DC-Überwachung So lassen sich Energieerträge im spanischen Solarpark Zuera II langfristig sicherstellen

Autor / Redakteur: Lotte Ehlers, Maren Gast* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

In Spanien werden solare Einstrahlungswerte bis 2.100 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr erreicht. Um diese Energie nicht ungenutzt zu lassen, entstehen in dem südeuropäischen Land immer mehr Megawatt-Anlagen zur solaren Stromerzeugung. Ihre langfristige Effizienz hängt neben der Verwendung hochwertiger Bauteile maßgeblich von der Instandhaltung ab. Deshalb muss die Betriebsführung und -überwachung optimal organisiert und nachhaltig gestaltet werden.

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Der Solarpark Zuera II erstreckt sich über eine Fläche von mehr als 30 Hektar.
Der Solarpark Zuera II erstreckt sich über eine Fläche von mehr als 30 Hektar.
(Bild: Phoenix Contact)

Der in der Nähe der Stadt Saragossa im Nordosten Spaniens gelegene Solarpark Zuera II, der im Oktober 2012 mit 11,5 MW in das Stromnetz integriert worden ist, zeichnet sich daher durch ein umfassend abgestimmtes Betriebsführungs-Konzept aus. Die Anlage, die sich über eine Fläche von mehr als 30 ha erstreckt, erzeugt Solarstrom für über 10.000 Einwohner. In Summe lässt sich so die Emission von Kohlendioxid um mehr als 40.000 t/Jahr reduzieren.

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Als Anlagenbetreiber fungiert die Grupo Jorge – ein Unternehmen, das seit 75 Jahren in der fleischverarbeitenden Industrie tätig ist und sich intensiv für einen nachhaltigen Umgang mit den verfügbaren Ressourcen einsetzt. Geplant und umgesetzt wurde das Projekt von Elecnor, einem spanischen Marktführer im Bereich Engineering, Entwicklung und Bau von Infrastruktur-Projekten, erneuerbaren Energien und neuen Technologien.

Der Solarpark Zuera II besteht aus 54.000 kristallinen Modulen von Atersa, einer Tochtergesellschaft von Elecnor, die dem Verlauf der Sonne einachsig horizontal nachgeführt werden. Die Photovoltaik-Module sind zu 2304 Strings zusammengefasst. Nach der Erarbeitung eines Konzepts und der Spezifizierung der einzelnen Aufgaben wurde das ortsansässige Unternehmen Dcontrol mit der Programmierung und Erstellung der Visualisierung für das SCADA-System beauftragt. Neben den Mitarbeitern von Phoenix Contact haben dabei auch spezielle Funktionsbaustein-Bibliotheken Unterstützung geleistet.

Geräteanschlusskasten für je 16 Strings

Die Solarpark-Topologie ist in neun Segmente unterteilt. Jedes Segment setzt sich aus 256 Strings zusammen, die über 16 Geräteanschlusskästen (GAK) an zwei Zentralwechselrichter angeschlossen sind. Der Betreiber fordert die ständige Überwachung der 2304 Strings, damit eine dauerhafte und effiziente Funktionsweise sowie eine effektive Wartung der gesamten Anlage sichergestellt ist. Vor diesem Hintergrund hat Phoenix Contact einen Geräteanschlusskasten für 16 Strings konzipiert, in dem die String-Überwachungsmodule der Produktfamilie Solarcheck verbaut werden.

Bei der Geräteserie handelt es sich um ein modulares DC-Überwachungssystem, das aus DC-Messmodulen und den jeweiligen Kommunikationseinheiten besteht. Die Messmodule verfügen über acht berührungslose DC-Strommesskanäle respektive einen Spannungsmesseingang. Dementsprechend sind die GAK mit je zwei Messmodulen ausgestattet worden, um die Ströme der 16 Strings zielgerichtet überwachen zu können. Die Spannung wird jeweils einmal pro Geräteanschlusskasten erfasst. In jedem der neun Segmente befindet sich eine Steuerungsbox, in der die zugehörigen Solarcheck-Kommunikationsmodule zentral installiert sind. Pro Segment werden je vier Kommunikationsmodule benötigt.

