Gestione intelligente di rete multifunzione per il telecontrollo di impianti di produzione energia rinnovabile da pannelli fotovoltaici.

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1 Gestione intelligente di rete multifunzione per il telecontrollo di impianti di produzione energia rinnovabile da pannelli fotovoltaici. Esempio applicativo di telecontrollo e memorizzazione via Web/Internet dei parametri di produzione, gestione sistemi antifurto, analisi redditività ed efficienza. Ing. Emilio Benati Ing. Pierpaolo Cavalli FAST SpA - Rubiera (RE) Forum Telecontrollo Reti Acqua Gas ed Elettriche Roma ottobre 2009

2 Indice dell intervento Telecontrollo multifunzionale di impianti fotovoltaici I componenti del sistema di telegestione Esempio applicativo di telecontrollo via Internet/Web

3 Introduzione : Telecontrollo di impianti fotovoltaici Telecontrollo e Telegestione multifunzionale per Impianti Fotovoltaici Grazie all utilizzo delle moderne tecnologie GSM/GPRS, Adsl, Web, Internet è possibile realizzare sistemi di telecontrollo, flessibili ed affidabili, in cui le informazioni raccolte contribuiscono a creare una piattaforma di conoscenza unitaria e condivisa per poter svolgere al meglio le proprie competenze. L utilizzo delle tecnologie basate su piattaforme Web / Internet per il controllo delle reti e degli impianti unite all utilizzo di nuovi mezzi di comunicazione e la possibilità di decentralizzare in out-sourcing parte dei servizi di Information Technology determina inoltre una diminuzione dei costi di esercizio e manutenzione. In questa relazione verranno brevemente esposte architetture di reti basate su piattaforme TCP/IP e Web Internet ed i telecontrolli multifunzionali necessari per campi fotovoltaici di grandi dimensioni. In questi casi è necessario gestire non solo la parte di controllo ed acquisizione dei dati di produzione, ma anche il sistema integrato di antifurto dei pannelli, la videosorveglianza e l antintrusione.

4 Motivo per cui si fanno i telecontrolli nel fotovoltaico. 1) Conoscere a distanza i valori della produzione dell impianto tramite confronti sintetici con i valori attesi. 2) Valutazioni sulla efficienza dell impianto dal punto di vista sia economico che ecologico (emissione di CO2 risparmiata). 3) Monitoraggio in tempo reale per conoscere lo stato di funzionamento della centrale. 4) Attivare un sistema di allarme tale per cui ogni emergenza venga segnalata ai responsabili delle manutenzioni e della sicurezza. 5) Capacità di approfondire le diagnostiche di guasto ed efficienza con analisi dei comportamenti delle singole stringhe ottimizzando gli interventi di manutenzione ordinaria e straordinaria. 6) Integrazione nella supervisione remota di altri servizi quali: sorveglianza antintrusione, furto, telesorveglianza. 7) Supervisione del funzionamento della cabina elettrica.

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6 Componenti per Sistema di Telegestione per Impianti Fotovoltaici Quadri di controllo delle stringhe di pannelli Sistemi di telecontrollo e telesorveglianza Supervisione via Web/Internet

7 I quadri di controllo delle stringhe consentono di connettere le serie di pannelli fotovoltaici e quindi portare attraverso opportuni cablaggi la corrente elettrica erogata dai pannelli stessi all inverter, il quale provvederà alla generazione di una tensione alternata da immettere nella rete di distribuzione elettrica.

8 String Monitor Attraverso i dispositivi STRING MONITOR vengono misurate le tensioni generate e le correnti erogate da ogni singola stringa di pannelli fotovoltaici. Questi dati vengono inviati al quadro di gestione e di controllo dell intero sistema attraverso comunicazioni seriali. In aggiunta a ciò, è stato implementato un meccanismo di allarme per rilevare l eventuale interruzione della serie di pannelli, condizione che può verificarsi sia per un guasto sia per furto di almeno uno degli elementi della stringa.

