تحلیل عملکرد نیروگاه خورشیدی؛ شاخص‌ها، روش‌ها و عوامل موثر بر راندمان

تحلیل عملکرد نیروگاه خورشیدی اهمیت زیادی دارد، مخصوصا اگر مالک یک نیروگاه خورشیدی باشید. مهم‌ترین سوالی که ممکن است اینجا برای شما ایجاد شود این است که آیا عملکرد نیروگاه واقعا به اندازه‌ای است که باید باشد یا بخشی از ظرفیت آن به دلیل خرابی تجهیزات، کثیفی پنل‌ها، افزایش دما، سایه، افت اینورتر یا مشکلات شبکه از دست می‌رود؟ برای پاسخ دقیق به این سوال باید حتما عملکرد داده‌های نیروگاه را تحلیل و اندازه‌گیری کرد.

حتی چند درصد افت هم می‌تواند در یک نیروگاه کوچک خانگی باعث هدر رفتن درآمد شود. این اتفاق در نیروگاه‌های چندصد کیلوواتی و مگاواتی هم منجر به از دست رفتن انرژی و درآمد خواهد شد. به همین دلیل است که مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی به بخش مهمی از تحلیل حرفه‌ای از نیروگاه تبدیل شده است.

تحلیل عملکرد نیروگاه خورشیدی چیست؟

در فرآیند تحلیل عملکرد نیروگاه خورشیدی، میزان تولید واقعی نیروگاه با تولید مورد انتظار آن مقایسه می‌شود. در این تحلیل علاوه بر انرژی خروجی، شرایطی مانند تابش خورشید، دمای پنل، وضعیت اینورترها، زمان خاموشی، کثیفی پنل‌ها و سایر تلفات سیستم نیز بررسی خواهند شد.  برای مثال، اگر نیروگاه شما در یک روز ابری ۳۰ درصد کمتر از روز آفتابی برق تولید کند، این نشان‌دهنده خرابی دستگاه نیست. اما اگر دو اینورتر مشابه، در شرایط تقریبا یکسان، باهم اختلاف زیادی در تولید داشته باشند، در آن صورت باید به سراغ بررسی علت آن باشید. در واقع، تحلیل عملکرد نیروگاه خورشیدی به شما کمک می‌کند تا تفاوت بین تولید کم به دلیل شرایط طبیعی یا مشکل فنی را از همدیگر تشخیص دهید. 

چرا باید عملکرد نیروگاه خورشیدی را تحلیل کنیم؟

•     شناسایی افت تولید

•     تشخیص خرابی اینورتر
•     شناسایی مشکلات استرینگ‌ها و اتصالات
•     بررسی اثر کثیفی پنل‌ها
•     ارزیابی اثر دمای بالا
•     تشخیص سایه‌اندازی
•     بررسی خاموشی 
•     مقایسه تولید واقعی با تولید مورد انتظار
•     ارزیابی عملکرد ماهانه و سالانه
•     برنامه‌ریزی تعمیرات و نگهداری
•     کاهش انرژی از دست ‌رفته
•     افزایش بازده اقتصادی نیروگاه

مهم‌ترین شاخص‌های عملکرد نیروگاه خورشیدی

1.    ضریب عملکرد یا PR نیروگاه خورشیدی

یکی از مهم‌ترین شاخص‌ها برای تحلیل عملکرد نیروگاه‌ها، راندمان نیروگاه خورشیدی است که در لغتPerformance Ratio یا PR نیز نامیده می‌شوند. این شاخص نشان می‌دهد که نیروگاه با توجه به تابش دریافت‌ شده، تا چه میزان انرژی مورد انتظار را تولید کرده است. برای محاسبه حرفه‌ای آن باید داده‌های تابش و شرایط واقعی سیستم بررسی شوند. پایین بودن این رقم معمولا ناشی از اتفاقاتی مانند افزایش دمای ماژول‌ها، کثیفی پنل‌ها، سایه، افت عملکرد پنل، تلفات کابل، راندمان پایین اینورتر، ناهماهنگی بین پنل‌ها، خرابی تجهیزات، محدودیت شبکه و یا خاموشی بخشی از نیروگاه است. 

