ETS – Wykorzystanie systemu DJI Dock 2 na farmach PV

Spółka Energy Trade Solutions wchodząca w skład Holdingu EkoEnergia Polska ukierunkowana jest na realizację zadań z zakresu Operation & Maintenance elektrowni fotowoltaicznych (EF). Realizujemy przeglądy techniczne, pomiary elektryczne, audyty należytego wykonania montażu oraz podejmujemy się działań naprawczych w przypadku awarii. Nasza spółka dominująca jest generalnym wykonawcą wielomegawatowych elektrowni fotowoltaicznych, skąd posiadamy doświadczenie i wiedzę o projektowaniu, budowaniu i funkcjonowaniu farm PV. Od 2021 wykorzystujemy bezzałogowe statki powietrzne do przeprowadzania badań termowizyjnych modułów PV. W lutym 2025 na terenie farmy fotowoltaiczej o mocy 4 MWp zainstalowaliśmy system DJI Dock 2 wyposażony w drona DJI Matrice 3TD. Na podstawie tej instalacji rozważane będzie praktyczne zastosowanie platformy bezobsługowej w obsłudze elektrowni fotowoltaicznych.

Lokalizacja: gm. Miechów woj. Małopolskie

Rzeźba terenu: teren pagórkowaty

Warunki geologiczne: teren elektrowni jest pokryty lepką glinianą glebą, Elektrownia posiada utwardzoną, żwirową drogę do stacji transformatorowej

Powierzchnia: 3,63 ha

Obwód działki: 939 m

Moc znamionowa łącznie: 3,999 MWp

Ilość modułów: 5 713 szt. o mocy znamionowej 700Wp

Ilość falowników: 11 szt. o mocy znamionowej 350 kW

Stacja transformatorowa: o łącznej mocy 4 kVA i wymiarach zewnętrznych kontenera

300x816x306 cm

Dostęp do Internetu: sieć komórkowa 4G LTE

Stacja dokująca DJI Dock 2 została wniesiona na dach kontenera stacji transformatorowej. Zdecydowano o takim miejscu montażu ze względu na

• Teoretycznie zmniejszenie ryzyka kradzieży lub uszkodzenia zestawu;
• Stabilność podłoża, dach stacji jest dachem płaskim wykonanym z żelbetu;
• Niskie ryzyko zalania lub zabłocenia stacji – w porównaniu do montażu na gruncie;
• Powierzchnia dachu jest wystarczająco duża, możliwe było ustawienie stacji w dystansie większym niż 50 cm od przeszkód, oraz wyznaczenie miejsca alternatywnego lądowania (zgodnie z instrukcją obsługi);
• Prostotę doprowadzenia przewodu zasilającego oraz komunikacyjnego;

Aby uniknąć konieczność przykotwienia stacji bezpośrednio do dachu, wykorzystano betonowe płyty stanowiące balast, do których następnie przymocowano DJI Dock 2. W ten sposób uniknięto ryzyka rozszczelnienia konstrukcji kontenera oraz utraty gwarancji producenta. Pod spód płyt betonowych zastosowano podkład bitumiczny, aby uniknąć porysowania emalii, jaką pokryty jest żelbet.

Stacja dokująca została obrócona tak, aby dron startując i lądując zawsze miał kamerę skierowaną tyłem do słońca (w stronę północy)

Zasilenie do stacji dokującej zostało doprowadzone z rozdzielnicy potrzeb własnych (RPW) stacji transformatorowej. W zdecydowanej większości przypadków RPW wyposażone są w akumulator UPS. W przypadku braku zasilania ze strony sieci dystrybucyjnej, pomimo tego, że EF jest źródłem wytwórczym, nie może generować ona energii. W takiej sytuacji UPS staje się jedynym źródłem zasilania dla urządzeń będących w stacji trafo. W odniesieniu do użycia DJI Dock 2 jest to zaleta, ponieważ w przypadku awariisieci, Dock 2 będzie zasilony i możliwe będzie sprawdzenie jego stanu oraz wykonanie lotu. Z punktu widzenia działania EF, w przypadku braku zasilania z sieci Dock może stanowić pobór dużej ilości energii z akumulatorów UPS oraz skrócenie czasu działania zasilania awaryjnego (niezwykle ważnego dla telemechaniki i systemów bezpieczeństwa). Warto wziąć to pod uwagę dobierając pojemność akumulatorów UPS, lub zastosować niezależne moduły PV, służące tylko do ładowania UPS.