Datenübertragung an das SCADA-System und die Park-Steuerung

Jede Steuerungsbox umfasst zudem eine Kompaktsteuerung der Produktfamilie Inline. Da die Energieversorgung aller im Feld montierten Solarcheck-Messmodule über die Kommunikationsverkabelung erfolgt, lässt sich die Stromversorgung für die DC-Überwachung ebenfalls segmentweise in der Steuerungsbox anordnen. Zur Daten- und Energieübertragung zwischen den in den GAK verbauten Messmodulen und den Kommunikationsmodulen ist je nur eine einfache Zweidrahtleitung erforderlich.

Das Solarcheck-Überwachungssystem stellt die String-Ströme, die Spannung pro Geräteanschlusskasten und die Gerätetemperatur innerhalb der Messmodule zur Verfügung. Von den Kommunikationsmodulen werden die Daten dann via RS485 Modbus RTU an die Inline-Steuerung weitergeleitet. Die jeweilige SPS sendet die Daten der neun Segmente anschließend direkt an das SCADA-System sowie über das Profinet-Protokoll an die übergeordnete Park-Steuerung.

Alarmierung bei ungewöhnlichen Abweichungen

Zur Visualisierung und Überwachung der rund 12.000 Werte und Meldungen des Solarparks greift der Betreiber auf das Web-basierte Management-System AXweb+ von Phoenix Contact zurück. AXweb+ stellt die Leistungs- und Wetterdaten der Anlage dar, die der Betreiber entweder lokal über eine Webseite oder via Internet aktuell abrufen kann. So hat er sämtliche relevanten Informationen jederzeit und überall im Blick. Auf der Webseite werden die Leistungen, die jedes einzelne Segment des Solarparks gerade produziert, in einer aussagekräftigen Übersicht angezeigt. Ein Fehlerreport dokumentiert auftretende Ausfälle, während ungewöhnliche Abweichungen direkt durch ein Alarmsystem mitgeteilt und per SMS an das Wartungspersonal gemeldet werden. Zur Fehlerbehebung liegen per Mausklick jederzeit genauere Informationen zum Teilnehmer vor, der die Störung verursacht hat.

Die Messdaten können den jeweiligen Strings im Feld exakt zugeordnet werden, da sie in einer vordefinierten Registertabelle abgelegt sind. Die Tabelle benennt jeden Strommesskanal und jedes Messmodul am Kommunikationsmodul eindeutig. Nach dem Festlegen der Anlagentopologie konnten die Mitarbeiter von Elecnor also einfach abgleichen, welche Messdaten zu welchen Strings im Solarpark gehören.

Wirtschaftlicher Einsatz von Mitarbeitern und Material

Die DC-Stringüberwachung bildet das Rückgrat der Steuerung und Kontrolle des Solarparks Zuera II. Aufgrund der genauen Messedaten-Zuordnung kann das Wartungspersonal im Fehlerfall die notwendigen Maßnahmen schnell und gezielt einleiten. Auch die Betriebskosten werden langfristig gering gehalten, weil die mit der Instandhaltung betrauten Mitarbeiter und das entsprechende Material wirtschaftlich einsetzbar sind.

Das String-Überwachungssystem Solarcheck hat den Betreiber zudem durch seine Modularität und Effektivität überzeugt. So erweist sich die Auslastung der Messmodule in den 16-String-Geräteanschlusskästen als optimal. Darüber hinaus ist die Energieversorgung der gesamten String-Überwachung effizient umgesetzt worden, denn in den GAK kann auf eine Stromversorgung verzichtet werden. Die Messmodule werden vielmehr über die Kommunikationsverkabelung mit Energie beliefert, die in den jeweiligen Steuerungsboxen bereitgestellt wird.

Die komplette Regelung des Solarparks Zuera II auf Basis eines String-Monitorings und die aussagekräftige Visualisierung der erfassten Werte sorgen dafür, dass die Energieerträge der Grupo Jorge langfristig sichergestellt sind. Die Unternehmensgruppe hat sich wegen der hohen Qualität der Gesamtlösung sowie des umfassenden Supports für Komponenten und Systeme von Phoenix Contact entschieden. Die Mitarbeiter des Automatisierungsspezialisten haben beispielsweise die Inbetriebnahme-Phase durchgehend unterstützend begleitet. Da alle Fragen der am Aufbau beteiligten Unternehmen schnell beantwortet wurden, konnte der Solarpark zeitgerecht in das Stromnetz einspeisen.

* Lotte Ehlers, Produkt Management Monitoring im Bereich Interface; Dipl.-Ing. (FH) Maren Gast, Industry Management Solar im Bereich Industry Solutions, Phoenix Contact Electronics, Bad Pyrmont

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