Ograniczenie kosztów instalacji i konserwacji na farmie fotowoltaicznej można uzyskać, dzięki zastosowaniu komunikacji bezprzewodowej Radioline w połączeniu z systemem monitorującym EMACS. W erze cyfryzacji oraz transformacji technologicznej komunikacja bezprzewodowa staje się coraz częstszą alternatywą dla tradycyjnej. Zamiast kabli nośnikiem danych są tu fale radiowe, które są w stanie w krótkim czasie przekazać je w obrębie coraz szerszych aplikacji. Niewątpliwą zaletą tego typu rozwiązania jest fakt, że nie tylko oszczędza się w ten sposób na kosztach okablowania powstających obiektów, ale również łatwiej jest modernizować już istniejące obiekty. Jeżeli dodatkowo zadbamy o nowoczesną i efektywną łączność międzysystemową, która zapewni nieprzerwaną komunikację, przepływ informacji, danych i możliwości kontroli, możemy być pewni niezawodności tego typu projektu.
Farma PV zrealizowana przez Electrum
Doskonałym przykładem zastosowania wspomnianego rozwiązania jest elektrownia fotowoltaiczna o mocy 33,5 MW, gdzie w 2020 roku główny wykonawca farmy PV – firma Electrum – zastąpiła tradycyjne połączenie RS-485 wykorzystywane do wymiany informacji z urządzeniami monitorującymi pracę poszczególnych łańcuchów (stringów), bezprzewodowym systemem Radioline firmy Phoenix Contact.
Stringbox jest urządzeniem, które koncentruje obwody DC podłączonych łańcuchów paneli fotowoltaicznych w jeden zbiorczy kabel DC podłączany bezpośrednio do inwertera. Zastosowanie stringboxów z monitorowaniem poszczególnych łańcuchów zapewnia korzyści w postaci pomiaru napięcia i prądu na poszczególnych łańcuchach.
Dzięki doskonałej współpracy autorskiego systemu EMACS służącego do monitorowania obiektów energetycznych z rozwiązaniem Radioline, uzyskano dodatkowe możliwości optymalizacji pracy obiektu o mocy 33,5 MW składającego się z ok. 100 tys. paneli podłączonych do 227 stringboxów, a także dodatkowe możliwości głębszej analizy działania farmy, występujących usterek oraz spadków wydajności.
EMACS – jeden system, wiele możliwości
Podstawowym narzędziem służącym do obsługi obiektu jest autorski system firmy Electrum – EMACS (ang. Energy Management and Control System). Rozwiązanie to realizuje funkcje monitoringu i sterowania poszczególnymi elementami instalacji, takimi jak inwertery, pyranometry, stacje meteorologiczne, liczniki energii system trackerów czy przekaźniki EAZ. Dodatkowymi zadaniami, które realizuje system EMACS jest wyliczanie współczynników KPI obiektu, a także przekazywanie danych dotyczących pracy obiektu operatorowi energii, przy użyciu protokołów energetycznych.
W podstawowym rozwiązaniu system EMACS udostępniał informacje dotyczące generacji pochodzące bezpośrednio z inwerterów. Poniżej przedstawiono schemat synoptyczny przykładowej grafiki odwzorowującej odczyty danych przed zrealizowaniem komunikacji ze stringboxami.
Dzięki doposażeniu obiektu w monitoring stringboxów zarówno obsługa obiektu, jak i właściciel zyskali dodatkowo możliwości weryfikacji poprawności działania obiektu na poziomie poszczególnych łańcuchów. Schemat synoptyczny przedstawiający przykładową grafikę z uwzględnieniem komunikacji ze stringboxami przedstawiono poniżej.
Radioline – bezprzewodowa komunikacja Trusted Wireless
Trusted Wireless to technologia bezprzewodowa stworzona przez firmę Phoenix Contact, specjalnie do zastosowań przemysłowych. Sprawdza się ona szczególnie w bezprzewodowej transmisji danych z czujników i elementów wykonawczych oraz w przesyłaniu niewielkich i średnich ilości danych w rozległych aplikacjach. Przy niezakłóconej widoczności można uzyskać transmisję pomiędzy dwoma urządzeniami na dystansie od kilkuset metrów do nawet 20 kilometrów. Ważnym aspektem mającym wpływ na ten wybór była możliwość konfiguracji urządzeń bezprzewodowo, w trybie „rozproszonym”. Polega ona na tym, że urządzenia zainstalowane w poszczególnych lokalizacjach mają fabrycznie aktywną komunikację radiową. Dzięki temu, w tak dużej i rozległej instalacji, zmiana poszczególnych parametrów może odbywać się bez konieczności bezpośredniego łączenia się z modułem radiowym.