Ze względu na lokalizację farm fotowoltaicznych w miejscach, gdzie nie jest możliwe doprowadzenie stałego łącza internetowego (np. światłowodu) najczęściej stosuje się łączność komórkową. Wiąże się to z ryzykiem występowania niskiej jakości zasięgu oraz limitami pakietu, jakie oferują operatorzy sieci komórkowych. W przypadku rozpatrywanej farmy PV zasięg jest wystarczająco dobry, pozwala zdalnie sterować BSP bezproblemowo.

3.1. Nadzór na etapie budowy elektrowni fotowoltaicznej

Ze względu na prostotę wykonywania powtarzalnych, cyklicznych nalotów System DJI Dock 2 + DJI Matrice 3 TD jest dobrym narzędziem do dokumentowania progresu budowy. Zbierając regularnie dokumentacje fotograficzną możemy oceniać rzetelność wykonywanych prac. Wykonując cykliczne naloty fotogrametryczne i generując ortomozaiki o dużej dokładności pozycjonowania dzięki systemowi RTK, możliwe jest porównywanie budowy z założeniami projektowymi. Ponadto można wykorzystywać system do kontroli, placu budowy pod kątem przebywania intruzów, czy też przestrzegania zasad BHP przez pracowników.

W rozpatrywanym przypadku, aby przeprowadzić nalot fotogrametryczny do wykonania ortomozaiki o pikselu terenowym na poziomie ok. 2,50 cm/px wymaga lotu na pułapie 70 m. przy założeniu prędkości lotu 10 m/s czas lotu wyniesie ok. 7 min. Konieczne będzie wykonanie ok. 230 zdjęć RGB

Trudnością monitorowania procesu realizacji inwestycji może być to, że w wielu przypadkach posadowienie stacji transformatorowej oraz doprowadzenie zasilania do farmy jest jednym z końcowych etapów. Konieczny może być dobór

alternatywnego źródła zasilania dla systemu Dock 2. (np. niezależny system PV off-grid z akumulatorowym systemem magazynowania energii)

Decydując się na zastosowanie drona ze stacją dokującą, należy przeanalizować czynniki wymienione w pkt. 2, aby dobrać korzystną lokalizację posadowienia urządzenia.

3.2. Uzupełnienie lub zastąpienie systemu CCTV

W przypadku elektrowni fotowoltaicznych zazwyczaj nie zatrudnia się stróżów, którzy mieliby stały nadzór bezpośrednio na terenie farmy. Nadzór nad tego typu obiektami zleca się firmom ochroniarskim i sprawuje w sposób zdalny przy pomocy systemów alarmowych i monitoringu wizyjnego CCTV. Na farmie stosuje się ok. kilka-kilkanaście szt. kamer monitoringu umieszcza się po obwodzie działki, stacjonarnie na słupach. Nie obejmują zasięgiem widzenia 100% farmy oraz obejmują tylko stałe obszary.

Pierwszym sposobem zwiększenia jakości sprawowania kontroli nad tym co się dzieje na terenie farmy PV przy użyciu drona ze stacją dokującą, może być ustawienie nalotu, tak otrzymane zdjęcia odpowiadały tym rejestrowanym przez kamery monitoringu Zaplanowano 14 punktów oraz zaprogramowano, aby dron robił określone zdjęcia. Platforma FlightHub 2 umożliwia bardzo precyzyjne zasymulowanie oraz zaplanowanie, jaki kadr otrzymamy kierując drona w konkretny sposób.

Przeprowadzając nalot wg schematu jak powyżej i pułapie 70 m pozwolił uzyskać 25 kadrów (każdy w spektrum widzialnym i podczerwonym) oraz uchwycenie niemalże 100% powierzchni terenu. Czas lotu wyniósł ok. 5 min. Zgromadzony materiał zajął 180 MB przestrzeni. Zużycie akumulatora drona wyniosło 17 punktów projektowych.