2.    دسترس‌پذیری نیروگاه

دسترس‌پذیری نیروگاه نشان می‌دهد که آن تا چه مقدار از زمان موردنظر در وضعیت عملیاتی و آماده تولید بوده است. برای مثال، اگر یک نیروگاه به دلیل خرابی اینورتر چند ساعت در ساعات تابش از مدار خارج شود، این زمان می‌تواند در تحلیل دسترس‌پذیری نیروگاه تاثیر بگذارد. فرمول تحلیل دسترس‌پذیری: = (1 - زمان خاموشی / کل زمان) × 100.

3.    تولید ویژه

تولید ویژه یا Specific Yield معمولا بر حسب kWh/kWp بیان می‌شود. یعنی نیروگاه در هر کیلووات ظرفیت نصب ‌شده در یک بازه زمانی چه مقدار انرژی تولید کرده است. این شاخص برای مقایسه عملکرد نیروگاه‌های با ظرفیت متفاوت کاربرد دارد و برای مثال می‌توانید عملکرد یک نیروگاه ۵۰ کیلوواتی و یک نیروگاه ۵ مگاواتی را با این شاخص‌ بهتر مقایسه کنید.

4.    نسبت انرژی 

نسبت انرژی که با عنوان Energy Ratio نیز شناخته می‌شود، نسبت انرژی واقعی تولید شده به انرژی مورد انتظار است و می‌تواند اثر هم‌زمان کاهش دسترس‌پذیری و کاهش بهره‌وری را هم نشان دهد. این شاخص می‌تواند به این سوال پاسخ دهد: چه مقدار انرژی باید تولید می‌کردیم و چه مقدار واقعا تولید کرده‌ایم؟

در سلاریس 365 بخوانید:

راهنمای انتخاب بهترین سیستم مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی

چه عواملی روی ارزیابی راندمان سیستم خورشیدی تاثیر می‌گذارند؟

•     تابش خورشید: ممکن است به دلیل ابر، گردوغبار، شرایط جوی یا موقعیت خورشید تابش کمتر شود، در نتیجه عملکرد نیروگاه نیز کاهش می‌یابد. 

•     دمای پنل: با افزایش دمای سلول‌های خورشیدی، توان خروجی ماژول کمتر می‌شود. بنابراین ممکن است نیروگاه در یک روز بسیار آفتابی، به اندازه انتظار اولیه انرژی تولید نکند.
•     کثیفی و گردوغبار: گردوغبار، آلودگی و ذرات روی سطح پنل ممکن است باعث تغییر در عملکرد نیروگاه خورشیدی شوند. به همین دلیل، شاخص Soiling Ratio برای اندازه‌گیری اثر آلودگی استفاده می‌شود. 
•     سایه‌اندازی: ساختمان، دکل، درخت، سازه یا حتی بخشی از تجهیزات اطراف ممکن است روی ماژول‌ها سایه بی‌اندازند. سایه جزئی عملکرد بخشی از آرایه را کاهش می‌دهد و یا باعث شدیدتر شدن مشکلات دیگر می‌شود.
•     عملکرد اینورتر: کاهش راندمان، خطا، افزایش دما، قطع شدن یا محدودیت توان اینورتر می‌تواند به صورت مستقیم تولید AC نیروگاه را کاهش دهد. برای رفع این مشکل معمولا تولید اینورترهای مشابه را باهم مقایسه می‌کنند. 
•     کابل‌ها و اتصالات: افت کابل، اتصال نامناسب، گرم‌ شدن کانکتورها و سایر مشکلات الکتریکی نیز می‌توانند باعث ایجاد تلفات شوند. این مشکلات گاهی در آمار کلی نیروگاه دیده نمی‌شوند و نیازمند تحلیل دقیق‌تر هستند.

تحلیل عملکرد نیروگاه خورشیدی به صورت گام به گام

1.    مرحله اول: جمع‌آوری داده در این مرحله، اطلاعات تولید  ACو DC، تابش، دما، وضعیت اینورتر، انرژی روزانه و ماهانه و رخدادهای خطا ثبت می‌شوند. این داده‌ها می‌توانند از اینورترها، کنتورها، سنسورهای هواشناسی، پیرانومترها و تجهیزات حفاظتی جمع‌آوری شوند.

