Mit Kleinsteuerungen der Sonne entgegen

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Wirtschaftliche Messung der Gleichstromenergie per Einzelstring-Überwachung

Die Modulüberwachung erfordert einen Kompromiss zwischen Messgenauigkeit und –aufwand. Theoretisch lässt sich die Effizienz aller Module pro Rotoreinheit mit nur einer Messung integral bestimmen. Alternativ kann jedes Modul durch entsprechend mehr Messeinheiten einzeln überwacht werden. Während die erste Möglichkeit preiswert, aber ungenau ist, zeichnet sich der zweite Vorschlag durch eine hohe Präzision bei ebenfalls hohen Kosten aus (Bild 2). Als Mittelweg erweist sich eine Einzelstring-Überwachung als sinnvoll, weil die Module pro Rotoreinheit zeilenweise in Reihe geschaltet sind und sich so pro Reihe (String) ein Gesamtstrom ergibt, der kontrolliert werden kann. Die Erfassung des Stroms selbst erfolgt entweder mit einem Shunt-Widerstand oder einem Hall-Sensor und einer Rogowskispule. Beide Messwandler sind Bestandteil des umfangreichen Produkt-Portfolios von Phoenix Contact. Die letztgenannte Methode hat den Vorteil einer galvanischen Trennung, sodass Mensch und Messeinheit bestmöglich geschützt sind (Bild 3)

Einfache Weiterleitung der Wechselstromdaten über integrierte Schnittstellen

Auf der Einspeisungsseite werden Wechselrichter genutzt, deren Betriebsparameter ebenfalls überwacht werden müssen. Dazu zählen die aufgenommene Leistung, abgegebene Wirk-/Scheinleistung und Betriebstemperatur. Je nach Wechselrichter-Typ können die Daten direkt aus dem Gerät über die serielle Schnittstelle via Modbus/RTU oder bei modernen Komponenten über Ethernet via Modbus/TCP ausgelesen werden. Da in die Inline-Steuerungen der 100er Leistungsklasse von Phoenix Contact standardmäßig eine Ethernet-Schnittstelle integriert ist, lassen sich auch Modbus/TCP-Geräte ohne großen Aufwand an die SPS ankoppeln. Aufgrund der vorgefertigten Kommunikationsbibliotheken für die Engineering-Umgebung PC Worx vereinfacht sich die Programmierung erheblich.

Bibliotheken unterstützen weitere Verarbeitung und Kommunikation

Die auf der Gleich- und Wechselstromseite erfassten Werte müssen zur weiteren Verarbeitung in der Steuerung aufbereitet werden. Zu diesem Zweck werden die Analogsignale mit Hilfe der Analog Technology Library in das entsprechende Format gebracht. Die Werte sind dann im Anwenderprogramm Bestandteil der Rechenalgorithmen, um beispielsweise den Wirkungsgrad der Photovoltaik-Anlage zu errechnen. Die ermittelten Daten werden außerdem über eine SQL-Bibliothek zur anschließenden Analyse in einer Datenbank gespeichert, miteinander in Korrelation gesetzt und dem Betreiber als Diagnoseinformationen zur Verfügung gestellt.

Je nach Anforderung können die aufbereiteten Daten über verschiedene Kommunikationswege zur weiteren Verarbeitung übertragen werden. Messdaten lassen sich in einer Textdatei, zum Beispiel im csv-Format (Comma Separated Value), mit Hilfe der IT Library als Email verschicken oder per FTP (File Transfer Protocol) auf einem Server ablegen. Auf diese Weise werden die Messdaten der PV-Anlage über entsprechende Software-Tools so aufbereitet, dass der Betreiber sie sich über das Internet auf einer Web-Seite anzeigen lassen kann (Bild 4). Die Darstellung in einem Web-Browser ist vorteilhaft, weil zur Visualisierung keine spezielle Software angeschafft werden muss. Kritische Anlagenzustände, wie ein String-Ausfall, sind auch als SMS an das Service-Personal versendbar. Die IT Library umfasst dazu die benötigten Funktionsbausteine.

Fazit für die Anwendung

Die beschriebenen Möglichkeiten hinsichtlich der Überwachung und Diagnose einer Photovoltaik-Anlage unterstreichen die Varianz und Flexibilität des Automatisierungssystems von Phoenix Contact, das sich zur Umsetzung verschiedener Aufgaben einsetzen lässt. Von der Erfassung der Sensorsignale über die Speicherung der aufgenommenen Werte bis zur Visualisierung der Anlagendaten werden viele Anforderungsbereiche abgedeckt. Dies hat auch die Verantwortlichen bei Acciona von der Verwendung der Automatisierungslösung auf Basis der Kleinsteuerung ILC 150 ETH überzeugt.

Intersolar 2011: Halle 3, Stand C330

Dipl.-Ing. Michael Gulsch, Mitarbeiter im Systemmarketing Steuerungstechnik, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont

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