-obraz w nocy (IR) – jeszcze nie przetestowano w praktyce

Drugim scenariuszem prowadzenia monitoringu mógłby być lot orbitalny wokół działki. Kamera drona powinna być skierowana do wewnątrz obszaru, w taki sposób, aby dobrze był widoczny stan ogrodzenia. Dron miałby lecieć na stosunkowo niskim pułapie aby szczegółowość zdjęć była wysoka. Dość często zdarza się sytuacja, że ogrodzenie jesz uszkadzane przez zwierzynę

3.3. Inspekcja stanu modułów PV

Aby wykonać rzetelny pomiar termowizyjny, należy zadbać aby inspekcja była wykonywana w odpowiednich warunkach atmosferycznych. Zwłaszcza kluczowe jest nasłonecznienie (mierzone w W/m2

). W przypadku nalotu przeprowadzanego w obecności pilota na terenie farmy, zazwyczaj wygląda to tak, że na czas inspekcji montowany jest przenośny miernik nasłonecznienia. Informuje on operatora jakie jest nasłonecznienie w chwili obecnej oraz umożliwia rejestrację jakie były wartości w trakcie wykonywania lotu. W sytuacji zastosowania platformy bezobsługowej konieczne będzie wyposażenie farmy w zamontowany na stałe pyranometr, tak aby osoba odpowiedzialna mogła inicjować lot tylko gdy warunki są odpowiednie oraz przerwać lot, gdy zwiększy się zachmurzenie. Wartości nasłonecznienia podczas lotu muszą być archiwizowane, aby wykazać je w raporcie podsumowującym. Przeprowadzając inspekcję zdalnie, dobrą praktyką może być śledzenie zachmurzenia w miejscu lotu na radarach pogodowych (np. https://www.sat24.com/pl-pl/country/pl). Zastosowanie systemu stacji dokującej może oraz jej integracja ze stacją pogodową może zoptymalizować proces przeprowadzania inspekcji, tak że pomiar termowizyjny zawsze będzie przeprowadzany w optymalnych warunkach. W przypadku lotów tradycyjnych częste było zjawisko, że w przypadku wystąpienia zachmurzenia pilot bezczynnie musiał czekać na poprawę warunków, lub anulować lot i wznowić go innego dnia.

Odnosząc się do naszego doświadczenia, wskazane jest aby przeprowadzać inspekcje termowizyjne 1-2 razy w roku. Częstsze wykonywanie inspekcji jest nieopłacalne, ponieważ statystycznie system PV nie ulega aż tak często awariom. Wyjątkiem od tej reguły mogą być sytuację klęsk żywiołowych zwłaszcza takie jak gradobicie, ale powodzie i pożary. Przy wykorzystaniu stacji dokującej z dronem stopień szkód i zniszczeń można ocenić praktycznie po przejściu kataklizmu.

Wysyłając ekipę serwisową na teren farmy, będzie ona świadoma z jakimi problemami będzie musiała się ona zmierzyć, aby przywrócić elektrownię do sprawności.