2.    مرحله دوم: مقایسه تولید واقعی و مورد انتظار در این مرحله مشخص می‌شود که نیروگاه نسبت به شرایط تابش و دما چقدر تولید داشته است. اگر تولید کمتر از مقدار مورد انتظار باشد، علت افت بررسی خواهد شد.

3.    مرحله سوم: بررسی شاخص‌های KPI شاخص‌هایی مانند ضریب عملکرد، دسترس‌پذیری، تولید ویژه، انرژی واقعی تولید شده، تولید روزانه و ماهانه، راندمان اینورتر و میزان انرژی از دست رفته تحلیل می‌شوند. 

4.    مرحله چهارم: بررسی نقطه افت اگر در تولید افتی مشاهده شود، مشخص می‌شود که مشکل از کجاست: کل نیروگاه، اینورتر، استرینگ یا بخش‌های دیگر. 

5.    مرحله پنجم: رفع مشکل پس از فهمیدن علت مشکل، نسبت به رفع آن اقدام می‌شود. برای مثال، شست‌وشوی پنل‌ها، رفع سایه، تعمیر اینورتر، اصلاح اتصال، تعویض تجهیزات معیوب، بررسی کابل‌ها، تنظیم برنامه تعمیر و نگهداری پیشنهاد داده می‌شوند؛ سپس عملکرد نیروگاه دوباره بررسی می‌شود تا مشخص شود کدام روش مفید بوده است.

تحلیل عملکرد نیروگاه خورشیدی خانگی چگونه انجام می‌شود؟

در نیروگاه‌های خانگی، فرآیند تحلیل ساده‌تر است. فرض کنید یک سیستم ۵ یا ۱۰ کیلوواتی دارید. اگر فقط مقدار برق تولید شده را در یک برنامه ساده ببینید، ممکن است متوجه افت تدریجی عملکرد نشوید. برای یک نیروگاه خانگی بهتر است مواردی مانند انرژی تولیدی روزانه و ماهانه، وضعیت اینورتر، خطاهای ثبت‌ شده، تابش و شرایط آب‌وهوا، تغییرات غیرعادی نسبت به روزهای مشابه، تمیزی پنل‌ها، وجود سایه، عملکرد سیستم در ساعات اوج تابش بررسی شوند. در سیستم‌های متصل به شبکه، تولید انرژی و تزریق آن به شبکه و در سیستم‌های هیبریدی و  Off-Grid، وضعیت باتری، شارژ و دشارژ نیز باید تحلیل شوند. 

تحلیل عملکرد نیروگاه‌های بزرگ و مگاواتی

در نیروگاه‌های مگاواتی، بررسی عدد تولید کل به تنهایی کافی نیست. برای مثال، اگر یک نیروگاه ۱۰ مگاواتی نسبت به روز قبل ۵ درصد افت تولید داشته باشد، باید مشخص شود که این کاهش تولید برق نیروگاه خورشیدی مربوط به کل سایت است یا فقط چند اینورتر یا بلوک خاص مشکل دارند. در این مقیاس معمولا تحلیل در چند سطح انجام می‌شود که شامل سطح نیروگاه (تولید کل، ضریب عملکرد، دسترس‌پذیری و نرخ انرژی تولید شده)، سطح بلوک، سطح اینورتر و سطح استرینگ می‌شوند. با این کار، عیب‌یابی سریع‌تر انجام شده و مشکل رفع می‌شود.  با توجه به پژوهش‌ها و استانداردهای مرتبط با پایش نیروگاه‌های PV، با اندازه‌گیری پارامترها در سطح سیستم و تجهیزات، امکان تشخیص دقیق‌تر مشکلات فراهم می‌شود.

