– Studiu de caz –
1.Introducere / Context
Managementul eficient al energiei în clădirile echipate cu sisteme fotovoltaice reprezintă o provocare semnificativă, în special în contextul tranziției către surse de energie regenerabilă și al necesității de a optimiza consumul energetic. Platforma SmartData Systems este o soluție avansată de monitorizare și gestionare a energiei, concepută pentru a maximiza eficiența sistemelor fotovoltaice și a clădirilor inteligente. Dezvoltată pentru a răspunde nevoilor complexe ale managementului energetic, platforma integrează tehnologii de ultimă generație, cum ar fi Internet of Things (IoT), inteligența artificială (AI) și protocoale de comunicare eficiente, pentru a oferi o monitorizare în timp real și o mentenanță predictivă a sistemelor energetice.[1]
SmartDataSystems permite gestionarea panourilor fotovoltaice și optimizarea consumului energetic în clădiri prin colectarea, procesarea și analiza datelor de la senzori și dispozitive conectate. Platforma oferă o interfață grafică, care facilitează vizualizarea parametrilor de energie și mediu, si generarea de rapoarte personalizate pentru fiecare parametru și interval de timp.[1]
Clădirea pilot analizată în acest studiu de caz prezentat în Figura 1 se află în București fiind dotată cu un sistem fotovoltaic de putere 6kW format din 20 de panouri monocristaline Jinko JKM-335M-60H-5BB, distribuite pe o suprafață de 20 m², conectate la un invertor SolarEdge și optimizatoare de putere necesare urmăririi punctului de putere maximă (MPPT).
Clădirea servește ca un mediu real de testare pentru soluțiile de monitorizare și optimizare energetică propuse de platforma SmartDataSystems, având ca scop demonstrarea beneficiilor unei gestionări avansate a energiei în contextul surselor regenerabile.
Figura 1. Clădirea pilot
Deasemenea,structura clădirii pilot din Figura 2 prezintă următoarele specificații tehnice:
- Podea cu fundație din placă de beton de 35cm grosime;
- Tavan din placă de beton de 10cm grosime;
- Pereți exteriori din BCA, fără izolație termică;
- 4 x ferestre termopan dimensiune 100cm x 150cm;
- 2 x uși metalice dimensiune 240cm x 125cm;
- Pod neizolat.
Figura 2. Schema Clădirii pilot
2.Descrierea problemei
Clădirea pilot,situată în București, funcționează cu un sistem fotovoltaic stand-alone, care generează energie prin intermediul sistemului fotovoltaic pentru consumul propriu. Cu toate acestea, lipsa unei monitorizări detaliate și în timp real a parametrilor de energie(producția si consumul de energie) și de mediu duce la o utilizare ineficientă a energiei produse. Principalele probleme care se ridică pentru clădirea pilot sunt:
1.Soluții scalabile și deschise:
Sistemele tradiționale de monitorizare care includ funcții MPPT(Maximum Power Point Tracking) în invertor nu oferă flexibilitatea necesară pentru integrarea cu alte echipamente și senzori sau platforme terțe(SmartDataSystems)
2.Dificultăți în generarea rapoartelor de analiză și identificarea anomaliilor:
Fără o platformă capabilă să genereze rapoarte detaliate pe intervale de timp și să identifice automat anomaliile de funcționare, nu se pot detecta rapid probleme precum scăderea eficienței panourilor sau defecțiuni ale echipamentelor sistemului fotovoltaic. Această funcționalitate este esențială pentru optimizarea performanței sistemului fotovoltaic.
3.Procesare limitată a datelor cu marcaj de timp:
Mărimile măsurate (ex. radiația solară, temperatura, producția și consumul de energie) nu sunt asociate cu marcaje temporale precise, ceea ce împiedică procesările statistice și analiza evoluției parametrilor în timp. Această funcționalitate este importantă pentru previzionarea producției și consumului energetic.
