Komponenten, Monitoring & Co: So werden PV-Anlagen sicher
Große Solargeneratoren auf dem Freiland gewinnen in Zentraleuropa wieder an Bedeutung. Aufgrund des Preisverfalls bei den Modulen, den Gestellen und der Leistungselektronik werden sie immer häufiger ohne Förderung gebaut. Damit sie den prognostizierten Sonnenstrom tatsächlich erzeugen und dem Abnehmer zur Verfügung stellen, brauchen sie eine möglichst hohe Verfügbarkeit.
Gegen Erde ableiten
Ein Beispiel sind die Anschlussboxen für die DC-Strings, auch als Generatoranschlusskästen (GAK) bekannt. Die Systemspannungen erreichen mittlerweile 1.500 Volt (DC). Wegen der großen Fläche, die ein Solarpark beansprucht, müssen diese DC-Komponenten gut gegen Überspannungen abgesichert sein.
„Für alle Photovoltaikanlagen, für die die Norm DIN VDE 0100 Teil 712 greift, muss bezüglich des Überspannungsschutzes die Norm VDE 0100-443 beziehungsweise DIN EN 62305 beachtet werden“, erläutert Burkhard Dittmann. Er ist Experte beim Technologieunternehmen Phoenix Contact in Bad Pyrmont. „Dies zwingt zur Verwendung von Überspannungsschutz auf der Generatorseite für DC-Leitungen. Die Überspannungen werden an der Stelle, wo die DC-Kabel in den Wechselrichter gehen, direkt gegen Erde abgeführt. So wird das Schutzziel erfüllt.“ Phoenix Contact hat speziell dafür Lösungen entwickelt, die vom Installateur leicht zu montieren sind. Es handelt sich um anschlussfertige Boxen, die für typische Konfigurationen verfügbar sind.
Verfügbarkeit der Betriebsdaten
Ein zweiter, entscheidender Faktor ist die Verfügbarkeit der Betriebsdaten und der Sicherheitstechnik vor Ort, beispielsweise Videokameras oder Sensoren. „Unsere Systeme nutzen natürlich die Infrastruktur des Ethernet“, erläutert Burkhard Dittmann. „Allerdings verwenden wir Switche, die eine eigene Diagnose besitzen und selbst die Datenübertragung überwachen können.“
Die intelligenten Schalter nutzen Industrietechnik, wie sie in der IT schon länger üblich ist. Digitalisierung meets Photovoltaik: „Wir verwenden das Simple-Network-Management-Protokoll (SNMP)“, sagt Dittmann. „Dadurch können wir die Qualitätsdaten der Netzwerkverbindungen zur zentralen Auswertung bereitstellen.“ Der Ausfall der Kommunikationstechnik kann böse Folgen haben. Denn solange keine Betriebsdaten aus dem Modulfeld kommen, handelt die Leitwarte wie ein Blinder. Die Suche nach dem Fehler im System kann sehr, sehr aufwendig – sprich: teuer – werden.
Hilfe bei der Wartung
SNMP hilft auch bei der Wartung: „Es werden ja nicht nur die intelligenten Feldgeräte, sondern die gesamte Netzwerkinfrastruktur überwacht“, erklärt Burkhard Dittmann. „Somit werden Fehlermeldung mit hoher Genauigkeit zugeordnet und auf ihre Relevanz für den Ertrag bewertet.“ Dies optimiert natürlich den Einsatz der Servicetechniker. „Nicht jedes fehlende Datenpaket im Portal der Betriebsführung deutet auf einen Ausfall des Gesamtsystems hin“, nennt Dittmann ein Beispiel. „Unter Umständen ist nur eine Kabelstrecke gestört.“
Zusätzlich meldet das System, wenn sich die Dämpfung der Lichtwellenleiter verändert. Die intelligenten Fiber-Optic-Schnittstellen beobachten die Sendeleistung und werten die schleichende Verschlechterung aus. Somit wird beispielsweise das Derating über die Lebenszeit eines Solarparks erfasst und behoben. Die Diagnosedaten des SNMP werden parallel zu den Betriebsdaten des Solarparks übertragen und ausgewertet. Auf diese Weise wird nicht nur der Betriebszustand der Photovoltaikanlage überwacht, sondern auch des Netzwerks für die Kommunikation und Steuerung.
Einsatz in rauer Umgebung
Freilich können Wetter und Umweltbedingungen sehr rau sein. Die Temperaturen wechseln zwischen eisigen Nächten und brütender Hitze am Tag. Solche hohen Sprünge in der thermischen Belastung sind für die elektronischen Bauteile eine Herausforderung. Burkhard Dittmann bestätigt: „Die Switche von Phoenix Contact vertragen einen Temperaturbereich von mehr als 70 Grad Celsius.
Doch nicht nur das Wetter setzt den Kabeln zu. Jeder Installateur weiß: Sie sind ein neuralgischer Punkt in jedem Solarsystem. Bei Trackern werden die Kabel an den beweglichen Gerätekomponenten stark beansprucht. Tierverbiss durch Marder oder Nager kann sich zur Plage ausweiten. Am Boden liegende Kabel unterliegen der Erosion durch Nässe, nicht selten werden sie im Laufe der Zeit freigespült.
Deshalb bietet es sich – zumindest bei den Datenleitungen – an, auf Funkstrecken umzustellen. Phoenix Contact hat dafür ein spezielles Funksystem entwickelt, das die Betriebsdaten verschlüsselt und die Kommunikation zwischen Datenloggern und der Stringstromüberwachung aufrechterhält. Diese Lösung lässt sich auch bei Parks nachrüsten, die bisher auf das Monitoring der Ströme aus den Strings verzichtet haben.