Elektrownia fotowoltaiczna zbudowana jest z modułów PV. Moduły łączone są szeregowo w łańcuchy, które następnie są podłączane do falowników. Powoduje to, że elektrownia podzielona jest na obwody i sekcje. O ile uszkodzenie pojedynczego modułu nie stanowi znacznego spadku wydajności farmy PV, wyłączenie jednego łańcucha czy też falownika stanowi znaczne starty generowanej energii. W przypadku rozpatrywanej farmy PV jeden łańcuch stanowi 0,28% całej elektrowni, a jeden falownik aż ok. 9 %. W przypadku obecnie budowanych farm i stosowania nowoczesnych urządzeń, każdy obwód i sekcja są osobno opomiarowane. W sytuacji awarii osoba odpowiedzialna za utrzymanie poprawności działania elektrowni, zazwyczaj dostaje powiadomienie. Gdy mamy do czynienia z farmą oddaną do użytku kilka lat wstecz, często zdarza się że falowniki nie są skomunikowane do żadnego systemu zarządzania, nie ma możliwości odczytu parametrów pracy każdego obwodu. Przy regularnym przeprowadzaniu inspekcji termowizyjnych możemy być świadomi, czy wszystkie obwody działają poprawnie, nawet bez systemów informatycznych. Ponadto, nawet jeżeli farma PV jest wyposażona w opomiarowanie każdego obwodu, niekiedy zdarza się, że nie możemy zweryfikować, czy spadek sprawności danej sekcji spowodowany jest awarią, zacienieniem, czy też zabrudzeniem modułów. Posiadając system platformy bezobsługowej jesteśmy w stanie zweryfikować przyczynę spadku wydajności. Na rysunku poniżej przedstawiono fragment interaktywnego planu zagospodarowania terenu. Większość obwodów wykazuje sprawność na poziomie 65% Obwody mające sprawność 0% mogą wskazywać na uszkodzenie falownika. W przypadku łańcuchów mających sprawność poniżej 40% i odbiegają od rzeszy, przyczyna pogorszenia może być trudna do ustalenia zdalnie. Pomocne może wykorzystanie drona z kamerą termowizyjną, który jest stale gotowy do lotu nad farmą.

3.3.1. inspekcja uproszczona

Aby ocenić czy wszystkie łańcuchy pracują poprawnie wystarczy wykonanie przyspieszonego oblotu z wykorzystaniem kamery termowizyjnej. Badanie takie nie spełni wymagań norm. Nie będzie możliwe sprawdzenie sprawności każdego pojedynczego modułu. Natomiast, wykonanie ok. 40 zdjęć termogramów (na 1 MWp mocy farmy) na pułapie rzędu 70-100 m n.p.t. jednoznacznie wskaże, czy wszystkie obwody działają poprawnie. Czas takiego lotu powinien oscylować w granicach kilkunastu minut (na 1 MWp).40 termogramów zajmuje ok 45 MB przestrzeni dyskowej, a więc stosunkowo nie jest to duża ilość danych. Wykonując jednocześnie zdjęcia w spektrum wizyjnym, zajmą one dodatkowe ok. 260 MB. Jest to istotne planując dobór pakietu danych.

3.3.2. inspekcja wysokiej jakości

Sensor termowizyjny stosowany w dronie DJI Matrice 3TD pomimo tego, że jest jednym z najlepszych na rynku w swojej klasie, ma zdecydowanie niższą rozdzielczość w porównaniu do sensora fotograficznego. Skutkuje to tym, że aby wykonać dobrej jakości termogramy, pułap nalotu musi relatywnie niski. Lot powinien odbywać się na poziomie 25-35 m n.p.t. Spełnienie tego warunku pozwoli również osiągnięcie warunków dyktowanych przez normy. Prędkość nalotu powinna być dobrana na poziomie ok. 1.2 m /s, co wynika z czasu ekspozycji pojedynczego termogramu. Aby szczegółowo zbadać 100% modułów PV wchodzących w skład farmy konieczne jest wykonanie ok. 800 termogramów per 1 MWp. Taki pakiet danych zajmie ok.890 MB przestrzeni dyskowej. Taka sama ilość zdjęć RGB zajmie dodatkowo ok. 5,2 GB. Szacowany czas lotu dla 1 MW to ok. 35 min. Tak duże ilości wynikają metodologii wykonywania nalotu opracowanej przez ETS wymagającej wysokiego stopnia nakładania się zdjęć (zgodnie z założeniami fotogrametrii). Zawsze dążymy do wykonania termowizyjnej ortomozaiki. W przypadku występowania defektów, taka mapa zdecydowanie usprawnia poruszanie się ekipy serwisowej po terenie farmy i lokalizację miejsca awarii.

W przypadku farmy PV, na której znajduje się nasza stacja dokująca, teren jest znacznie pofalowany i pagórkowaty. Latając na stałej wysokości względem punktu startu w różnych obszarach farmy osiągniemy różne skale odwzorowania, zmienne stopnie pokrywania się zdjęć oraz niestałą wartość piksela terenowego. Dron DJI Matrice 3TD wyposażony jest w system RTK, co pozwoli na wykorzystanie opcji „terrain follow” i uniknięcie wyżej wymienionych problemów.