Ab einer spezifischen maximalen Produktionskapazität sind Photovoltaik-Anlagen hinsichtlich des Aufkommens und der Relevanz der anfallenden Daten durchaus mit einer komplexen Energie-Produktionsanlage vergleichbar. Für den Betreiber steht neben der Steigerung respektive Optimierung der Effizienz die nachhaltige Sicherstellung der Verfügbarkeit seiner Applikation im Fokus.
Exklusiv in kem Autor: Dipl.-Ing. Stephan Volgmann, Leiter des Industry Management Solar im Bereich Industry Solutions, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont
Die Signale und Daten, die in einem Photovoltaik-Kraftwerk auftreten, generieren sich aus verschiedenen Anwendungsbereichen. In der segmentierten Feldebene werden beispielsweise unterschiedliche Datenquellen mit vielfältigen Auflösungen erfasst. Dazu gehören Signale der Wetter- und Umgebungssensorik, analoge Werte von DC- und AC-Messgeräten sowie digitale Signale der Überspannungs- und Schutzeinrichtungen. Auf der Stations- oder Wechselrichterebene kommen verschiedene Kommunikationsprotokolle zum Einsatz, damit sich die Detaildaten der Wechselrichter und Messeinrichtungen aufnehmen lassen. Die zusammengeführten Daten werden dann in der Leitebene ganzheitlich dargestellt und mit den Informationen über den Zustand und die Qualität der Kommunikations-Infrastruktur sowie den Regelanforderungen des Netzbetreibers kombiniert.
Kommunikation über Gigabit-LWL-Netzwerke
Für die effiziente technische Betriebsführung eines Photovoltaik-Kraftwerks bildet ein aussagekräftiges Datenniveau die wesentliche Grundlage. Deshalb werden die Daten sämtlicher Anwendungsbereiche der Anlage in unterschiedlichen Zeitintervallen und Zyklen erfasst. Anschließend müssen sie übersetzt, angepasst und entsprechend weitergeleitet werden. Zur Vernetzung der Daten aus den Stations- und Wechselrichterebenen bieten sich hochverfügbare Gigabit-Netzwerke an, die als redundante Ringtopologie aufgebaut sind. Infrastruktur-Komponenten von Phoenix Contact wie Gigabit Modular Switches eröffnen dem Anwender hohe Flexibilität bei der Umsetzung der jeweils erforderlichen Netzwerkstruktur. Im Feld zeigen sich diagnosefähige Lichtwellenleiter-Geräte als sinnvoll, welche die Planer aufgrund ihrer DC-Störfestigkeit bei der Auslegung der Photovoltaik-Anlage unterstützen. Die im Rahmen von Service- und Wartungsarbeiten von den Installateuren verwendeten Mobilgeräte lassen sich über WLAN-Komponenten wie den WLAN Access Point/Client WLAN 5100 an das Anlagennetzwerk ankoppeln. Auf diese Weise haben die Mitarbeiter auch im Feld direkten Zugriff auf alle verfügbaren Informationen und Stati.
Standardisierte Automatisierungs-Software
Standard-Übertragungsprotokolle der industriellen Automatisierungstechnik ermöglichen eine schnelle und zuverlässige Weiterleitung der erfassten Daten. Robuste speicherprogrammierbare Steuerungen wie die Inline Controller von Phoenix Contact bereiten das jeweilige Datenniveau zeitdiskret auf, sodass es in der Leitebene zu Vergleichszwecken zur Verfügung steht. Dazu werden die Daten dezentral in der Feld- und Sensorikebene aufgenommen und dem Betriebsführer zusammenfassend dargestellt. In die Inline Controller ist bereits eine Profinet- und Modbus-Schnittstelle integriert, weshalb sich die SPS flexibel an die entsprechende Applikationssituation anpassen lassen. In der Stationsebene tragen die Kleinsteuerungen ILC 1xx die Signale als Profinet-Device zusammen. Wegen der implementierten Vorverarbeitung müssen die Daten dann nur noch via Profinet oder Modbus an die überlagerte Anlagensteuerung des Photovoltaik-Kraftwerks gesendet werden. Arbeitet die Anlagensteuerung als Profinet-Master, lassen sich sämtliche Vorteile des Echtzeit-Ethernet-Protokolls nutzen.
Als wesentlicher Vorteil beim Einsatz industrieller Automatisierungstechnik erweist sich die Steuerungs-Software. Hier können Algorithmen, Auswertungen und Alarmierungen in Programmstandards gemäß IEC 61131 umgesetzt und als Software-Bibliothek in anderen Projekten wiederverwendet werden. Das trägt zu einer erheblichen Verkürzung der Inbetriebnahmezeit bei.
Schutz der Daten vor unberechtigten Zugriffen
Als Maßstab für eine effizient arbeitende Leitebene gelten die schnelle Erfassung von Störungen sowie die kontinuierliche Aufrechterhaltung der Verfügbarkeit. Zu diesem Zweck müssen die Daten zunächst hinsichtlich Signalpegel und Protokollart angepasst und danach zuverlässig an die Leitebene übertragen werden. Phoenix Contact stellt daher ein großes Portfolio an Signalumsetzern zur Verfügung. Das Messen und Aufnehmen unterschiedlicher Signale und Daten lässt sich beispielsweise mit verschiedenen Signalkonvertern einfach und schnell vor Ort realisieren. Zur permanenten Verbesserung der solaren Energie-Produktionsanlagen müssen die Daten sicher verdichtet und archiviert werden. Dafür bieten sich Datenbank-Systeme in Kombination mit industrieller Kommunikationstechnik an. Da die Leitwarten immer häufiger zentral operieren, ist die Leistungsfähigkeit des Datenzugriffs entsprechend hoch auszulegen. Nur so kann sichergestellt werden, dass die zentrale Betriebsführung auch bei in entlegenen Gebieten installierten Photovoltaik-Anlagen nachhaltig und schnell reagieren kann.
Phoenix Contact, Tel.: 05235 3-41845, E-Mail: jkaesemann@ phoenixcontact.com
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