Przy doposażaniu obiektu w monitoring stringboxów generalny wykonawca obiektu – firma Electrum – stanęła przed dylematem wykonania instalacji do komunikacji z urządzeniami. Miała do wyboru dwie opcje. Pierwszą z nich była metoda klasyczna wiążąca się z koniecznością ułożenia okablowania do komunikacji w ziemi. Jednak ze względu na to, że obiekt już pracował, stanowiło to duże ryzyko uszkodzenia istniejącej instalacji. Drugą opcją było nowatorskie rozwiązanie polegające na zastosowaniu bezprzewodowej komunikacji z urządzeniami poprzez sieć Trusted Wireless. O wyborze zadecydowała najważniejsza zaleta rozwiązania Trusted Wireless, czyli mała inwazyjność. Monitoring stringboxów został zainstalowany na istniejącej już farmie, na której jakiekolwiek prace ziemne wiązałyby się z długim czasem realizacji oraz ryzykiem uszkodzenia instalacji czy paneli. Oprócz tego wdrożenie komunikacji Radioline okazało się nieporównywalnie tańsze i szybsze.
Kolejną ważną funkcją użytą w tej aplikacji była możliwość tworzenia odseparowanych grup komunikacyjnych. Służy do tego możliwość wyboru konkretnego kanału komunikacyjnego dla danej grupy oraz przypisania specyficznego identyfikatora unikalnego dla urządzeń w danej grupie. Dzięki temu możliwe było podzielenie wszystkich urządzeń na podgrupy, w których adresacja poszczególnych urządzeń komunikacyjnych mogła się „powtarzać”. Dla każdego obszaru przedstawionego na rysunku poniżej zastosowano oddzielną grupę komunikacyjną.
W obrębie każdego obszaru zastosowano sterownik komunikujący się z urządzeniem master komunikacji Radoline po łączu RS-485. Każdy master odpytuje urządzenia slave za pomocą komunikacji radiowej. Ich liczba zależy od liczby stringboxów w obrębie stacji kontenerowej, w której jest 12 lub 13 przyrządów. Na cały obiekt składa się więc ponad 200 urządzeń! Slave’y konwertują sygnał radiowy z powrotem na RS-485. Do każdego slave’a podłączony jest 1 stringbox. Na liczbę urządzeń komunikacji Radioline składa się więc liczba urządzeń odpytywanych + 1 (Master) na grupę komunikacyjną.
Z uwagi na fakt, że stringboxy są od siebie oddalone, wykorzystano kolejną ważną funkcję – repeatera sygnału. Dzięki niej urządzenia mogą przekazywać informację do Mastera wykorzystując do tego celu inne urządzenia w grupie, np. takie, które znajdują się bliżej Mastera.
Same urządzenia konfiguruje się w przystępny sposób, za pomocą jednego ekranu konfiguracji.
Technologia Trusted Wireless
Technologia bezprzewodowa Trusted Wireless, na której bazuje system Radioline, wykorzystuje tzw. metodę FHSS (ang. Frequency Hopping Spread Spectrum), czyli możliwość wyboru do 127 kanałów z całego pasma częstotliwości, które są zmieniane w oparciu o losowy wzór. Takie rozwiązanie zwiększa odporność komunikacji na zakłócenia, a dzięki zastosowaniu różnych pasm RF (ang. Radio Frequency) kilka systemów Trusted Wireless może bez problemów pracować równolegle. Istnieje również możliwość ukrycia określonych kanałów (tzw. blacklisting), aby przykładowo móc używać równolegle kilku systemów WLAN bez ograniczenia ich wydajności.
Trusted Wireless idealnie wpasowuje się pomiędzy technologię WirelessHART (głównie czujniki) i technologię dużych prędkości Wireless LAN oraz może z nimi koegzystować w obrębie jednej aplikacji, nie zakłócając wzajemnie swojej pracy. Elastyczność ustawień pozwala na optymalne dostosowanie do wymagań danej aplikacji – przy niższej szybkości transmisji możliwe jest pokonywanie znacznie większych dystansów niż przy wysokiej przepustowości. Użytkownik może więc wprowadzić odpowiednie ustawienia w zależności od aplikacji i wymaganego zasięgu.
