Kiedy energia słoneczna spotyka się z nauką - rola monitoringu PV w badaniach stosowanych

W dzisiejszym krajobrazie energetycznym granica między innowacjami technologicznymi a badaniami stosowanymi staje się coraz cieńsza. Konkretny przykład pochodzi z dwóch eksperymentalnych projektów, które wykorzystują technologię Tigo do gromadzenia danych o wydajności w wysokiej rozdzielczości na poziomie modułu. Projekty te są promowane przez Energy4Climate (E4C), jeden zainstalowany w obserwatorium atmosferycznym SIRTA (Site Instrumental de Recherche par Télédétection Atmoshpérique) w regionie paryskim, a drugi na kampusie Uniwersytetu Polinezji Francuskiej (UPF).

Energy4Climate Center of Institute Polytechnique de Paris skupia prawie 30 laboratoriów pracujących nad czterema przekrojowymi tematami mającymi na celu redukcję emisji gazów cieplarnianych, poprawę efektywności energetycznej, wdrażanie energii odnawialnej i proponowanie odpowiednich polityk energetycznych. E4C opracowuje platformy i demonstratory w celu testowania, w rzeczywistych warunkach, metod, rozwiązań w zakresie zarządzania i modelowania. E4C jest wspierany przez ^3rd Programme d'Investissements d'Avenir (ANR-18-EUR-0006-02), a dwa poniższe projekty są współfinansowane przez Fundację Ecole polytechnique (Katedra Badawcza "Défis Technologiques pour une Énergie Responsable" lub "Technological Challenges for Responsible Energy", finansowana przez TotalEnergies).

Projekt #1 - Cztery technologie fotowoltaiczne przetestowane na Tahiti

Pierwszy z dwóch projektów jest realizowany na kampusie UPF na Tahiti, w tropikalnym środowisku o szczególnie trudnych warunkach: silnych wiatrach, niskich sezonowych opadach deszczu i wysokim ryzyku gromadzenia się kurzu i brudu na modułach fotowoltaicznych.

Instalacja obejmuje zarówno monofacjalne, jak i bifacjalne moduły fotowoltaiczne, co pozwala na analizę porównawczą ich wydajności w podobnych warunkach środowiskowych. Dwupłaszczyznowa część systemu integruje moduły wielu producentów, umożliwiając ocenę różnych technologii i projektów pod względem wydajności energetycznej, niezawodności i reakcji na zmienne warunki. Optymalizatory Tigo TS4 zostały zainstalowane w celu monitorowania wydajności każdego modułu - napięcia, mocy i prądu - oraz przesyłania danych za pośrednictwem interfejsu API do platformy analitycznej E4C datahub.

Celem jest precyzyjna analiza wpływu warunków środowiskowych na każdy typ modułu. Aby dopełnić obrazu, zaawansowany system monitorowania środowiska zapewnia dane dotyczące napromieniowania i temperatury dla każdej sekcji, umożliwiając bardzo dokładną analizę krzyżową.

Projekt #2 - Agrivoltaics and Bifacial Modules: Synergia między uprawami a fotowoltaiką we Francji

Druga instalacja znajduje się w SIRTA, jednym z wiodących europejskich obserwatoriów atmosferycznych, z ponad 200 instrumentami stale monitorującymi środowisko atmosferyczne. Instalacja jest częścią projektu AgriPV-ER, który przyczynia się do rozwoju INRAE's Pôle National de Recherche sur l'Agriphotovoltaïsme (lub "National Research Center for Agrivoltaics"). Projekt jest wspierany przez France 2030 i PEPR TASE (22-PETA-0007).

Projekt ten koncentruje się na integracji rolnictwa i fotowoltaiki. W Palaiseau, wewnątrz obserwatorium SIRTA, system agrivoltaiczny łączy uprawę lucerny i pszenicy z instalacją dwupłaszczyznowych modułów fotowoltaicznych nad uprawami. Wdrożono ponad 50 instrumentów do monitorowania zmiennych meteorologicznych, gleby, promieniowania i stanu PV.

Również w tym przypadku optymalizatory Tigo TS4 umożliwiają gromadzenie szczegółowych danych na poziomie modułu, co jest niezbędne do analizy i modelowania interakcji między cyklami wzrostu roślin a wydajnością energetyczną systemu PV.

Jedno z najciekawszych odkryć z badania dotyczy sezonowej zmienności albedo, czyli zdolności gleby (lub w tym przypadku roślinności) do odbijania światła słonecznego. W łagodniejszych porach roku - a zwłaszcza między końcem marca a początkiem kwietnia 2025 r. - odnotowano zauważalny wzrost albedo. odzyskanej energii z optymalizatorów, spowodowany nieregularnym albedo wytwarzanym przez pokrywę roślinną i zacienieniem niektórych modułów fotowoltaicznych spowodowanym przez rozmieszczone instrumenty. W tym okresie wzrost roślin osiąga szczyt i w pełni zacienia ziemię: zmienność koloru liści i nierównomierne rozmieszczenie powoduje niejednolite odbicia światła, co sprawia, że rola optymalizatora jest jeszcze bardziej krytyczna - nie tylko do monitorowania wydajności, ale także do maksymalizacji produkcji energii poprzez zmniejszenie wpływu niedopasowania.

Gdy rośliny zaczynają więdnąć, ich kolor zmienia się, a albedo stopniowo spada, co nieuchronnie wpływa na wydajność modułów dwupłaszczyznowych. Z drugiej strony, w miesiącach zimowych, pojedyncze skoki albedo są spowodowane krótkimi opadami śniegu, ale ogólna produkcja pozostaje niższa z powodu niekorzystnych warunków pogodowych.

Warto również zauważyć, że elektrownia znajduje się na obszarze o deszczowym, często pochmurnym klimacie, co powoduje naturalne wahania produkcji spowodowane zachmurzeniem. Dzięki elektronice mocy Tigo nie tylko zapewniona jest maksymalna energia w każdych warunkach, ale wahania te można również monitorować z dużą precyzją - przekształcając nawet złożone i zmienne warunki środowiskowe w cenne dane w celu optymalizacji wydajności systemu.

Rola technologii Tigo w badaniach naukowych

"Optymalizatory Tigo TS4 zapewniają wartości, których potrzebujemy do zbadania wydajności każdego modułu, jako części znacznie większego systemu" - powiedziała Moira Torres, doktorantka w Laboratorium GeePs (Laboratoire de Génie Electrique et Electronique de Paris), będącym częścią CentraleSupélec. "Pozwala nam to lepiej zrozumieć, w jaki sposób moduły reagują na różne warunki środowiskowe i poprawić prognozy produkcji. Dane wyodrębnione z optymalizatorów Tigo, przetwarzane i wizualizowane za pośrednictwem platformy Energy Intelligence, w połączeniu z danymi środowiskowymi, są wykorzystywane nie tylko do walidacji istniejących modeli, ale także do opracowywania nowych".

Podsumowanie - Dane napędzają innowacje

Projekty te stanowią ważne potwierdzenie: dane dostarczane przez technologię Tigo nie tylko wspierają codzienną pracę systemów fotowoltaicznych, ale także stają się kluczowym narzędziem do badań naukowych. W bardzo różnych kontekstach - od klimatu tropikalnego po europejskie krajobrazy rolnicze - optymalizacja na poziomie modułu okazuje się niezbędna do zrozumienia, przewidywania i poprawy wydajności systemów fotowoltaicznych przyszłości.

‍