Photovoltaik-Anlagen werden heute so konstruiert und betrieben, dass sie möglichst viel Energie liefern. Diese Zielsetzung ist nicht nur unter finanziellen Gesichtspunkten interessant, sondern trägt auch zur Nachhaltigkeit des Solarsektors bei. Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Erträge stellt das Monitoring dar, ein in unzähligen industriellen Bereichen etabliertes Konzept. Entsprechend groß ist das Lösungsangebot. Doch Anlagen zur Gewinnung von Solarenergie zeichnen sich dadurch aus, dass die Energieerzeugung wetterabhängig ist. Die Leistung der Anlage – also die tatsächlich erzielte Leistung im Vergleich zur Maximalleistung – verändert sich durch das Zusammenspiel externer Faktoren wie Bewölkung, Temperatur und Sonnenstand ständig. Diese Tatsache ist an sich nicht problematisch, erschwert es jedoch, die von der Photovoltaik-Anlage erbrachte Leistung zu bewerten. Denn der Betreiber muss einschätzen können, ob die erzielte Leistung angesichts der aktuellen Wetterbedingungen angemessen ist oder gesteigert werden könnte.
„Wir erhalten häufig Anfragen von Anlagen-Managern, die der Ansicht sind, dass der von ihren Photovoltaik-Applikationen erbrachte Energieertrag unbefriedigend ist, diesen Eindruck aber nicht quantifizieren können“, berichtet Dirk Eeraerts, Geschäftsführer des im belgischen Gent ansässigen Unternehmens Mind4Energy. „In den letzten Jahren sind viele neue Solar-Installationen unter hohem Zeitdruck entstanden. Das Augenmerk lag zunächst darauf, die Fristen zur Erlangung der Zertifikate für erneuerbare Energie einzuhalten. Jetzt versuchen die Betreiber verstärkt, ihre vorhandenen Photovoltaik-Anlagen zu optimieren. Dabei stellt sich stets die gleiche Ausgangsfrage: Wirft meine Installation die Leistung ab, die sie eigentlich erzielen müsste?“
Mit Monitoring-Lösung Anlagen kontinuierlich überwachen
Als Spezialist für erneuerbare Energie wurde Mind4-
Energy im Jahr 2011 von vier ehemaligen Mitarbeitern eines der größten in diesem Bereich tätigen Anbieters gegründet. Die Solar-Experten nutzen ihr Know-how und ihre Erfahrung, um die Betreiber von Photovoltaik-Anlagen als unabhängige Berater und Dienstleister zu unterstützen. So entwickelt Mind4-
Energy beispielsweise Installationen, die größtenteils im Ausland aufgestellt werden. Denn in Belgien ist es hinsichtlich neuer Photovoltaik-Anlagen relativ ruhig geworden. Der Schwerpunkt liegt hier nun auf der Verbesserung der bestehenden Applikationen. Zu diesem Zweck hat Mind4Energy eine Monitoring-Lösung konzipiert, mit der Betreiber ihre Anlagen kontinuierlich überwachen und die erzielte Leistung auswerten können. Das Unternehmen stellt darüber hinaus Dienstleistungen wie Audits existierender Installationen und ein Monitoring-Management zur Verfügung.
Durch eine konsequente Kontrolle können die Betreiber mit ihren Photovoltaik-Anlagen eine größere Energieausbeute und damit höhere Einnahmen erlangen. Die Installation kann beispielsweise aufgrund einer Spannungsspitze im Netz Probleme aufweisen. Dies muss man schnell erkennen und beheben. Im Rahmen einer umfassenden Analyse zieht die Lösung von Mind4Energy deshalb meteorologische Daten oder Messungen der Sonneneinstrahlung vor Ort zur Ermittlung der Maximalleistung heran, die die Anlage hätte erzielen können. Der Anlagen-Manager erhält also ein konkretes Leistungsziel, an dem er den tatsächlichen Energieertrag der Installation messen kann.
