Solartechnik 50 Prozent mehr Energie – ein Nachführsystem macht’s möglich

Autor / Redakteur: Andreas Winkler* / Ines Stotz

Die Förderung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien durch den Staat wird mehr und mehr verringert. Erst im Juli 2011 ist das EEG-Gesetz** erneut angepasst worden. Ein Nachführsystem für Solaranlagen kann dem Erzeuger helfen, trotz dieser Kürzungen die gewonnene Energie effizient einzusetzen.

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Am Technologiepark Westenheim wurden vier PV-Drehanlagen auf einem Drehkranz mit 12 m Durchmesser und jeweils 300 m² Sonnenkollektoren-Fläche installiert.
Am Technologiepark Westenheim wurden vier PV-Drehanlagen auf einem Drehkranz mit 12 m Durchmesser und jeweils 300 m² Sonnenkollektoren-Fläche installiert.
(Bilder: Panasonic Electric Works Europe)

Zukünftig werden große Solarparks den erzeugten Strom an der Strombörse selbst vermarkten. Damit setzen sie sich einem schwankenden Strompreis (aufgrund der unterschiedlichen Konditionen zu verschiedenen Tageszeiten) aus. PV- Anlagen richtet man in Mitteleuropa (wenn es möglich ist) immer 180° nach Süden aus, da zur Mittagszeit die Einstrahlung am stärksten ist und die meiste Energie erzeugt werden kann. Zu dieser Tageszeit ist die Vergütung für die erzeugte Energie am geringsten.

PV-Nachführsystem steigert Ertrag bis 50 Prozent

Mit einer PV-Nachführanlage, sog. Solartracker, kann durch optimale Ausrichtung der höhere Strompreis, der in den Morgen- und Abendstunden gezahlt wird, voll ausgeschöpft werden. Der Ertrag lässt sich so um bis zu 50 Prozent steigern. Da sich die Kosten für die Technik nur durch die Anlagengröße verringern lassen, hat sich die Firma Proair Solar auf großflächige Nachführanlagen spezialisiert und dafür den VR-Mittelstand-Innovationspreis 2008 erhalten. Durch deren Konstruktion wird bei minimaler Landverbauung die höchstmögliche Energiegewinnung bewirkt.

Umgesetzt wurde dieses Konzept zum Beispiel am Technologiepark Westenheim, wobei vier PV-Drehanlagen auf einem Drehkranz mit 12 m Durchmesser und jeweils 300 m² Sonnenkollektoren-Fläche installiert wurden. Um die Windkräfte der sehr großen Flächen zu minimieren und somit die Lasten zu reduzieren, wurde in der Steuerung ein Mechanismus eingebaut, der ab einer bestimmten Windstärke die Solarfassade aus der Sturmrichtung dreht. Nach Abklingen des Windes wird die Anlage automatisch wieder in Position gebracht.

Vollautomatischer Betrieb mit Energie- und Betriebsdatenerfassung

Für den vollautomatischen Betrieb der Nachführanlagen setzt Proair Solar speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) der FP-X Serie und FP Web-Server von Panasonic Electric Works ein. Weiterhin ist in jeder Anlage ein Bediengerät GT02 für die Parametrierung und Visualisierung der Anlage vor Ort, ein Frequenzumrichter VF-0 für die Ansteuerung der Asynchronmotoren sowie ein GPRS-Terminal für die Uhrzeit-Synchronisation und die Weiterleitung der Anlagendaten in die Firmenzentrale zum GPRS-LinkManager installiert.

Die Ertragsdaten werden über eine RS485-Schnittstelle aus den Wechselrichtern und zusätzlich zur Kontrolle der eingespeisten Energie aus den Drehstromzählern über eine S0-Schnittstelle erfasst und übertragen.

Per GPRS erfassen – weiterleiten – überwachen

Mit GPRS (General Packet Radio Service), dem Datendienst im Mobilfunknetz, lassen sich dezentrale Anlagenteile mit eingeschränkter Infrastruktur, also ohne Anschluss an das Datennetzwerk, ohne großen Aufwand ins Firmennetz integrieren.

Der Nutzen dieser Maßnahme liegt auf der Hand: Prozessdaten entstehen häufig dezentral an verschiedenen Orten einer Industrieanlage. Um sie auszuwerten und zu verarbeiten, müssen sie über ein geeignetes Übertragungsmedium an einem zentralen Punkt gesammelt werden. Ebenso ist der zentrale Zugriff auf die entfernten Anlagenteile zur Überwachung oder zur Fehleranalyse im Störungsfall von großer Bedeutung.