9 Sistema di telecontrollo e telesorveglianza Telecontrollo di impianti fotovoltaici Il sistema dispone di una vasta gamma di possibilità di comunicazione quali ETHERNET, RS232, RS485, USB, CANBUS. Per la connettività remota sono disponibili collegamenti con modem GSM/GPRS, ADSL, RETI CABLATE, RETI WIRELESS, RADIO attraverso una ampia gamma di protocolli di comunicazione sia standard che custom. In virtù della sua architettura aperta, il sistema può facilmente collegarsi a PLC, strumentazione e supervisori locali, così come a centri operativi SCADA, anche in modalità OPC. Il sistema è dotato di un potentissimo WEB SERVER APACHE in grado di coniugare le funzionalità classiche di un WEB SERVER alle peculiarità di campo di una RTU. Tramite un semplice browser INTERNET si ha accesso a variabili REAL TIME, a TREND REAL TIME ed a pagine sinottiche. Inoltre ogni allarme o evento notevole, così come i file di acquisizione storica (Data Logger e Alarm&Event Logger) può essere inviato al personale di servizio, tramite E- MAIL. Questa singola modalità consente di allestire un semplice telecontrollo senza alcuna spesa infrastrutturale. Questo sistema è la soluzione per la TELEGESTIONE evoluta, basata su tecnologie informatiche avanzate, capace di amalgamare le funzioni standard del telecontrollo con i più innovativi servizi Multimedia e Internet. Per la gestione di logiche di controllo, il sistema include nel set delle sue funzionalità il linguaggio LADDER, riferito allo standard IEC In virtù della sua evoluta architettura, il sistema è aperto ad applicazioni multimediali con l utilizzo di TELECAMERE, FOTOCAMERE e AUDIO SET. Il sistema opera in ambiente LINUX EMBEDDED, pertanto può ospitare applicazioni UTENTE sviluppate per tale ambiente con linguaggi largamente conosciuti, quali C, JAVA, DELPHI.

10 Supervisione remota via Web/Internet Realizziamo Portali WEB che diventano delle vere e proprie sale controllo virtuali disponibili ed accessibili ovunque. Il PC SERVER che ospita il portale Web, può essere installato ovunque, su un PC/Server all interno della propria azienda oppure in outsourcing presso altre strutture specializzate come WEB FARM. Il Gruppo stesso è attrezzato per questo servizio di hosting. In questo modo le aziende hanno la possibilità di svincolarsi dalle problematiche tecniche e di manutenzione e focalizzarsi invece sul proprio core business, senza rinunciare ad uno strumento potente, efficiente ed evoluto. Ciò che occorre, è un semplice PC dotato di EXPLORER e connessione INTERNET.

11 Il sistema eroga servizi di telecontrollo in tempo reale e batch con una sintesi esecutiva straordinaria. Infatti, ogni anomalia registrata viene immediatamente segnalata a chi di competenza con SMS, o in voce, per attivare servizi di pronto intervento. In qualsiasi momento è disponibile la supervisione real time del singolo impianto tramite browser EXPLORER. Il sistema comunica giornalmente lo storico di funzionamento (trend di grandezze e report di attività ed eventi/anomalie) agli incaricati, trasmettendo files FTP. I dati storici sono gestiti e visualizzati in modi diversi attraverso il portale Web, ad esempio sono visualizzati i grafici dei dati relativi ad certo periodo temporale, è possibile confrontare questi dati con quelli di un altro periodo (mese, giorno, anno). Allo stesso modo sono emessi report per qualsiasi tipo di informazione immagazzinata. I dati possono poi facilmente essere esportati in altri ambienti informatici per essere sottoposti ad altre eventuali analisi.

12 Esempio applicativo di telecontrollo e memorizzazione via Web/Internet dei parametri di produzione, gestione sistemi antifurto, analisi redditività ed efficienza. Impianto di telecontrollo e telegestione di N. 5 campi fotovoltaici da 1MW ciascuno ubicati nel Sud Italia L impianto consiste in cinque campi fotovoltaici denominati Campi 1, 2, 3, 4, 5, su cui abbiamo realizzato i servizi di telegestione e telesorveglianza tramite il nostro sistema. Esso consiste nel pubblicare su un sito web i dati storici e tempo reale di produzione fotovoltaica e sorveglianza visiva dell impianto. Queste informazioni sono fruibili tramite una comune browser internet agli utenti finali e a un istituto di vigilanza incaricato di eseguire la sorveglianza del sito.

