Przy projektowaniu systemu automatyki dla instalacji nadążnych za słońcem należy zastanowić się nad implementacją określonego algorytmu sterowania. Do wyboru mamy trzy algorytmy lub zastosowanie hybrydy tych algorytmów.
Algorytmy stosowane w trackerach
1. Algorytm różnicowy
Systemy nadążne pracujące w układzie zamkniętym pobierają informacje o oświetleniu i na podstawie uzyskanych danych ustawiają moduły fotowoltaiczne w pozycji o największym nasłonecznieniu. Zastosowanie różnych typów czujników daje możliwość uzyskania informacji o poziomie promieniowania lub o jego parametrach charakterystycznych (kierunkowość, stosunek promieniowania bezpośredniego do całkowitego itd.). Na podstawie obliczonej różnicy pomiędzy wartościami odczytanymi z poszczególnych czujników natężenia oświetlenia aktywowane są napędy. Zaletą tych systemów jest duża oszczędność energii w dniach o niskim poziomie promieniowania słonecznego. Istotną wadą jest możliwość zabrudzenia czujników, co prowadzi do nieprawidłowej pracy systemu.
Zalety:
- Nie jest wymagana precyzja w ustawieniu konstrukcji
- Koszty wykonania instalacji jest niższy w porównaniu do systemu zbudowanego na układzie otwartym (niższa dokładność pozycjonowania)
- Energia nie jest tracona w okresach o małym nasłonecznieniu
- System reaguje na zmieniające się warunki oświetlenia
Wady :
- Czujniki podatne na zakłócenia
- Niedokładności w śledzeniu słońca
- Prawidłowe działanie systemu występuje tylko przy dobrych warunkach atmosferycznych (optymalne nasłonecznienie)
Algorytm z powodzeniem można zaimplementować wykorzystując modularny system automatyki WAGO-I/O-SYSTEM. W tym wypadku należy zastosować moduły analogowe prądowe lub napięciowe w zależności od typu zastosowanego czujnika natężenia oświetlenia. Przykład czterokanałowego modułu analogowego 0-10V znajduje się poniżej:
Moduł 750-459 4AO, 0-10V
Uproszczony schemat algorytmu różnicowego
2. Algorytm wykorzystujący kalendarz astronomiczny
Sterowanie w układzie otwartym, bez użycia zewnętrznych czujników, polega na ustawieniu konstrukcji na podstawie pozycji słońca zapisanej w kalendarzu astronomicznym co określony czas.
Zalety:
- Układ odporny na zakłócenia
Wady:
- Konstrukcja musi być ustawiana precyzyjnie, co wpływa koszty budowy całego układu
- Mała efektywność w okresie zimowym
- Układ nie reaguje na zmienne warunki pogodowe
W tym wypadku należy pamiętać o zastosowaniu odpowiednich bibliotek dostarczanych przez WAGO. Warto skorzystać z paczki: „Libraries_for_building_automation”. W bibliotece WagoBuilding_01.lib znajdują się bloki:
FbWB_CalculateSunPosition – na podstawie aktualnego czasu oraz długości i szerokości geograficznej oblicza wartość azymutu oraz elewacji.
Blok funkcyjny FbWB_CalculateSunPosition w WAGO-I/O-PRO
FBWB_CalculateSunRiseSunset – blok funkcyjny służący do obliczania czasu wschodu oraz zachodu słońca na podstawie aktualnego czasu oraz położenia geograficznego.
Uproszczony schemat algorytmu kalendarzowego
3. Algorytm MPP (maximum power point)
Algorytm polega na śledzeniu maksymalnego punktu pracy instalacji fotowoltaicznej. Układ sterowania zmienia położenie konstrukcji w małych odstępach czasu. Następnie porównywane są wartości mocy zmierzonej w danym momencie oraz mocy zmierzonej zaraz przed zmianą położenia trackera. Jeżeli okaże się, że generowana moc w danej chwili jest większa od mocy poprzednio zmierzonej, to układ wykonuje krok pozytywny. W przeciwnym wypadku negatywny. Elementem pomiarowym jest tutaj cała instalacja fotowoltaiczna, dlatego istnieje możliwość regulacji położenia tylko w płaszczyźnie poziomej.
Zalety:
- Układ jednoosiowy – niższe koszty budowy konstrukcji
- Mniejsze koszty związane z brakiem czujników nasłonecznienia i położenia
- Energia nie jest tracona w okresach o małym nasłonecznieniu
- Układ reaguje na zmienne warunki atmosferyczne
Wady:
- Konstrukcja wymaga precyzyjnego ustawienia
- Oscylacje wokół MPP ogniwa generują wyższe koszty energetyczne sterowania
Moc możemy mierzyć w zależności od tego, jakie urządzenia mamy zainstalowane w instalacji. Systemy oparte o WAGO-I/O-SYSTEM posiadają bardzo duże możliwości komunikacyjne. Istnieje możliwość m.in. komunikacji z falownikiem, np. po protokole MODBUS i odczyt generowanej energii.
Inną opcją jest zastosowanie modułów pomiaru mocy WAGO.
Moduł pomiaru mocy 3-fazowej, 480 V1 A AC
4. Algorytm hybrydowy łączący wszystkie wymienione algorytmy
Układy hybrydowe są połączeniem opisanych powyżej metod sterowania przy jednoczesnej eliminacji wad poszczególnych układów. Rozwiązanie to daje możliwość zabezpieczenia przed błędami odczytów z detektora natężenia oświetlenia (w przypadku awarii bądź zakłóceń świetlnych). Zastosowanie algorytmów decyzyjnych umożliwia wybór odpowiedniego sposobu sterowania w określonych warunkach atmosferycznych:
– algorytm zegarowy – dni o dużym nasłonecznieniu
– algorytm różnicowy lub śledzenia MPP (czujniki natężenia oświetlenia) – krótkotrwałe lub długotrwałe zachmurzenie oraz dodatkowe czynniki zakłócające pomiary detektorów.
Maciej Kurantowicz, WAGO.PL