Aceste probleme afectează eficiența energetică clădirii, cresc costurile operaționale și reduc capacitatea de a anticipa și preveni defecțiunile, subliniind necesitatea unei soluții integrate precum SmartDataSystems.
3.Avantajele privind folosirea platformei de management a energiei SmartDataSystems
Platforma SmartDataSystems, integrată în clădirea pilot, aduce o serie de avantaje necesare pentru eficientizarea consumului de energie și optimizarea performanței sistemului fotovoltaic. Aceste avantaje sunt:
1.Soluție scalabilă și deschisă:
Spre deosebire de sistemele tradiționale controlate exclusiv de invertor, SmartDataSystems permite integrarea cu echipamente avansate, precum invertorul SolarEdge SE6K-RW0TEBNN4 și optimizatoarele de putere P800p instalate sub fiecare panou fotovoltaic. Această arhitectură asigură monitorizarea individuală a punctului de putere maximă (MPPT) pentru fiecare panou, îmbunătățind eficiența energetică și facilitând detectarea anomaliilor la nivel de panou. Sistemul suportă multiple interfețe de comunicație (ex., CANBUS, RS-485, Wi-Fi, 4G,Ethernet,MQTT) oferind flexibilitate pentru extinderea și integrarea cu alte tehnologii.
2.Funcționare în sistem „stand-alone”:
Clădirea pilot operează ca un sistem fotovoltaic izolat, alimentat de la cele 20 de panouri monocristaline Jinko JKM-335M-60H-5BB, fără a comuta sau prelua energie de la furnizorul de energie. Platforma SmartDataSystems, integrată cu modulul de comunicații SE-GSM-R12-US-S1 ,permite funcționarea autonomă a sistemului, cu transmisie de date în timp real prin protocolul MQTT. Această caracteristică „stand-alone” asigură fiabilitatea în condiții variabile și reduce dependența de rețelele externe.
3.Generarea de rapoarte personalizate:
Platforma permite generarea de rapoarte detaliate pentru fiecare parametru monitorizat (ex. producția și consumul de energie, radiația solară, temperatura, umiditatea) pe intervale de timp variate, incluzând rapoarte zilnice, săptămânale, lunare și anuale. Aceste rapoarte sunt vizualizate prin interfețe grafice (tabele și grafice) în aplicația web SmartDataSystems, facilitând analiza performanței sistemului fotovoltaic și a influenței parametrilor de mediu. Marcajele temporale asociate datelor permit procesări statistice, prin previzionarea producției și consumului energetic,precum și identificarea rapidă a anomaliilor.
4.Serviciile oferite pentru implementarea platformei de management a energiei SmartDataSystems
Pentru a asigura implementarea eficientă a platformei SmartDataSystems pentru diferiți clienți, au fost definiți o serie de servicii care acoperă atât aspectele tehnice, cât și suportul de vanzare și post-vânzare. [5]Aceste servicii, sunt detaliate mai jos:
4.1.Servicii de tip front-end
Serviciile de tip front-end oferă acces la aplicații web precum Grafana, care permit preluarea datelor din platforma SmartDataSystems și transmiterea lor prin protocolul MQTT către baza de date InfluxDB pentru vizualizare. Acest proces asigură o monitorizare în timp real a parametrilor de energie și mediui, precum producția și consumul de energie, radiația solară, temperatura și umiditatea. Datele sunt colectate de la echipamentele hardware (invertor SolarEdge, optimizatoare de putere,) și transmise la fiecare 15 minute către platforma Grafana prezentată in figura 3 in format tabelar si grafic.[4]