Modulare Lösung passt sich flexibel an die jeweilige Installation an
Der Vorteil der Monitoring-Lösung von Mind4Energy ergibt sich daraus, dass sie auf der Grundlage des langjährigen Know-hows und der Erfahrung der Mitarbeiter im Bereich Solarenergie entwickelt wurde. Dirk Eeraerts erläutert: „Die meisten Überwachungssysteme werden von IT-Experten erarbeitet und beruhen daher auf Technologien aus diesem Umfeld. Wir haben uns der Problemstellung jedoch von der Anwenderseite genähert und für diese Zielgruppe ein geeignetes Tool konzipiert. Die Lösung ist flexibel aufgebaut, weil keine Installation der anderen gleicht und die Hersteller von Komponenten wie den Wechselrichtern jeweils eigene Kommunikationsprotokolle verwenden.“
Ursprünglich wollte Mind4Energy ein Embedded-Computersystem einsetzen. Die Solar-Spezialisten stellten allerdings schnell fest, dass dieser Ansatz auf ein kaum zu bewältigendes Projekt hinauslaufen würde, bei dem sie ständig mit neuen Geräten und Herausforderungen konfrontiert wären. In Phoe-
nix Contact hat Mind4Energy dann einen Partner gefunden, der mit seiner modularen Steuerungstechnik, den bedarfsgerecht anreihbaren Ein- und Ausgangsmodulen, Leistungsmessern und vielen weiteren Komponenten genau die passende Monitoring-Hardware anbietet. Herzstück des Datenloggers ist eine Kompaktsteuerung ILC 171 ETH oder ILC 151 ETH, an die alle Ein- und Ausgänge angekoppelt sind, die zur Kommunikation mit den Transformatoren, Sensoren und anderen in der Photovoltaik-Anlage verbauten Geräten nötig sind. Der Inline-Controller lässt sich entsprechend der Anlagengröße und der spezifischen Anwenderanforderungen beliebig skalieren. Je nach Applikation leitet er die erfassten Daten entweder über eine feste Internetverbindung oder per Mobilfunk-Router via GPRS an einen Server weiter. An diesem kann sich der Betreiber anmelden, um die Informationen seiner Photovoltaik-Installation einzusehen und auszuwerten. Der von Mind4Energy genutzte Mobilfunk-Router, der weltweit Highspeed-Verbindungen ermöglicht, unterstützt UMTS/HSPA im 3G-Netz. Die Monitoring-Lösung beinhaltet außerdem eine intelligente Stromversorgung, die eine unterbrechungsfreie Belieferung der angeschlossenen Teilnehmer sicherstellt. Bei der Steuerungs-Software war die Kompetenz von Phoenix Contact gefragt. Zu den Kompaktsteuerungen gehören verschiedene Software-Bibliotheken, die ebenfalls Bausteine für die Wechselrichter-Kommunikation enthalten. Auf diese Weise lassen sich Software-Projekte einfacher und schneller umsetzen, denn der Programmieraufwand des Anwenders wird gering gehalten. An der Erstellung des Server-Portals hat auch die Universität Gent mitgearbeitet, die an Mind4Energy beteiligt ist. Die Lösung basiert auf einer von der Universität entwickelten Technologie, um Datenströme auf effiziente und benutzerfreundliche Weise in Echtzeit zu visualisieren.
Eine mobile Variante erlaubt es, Audits durchzuführen
Joris Huegaerts, als Marketing Manager Industrial Automation Systems bei der belgischen Tochtergesellschaft von Phoenix Contact tätig, berichtet: „Durch die Unterstützung bei der Entwicklung der Steuerungs-Software haben wir Mind4-
Energy geholfen, eine effiziente Lösung schnell zur Marktreife zu bringen. Das Unternehmen erfüllt einen echten Bedarf im Bereich der Photovoltaik-Installationen und eröffnet den Betreibern mit seinem Monitoring-Ansatz einen erheblichen Mehrwert.“ Für Mind4Energy erweisen sich die Komponenten und Systeme des Automatisierungsspezialisten zudem als optimal geeignet, da sie sich nicht nur durch eine hohe Zuverlässigkeit auszeichnen, sondern sich auch flexibel an die jeweiligen Installationen anpassen lassen. Konkret misst der Datenlogger die Eigenschaften der von der gesamten Anlage oder von einzelnen Strings erzeugten Energie. Die Messwerte können dann mit den Signalen der Temperatursensoren, Wetterstationen, Pyranometern sowie anderen Sensoren und Schaltern gekoppelt werden. Dies erlaubt eine umfassende Fernüberwachung der Installation. Darüber hinaus erhält der Datenlogger Signale von den Wechselrichtern und Netzumschaltern. Mind4Energy hat ferner eine mobile Variante der Lösung zur Durchführung von Audits entwickelt, mit der sich die Photovoltaik-Anlage über einen bestimmten Zeitraum ausführlich kontrollieren lässt.
Wie bereits erwähnt, kann das Monitoring-System flexibel an geänderte Anforderungen adaptiert werden. Einige Betreiber sind beispielsweise an einer Lösung zur Erfassung von Schneefall interessiert, weil dieser erhebliche Auswirkungen auf die Leistung der Installation hat. Aufgrund der ausgewählten Steuerungen lassen sich solche neuen Funktionen einfach in das System integrieren.
Ein weiterer Trend, den das Unternehmen Mind4Energy bereits jetzt im Blick hat, ist die intensive Abstimmung zwischen Anlagen- und Netzbetreibern, damit die von den Photovoltaik-Anlagen erzeugte Energie in Echtzeit an den tatsächlichen Strombedarf angepasst werden kann. Durch die Kommunikationsfunktionen der Steuerung sollten sich derartige Anforderungen schnell und effizient in die vorhandenen Module einfügen lassen.