Warto również wspomnieć o bezpieczeństwie transmisji. Protokół Trusted Wireless nie jest publicznie dostępny, a dodatkowo zastosowano w nim 128-bitowe szyfrowanie danych, dlatego jest on doskonale zabezpieczony przed cyberatakami.
Wracając do Radioline, ten bezprzewodowy system umożliwia proste oraz elastyczne tworzenie połączeń punkt-punkt, sieci gwiazdowych lub Mesh. Przesyła zarówno sygnały we/wy, jak i dane szeregowe. Poprzez zintegrowane złącza RS-232 i RS-485 moduły we/wy można przyłączyć w systemie Radioline do sterownika również bezpośrednio z użyciem protokołu Modbus. Warto zwrócić uwagę, że system ten ma bardzo duże możliwości rozbudowy – w jednej sieci może pracować do 250 stacji roboczych, a do każdego modułu komunikacyjnego można podłączyć do 32 modułów I/O.
Systemu Radioline można używać beż żadnych dodatkowych opłat praktycznie na całym świecie. Mamy do wyboru trzy częstotliwości pracy – 2400 MHz (cały świat), 868 MHz (Europa/RPA) oraz 900 MHz (Ameryka Północna i Południowa/Australia). Częstotliwości te zostały dobrane w taki sposób, aby komunikacja była odporna na wszelkie zakłócenia przemysłowe, nawet tak silne, jak te emitowane przez spawarki łukowe. Trzeba jednak pamiętać, że im wyższa częstotliwość, tym większe tłumienie, tzn. sygnał 2,4 GHz jest tłumiony mocniej niż sygnał 868 MHz lub 900 MHz. Za to pracując w częstotliwości 2,4 GHz czas transmisji jest krótszy (przepustowość danych jest szybsza) i mamy do dyspozycji znacznie więcej częstotliwości.
Zastosowanie
System Radioline został stworzony do rozległych aplikacji i sieci, dlatego najlepiej sprawdzi się w branżach procesowych oraz technologicznych, a także w infrastrukturze miejskiej (np. wodociągach i kanalizacji). Producent pomyślał również o rozwiązaniach dla energetyki, w szczególności system może być stosowany w elektrowniach słonecznych.
Jak wiadomo, operacje łączeniowe w systemach fotowoltaicznych charakteryzują się wysoką częstotliwością, co często powoduje zakłócenia w przewodach komunikacyjnych. Żeby tego uniknąć, można zastąpić przewody RS-485 i zastosować nowe moduły Radioline EE-2400-RS485 – przeznaczone specjalnie do takich aplikacji.
System Radioline charakteryzuje częstotliwość pracy 2400 MHz, konfigurowalna prędkość transmisji i zasięg ± 500 m czy odporność na zakłócenia elektromagnetyczne. Ponadto, możliwość zastosowania topologii MESH i do 250 punktów radiowych w obrębie jednej instalacji czy anteny, które można montować bezpośrednio do panelu lub szafy, a to tylko jedne z najważniejszych funkcjonalności tego rozwiązania.
Doskonałym przykładem zastosowania technologii w obrębie energetyki jest właśnie udana implementacja na farmie PV o mocy 33,5 MW. Chociaż jest to pierwsze rozwiązania tego typu na tak wielką skalę – 227 sztuk stringboxów i ponad 100 tys. paneli – z satysfakcją możemy powiedzieć, że działa bez zarzutu. Z kolei synergia pracy Radioline oraz systemu monitorującego EMACS udowadnia, że należy sięgać po rozwiązania nowatorskie, ponieważ to właśnie one zapewniają największą optymalizację energetyczną oraz finansową.
System Radioline
Ze wszystkimi szczegółami systemu Radioline można się zapoznać na stronie internetowej – www.phoenixcontact.com/pl-pl.
Kontakt
Kamil Wachowicz
Menadżer Produktu – Produkty i Aplikacje Automatyki
Phoenix Contact Sp. z o.o.
Mobile: +48 600 99 17 57
email: kwachowicz@phoenixcontact.pl
www.phoenixcontact.pl
Artykuł powstał przy współpracy z firmą Electrum – www.electrum.pl.
Publikacja artykułu: lipiec 2022 r.