Figura 3.Interfața de vizualizare Grafana
4.2. Servicii de tip back-end
Serviciile de tip back-end includ furnizarea și integrarea echipamentelor hardware necesare realizării sistemului fotovoltaic .Aceste echipamente prezintă următoarele specificații tehnice:
1.Panou fotovoltaic Jinko JKM-335M-60H(5BB) Cheetah HC[3]
Panou fotovoltaic Jinko JKM-335M-60H(5BB) Cheetah HC prezintă următoarele caracteristici tehnice:
- Puterea maximă (Pmax): 335 [W]
- Tensiune maximă de putere (Vmpp): 34[ V]
- Curent maxim de putere (Impp): 9,87 [A]
- Tensiune în circuit deschis (Voc): 41,5 [V]
- Curent de scurtcircuit (Isc): 10,36 [A]
- Eficiență modulului: 19,85[%]
- Temperatura de funcționare: -40°C la +85[°C]
- Tensiune maximă a sistemului: 1000/1500 [Vdc]
- Toleranța puterii: 0 + 3[%]
- Coeficientul de temperatură al Pmax: -0,35[°C/%]
Figura 4. Panou fotovoltaic Jinko JKM-335M-60H(5BB) Cheetah HC
2.Invertor SolarEdge SE6K-RW0TEBNN4
Invertoarul SolarEdge SE6K-RW0TEBNN4 transforma curentul continuu in curent alternativ folosind ca topologia unui transformator de conversie într-o singură treaptă,care prezintă o eficiență ridicată. Invertorul SolarEdge include o buclă de control independentă a tensiunii care reglează tensiunea DC la intrarea invertorului.[2]
Invertorul trifazat SolarEdge reprezentat de modelul SE6K – RW0TEBNN4 prezintă următoarele caracteristici tehnice și funcționale :
- Puterea nominală în AC: 6000 [VA]
- Frecvența nominală de operare: 50/60 ± 5 [Hz]
- Tensiune maximă DC: 950 [Vdc]
- Gama tensiunii de operare: 680-950 [Vdc]
- Tensiune nominală de intrare DC: 750 [Vdc]
- Curent maxim de intrare: 10 [Adc]
- Eficiență maximă: 98[%]
- Consum de energie pe timp de noapte: <2,5[ W]
- Interfețe de comunicație: RS485, Ethernet, ZigBee (opțional), Wi-Fi (cu antenă), celular
- Grad de protecție: IP65
- Temperatura de funcționare: -40°C la +60[°C]
Figura 5. Invertor trifazat SolarEdge SE6K-RW0TEBNN4
3.Baterie SolarEdge Home BAT-10K1PSOB-01
Bateria SolarEdge Home BAT-10K1PSOB-01 care este ilustrată în figura 6 prezintă un design mecanic mai îmbunătățit și oferă o protecție mai bună a bateriei împotriva supraîncălzirii și emisiilor de gaz cu temperatură ridicată,fiind una dintre primele baterii rezidențiale care oferă standarde stricte în caz de incendii,permițând instalarea în interior.[2]
Bateria SolarEdge BAT-10K1PSOB-01 prezintă următoarele caracteristici tehnice și funcționale:
- Energie totală: 9700[ Wh]
- Putere de ieșire continuă: 5000 [W]
- Putere de ieșire maximă în backup (10 secunde): 7500 [W]
- Eficiență maximă: >94,5[%]
- Tensiune: 350-450 Vdc
- Interfață de comunicație: Wireless și RS485
- Temperatura de funcționare: -10°C la +50°C
- Grad de protecție: IP55
- Răcire: Convecție naturală
Figura 6. Baterie SolarEdge Home BAT-10K1PSOB-01
4.Optimizator de putere SolarEdge P370-5RM4MRM
