Steuerungstechnik Permanent unter Strom

Große Photovoltaik-Kraftwerke liefern oft mehrere Megawatt an umweltfreundlicher Energie. Einfach, indem sich die PV-Paneele der Sonne zuwenden und die auf sie auftreffende Strahlung in Strom umwandeln. Das legt den Schluss nahe, dass sich das Kraftwerk nach seiner Erstellung im Prinzip selbst überlassen werden kann. Doch was so einfach klingt, ist erfahrungsgemäß recht komplex und erfordert umfassendes Know-how sowie eine hochwertige Ausstattung.Das spanische Unternehmen Grenergy Renovables entwickelt, plant, erstellt und betreibt PV-Anlagen im Megawatt-Bereich. Die Firma hat 25 Mitarbeiter und arbeitet mit externen Partnern im Bereich Dienstleistungs-Leasing zusammen. So wurden bislang Projekte mit einem Gesamtvolumen von 45 MWp umgesetzt, PV-Anlagen in einer Größenordnung von insgesamt 100 MWp liegen vor. Dabei ist eine enge Zusammenarbeit zwischen den Eigentümern der PV-Anlagen, den Investoren und der jeweiligen Regierung unverzichtbar. Je transparenter die Zusammenhänge sind, desto effektiver erweist sich das Geschäftsmodell. Diese Erkenntnis hat Grenergy Renovables auch im Zusammenhang mit der technischen Seite der Photovoltaik gewonnen.

Fehlerquellen mindern Ertrag

Ein PV-Kraftwerk mit einer Leistung von 2 MWp umfasst bis zu 10000 PV-Paneele, einige Kilometer Kabel unterschiedlicher Stärke sowie eine Vielzahl an Verbindungs- und Schaltstellen. Um den Aufbau der Anlage bestmöglich zu gestalten, werden die Paneele zunächst reihenweise zu so genannten Strings verschaltet, die an einer geeigneten Stelle parallel zusammengefasst und über Sammelleitungen zum Wechselrichter geführt werden. Diese Struktur findet sich auch im Projekt von Grenergy Renovables in der Region Murcia. Die Nennleistung des dortigen PV-Kraftwerks beträgt 2 MWp, der garantierte jährliche Ertrag wird auf 3,25Millionen kWh beziffert. In der Anlage in Murcia sind die PV-Paneele zu 512Strings verschaltet, wobei je 16Strings in einer String-Box zu einer Sammelleitung gruppiert werden. Insgesamt wurden 32 String-Boxen verbaut, die über jeweils eine Sammelleitung mit dem zentralen Wechselrichter verbunden sind.

Webseite zeigt aktuelle Daten

Obwohl das spanische PV-Kraftwerk unter technischen Aspekten bestmöglich realisiert wurde, stellen die einzelnen Komponenten eine potentielle Fehlerquelle dar. So können die Paneele altern, Defekte auftreten oder die Kabel durch Tierverbiss beschädigt sein. PV-Anlagen sollten also nicht sich selbst überlassen werden - insbesondere wenn der Anlagenbetreiber eine Ertragsgarantie gibt, hat er ein berechtigtes Interesse, dass sein Solarpark stets unter den besten Bedingungen arbeiten kann. Bei der Überwachung muss ein Kompromiss zwischen Messaufwand und Kosten getroffen werden. Hier bietet sich die Messung der einzelnen String-Ströme an, deren Verhalten sich gut als Indikator für verschiedene ertragsmindernde Einflüsse eignet. Grenergy Renovables setzt dazu das Solarcheck-System von Phoenix Contact ein. Dessen Messmodule beinhalten je acht einzelne Kanäle, die den Strom im String berührungslos über einen Hall-Sensor erfassen. In jeder String-Box sind zwei Module installiert, sodass pro Box 16Strings gemessen werden. Auch die Spannung des String-Bündels wird ermittelt.

Wartungsaufwand gesenkt

Die aufgenommenen Daten werden über eine Zweidrahtleitung direkt in das zugehörige Kommunikationsmodul übertragen. Dieses sammelt und versorgt je acht Messmodule und leitet die Daten über eine RS485-Schnittstelle an die übergeordnete Inline-Steuerung des Typs ILC 170 ETH 2TX weiter. Die gesamte Installation wird also durch die Verwendung von nur acht Kommunikationsmodulen mit den jeweils angekoppelten Messmodulen komplett abgedeckt. Dazu sind die Kommunikationsmodule in jeder vierten String-Box montiert, wo sie von einer Phoenix-Contact-Spannungsversorgung gespeist werden. Die Inline-Steuerung erfasst alle Messsignale des PV-Kraftwerks in Murcia über das Solarcheck-System. Hier werden die Daten dann für die Visualisierung aufbereitet und dem Betreiber über eine Webseite zur Verfügung gestellt. Er ist somit jederzeit über den Zustand seiner Anlage informiert. Um Einbußen durch Fehler sicher von natürlichen Schwankungen in der Einstrahlungsintensität abzugrenzen, wird in Murcia ein Strahlungssensor als Referenz genutzt. Informationen über das aktuelle Betriebsverhalten sowie eine Auswertung des Gesamtertrags sind die wesentlichen Aspekte, die Auskunft über die aktuelle Stromerzeugung geben. Auch hier bietet die Betrachtung der String-Ströme und -Spannungen eine gute Grundlage zur Prüfung der eingespeisten Energie. Wegen der Parallelschaltung der Strings lassen sich individuelle String-Stromschwankungen nicht mehr am Wechselrichter detektieren. Die Messung der einzelnen String-Ströme erweist sich folglich als geeignete Möglichkeit, die einwandfreie Funktion jedes Strings zu kontrollieren.Aufgrund der vielfältigen Einflüsse auf das PV-Kraftwerk kommt der Korrelation von Fehlerbildern und Ereignissen sowie äußeren Einflüssen eine besondere Bedeutung zu. Hier hat Grenergy Renovables Erfahrungen gesammelt und die Wartungsstrategie verbessert. Das Unternehmen hat zum Beispiel typische Fehlerbilder identifiziert und den jeweils notwendigen Reparaturaufwand festgestellt.