Introduzione: Quando la luce solare diventa una “variabile”
Il cuore della produzione di energia fotovoltaica è la conversione dell'energia solare in energia elettrica, e la sua potenza in uscita è direttamente influenzata in tempo reale da molteplici parametri meteorologici come l'irradiazione solare, la temperatura ambiente, la velocità e la direzione del vento, l'umidità atmosferica e le precipitazioni. Questi parametri non sono più semplici dati nei bollettini meteorologici, ma "variabili di produzione" chiave che influenzano direttamente l'efficienza di produzione di energia delle centrali elettriche, la sicurezza delle apparecchiature e il ritorno sugli investimenti. La stazione meteorologica automatica (AWS) si è così trasformata da strumento di ricerca scientifica in un indispensabile "sensore" e "cardine decisionale" per le moderne centrali fotovoltaiche.
I. Correlazione multidimensionale tra i parametri di monitoraggio del nucleo e l'efficienza della centrale elettrica
La stazione meteorologica automatica dedicata alle centrali fotovoltaiche ha creato un sistema di monitoraggio altamente personalizzato e ogni dato è strettamente legato al funzionamento della centrale:
Monitoraggio della radiazione solare (”misurazione della sorgente” per la produzione di energia)
Radiazione totale (GHI): determina direttamente l'energia complessiva ricevuta dai moduli fotovoltaici ed è l'input più importante per la previsione della produzione di energia.
Radiazione diretta (DNI) e radiazione diffusa (DHI): per i pannelli fotovoltaici che utilizzano staffe di tracciamento o moduli bifacciali specifici, questi dati sono fondamentali per ottimizzare le strategie di tracciamento e valutare con precisione il guadagno di generazione di potenza sul lato posteriore.
Valore applicativo: fornisce dati di riferimento insostituibili per il benchmarking delle prestazioni di produzione di energia (calcolo del valore PR), previsioni di produzione di energia a breve termine e diagnosi dell'efficienza energetica delle centrali elettriche.
2. Temperatura ambiente e temperatura del backplane del componente (il “coefficiente di temperatura” dell’efficienza)
Temperatura ambiente: influenza il microclima e le esigenze di raffreddamento della centrale elettrica.
Temperatura del backsheet del modulo: la potenza in uscita dei moduli fotovoltaici diminuisce all'aumentare della temperatura (in genere da -0,3% a -0,5%/℃). Il monitoraggio in tempo reale della temperatura del backplane può correggere con precisione la potenza in uscita prevista e identificare una dissipazione di calore anomala dei componenti o potenziali pericoli di punti caldi.
3. Velocità e direzione del vento (la “spada a doppio taglio” della sicurezza e del raffreddamento)
Sicurezza strutturale: i venti forti e istantanei (come quelli che superano i 25 m/s) rappresentano il test definitivo per la progettazione del carico meccanico delle strutture di supporto e dei moduli fotovoltaici. Gli avvisi di velocità del vento in tempo reale possono attivare il sistema di sicurezza e, se necessario, attivare la modalità di protezione dal vento dell'inseguitore monoassiale (ad esempio, "localizzazione temporale").
Raffreddamento naturale: una velocità del vento adeguata contribuisce ad abbassare la temperatura di esercizio dei componenti, migliorando indirettamente l'efficienza della generazione di energia. I dati vengono utilizzati per analizzare l'effetto del raffreddamento ad aria e ottimizzare la disposizione e la spaziatura degli array.
4. Umidità relativa e precipitazioni (”segnali di avvertimento” per il funzionamento e la manutenzione e guasti)
Elevata umidità: può indurre effetti PID (attenuazione indotta dal potenziale), accelerare la corrosione delle apparecchiature e influire sulle prestazioni di isolamento.
Precipitazioni: i dati sulle precipitazioni possono essere utilizzati per correlare e analizzare l'effetto di pulizia naturale dei componenti (un aumento temporaneo della produzione di energia) e orientare la pianificazione del ciclo di pulizia ottimale. Gli avvisi di forti piogge sono direttamente correlati alla risposta dei sistemi di controllo delle inondazioni e di drenaggio.
5. Pressione atmosferica e altri parametri (fattori ausiliari raffinati)
Viene utilizzato per la correzione dei dati di irradianza ad alta precisione e per analisi a livello di ricerca.
Ii. Scenari di applicazioni intelligenti basate sui dati
Il flusso di dati della stazione meteorologica automatica, attraverso il collettore dati e la rete di comunicazione, confluisce nel sistema di monitoraggio e acquisizione dati (SCADA) e nel sistema di previsione della potenza della centrale fotovoltaica, dando origine a molteplici applicazioni intelligenti:
1. Previsione precisa della produzione di energia e della distribuzione della rete
Previsioni a breve termine (orarie/giornate precedenti): combinando irraggiamento in tempo reale, mappe nuvolose e previsioni meteorologiche numeriche (NWP), queste previsioni costituiscono la base fondamentale per i dipartimenti di distribuzione della rete elettrica, al fine di bilanciare la volatilità dell'energia fotovoltaica e garantire la stabilità della rete. L'accuratezza delle previsioni è direttamente correlata al fatturato della centrale e alla strategia di trading del mercato.