Optimizatoarele de putere SolarEdge utilizează un convertor DC-DC cu o singură treaptă de foarte mare eficiență, controlat de dispozitive cu circuit integrat (ASIC) specifice aplicației personalizate. Optimizatorul de putere este de obicei situat imediat lângă modulul fotovoltaic sau atașat direct la acesta. Pe lângă urmărirea punctului de putere maximă (MPPT) și conversia DC/DC,optimizatoarele de putere oferă monitorizare la nivel de modul și o serie de funcții legate de siguranță. MPPT al modulului este realizat printr-o buclă de control complet independentă care funcționează între fiecare modul și optimizatorul său de putere. Convertorul DC-DC din optimizatorul de putere permite ca tensiunea și curentul modulului PV (intrare) să fie complet decuplate de (adică fără legătură cu) tensiunea și curentul de ieșire al convertorului.[2]
Optimizatorul de putere P370-5RM4MRM prezintă următoarele caracteristici tehnice și funcționale:
- Putere nominală de intrare DC: 370 Vdc
- Tensiune maximă absolută de intrare (Voc): 60 Vdc
- Interval de operare MPPT: 8–60 Vdc
- Curent maxim de scurtcircuit (Isc): 11 Adc
- Eficiență maximă: 99,5%
- Curent maxim de ieșire: 15 Adc
- Tensiune maximă de ieșire: 60 Vdc
- Tensiune de ieșire per optimizator: 1 ± 0,1 Vdc
- Tensiune maximă admisă a sistemului: 1000 Vdc
- Grad de protecție: IP68 / NEMA6P
Figura 7. Optimizatorul de putere P370-5RM4MRM
Aceste echipamente hardware asigură funcționarea autonomă a sistemului fotovoltaic, cu o eficiență ridicată și protecție avansată împotriva supraîncălzirii și supratensiunilor, fiind integrate cu platforma SmartDataSystems pentru monitorizare și gestionare în timp real.
4.3. Servicii de vânzare și post-vânzare
Serviciile de vânzare și post-vânzare asigură suportul complet pentru implementarea și operarea sistemului fotovoltaic integrat cu platforma SmartDataSystems.Serviciile oferite sunt următoarele:
- Consultanță pentru programe naționale:
Suport pentru aplicarea la programele naționale Casa Verde și Electric-Up, care oferă finanțare pentru instalarea sistemelor fotovoltaice, reducând costurile inițiale pentru clienți.
- Proiectare tehnică:
Echipa tehnică SolarEdge colaborează cu Beia pentru proiectarea sistemului fotovoltaic, asigurând conformitatea proiectării tehnice
- Configurare:
Configurarea sistemului este realizată de producătorul SolarEdge, garantând compatibilitatea și funcționarea optimă a componentelor hardware și software.
- Punere în funcțiune:
Realizată de personal autorizat ANRE (Autoritatea Națională de Reglementare în Domeniul Energiei), asigurând respectarea standardelor naționale de siguranță și calitate.
- Training pentru personalul clientului:
Furnizorul SolarEdge de echipamente hardware și Beia oferă instruire privind configurarea instalației, crearea contului de utilizator și utilizarea platformei SmartDataSystems pentru vizualizarea datelor (ex. rapoarte, grafice, alerte).
- Mentenanță și garanție:
Mentenanța este oferită de furnizorul de echipamente hardware SolarEdge, iar Beia garantează funcționarea sistemului fotovoltaic.
5.Rezultate
S-au realizat doua analize a datelor pe un interval de 15 minute într-o zi:
- pe perioada de vară a fost studiată energia provenită de la panourile fotovoltaice și radiația solară prezentat în tabelul 1.
