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Web-basiertes Bedienen & Überwachen So lassen sich Solar-Kraftwerke wirtschaftlicher betreiben

| Autor / Redakteur: Stephan Volgmann* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Die Betreiber von Photovoltaik-Kraftwerken sind ständig bestrebt, sowohl bestehende als auch neu errichtete Applikationen zwecks Steigerung von Wirkungsgrad und Effizienz zu optimieren. Das bedingt den Einsatz industrieller Automatisierungs-Hardware sowie aktueller IT-Standards.

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Web-basierte Visualisierungssysteme machen Planer und Betreiber eines Solar-Kraftwerks flexibler.
Web-basierte Visualisierungssysteme machen Planer und Betreiber eines Solar-Kraftwerks flexibler.
(Bild: Phoenix Contact)

Bereits während der Planung und Entwicklung von Solar-Kraftwerken werden das Daten- und Informationsaufkommen sowie die Zielgruppen und Anwender der Daten definiert. Dies vor dem Hintergrund, weil schon zu Beginn des Projekts eine Aussage über die Aus- und Belastung der Anlage getroffen werden muss.

Hier bieten sich Web-basierte und weitgehend Plattform-unabhängige Visualisierungssysteme an, die dem Planer und Betreiber im Gegensatz zu zentralen Hardware- und Plattform-abhängigen Lösungen mehr Flexibilität ermöglicht. Um die hohen Ansprüche hinsichtlich der mobilen Datentransparenz umsetzen zu können, werden industrielle Kleinsteuerungen verwendet.

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Die Inline Controller der 100er Leistungsklasse von Phoenix Contact haben sich in diesem Umfeld vielfach bewährt. Aufgrund der Nutzung des integrierten Webservers sowie der flexiblen Erfassungs- und Kommunikations-Schnittstellen lassen sie sich einfach in Ethernet-Netzwerke einbinden. Der Webserver eröffnet dem Betreiber und Anwender zudem eine schlanke und kostengünstige Lösung für das Bedienen und Visualisieren seines Solar-Kraftwerks, die vollkommen autark von der vorhandenen Software-Landschaft betrieben werden kann. Dazu werden die Visualisierungsseiten jeweils auf einer SD-Karte gespeichert.

Kleinsteuerung verarbeitet die erfassten Daten vor

Wesentliche Grundlage für den Einsatz Web-basierter Bedien- und Visualisierungslösungen in Photovoltaik-Anlagen sind robuste und hochverfügbare Ethernet-Netzwerke. Zur Vernetzung von Wechselrichter-Stationen werden störunempfindliche Lichtwellenleiter-Netze aufgebaut, die wegen der hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit als Ringstruktur konzipiert sind. Das umfassende Portfolio an Netzwerk-Komponenten von Phoenix Contact stellt das gesamte Leistungsspektrum für die Ausstattung hoch performanter Gigabit-Systeme zur Verfügung. Innerhalb der Wechselrichter-Stationen werden alle relevanten Daten wie das AC- und DC-Monitoring, Wechselrichter-Schnittstellen sowie die von den Wetterstationen erfassten Daten eingesammelt und von der Kleinsteuerung lokal vorverarbeitet.

Auch hier hat sich die industrielle Automatisierungstechnik bewährt: Zur Verarbeitung der Daten und Signale sind umfangreiche Programm-Bibliotheken auf Basis der IEC 61131 erhältlich, die bereits sämtliche wichtigen Funktionen umfassen. Die vorverarbeiteten Informationen zur jeweiligen Station werden über das Anlagennetzwerk an die überlagerte zentrale Park-Steuerung weitergeleitet. Jede Kleinsteuerung bereitet die aufgenommenen Daten auf und stellt sie dem Anwender über den eingebauten Webserver dar. Zu diesem Zweck muss er lediglich die IP-Adresse des Inline Controllers anwählen. Anschließend werden ihm alle verfügbaren Daten Web-basiert angezeigt.

Software-Tool erlaubt den einfachen Aufbau von Visualisierungsseiten

Als Endgerät lassen sich sämtliche Web-fähigen Komponenten verwenden, über die ein Zugriff auf das Netzwerk des Solar-Kraftwerks möglich ist. Hier erweist sich das Software-Tool WebVisit als einfache und schnelle Alternative zum Aufbau von Web-basierten Visualisierungen. Denn der grafische Editor ist intuitiv bedienbar. Java- oder HTML-Programmierkenntnisse sind nicht erforderlich.

Eine solche Zugriffsmöglichkeit vereinfacht die Prozesse schon während der Inbetriebnahme: Statt auf die Fertigstellung der Anlagenvisualisierung warten zu müssen und deshalb wertvolle Zeit und Effizienz beim Hochfahren des Solar-Kraftwerks zu verlieren, greift jedes Web-fähige Endgerät von Beginn an auf die Anlagendaten zu. Voraussetzung ist eine entsprechende IEC61131-basierte Programmierung der Kleinsteuerung.

