Siemens Industry Automation: Zuverlässige 24 Volt in Windkraftanlagen Sicherheit bis in die Flügelspitzen

Autor / Redakteur: Heiko Janisch / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Bei einer unterbrechungsfreien Stromversorgung denkt mancher zuerst an den Schutz der Daten von Rechnersystemen bei Netzspannungsausfall. Aber auch in vielen anderen Bereichen der modernen Steuerungstechnik kommen dezentrale USV-Lösungen zum Einsatz, um sensible Anlagenteile vor den Folgen eines Netzspannungsausfalls wirksam zu schützen. In einer Windkraftanlage sorgt eine DC-USV dafür, dass die Hindernisfeuer in jeder Situation ihre Funktion erfüllen.

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Sicherheit spielt bei Windkraftanlagen eine große Rolle
Sicherheit spielt bei Windkraftanlagen eine große Rolle
( Archiv: Vogel Business Media )

Explodierende Energiekosten, CO2-Ausstoß, Klimawandel, es vergeht kein Tag, an dem nicht neue Meldungen in den Medien unser Bewusstsein für eine ökologische und nachhaltige Energieversorgung schärfen. Uns ist aber sicher bewusst, dass bei allen Bemühungen, Energie zu sparen, der Bedarf auch zukünftig weiter steigen wird. Um auch den nachfolgenden Generationen eine intakte Umwelt zu erhalten, erscheint es nur allzu sinnvoll, diesen wachsenden Bedarf aus erneuerbaren Energien zu decken. In Deutschland trägt die Windkraft mit ca. 74 Prozent den mit Abstand größten Anteil zur regenerativen Stromerzeugung bei. In den letzten Jahren erfuhr diese Branche einen großen Boom und es hat eine Vielzahl von Innovationen Einzug gehalten, um diese Art der Energieerzeugung noch effizienter zu gestalten. Auch in Sachen Sicherheit hat sich bei Windkraftanlagen sehr viel getan.

Hohe Effizienz bis in die Flügelspitzen

Sicherheit spielt bei Windkraftanlagen eine große Rolle (Archiv: Vogel Business Media)

Die für den gefahrlosen Luftverkehr unabdingbaren Hindernisfeuer werden zunehmend mit moderner LED-Technologie ausgerüstet. Die LEDs haben gegenüber den herkömmlichen Xenon-Leuchtmitteln eine Vielzahl an Vorteilen. Beispielhaft seien hier nur der erheblich geringere Energieverbrauch bei gleicher Lichtausbeute, deutlich höhere Robustheit und wesentlich längere Lebensdauer genannt.

Die Firma Hochspannungs-Lichttechnik aus Burg im Spreewald ist ein Spezialist bei der Lieferung und Errichtung von kompletten Anlagen zur Befeuerung von Hindernissen. So hat dieses innovative Unternehmen ein System zur Platzierung der LED-Leuchtmittel auf den rotierenden Flügeln des Windrades entwickelt. Hier können wesentlich kleinere Hindernisfeuer zum Einsatz kommen, die damit natürlich auch einen sehr viel geringeren Eigenenergieverbrauch haben. Außerdem wird die Belästigung der Anwohner durch Lichtemission wesentlich reduziert. Am häufigsten kommen jedoch die patentierten universellen Mittelleistungsfeuer der Baureihe AOL303 in zahlreichen Ländern zum Einsatz. Diese Hindernisfeuer werden auf der Gondel der Windkraftanlage montiert. Die Steuerung findet in einem Schaltschrank im Inneren der Gondel Platz.

DC-USV für kontinuierliche Sicherheit

Bei Netzausfall sorgt das DC-USV-Modul (rechts oben) für den unterbrechungsfreien Übergang auf Batterie-Pufferung (Archiv: Vogel Business Media)

Um auch im Fehlerfall, z.B. beim Ausfall der Betriebsspannung, einen kontinuierlichen Betrieb des Hindernisfeuers und somit die Sicherheit des Flugverkehrs zu gewährleisten, findet ein DC-USV-Modul aus der Sitop-Baureihe von Siemens Verwendung. Dieses Modul versorgt das LED-Hindernisfeuer auch bei ausgefallener Versorgungsspannung über mehrere Stunden weiter mit 24 V. Über einen integrierten Meldekontakt ist es möglich, diese Störung an ein übergeordnetes Leitsystem zu signalisieren.