13 Campo 2 Vigilanza Web Campo 1 W-Lan ModBus TCP FTP Sistema Internet Campo 3 Campo 4 Campo 5 Utenti

14 Presso ogni campo fotovoltaico vengono installati: - RTU di gestione. Acquisisce i dati elettrici e di produzione dagli inverter a dagli stringmonitor tramite rete RS485 Acquisisce gli allarmi di furto stringa dagli stringmonitor tramite rete RS485 Invia quotidianamente i dati storici di gestione al database Everyware Fornisce l accesso temporeale all utente Everyware Segnala l allarme di furto stringa alla RTU di sorveglianza tramite DO Acquisisce senza processare gli allarmi di intrusione e sfondamento recinto Acquisisce senza processare un buffer di immagini dalle IP-camere Effettua il controllo del corretto funzionamento della RTU di sorveglianza e in caso negativo ne rileva i compiti di invio allarmi - RTU di sorveglianza Acquisisce tramite DI gli allarmi di intrusione e sfondamento recinto Acquisisce un buffer di immagini dalle IP-camere Acquisisce tramite DI l allarme furto stringa dalla RTU di gestione In caso di allarme: invia il messaggio di allarme a Everyware, invia tramite FTP a Everyware il buffer di immagini dalle IP-camere che contiene l evento scatenante e le immagini successive per un tempo impostato, invia segnalazione di allarme tramite SMS ai reperibili - IP-camere Forniscono agli Starbox l acquisizione di immagini shot Fornisce l accesso temporeale all utente Everyware - PC Client Effettua la funzione di HMI per l utente locale, effettuando un accesso client a Everyware

15 Tutti gli oggetti elencati sono dotati di indirizzo IP statico e connessi a una rete LAN privata ottenuta mediante ponti radio WiFi. Questa rete fa capo al server. Il server esegue le seguenti funzioni tramite un sito web su Internet: Acquisisce quotidianamente su database gli archivi storici dalla RTU di gestione consentendone la consultazione all utente sotto forma di grafici, tabelle statistiche, calcoli economici Consente all utente l accesso in temporeale alla RTU di gestione per la visualizzazione dello stato di funzionamento istantaneo dell impianto fotovoltaico (inverter, stringhe, contatori, temperatura e irraggiamento) Consente all utente la visualizzazione dello storico allarmi e sulle intrusioni la visualizzazione delle immagini registrate e inviate dalle IP-camere durante l evento Consente all utente il collegamento punto-punto con ciascuna IP-camera per la visualizzazione in tempo reale degli impianti

16 In primis, è necessario effettuare il login al sito web dedicato, l utilizzo è consentito solo al personale autorizzato. L utente potrà selezionare l impianto da supervisionare in base al tipo di accesso effettuato.

17 Nella schermata comparirà in modo evidente la presenza di allarmi non ancora riconosciuti sugli impianti. In questo modo è possibile accedere direttamente alla pagina di controllo degli allarmi.

18 La pagina riassuntiva di tutti gli allarmi da riconoscere (o già riconosciuti) è in grado di mettere a disposizione dell utente un potente mezzo di analisi e controllo, ai fini di un tempestivo intervento sul campo. Diversi tipi di allarme sono collegati ad un sistema di supervisione tramite telecamere, in questo modo alcuni di questi sono corredati da fotogrammi che riprendono l intervallo temporale dagli instanti antecedenti fino a quelli successivi all evento che ha generato l allarme. Le riprese sono visualizzabili tramite il pulsante WebCam. Una volta riconosciuto l allarme l utente può decidere di interagire col sistema semplicemente premendo sull apposito tasto.

