Když se solární energie potkává s vědou - role monitorování fotovoltaických elektráren v aplikovaném výzkumu

Hranice mezi technologickými inovacemi a aplikovaným výzkumem je v dnešní energetice stále tenčí. Konkrétním příkladem jsou dva experimentální projekty, které využívají technologii Tigo ke sběru dat o výkonu s vysokým rozlišením na úrovni modulů. Tyto projekty podporuje organizace Energy4Climate (E4C), jeden je instalován na atmosférické observatoři SIRTA (Site Instrumental de Recherche par Télédétection Atmoshpérique) v pařížském regionu a druhý v kampusu Univerzity Francouzské Polynésie (UPF).

Centrum Energy4Climate pařížského Polytechnického institutu sdružuje téměř 30 laboratoří, které pracují na čtyřech průřezových tématech zaměřených na snižování emisí skleníkových plynů, zvyšování energetické účinnosti, zavádění obnovitelných zdrojů energie a navrhování příslušných energetických politik. E4C vyvíjí platformy a demonstrátory s cílem testovat v reálných podmínkách metody, řízení a modelování. E4C je podporován ^3. programem d'Investissements d'Avenir (ANR-18-EUR-0006-02) a dva níže uvedené projekty jsou spolufinancovány Nadací Ecole polytechnique (výzkumná katedra "Défis Technologiques pour une Énergie Responsable" neboli "Technologické výzvy proodpovědnouenergii", financovaná společností TotalEnergies).

Projekt č. 1 - Testování čtyř fotovoltaických technologií na Tahiti

První z těchto dvou projektů probíhá v kampusu UPF na Tahiti, v tropickém prostředí s mimořádně náročnými podmínkami: silnými větry, nízkým množstvím sezónních srážek a vysokým rizikem usazování prachu a nečistot na fotovoltaických modulech.

Elektrárna zahrnuje jak monofázové, tak bifaázové fotovoltaické moduly, což umožňuje srovnávací analýzu jejich výkonu za podobných podmínek prostředí. Bifaciální část systému integruje moduly od různých výrobců, což umožňuje vyhodnotit různé technologie a konstrukce z hlediska energetického výnosu, spolehlivosti a reakce na různé podmínky. Byly instalovány optimizéry Tigo TS4, které monitorují výkon každého jednotlivého modulu - napětí, výkon a proud - a přenášejí data prostřednictvím rozhraní API do analytické platformy E4C datahub.

Cílem je přesně analyzovat vliv podmínek prostředí na jednotlivé typy modulů. Pro úplnost je třeba dodat, že pokročilý systém monitorování prostředí poskytuje údaje o ozáření a teplotě pro každou sekci, což umožňuje velmi přesnou křížovou analýzu.

Projekt č. 2 - Agrivoltaika a dvoustranné moduly: Synergie mezi plodinami a fotovoltaikou ve Francii

Druhé zařízení je umístěno na SIRTA, jedné z předních evropských atmosférických observatoří, která má více než 200 přístrojů pro nepřetržité sledování atmosféry. Instalace je součástí projektu AgriPV-ER, který přispívá k činnosti Pôle National de Recherche sur l'Agriphotovoltaïsme (neboli "Národního výzkumného centra pro agrivoltaiku") INRAE. Projekt je podporován programem France 2030 a programem PEPR TASE (22-PETA-0007).

Tento projekt se zaměřuje na integraci zemědělství a fotovoltaiky. V Palaiseau, uvnitř observatoře SIRTA, kombinuje agrivoltaický systém pěstování vojtěšky a pšenice s instalací bifaciálních fotovoltaických modulů nad plodinami. Je zde rozmístěno více než 50 přístrojů pro sledování meteorologických, půdních, radiačních a fotovoltaických veličin.

I v tomto případě umožňují optimizéry Tigo TS4 shromažďovat podrobné údaje na úrovni modulů, které jsou nezbytné pro analýzu a modelování interakce mezi růstovými cykly rostlin a energetickým výkonem fotovoltaického systému.

Jedno z nejzajímavějších zjištění studie se týká sezónních změn albeda, tj. schopnosti půdy (v tomto případě vegetace) odrážet sluneční světlo. V mírnějších ročních obdobích - a zejména mezi koncem března a začátkem dubna 2025 - došlo ke znatelnému zvýšení Získaná energie z optimizéry, což bylo způsobeno nepravidelným albedem způsobeným vegetačním krytem a zastíněním některých fotovoltaických modulů způsobeným rozmístěnými přístroji. V tomto období dosahuje růst rostlin vrcholu a plně zastíní půdu: kolísání barvy listů a jejich nerovnoměrné rozložení vytváří nerovnoměrné odrazy světla, čímž se úloha optimizér stává ještě kritičtější - nejen pro sledování výkonu, ale také pro maximalizaci výroby energie snížením dopadu nesouladu.

Jak rostliny začínají usychat, jejich barva se mění a albedo se postupně snižuje, což nevyhnutelně ovlivňuje výtěžnost bifaciálních modulů. Na druhé straně v zimních měsících dochází k ojedinělým nárůstům albedo v důsledku krátkých sněhových událostí, ale celková produkce zůstává nižší v důsledku nepříznivých povětrnostních podmínek.

Za zmínku stojí také to, že se závod nachází v oblasti s deštivým a často zataženým podnebím, což způsobuje přirozené kolísání produkce v důsledku oblačnosti. Díky výkonové elektronice Tigo je nejen zajištěna maximální energie za každých podmínek, ale tyto výkyvy lze také s vysokou přesností monitorovat - i složité a proměnlivé podmínky prostředí se tak mění v cenné údaje pro optimalizaci účinnosti systému.

Úloha technologie Tigo ve vědeckém výzkumu

" optimizéry Tigo TS4 poskytují hodnoty, které potřebujeme ke studiu výkonu každého modulu jako součásti mnohem většího systému," uvedla Moira Torresová, postdoktorandka laboratoře GeePs (Laboratoire de Génie Electrique et Electronique de Paris), která je součástí společnosti CentraleSupélec. "To nám umožňuje lépe pochopit, jak moduly reagují na různé podmínky prostředí, a zlepšit předpovědi výroby. Data získaná z Tigo optimizéry a zpracovaná a vizualizovaná prostřednictvím platformy Energy Intelligence v kombinaci s údaji o životním prostředí slouží nejen k ověření stávajících modelů, ale také k vývoji nových."

Závěr - Data hnací silou inovací

Tyto projekty jsou důležitým potvrzením toho, že data poskytovaná technologií Tigo nejen podporují každodenní provoz fotovoltaických systémů, ale stávají se také klíčovým nástrojem pro vědecký výzkum. Ve značně odlišných podmínkách - od tropického klimatu po evropskou zemědělskou krajinu - se optimalizace na úrovni modulů ukazuje jako zásadní pro pochopení, předvídání a zlepšování výkonu fotovoltaických systémů budoucnosti.

‍