Ein sicherer Betrieb wird zudem durch mehrere Schutz- und Überwachungsfunktionen ermöglicht. So wird im Abstand von 20 Sekunden die Betriebsbereitschaft des DC-USV-Moduls überprüft. Gibt es beispielsweise eine Unterbrechung des Akku-Stromkreises, wird sofort ein Alarm über einen potenzialfreien Kontakt ausgegeben. Zusätzlich erfolgt eine optische Meldung über die Alarm-LED am Gerät. Auch der Ladezustand des Akkus wird permanent überwacht. Über Meldekontakt und LED lässt sich dem Anwender signalisieren, wenn der angeschlossene Akku eine Aufladung größer 85 Prozent erreicht hat. Diese Information ist von großer Bedeutung für den sicheren Start von sensiblen Anlagenteilen, denen keinesfalls ein Einbruch oder gar Ausfall der Versorgungsspannung widerfahren darf. Ein mikroprozessorgesteuertes Batteriemanagement sorgt dafür, dass der Akku einen optimalen Ladeprozess erfährt. Schnelle Aufladung und sanfte Erhaltungsladung des Energiespeichers sichern hohe Verfügbarkeit.

Eine ganz besondere Herausforderung stellt die Überprüfung der Alterung des Akkus dar. Dieser altert in Abhängigkeit vieler unterschiedlicher Faktoren - etwa der Anzahl der Lade- und Entladezyklen oder der Umgebungstemperatur - unterschiedlich schnell. Aus diesem Grund wird in regelmäßigem Abstand ein automatischer aktiver Akkutest durchgeführt. Fällt dieser Test negativ aus, erhält der Anwender auch hier eine Meldung und kann den baldigen Austausch des Akkus einplanen.

Kleine Investition, große Wirkung

„Dieses umfangreiche Überwachungssystem und seine Zuverlässigkeit stellt ein großes Plus an Sicherheit für die kontinuierliche Befeuerung der Windkraftanlagen dar, zumal wir uns einen Anlagenausfall auch auf Grund der hohen Kosten, die er uns verursacht, nicht leisten können“, meint Bernd Ballaschk, Geschäftsführer der Hochspannungs-Lichttechnik.

Auch findet das Modul dank seiner kompakten Bauform und einfachen Montage auf einer DIN-Hutschiene selbst in kleinen Schaltkästen Platz.

Gespeist wird es von einer primärgetakteten Stromversorgung aus der Sitop-smart-Reihe. Diese Geräte zeichnen sich durch einen weiten Eingangsspannungsbereich aus, der auch bei schwierigen Netzverhältnissen eine stabile 24-V-Stromversorgung der LEDs für die Hindernisfeuer ermöglicht. Diese geregelte Spannung ist eine wichtige Grundlage für eine lange Lebensdauer der LED-Vorschaltelektronik und damit des gesamten LED-Systems in den Hindernisfeuern. Damit wird eine hohe Effizienz der gesamten Befeuerungsanlage erzielt. Gerade bei dezentralen und instabilen Netzen konnte die Sitop-DC-USV ihre Zuverlässigkeit schon mehrfach unter Beweis stellen.

Mit einer überschaubaren Investition kann so die Sicherheit für den Flugverkehr bei Windkraftanlagen in der Dunkelheit ermöglicht werden. Es ist ein kleiner aber wichtiger Schritt, um diese Technologie der ökologisch wertvollen Energiegewinnung weiter voranzutreiben.

Heiko Janisch, Business Development und Promotor Region Ost für Sitop-Stromversorgungen bei Siemens Industry Automation, Business-Unit Systems Engineering

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