Previsione a brevissimo termine (livello di minuto): basata principalmente sul monitoraggio di improvvisi cambiamenti di irradianza in tempo reale (come il passaggio di nuvole), viene utilizzata per la risposta rapida dell'AGC (controllo automatico della generazione) nelle centrali elettriche e per un'erogazione di potenza uniforme.
2. Diagnosi approfondita delle prestazioni della centrale elettrica e ottimizzazione del funzionamento e della manutenzione
Analisi del rapporto di prestazione (PR): sulla base dei dati di irraggiamento misurati e della temperatura dei componenti, calcolare la potenza teorica generata e confrontarla con quella effettiva. Un calo a lungo termine dei valori di PR può indicare deterioramento dei componenti, macchie, ostruzioni o guasti elettrici.
Strategia di pulizia intelligente: analizzando in modo completo le precipitazioni, l'accumulo di polvere (che può essere dedotto indirettamente tramite l'attenuazione dell'irradiazione), la velocità del vento (polvere) e i costi di perdita della produzione di energia, viene generato dinamicamente un piano di pulizia dei componenti economicamente ottimale.
Avvertenza sullo stato di salute delle apparecchiature: confrontando le differenze di generazione di energia di diversi sottogruppi nelle stesse condizioni meteorologiche, è possibile individuare rapidamente guasti nelle scatole di combinazione, negli inverter o nei livelli delle stringhe.
3. Sicurezza delle risorse e gestione del rischio
Allerta meteo estremo: imposta soglie per venti forti, pioggia intensa, neve intensa, temperature estremamente elevate, ecc., per ottenere avvisi automatici e guidare il personale operativo e di manutenzione ad adottare misure di protezione come il serraggio, il rinforzo, il drenaggio o la regolazione anticipata della modalità operativa.
Valutazione di assicurazioni e beni: fornire registrazioni di dati meteorologici oggettive e continue per offrire prove affidabili di terze parti per la valutazione delle perdite dovute a calamità, richieste di risarcimento assicurativo e transazioni di beni delle centrali elettriche.
Iii. Integrazione di sistema e tendenze tecnologiche
Le moderne stazioni meteorologiche fotovoltaiche si stanno evolvendo verso una maggiore integrazione, affidabilità e intelligenza.
Progettazione integrata: il sensore di radiazione, il misuratore di temperatura e umidità, l'anemometro, il raccoglitore dati e l'alimentatore (pannello solare + batteria) sono integrati in un sistema di palo stabile e resistente alla corrosione, consentendo un'implementazione rapida e un funzionamento senza manutenzione.
2. Alta precisione e alta affidabilità: il grado del sensore si avvicina allo standard di secondo o addirittura di primo livello, con funzioni di autodiagnosi e autocalibrazione per garantire l'accuratezza e la stabilità dei dati a lungo termine.
3. Integrazione di edge computing e intelligenza artificiale: eseguire l'elaborazione preliminare dei dati e la valutazione delle anomalie presso la stazione per ridurre il carico di trasmissione dei dati. Integrando la tecnologia di riconoscimento delle immagini basata sull'intelligenza artificiale e utilizzando un imager a cielo intero per aiutare a identificare i tipi e i volumi delle nubi, l'accuratezza delle previsioni a brevissimo termine è ulteriormente migliorata.
4. Gemello digitale e centrale elettrica virtuale: i dati della stazione meteorologica, come input preciso dal mondo fisico, guidano il modello gemello digitale della centrale elettrica fotovoltaica per condurre simulazioni di generazione di energia, previsioni di guasti e ottimizzazione della strategia di funzionamento e manutenzione nello spazio virtuale.
Iv. Casi applicativi e quantificazione del valore
Una centrale fotovoltaica da 100 MW, situata in una zona montuosa complessa, dopo l'implementazione di una rete di monitoraggio micrometeorologico composta da sei sottostazioni, ha ottenuto:
L'accuratezza delle previsioni di potenza a breve termine è migliorata di circa il 5%, riducendo significativamente le sanzioni per la valutazione della rete.
Grazie alla pulizia intelligente basata sui dati meteorologici, i costi di pulizia annuali si riducono del 15%, mentre la perdita di energia elettrica causata dalle macchie si riduce di oltre il 2%.
In caso di forte vento convettivo, la modalità frangivento è stata attivata con due ore di anticipo, in base all'allerta vento forte, prevenendo possibili danni al supporto. Si stima che la perdita sia stata ridotta di diversi milioni di yuan.
Conclusione: da “Affidarsi alla Natura per vivere” ad “Agire in accordo con la Natura”
L'applicazione di stazioni meteorologiche automatiche segna un cambiamento nella gestione delle centrali fotovoltaiche, passando dall'esperienza e dalla gestione estensiva a una nuova era di gestione scientifica, raffinata e intelligente, incentrata sui dati. Ciò consente alle centrali fotovoltaiche non solo di "vedere" la luce del sole, ma anche di "comprendere" le condizioni meteorologiche, massimizzando così il valore di ogni raggio di sole e migliorando i ricavi della produzione di energia e la sicurezza degli asset durante l'intero ciclo di vita. Man mano che l'energia fotovoltaica diventa la forza trainante della transizione energetica globale, il ruolo strategico della stazione meteorologica automatica, che funge da "occhio intelligente", è destinato ad assumere un'importanza sempre maggiore.
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Data di pubblicazione: 17-12-2025