Steht keine Kabelverbindung für die Datenübertragung zur Verfügung, ist die kostengünstigste Lösung die drahtlose Kommunikation. Für die Funkübertragung stehen verschiedene Frequenzbänder und unterschiedliche Technologien, wie die öffentlichen Mobilfunk-Netze mit den Datendiensten GPRS/ EDGE oder UMTS/HSDPA oder nichtöffentliche Datenfunk-Netze wie die Zeitschlitz-Technik im 470 MHz-Bereich zur Auswahl.

Online-Verbindung als virtuelle Standleitung

Durch den grenzüberschreitenden Ausbau der Mobilfunk-Netze und die mittlerweile äußerst günstigen „Machine to Machine“ (M2M)-Tarife der Mobilfunk-Betreiber sind die digitalen Datendienste der Mobilfunk-Provider zur schnellen und effizienten Datenübertragung GPRS/EDGE oder UMTS/HSDPA, die Basis heutiger Fernwirk-bzw. Fernwartungs-Lösungen. Obwohl zusätzliche öffentliche Infrastrukturen erforderlich sind (Mobilfunknetz), setzen sich diese Techniken Schritt für Schritt durch.

Im Gegensatz zu den klassischen Übertragungsverfahren der öffentlichen Netze wird bei diesen Datendiensten nicht die Verbindungszeit, sondern das übertragene Datenvolumen abgerechnet. Somit wird eine Onlineverbindung geschaffen, die man als virtuelle Standleitung bezeichnet werden kann. Bei Bedarf stehen die Anlagenzustände oder Alarmmeldungen mit einer Zeitverzögerung im Millisekundenbereich in der Zentrale zur Verfügung.

GPRS-Technologie appliziert auf die Solar-Industrie

Durch den Einsatz der Produkte von Panasonic konnte die in der Wasser/Abwasser-Branche vielfach erprobte und bewährte Fernwirk-Technik auf die Anlagen von Proair Solar und damit auf die Solar-Industrie appliziert werden.

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Das generiert folgenden Mehrwert: Informationen der einzelnen PV-Nachführanlagen wie Status- und Alarmmeldungen, der berechnete Sonnenstand, die Ist-Position des Solartrackers, die Windgeschwindigkeit und -richtung werden über GPRS, das Internet und über den DSL-Zugang zum sogenannten GPRS-LinkManager in der Firmenzentrale übermittelt. Hier werden sie im integrierten Web-Server über http - bei Bedarf auch verschlüsselt (HTTPS) oder mit Passwort versehen - im Firmennetz zur Verfügung gestellt.

Der Zugriff auf den Webserver kann von jedem PC mit Internetanschluss und einem Webbrowser (z.B. Mozilla Firefox oder Microsoft Internet Explorer) oder mit einem webfähigen Handy erfolgen. Voraussetzung hierbei ist nur die entsprechende Konfiguration des DSL-Modems (u.a. Portweiterleitung).

Im Bedarfsfall kann der GPRS-Link- Manager auch E-Mail-Nachrichten mit den erfassten Prozessdaten im CSV-Format oder Störmeldungen versenden.

Anzeige der Anlagendaten und Störmeldungen

Durch die Vernetzung der vier PV-Nachführanlagen von Proair Solar per GPRS, werden die gewünschten Daten in der Firmenzentrale visualisiert und eventuell auftretende Stör- und Alarmmeldungen gemeldet. Außerdem können von dort aus, zentral an einer Stelle, wichtige Anlagenparameter, wie die Nachführ-Differenz (beschreibt die Abweichung zwischen Soll- und Ist-Position des Solartrackers) für jedes einzelne System verändert werden.

Zusätzlich dazu wird über GPRS die Uhrzeit, die für die Berechnung des Sonnenstandes unentbehrlich ist, mit einem NTP-Server im Internet synchronisiert. Global für alle Nachführanlagen wichtige Daten, wie die Windgeschwindigkeit und -richtung werden nur an einer Stelle erfasst und unmittelbar per GPRS an alle Stationen übermittelt. Als weiteres Feature lassen sich außerdem die Ertragsdaten und Betriebsmeldungen der Wechselrichter auslesen und in der Firmenzentrale darstellen.

** EEG - Gesetz zur Neuregelung des Rechtsrahmens für die Förderung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien

* Andreas Winkler, Produktmanager PLC / HMI / Drives, Panasonic Electric Works Europe, Holzkirchen

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