نقش مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی در حفظ و بهبود عملکرد

خدمات مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی شامل جمع‌آوری، نمایش و تحلیل مستمر داده‌های نیروگاه برای اطلاع از وضعیت واقعی سیستم است. بدون مانیتورینگ ممکن است یک خطا ساعت‌ها یا حتی روزها ادامه داشته باشد و مالک تنها زمانی متوجه آن شود که تولید ماهانه کاهش پیدا کرده است. اما در سیستمی با مانیتورینگ مناسب، مواردی مانند کاهش تولید، خطای اینورتر، توقف تجهیزات یا رفتار غیرعادی سریع‌تر شناسایی می‌شوند.

یک سیستم حرفه‌ای مانیتورینگ باید بتواند داده‌هایی مانند موارد زیر را جمع‌آوری و تحلیل کند:

•     توان AC و DC
•     انرژی تولیدی
•     تابش خورشید
•     دمای محیط و تجهیزات
•     وضعیت اینورتر
•     PR یا ضریب عملکرد
•    دسترس‌پذیری
•     Specific Yield (همان نرخ تولید ویژه)
•     اطلاعات استرینگ‌ها

نرم افزار مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی چه کاری انجام می‌دهد؟

نرم افزار مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی قادر است به صورت حرفه‌ای داده‌ها را ذخیره، پردازش و با یکدیگر مقایسه کند. برای مثال، نرم‌افزار می‌تواند نشان دهد که اینورتر شماره ۴ نسبت به اینورترهای مشابه تولید پایین‌تری داشته است، بنابراین، بررسی دقیق مشکل از همینجا آغاز می‌شود.  معمولا نرم افزارهای مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی با امکاناتی نظیر داشبورد لحظه‌ای، گزارش‌گیری، هشدار خطا، نمودار تولید، مقایسه اینورترها، تحلیل KPI، گزارش انرژی و ثبت سوابق عرضه می‌شوند. سیستم‌های حرفه‌ای حتی می‌توانند داده‌های تابش و دما را با تولید واقعی مقایسه کنند تا تحلیل عملکرد دقیق‌تر شود.

سلاریس ‌365، مانیتورینگ و مدیریت یکپارچه نیروگاه خورشیدی

برای تحلیل دقیق عملکرد نیروگاه در سلاریس، داده‌های تجهیزات به ‌صورت مستمر پایش و در صورت وجود مشکل به تیم فنی اطلاع داده می‌شود. سلاریس 365 یک پلتفرم یکپارچه برای مانیتورینگ، تحلیل عملکرد و مدیریت نیروگاه‌های خورشیدی است که به شما امکان می‌دهد تا شاهد پایش لحظه‌ای، هشدار هوشمند و گزارش‌گیری تحلیلی باشید. در این پلتفرم، اطلاعات تجهیزات در یک بستر متمرکز جمع‌آوری می‌شوند و تیم فنی می‌تواند وضعیت اینورترها و سایر تجهیزات را لحظه‌ای بررسی کرده، خطاها را سریع‌تر شناسایی و سوابق تعمیرات را مدیریت کند. این سامانه از پروتکل‌های صنعتی مانند Modbus، MQTT و IEC 61850 پشتیبانی می‌کند.

خدمات مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی برای چه کسانی مناسب است؟

•     صاحبان نیروگاه‌های خانگی

•     سرمایه‌گذاران نیروگاه‌های تجاری
•     نیروگاه‌های صنعتی
•     نیروگاه‌های زمینی
•     نیروگاه‌های چندصد کیلوواتی
•     نیروگاه‌های مگاواتی
•     شرکت‌های بهره‌بردار و O&M

از کجا بفهمیم نیروگاه خورشیدی ما افت عملکرد دارد؟

•     کاهش تولید بدون کاهش متناسب تابش

•     اختلاف محسوس بین اینورترهای مشابه
•     افزایش تعداد خطاهای اینورتر
•     کاهش ضریب عملکرد
•     افزایش زمان خاموشی
•     تولید کمتر از مقدار مورد انتظار
•     تغییر ناگهانی نمودار تولید
•     کاهش تولید یک بخش خاص
•     افزایش دمای غیرعادی تجهیزات
•     کاهش تولید پس از تجمع گردوغبار

تفاوت مانیتورینگ با مشاهده ساده تولید چیست؟

مشاهده تولید فرآیندی ساده است و نشان می‌دهد که مثلا ۲۰۰ کیلووات‌ساعت برق تولید شده است. اما مانیتورینگ و تحلیل عملکرد بررسی می‌کند که آیا ۲۰۰ کیلووات‌ ساعت مقدار مناسبی بوده است؟ اگر پاسخ منفی باشد، سوالاتی مانند: چرا کمتر تولید کرده؟ و چه مقدار انرژی و درآمد به دلیل این افت از دست رفته است؟ مطرح می‌شوند. 