Tabelul 1. Date de la platforma de monitorizare a panourilor PV pe perioada de vară
| Interval de timp | Producția de energie provenită de la panourile fotovoltaice[kW] | Radiația solară[W/m2] |
| 29/06/2025 8:00 | 8.25 | 167 |
| 29/06/2025 8:15 | 8.5 | 195 |
| 29/06/2025 8:30 | 8.7 | 263 |
| 29/06/2025 8:45 | 8.27 | 289 |
| 29/06/2025 9:00 | 8.29 | 312 |
| 29/06/2025 9:15 | 8.34 | 355 |
| 29/06/2025 9:30 | 8.35 | 384 |
| 29/06/2025 10:00 | 8.33 | 400 |
| 29/06/2025 10:15 | 4.75 | 405 |
| 29/06/2025 10:30 | 8.3 | 407 |
| 29/06/2025 11:00 | 8.23 | 449 |
| 29/06/2025 11:15 | 8.19 | 432 |
| 29/06/202511:30 | 7.83 | 385 |
| 29/06/2025 11:45 | 8.19 | 357 |
| 29/06/2025 12:00 | 7.96 | 305 |
| 29/06/2025 12:15 | 7.71 | 387 |
| 29/06/2025 12:30 | 7.6 | 465 |
| 29/06/2025 12:45 | 8.38 | 412 |
| 29/06/2025 13:00 | 7.83 | 286 |
| 29/06/2025 13:15 | 8.28 | 235 |
| 29/06/2025 13:30 | 8.08 | 174 |
| 29/06/202513:45 | 8.4 | 247 |
| 29/06/2025 14:00 | 5.94 | 345 |
| 29/06/2025 14:15 | 7.86 | 384 |
| 29/06/2025 14:30 | 8.5 | 304 |
| 29/06/2025 14:45 | 9.05 | 40.1 |
| 29/06/2025 15:00 | 8.63 | 24 |
| 29/06/2025 15:15 | 8.15 | 15.3 |
| 29/06/202515:30 | 8.09 | 88.3 |
| 29/06/2025 16:00 | 6.9 | 90.6 |
| 29/06/202516:15 | 7.42 | 45.4 |
| 29/06/2025 16:30 | 4.5 | 35.9 |
| 29/06/202516:45 | 7.08 | 26.7 |
| 29/06/2025 17:00 | 8.63 | 88.3 |
| 29/06/2025 17:15 | 8.15 | 84.6 |
| 29/06/2025 17:30 | 8.09 | 92.4 |
| 29/06/2025 17:45 | 8.45 | 75.2 |
| 29/06/2025 18:00 | 6.9 | 67.2 |
| 29/06/2025 18:15 | 7.42 | 64.1 |
| 29/06/2025 18:30 | 8.78 | 62.8 |
| 29/06/2025 18:30 | 8.78 | 41.9 |
| 29/06/202519:00 | 8.78 | 32.5 |
- pe perioada de iarnă au fost studiate energia provenită de la panourile fotovoltaice,temperatura celulei fotovoltaice și radiația solară prezentat în tabelul 2.
Tabelul 2. Date de la platforma de monitorizare a panourilor PV pe perioada de iarnă
| Interval de timp | Producția de energie provenită de la panourile fotovoltaice[kW] | Radiația solară[W/m2] |
| 29/01/2025 8:00 | 0.06 | 14.1 |
| 29/01/2025 8:15 | 2.34 | 15.2 |
| 29/01/2025 8:30 | 2.53 | 20.5 |
| 29/01/2025 8:45 | 3.59 | 27.7 |
| 29/01/2025 9:00 | 3.55 | 29.5 |
| 29/01/2025 9:15 | 3.81 | 31.2 |
| 29/01/2025 9:30 | 3.62 | 32.3 |
| 29/01/2025 10:00 | 3.54 | 35.6 |
| 29/01/2025 10:15 | 3.58 | 45.2 |
| 29/01/2025 10:30 | 3.56 | 47.9 |
| 29/01/2025 11:00 | 3.97 | 49.6 |
| 29/01/2025 11:15 | 3.6 | 67.9 |
| 29/01/2025 11:30 | 2.94 | 75.6 |
| 29/01/2025 11:45 | 3.44 | 95.3 |
| 29/01/2025 12:00 | 3.02 | 131 |
| 29/01/2025 12:15 | 3.68 | 109 |
| 29/01/2025 12:30 | 3.76 | 146 |
| 29/01/2025 12:45 | 3.64 | 139 |
| 29/01/2025 13:00 | 4.02 | 129 |
| 29/01/2025 13:15 | 3.54 | 110 |
| 29/01/2025 13:30 | 3.96 | 115 |
| 29/01/202513:45 | 3.54 | 123 |
| 29/01/2025 14:00 | 3.51 | 129 |
| 29/01/2025 14:15 | 3.44 | 136 |
| 29/01/2025 14:30 | 3.41 | 145 |
| 29/01/2025 14:45 | 3.69 | 151 |
| 29/01/2025 15:00 | 2.37 | 159 |
| 29/01/2025 15:15 | 3.24 | 129 |
| 29/01/202515:30 | 2.52 | 118 |
| 29/01/2025 16:00 | 3.02 | 117 |
| 29/01/2025 16:15 | 3.86 | 90.4 |
| 29/01/2025 16:30 | 3.5 | 56.3 |
| 29/01/2025 16:45 | 0.2 | 19.2 |
6.Concluzii
Implementarea platformei SmartDataSystems în clădirea pilot din București a condus la îmbunătățiri semnificative în eficientizarea consumului de energie al sistemului fotovoltaic format din 20 de panouri Jinko JKM-335M-60H-5BB. Rezultatele obținute, prezentate în capitolul 5, evidențiază performanța sistemului în condiții sezoniere diferite, oferind o bază solidă pentru optimizarea managementului energetic.
