EUプロジェクトPROMISEの研究者たちは、極端な熱、塩分を含む空気、サハラ砂漠のほこりの条件下で、センサー、デジタルレプリカ、人工知能に基づくツールを使用して、太陽光発電システムを監視しました。これらのソリューションは、故障が生産を大幅に減少させる前に特定し、メンテナンスを行うことができる技術者の準備を目指しています。
研究者たちは、マルタの10の太陽光発電システムを実際の条件下での実験室として使用し、故障や生産損失を特定する方法をテストしました。EUのHorizonプログラムによって資金提供されたPROMISEプロジェクトは、センサー、システムのデジタルレプリカ、自動データ分析、技術者の実践的なトレーニングを組み合わせ、非常に暑い夏、塩分を含む空気、サハラ砂漠のほこりのエピソードにさらされた環境で行われました。
要約すると
1. マルタは年間約3,000時間の日照がありますが、高温、海風、サハラ砂漠の砂嵐は、太陽光パネルの長期的な運用にとって困難な条件を作り出します。
2. 研究者たちは、電力生産、太陽光、風、温度を測定するセンサーを使用して、10の実際のシステムを監視しました。データは、メンテナンスが必要な時期を示すことができます。
3. プロジェクトは、システムのデジタルレプリカと、故障を示す可能性のある逸脱を自動的に特定するための人工知能に基づくツールを開発しました。
4. 学生と技術者は、目視検査、写真、チェックリスト、電気光学テストを通じてパネルを調査するように訓練され、ひび割れや隠れた欠陥を示すことができます。
5. 小型の太陽光発電システムは、欧州の太陽光発電能力の約半分を占めており、特に所有者が専門的なサービス契約を持っていない場合、監視とメンテナンスの同様の問題に直面する可能性があります。
マルタは太陽光発電に適した条件を提供しますが、機器にとっても厳しい環境です。島は年間約3,000時間の日照があり、パネルは同時に高温、湿度、海風によって運ばれる塩分、定期的にサハラから運ばれる砂にさらされています。
これらの条件により、研究者たちは、他の地域で問題が発生するのが遅くなる可能性がある問題を短期間で観察することができます。マルタのイノベーションと研究のための財団の会長であり、PROMISEプロジェクトのコーディネーターであるブライアン・アッゾパルディは、マルタの環境で耐えられるシステムは、より厳しくない条件の他の欧州地域でも機能する必要があると説明しました。
PROMISEは、太陽光発電システムの監視、メンテナンス、信頼性を改善する方法を3年間分析しました。このプロジェクトは、新しいパネルの性能だけでなく、すでに設置されたシステムを長期間機能させる方法にも焦点を当てました。
太陽エネルギーの利用は、2010年頃から公共助成金や地域プログラムの支援を受けて、マルタで急速に拡大しました。アッゾパルディが提示した推定によれば、採用率は約20%〜22%に達し、以前はほぼ存在しなかったとされています。
システムの数の増加は、メンテナンスの問題をより目立たせました。太陽光発電システムは、1つまたは複数のパネルが通常の能力で機能しなくても、電力を生産し続けることができます。所有者は、生産損失が請求書やシステム全体のデータに現れるまで、故障を認識できないことがあります。
遅延は、損傷の拡大や生産損失の蓄積を許す可能性があります。プロジェクトチームは、故障が所有者に明らかになる前に、変化を早期に特定しようとしました。
研究者たちは、市販のセンサーを設置し、生成された電力、太陽放射、温度、風速を測定しました。実際の生産を天候や運用条件と比較することで、雲による通常の減少と、技術的な問題を示す可能性のある損失を区別できます。
データは、メンテナンスが必要になる可能性がある時期を推定できる監視システムに入力されました。目的は、問題が生産の重要な減少を引き起こす前に、検査や修理を計画できるようにすることです。
チームは、デジタルツイン、実際のシステムのコンピューターレプリカも開発しました。このようなモデルは、システムの動作を再現し、物理的なシステムに直接介入することなく、さまざまな状況をテストすることを可能にします。
研究者たちは、パネルから受け取ったデータを、同じ条件下でモデルが正常と考える結果と比較できます。実際の動作と推定された動作の間に持続的な違いがある場合、故障、新しい影、汚れ、パネルの劣化、または他のコンポーネントの問題を示す可能性があります。
人工知能に基づくツールは、データを継続的に分析し、自動的に異常を通知します。システムは、システムを修理したり、問題の原因を自動的に特定したりすることはありませんが、技術者に確認が必要なポイントに注意を促すことができます。
監視は、エネルギーの生産、研究、専門家のトレーニングのために同時に使用される実際のシステムである10の「リビングラボ」で行われました。このアプローチにより、実験室でのみ行われる実験に制限されることなく、日常的な条件下でツールをテストできます。