Per WLAN auf das Solarkraftwerk zugreifen

Um den Einsatz des Betriebspersonals und die von ihm zu realisierenden Prozesse bestmöglich zu unterstützen, werden robuste WLAN-Hotspots in der PV-Anlage eingerichtet. Das Portfolio von Phoenix Contact beinhaltet dazu zuverlässige WLAN-Access-Points in Schutzart IP 65, die direkt im Feld installiert werden können. Die Geräte arbeiten mit den Funkstandards IEEE 802.11a/b/g und lassen sich daher sowohl im 2,4-GHz- als auch im 5-GHz-Frequenzband betreiben.

In Kombination mit für den Außeneinsatz geeigneten Tablet-PCs verbindet sich der Betreiber oder Anlagenführer so via WLAN mit dem Solar-Kraftwerk und greift aus dem Feld auf dessen Daten zu. Die Tablet-PCs von Phoenix Contact zeichnen sich durch ihren Rundumschutz gegen Staub und Spritzwasser, einen lüfterlosen Aufbau sowie die anwenderfreundliche Handhabung aus.

Security Appliance schützt vor unbefugten Zugriffen

Die Daten des Solar-Kraftwerks sind nicht nur für den Betreiber, sondern für viele weitere Anwendergruppen interessant. Hierzu gehören die Mitarbeiter der Bereiche Inbetriebnahme und Betriebsführung sowie Fehler- und Störmelde-Management.

Bei der Inbetriebnahme und Betriebsführung bieten Web-basierte, lokal mobile Visualisierungslösungen eine erhebliche Unterstützung für das Personal. So kann es sich auf dem Tablet-PC oder Smartphone beispielsweise Informationen zu den einzelnen zu montierenden Geräten anzeigen lassen, was zu einem einfacheren und schnelleren Einbau beiträgt.

Das Fehler- und Störmelde-Management setzt eine hohe und möglichst Plattform-unabhängige Zugänglichkeit der relevanten Daten voraus. Dann lassen sich die in der Anlage aufgetretenen Fehler oder Störungen per E-Mail oder SMS direkt an die zuständigen Service-Mitarbeiter weiterleiten. Unabhängig vom Standort der Anlage können anschließend erste Analysen Web-basiert sowie ohne die lokale Installation von Software durchgeführt werden.

Dem Betreiber der Solar-Kraftwerke werden die aktuellen Produktionsdaten über entsprechende Netzwerk-Zugänge jederzeit sowie an jedem Ort mobil beispielsweise über sein Smartphone visualisiert.

Als wichtig für die Verfügbarkeit und Zugriffssicherheit der Daten erweisen sich gesicherte sowie robuste Netzwerk-Zugänge. Das Leistungsspektrum von Phoenix Contact umfasst dazu industrielle Router mit integrierter Firewall, die sich bestens für diesen Einsatzzweck eignen. Die Produktfamilie FL MGuard im robusten Metallgehäuse überzeugt neben ihrer Anwenderfreundlichkeit durch einen erweiterten Temperaturbereich und optionalen Konfigurationsspeicher. Die Geräte der 2000er-Leistungsklasse stellen bei Bedarf eine einfache Firewall zur Verfügung, die den Datenverkehr reglementiert.

Änderungen und Erweiterungen müssen nur einmal eingepflegt werden

Ein entscheidender Vorteil Web-basierter Bedien- und Überwachungslösungen eröffnet sich Anwendern und Betreibern jedoch beim Einpflegen von Änderungen oder Erweiterungen der Visualisierung. Im Gegensatz zu herkömmlichen lokalen Installationen werden die Änderungen und Ergänzungen bei Web-basierten Lösungen lediglich an einer zentralen Stelle umgesetzt. Aufgrund des zentralen Zugriffs über den Webbrowser der mobilen Endgeräte liegt jetzt sämtlichen Nutzern sofort die aktuelle Visualisierung vor. Es sind also keine aufwändigen Update-Szenarien mehr erforderlich.

Die Anforderungen hinsichtlich kurzer Inbetriebnahme-Zeiten und hoher Verfügbarkeit der Solar-Kraftwerke bedingen die zunehmende Verwendung industrieller Automatisierungstechnik in Kombination mit etablierter IT-Technologie. Wegen der hohen Varianz der mobilen Endgeräte zeigt sich eine Web-basierte Bedien- und Überwachungslösung als echte Alternative. Denn sie bietet den Anwendern und Betreibern Photovoltaik-Anlagen sowohl Flexibilität in Bezug auf die Lizensierung und Software-Pflege als auch eine zukunftssichere Skalierbarkeit.

* Stephan Volgmann, Leiter Industrie-Management Solar im Bereich Industry Solutions, Phoenix Contact Electronics, Bad Pyrmont

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