Tecnologia Zigbee wireless sensor network per il monitoraggio dell'energia prodotta da un campo fotovoltaico di medie dimensioni

In this paper we show an application of the ZibBee protocol of wireless sensors networks (WSN), with the aim of monitoring the electric energy produced by a mean-size photovoltaic plants and other parameters useful for maintenance and fault-diagnostics. The control is done at a single photovoltaic module. In practice, the control circuit will be inserted in the same junction box of the photovoltaic module and the wireless network will be configured automatically. The monitoring and control of the energy produced by a photovoltaic system is very important because the energy produced has a direct impact on cash flow which determines the economic convenience of the investment on the photovoltaic plant. Nowadays, the most diffused control systems of energy are that made at the level of the static DC / AC converter; these group one or more strings, so a usually high number of photovoltaic modules, it is possible in this way to see if the plant is producing energy efficiently, but does not identify the causes of inefficiencies due to the individual module. The causes of failure may be varied: dirt on the surface, shading, electrical breakdown, damage or even theft and, of course, the inefficiency may derive from more than one module. The data acquisition system proposed in this paper takes into account the single module with sensors located within each junction box. The acquired data are evaluated by a software that identifies the causes of failure by distinguishing the abnormal situations from the normal ones: for example, a failure in producing energy can be either due to an electrical fault or to the absence of solar radiation during the night: a comparison between the single module and all the others identifies if the situation is normal or abnormal.

In questo documento viene mostrata un’applicazione del protocollo ZigBee per reti di sensori wireless (WSN) con lo scopo di monitorare l’energia elettrica prodotta da un campo fotovoltaico di medie dimensioni e altri parametri necessari alla manutenzione e alla diagnosi dei guasti; il controllo viene effettuato a livello di singolo modulo fotovoltaico. L’applicazione prevede che il circuito di controllo venga inserito nella stessa scatola di derivazione del modulo fotovoltaico e che venga configurata la rete wireless in maniera automatica. Il monitoraggio e il controllo dell’energia prodotta da un impianto fotovoltaico è di fondamentale importanza in quanto l’energia prodotta influisce direttamente sul flusso di cassa da cui deriva la convenienza economica o meno dell’investimento effettuato sull’impianto fotovoltaico. Ad oggi sono particolarmente diffusi i sistemi di controllo di energia effettuati a livello del convertitore statico cc/ca; questi raggruppano una o più stringhe e cioè un numero generalmente elevato di moduli FV; in questo modo è possibile vedere se l’impianto sta producendo energia in modo efficiente, ma non permette di individuare le cause di un’eventuale inefficienza dovuta ai singoli moduli FV. Le cause di malfunzionamento potrebbero essere svariate: sporcizia sulla superficie, ombreggiamento, guasto elettrico, danneggiamento o addirittura furto, e naturalmente l’inefficienza può riguardare uno o più moduli. Il sistema di acquisizione dati proposto in questo documento prende in considerazione il singolo modulo con i sensori posti all’interno di ogni scatola di derivazione. Il dati acquisiti vengono valutati dal software che individua le cause di malfunzionamento distinguendo le situazioni anomale da quelle normali: ad esempio, una mancata produzione di energia può essere dovuta sia ad un guasto elettrico sia all’assenza di radiazione solare nella fase notturna: il confronto fra il singolo modulo e tutti gli altri individua se si tratta di una situazione normale o anomala.