太陽光発電システムは、さまざまな理由で性能を失う可能性があります。ほこり、汚れ、鳥の糞は、セルに到達する光を減少させる可能性があります。近くの建物の建設は、パネルが設置されたときには存在しなかった影の領域を作成する可能性があり、高温、塩分、機械的な負荷はコンポーネントの劣化に寄与する可能性があります。
太陽光発電システムには可動部品が少ないですが、これが点検が不要であることを意味するわけではありません。ケーブル、接続、インバーター、支持具、パネルの表面は、故障や劣化を受ける可能性があり、生産を減少させたり、システムの安全性に影響を与えたりします。
この問題は、特に住宅の屋根に設置された小型システムに関連しています。これらの所有者は、必ずしも包括的なメンテナンス契約や高度な監視システムを持っているわけではなく、一部の故障は長期間見逃される可能性があります。
プロジェクトは、スタッフのトレーニングを同じ問題の一部として扱いました。太陽エネルギーの拡大は、システムの機能を理解し、データを解釈し、物理的な欠陥を特定できる技術者や研究者の必要性を生み出します。
国際夏季学校に参加した学生たちは、システムの実際のデータを使用して施設を訪れ、作業しました。彼らは、目視検査を行い、写真を撮り、欠陥を文書化し、構造化されたチェックリストを使用する方法を学びました。
トレーニングで使用されたより高度な方法は、電気光学です。テスト中、電気が逆方向に太陽光パネルに導入され、セルは非常に微弱な赤外線を放出し、人間の目には見えません。
専門のカメラは、この光を記録し、セルが均一に機能していない領域を示すことができます。この方法は、外部からパネルを検査する際に見えない可能性のある非常に小さなひび割れや他の欠陥を検出することを可能にします。
チームは、ゲーム、関連付けの演習、シミュレーションを使用して参加者をトレーニングしました。ゲームの1つは、技術者がシステムを診断し、必要な介入を決定し、メンテナンス予算を管理する状況を再現します。
この演習は、メンテナンスが単に欠陥を特定することだけを意味しないことを反映しています。技術者はデータを解釈し、介入の優先順位を決定し、コストについて議論し、所有者やシステムの管理者と修理を調整する必要があります。
若い聴衆のために、研究者たちは「フォトンのダンス」というショーも作成しました。ダンサーの動きは、太陽光が太陽光発電セルの内部で電気に変換されるプロセスを説明します。この活動は、技術的なプロセスをよりわかりやすい形で提示するために設計されました。
メンテナンスの重要性は、マルタに限られません。小型システムは、プロジェクトが提示した情報によれば、欧州全体の太陽光発電能力の約半分を占めています。多くは住宅や小規模企業の敷地に設置されており、監視や専門的なサービスへのアクセスが制限される可能性があります。
マルタでテストされたツールは、所有者や技術者が異常な生産の減少を早期に特定するのに役立つ可能性があります。これらのツールを他の国で適用することは、コスト、既存のシステムとの互換性、データの質、アラートを解釈するスタッフの能力に依存します。
プロジェクトは、マルタで機能するシステムが自動的に欧州のどこでも耐えられることを示すものではありません。気候条件、システムの種類、故障の原因は地域によって異なり、ソリューションは使用される環境に対して検証される必要があります。
PROMISEは、EUの研究とイノベーションのHorizonプログラムによって資金提供されました。このプロジェクトは、技術的な研究、実際のシステムでのテスト、デジタルツール、太陽光発電セクターのトレーニング活動を統合しました。
デジタルツインは、機器や物理システムの動作を再現するために、さまざまな分野で使用されています。太陽光発電システムの場合、これにより、実際の生産と推定された性能を比較し、天候、影、劣化、故障による影響をシミュレーションできます。
予測メンテナンスは、データを使用して問題が発生する可能性がある時期や介入が必要になる時期を推定します。これは、故障後にのみ行われるメンテナンスや、システムの状態に関係なく定期的に行われる点検とは異なります。
太陽エネルギーの拡大は、数十年にわたって監視が必要な機器の数を増加させます。実際の稼働時間と生産される電力の総量は、コンポーネントの品質、設置、地域の条件、設置後のメンテナンスに依存します。
マルタで得られた結果と経験は、今後の研究やトレーニングプログラムの開発に利用できます。公開された資料は、作成されたツールがすでにすべての欧州市場で利用可能な商業製品になったことや、それらを使用することによって得られたコスト削減や寿命の延長を定量化していないことを明示していません。
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