Mon-1 förklaras parametrarna från figur Mon-1 och 2.


Figur Mon-1. Förenklat flödesschema för en solcellsanläggning. Det är tillämpbart för de flesta nätanslutna system. Den allra lägsta nivån för registrering är ändå att bara mäta AC-energin ut från växelriktarna (EIO). 

Parametrar och givare
Själva mätinsamlandet är i sin enklaste form en elmätare för växelström (EIO) som sitter efter växelriktaren. Om det finns behov att känna till energiflöden till förbrukning (EL) och till och från nätet (ETU, EFU) kan fler mätare för växelström installeras. För att möjliggöra en djupare analys av anläggningens funktion måste några andra parametrar mätas. Det instrument som man i första hand lägger till är en solinstrålningsmätare (GI). Denna är oftast tillverkad av en kiselsolcell som är inkapslad och kalibrerad och kallas då för referenscell (Figur Mon-2). I vissa anläggningar används istället en pyranometer (Figur Mon-3). Detta instrument mäter solinstrålningen exaktare än vad som görs med en kiselreferenscell eftersom det spektrala felet och vinkelberoendet är försumbart. Kostnaden är dock väsentligt högre. Runt 5-10.000 kr mot cirka 1000 kronor för en referenscell. De flesta modultillverkare säljer också referensceller som matchar sina moduler). Celltemperaturen (TA) påverkar en anläggnings uteffekt så mycket att den också är viktig att registrera. Vanligen limmar man på en yttemperaturgivare på en utvald moduls baksida (Figur Mon-4). Givaren är då oftast ett termoelement eller en Pt-100 givare utformad så att den kan appliceras på en yta. Andra parametrar som kan vara aktuella att registrera är DC-effekt (EA, som i figuren ovan är identisk med EII) , DC-ström, DC-spänning, utomhustemperatur (Tam), globalinstrålningen (G mot horisontell yta), vindhastigheten (SW), m.fl.


Energibanken AB

Energibanken AB


Energibanken AB

Figur Mon-2. Referenscell av kisel som mäter solinstrålningen för takanläggningen på NCC-Holmen. Figur Mon-3. Pyranometer för mätning av  solinstrålning.
(Från Huvudsta)

Figur Mon-4. En resistanstermometer (Pt100) fixerad med sikaflex och tejp på en moduls baksida. (NCC-Grynnan, balkong)
Datainsamlingssystem
Mätdatainsamlingen kan skötas av en dator ansluten till en systemvoltmeter. Lång erfarenhet säger dock att för denna typ av tillämpning fungerar för mätinsamling speciellt framtagna instrument, s.k. loggrar, bäst. Batteridrivna loggrar är mindre känsliga mot störningar och ger överlägset bästa dataåterbäringen. Många tillverkare av växelriktare har insett behovet av monitoring och har därför låtit bygga in monitoringfunktioner antingen direkt i sina växelriktare eller som tillval.


Display
En display som visar anläggningens momentana effekt samt ackumulerad energi är ett bra sätt att kommunicera med allmänheten. Displayen placeras på lämplig plats där besökare kan se den, exempelvis vid entrén.



Figurerna ovan visar exempel på displayer från Huddinge sjukhus och Prästgårdsängens förskola i Eksta.
Prestandaindikatorer
Om man nyttjar de parametrar som anges i figur Mon-2 så finns det framtagna rutiner för standardanalyser, som är bra indikatorer på en anläggnings funktion. Till exempel beräknas "Performance ratio" från dessa parametrar. Performance ratio (PR eller RP) är ett mått på systemverkningsgrad och är produktionen av växelströmsenergi under en tidsperiod, normerad med solinstrålningen under samma tidsperiod och slutligen normerad med anläggningens toppeffekt. Med Performance ratio kan anläggningar jämföras mot varandra oavsett hur de är orienterade och var de är lokaliserade.
Final Yield, Yf, är också ett bra mått på en anläggnings prestanda. Final Yield är summerad nyttogjord energi från solcellerna över en tidsperiod, t.ex. en dag [kWh/dag] delad med anläggningens toppeffekt [kW]. Performance ratio och Final Yield kan beräknas över olika tidsperioder som dagar, månader eller år och definieras enligt Tabell Mon-2. Andra indikatorer är bland annat växelriktarens och modulernas verkningsgrad.


Figur Mon-5. Det generiska solcellssystemet enligt SS EN 61724 och EU-Guidelines 4.3. Nomenklaturen i denna standard används ofta när data från mätinsamlingssystem analyseras och presenteras. DC/AC-omvandlaren (växelriktaren) får betraktas som dubbelriktad i denna figur, dvs den kan försörja DC-lasterna och ladda batteriet med energi från AC-sidan.

 

TABELL Mon-1. Definition av de viktigaste termerna i SS-EN 62417 och EU-Guidelines, 4.3

Energirelaterade parametrar
Energi från modulerna EA kWhDC
Energi till växelriktaren EII kWhDC
Energi från växelriktaren EIO kWhAC
Energi till elnätet ETU kWhAC
Energi från elnätet EFU kWhAC
Energi till last EL   (EL,AC   EL,DC) kWhAC   kWhDC
Energi till batteri ETS kWhDC
Energi från batteri EFS kWhDC
Energi från backup-generator EBU  (EBU,AC  EBU,DC) kWhAC   kWhDC

Meteorologiska parametrar
Instrålningens intensitet i modulplanet GI kW/m2
Instrålningen intensitet horisontellt G kW/m2
Lufttemperaturen  Tam ºC
Modultemperaturen  Tm ºC
Vindhastighet SW m/s

Anläggningsparametrar
Anläggningsytan (summa modulytor) Aa m2 (systemkonstant)
Toppeffekten (summan av alla modulers märkeffekt) P0 kW (systemkonstant)

Administrativa parametrar
Referens-solinstrålning (1,0 kW/m2) GI,ref (även kallad GSTC) kW/m2
Mätintervall (tid mellan registreringar) tr h
Rapportperiod  t h, dagar, månader, år
Dataåterbäring AMD h/rapportperiod
Hindertid (Outage fraction) h/rapportperiod


TABELL Mon-2. Prestanda-indikatorer för anläggningar baserade på figur Mon-1 och 2.
Performance ratio *  PR = Yf / Yr (RP i SS-EN 61724)
Final Yield  Yf = EUSE /P0 h (per tidsperiod)
Reference Yield ** Yr = tr*Summa(GI) /GI,ref h (per tidsperiod)
Array Yield  YA = EA/P0 h (per tidsperiod)
Nyttig växelströms-energi från systemet EUSE = EL + ETU (= EIO) kWh

*   Performance ratio är producerad växelströmsenergi normerad med solinstrålningen och toppeffekten (och dessutom normerad med solinstrålningen vid standardiserade testförhållanden)

** Referens Yield är ackumulerad solinstrålning normerad med solinstrålningen vid standardiserade testförhållanden.