19 Dopo l accesso, l utente avrà a disposizione due tabelle riassuntive dello stato dell impianto negli ultimi 30 giorni. Nella prima tabella viene messo in risalto l energia effettivamente prodotta insieme ai riferimenti dell energia attesa. Nella seconda viene altresì evidenziato il guadagno economico dell impianto nel periodo considerato. L utente avrà a disposizione un sinottico per approfondire nel dettaglio le informazioni storiche raccolte, anche tramite confronti sia in forma tabellare che per mezzo di grafici.

20 Ogni impianto fotovoltaico ha diversi parametri da poter inserire, dipendenti ad esempio dalla posizione geografica per quanto concerne l irraggiamento o dalla variazione temporale delle tariffe per quanto riguarda l energia ceduta. Per questi motivi, tutti gli utente che dispongo delle autorizzazioni, possono settarli manualmente tramite l apposita pagina web.

21 La pagina web a fianco è un chiaro esempio di visualizzazione tabellare riguardante la produzione energetica giornaliera dell impianto. Da sinistra a destra compaiono diverse colonne che mostrano giorno per giorno, rispettivamente, la produzione statistica ricavata da tabelle Enel, la produzione attesa reale cioè quella calcolata tramite il sensore di irraggiamento sull impianto, la produzione effettivamente rilevata in campo, la resa percentuale del sistema e l emissione di CO2 evitata. Infine è possibile visualizzare la pagina analoga della produzione mensile.

22 Il calcolo economico è molto utile per quantificare in termini economici l effettivo guadagno del sistema. Anche in questa pagina sono presenti diverse colonne: oltre la data è presente il valore di incentivo in euro per KWh di energia prodotta, l energia prodotta e il valore totale di guadagno della giornata. In ogni impianto è anche inclusa la possibilità di quantificare in ulteriori tabelle il totale in euro di energia risparmiata per lo scambio sul posto.

23 La parte relativa ai grafici è fondamentale per un analisi storica dell intero impianto o di una sua parte. Nell esempio, in particolare, viene posta in relazione l energia erogata dall inverter con l energia di campo fotovoltaico in ingresso allo stesso inverter. Nell esempio si nota come le perdite rimangano pressoché costanti.

24 Confronto tra Energia erogata dall inverter con la corrente erogata dal medesimo nell arco di una giornata tipo.

25 Altro esempio di confronto tra le tre correnti erogate da tre diversi inverter presenti sullo stesso campo. In questo grafico vengono considerati tre giorni differenti. Come è possibile notare di primo acchito, per ogni giornata la corrente erogata è praticamente simile in ognuno dei tre inverter. Questa è solo un esempio dei vari tipi di analisi che si possono effettuare con lo strumento dei grafici da web.

26 Un aspetto molto importante riguarda la supervisione in tempo reale dell impianto. E possibile infatti monitorare in real time tutti i dati e le informazioni provenienti da ogni componente presente in campo. L aggiornamento dei dati avviene con un intervallo preciso stabilito a priori per ogni impianto; in generale un buon tempo di aggiornamento si attesta attorno ai 5 secondi.

27 Con un semplice passaggio del cursore del mouse sopra ai componenti, apparirà all utente un riquadro informativo contenente i dati da visualizzare.

28 Nel riquadro informativo, passando con il mouse sopra alle figure che rappresentano le telecamere, è possibile visualizzare in anteprima il fotogramma ripreso dalla telecamera stessa, l immagine riguarda esattamente l istante di selezione con il mouse.

29 Dalla supervisione è possibile espandere in un apposita finestra del browser la video sorveglianza ad alta risoluzione della telecamera selezionata.

30 Nel caso si verifichi la presenza di un allarme corredato da immagini storiche, tramite un apposito player web, è possibile ricostruire con i fotogrammi delle telecamere, la finestra temporale che inizia da 2 minuti precedenti all evento di allarme e termina nel minuto successivo.

31 FAST SpA Via Talete, 2/ RUBIERA (RE) - Italy Tel. (+39) Fax. (+39)