جمع‌بندی

بررسی عملکرد نیروگاه یکی از مهم‌ترین مراحل بررسی حرفه‌ای سیستم خورشیدی است که در آن علاوه بر تولید برق، مواردی مانند تابش، دما، وضعیت تجهیزات، زمان خاموشی و شاخص‌هایی مانند ضریب عملکرد، دسترس‌پذیری و نرخ تولید ویژه بررسی می‌شوند. از طرف دیگر، مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی و استفاده از نرم افزار مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی باعث می‌شود اطلاعات نیروگاه به داده‌های قابل تحلیل تبدیل شوند. در نتیجه، خطاها سریع‌تر تشخیص داده می‌شوند و شاهد کاهش زمان خاموشی، بهبود نگهداری و در نهایت افزایش انرژی قابل‌استفاده خواهیم بود. 

اگر مالک نیروگاه هستید و احساس می‌کنید تولید واقعی سیستم با ظرفیت و شرایط تابش آن همخوانی ندارد، در ابتدا، داده‌های عملکرد را بررسی کرده و ارزیابی فنی انجام دهید. آیا می‌خواهید عملکرد واقعی نیروگاهتان را دقیق‌تر ببینید و افت تولید را قبل از تبدیل شدن به هزینه شناسایی کنید؟ برای آگاهی بیشتر درباره خدمات سلاریس ‌365 و دریافت دمو سامانه مانیتورینگ و مدیریت نیروگاه خورشیدی، با کارشناسان ما در ارتباط باشید.

سوالات متداول

بهترین شاخص برای ارزیابی بازده نیروگاه چیست؟

ضریب عملکرد یکی از مهم‌ترین شاخص‌هاست، اما برای ارزیابی دقیق‌تر باید سایر موارد مانند دسترس‌پذیری، نرخ تابش و تولید انرژی واقعی و... نیز بررسی شوند.  

آیا کثیفی پنل می‌تواند باعث افت راندمان شود؟

بله، تجمع گردوغبار و آلودگی روی پنل می‌تواند میزان انرژی دریافتی و در نتیجه تولید برق را کاهش دهد. میزان اثر آن باید با توجه به شرایط محل و داده‌های عملکرد نیروگاه ارزیابی شود.

مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی چه مزیتی دارد؟

مانیتورینگ به شما امکان مشاهده و تحلیل تولید، وضعیت تجهیزات، هشدارها، تابش و شاخص‌های عملکرد را می‌دهد و باعث شناسایی سریع‌تر افت تولید و خرابی سیستم می‌شود.

نرم افزار مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی چه اطلاعاتی را نمایش می‌دهد؟

نرم افزار مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی می‌تواند بسته به نوع سیستم، اطلاعاتی مانند توان و انرژی تولیدی، وضعیت اینورتر، تابش، دما، هشدارها، ضریب عملکرد، دسترس‌پذیری و سایر KPIهای نیروگاه را نمایش دهد.

چرا تولید نیروگاه از مقدار پیش‌بینی ‌شده کمتر است؟

دلایلی مانند کاهش تابش، دمای بالا، کثیفی پنل، سایه، خرابی یا افت راندمان اینورتر، تلفات کابل، مشکلات استرینگ و محدودیت شبکه می‌توانند باعث کاهش تولید نیروگاه شوند.

هزینه مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی چگونه تعیین می‌شود؟

هزینه مانیتورینگ به مواردی مانند ظرفیت نیروگاه، تعداد و نوع تجهیزات، تعداد اینورترها و استرینگ‌ها، سطح جزییات موردنیاز برای پایش، امکانات نرم‌افزار، نحوه اتصال تجهیزات و نوع گزارش‌ها و هشدارهای موردنیاز بستگی دارد.