1.Producția de energie în perioada de vară:
Conform datelor din Tabelul 1, producția zilnică de energie în luna iunie 2025 a variat între 4,5 kW și 9,05 kW, cu o medie zilnică de aproximativ 7,8 kW/zi. Această valoare reflectă o eficiență ridicată a sistemului, corelată cu nivelurile ridicate de radiație solară, care au atins un maxim de 465 W/m².
2.Producția de energie în perioada de iarnă:
Conform Tabelului 2, în luna ianuarie 2025, producția zilnică de energie a variat între 0,06 kW și 4,02 kW, cu o medie zilnică de aproximativ 3,2 kW/zi. Aceasta este în concordanță cu radiația solară mai scăzută din timpul iernii, cu un maxim de 159 W/m². Monitorizarea în timp real prin SmartDataSystems a permis corelarea producției cu condițiile de mediu , facilitând ajustarea consumului pentru a maximiza eficiența.
3.Economii estimate:
Vara: Utilizarea platformei SmartData Systems a permis reducerea consumului de energie din surse externe(rețeaua națională) cu 35%, datorită optimizării producției și consumului prin monitorizarea în timp real și generarea rapoartelor detaliate.
Iarna: Economiile de energie au fost de 12%.prin folosirea platformei SmartDataSystems
Platforma a contribuit la reducerea pierderilor energetice prin identificarea rapidă a anomaliilor și ajustarea automată a consumului, chiar și în condiții de radiație solară scăzută.
Platforma SmartDataSystems a facilitat o gestionare eficientă a energiei, prin integrarea datelor de la echipamentele hardware (invertor SolarEdge, optimizatoare de putere, baterie) și transmiterea acestora prin MQTT către Grafana, oferind o vizualizare clară a performanței sistemului. Aceste rezultate subliniază importanța unei soluții scalabile și autonome, capabile să optimizeze consumul energetic și să reducă costurile operaționale, chiar și în condiții sezoniere variabile.
7.Bibliografie
[1] https://www.smartdatasystem.es/english-renewable-assets-management/
[2]SolarEdge Technologies – Official Technical Datasheets and Case Studies
https://www.solaredge.com
Surse tehnice pentru invertorul SE6K-RW0TEBNN4, baterii, optimizatoare și modulul GSM SE-GSM-R12-US-S1.
[3]JinkoSolar – Product Specifications and Performance Reports
https://www.jinkosolar.com
Pentru caracteristicile panourilor JKM-335M-60H(5BB) Cheetah HC.
[4] Grafana Labs – IoT Energy Monitoring Dashboards
https://grafana.com/solutions/energy-monitoring
Demonstrează modul în care Grafana se integrează cu InfluxDB și MQTT pentru vizualizare energetică.
[5]Beia Consult International – Proiecte de digitalizare și monitorizare energetică
https://www.beiaro.eu
Relevanță directă pentru partea de consultanță, configurare și integrare a platformelor IoT.
Leave a Reply