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Ertragsoptimierung von Photovoltaik-Anlagen

Bild 1. Ein Solarpark umfasst sehr viele PV-Module mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen

Bild 2. Die Produktreihe Clinics Solar umfasst die Transceiver Transclinic VI50, die Strom und Spannung der PV-Module messen, und wireless an Reclinic USB übermitteln, die wiederum die Daten über die USB-Schnittstelle an einen PC übertragen

Bild 3. Mit der Software Softclinic lassen sich die an den PC übertragenen Daten der Transceiver detailliert auswerten und somit Ansatzpunkte für eine Optimierung ermitteln (Grafik links). Im Anschluss ermöglicht das System eine Erfolgskontrolle der durchgeführten Maßnahmen (Grafik rechts)

Bei Photovoltaik (PV)-Anlagen führen Teilbeschattungen, Fehler an PV-Modulen oder Leistungsunterschiede trotz guter Umgebungsbedingungen in einigen Fällen zu Ertragsminderungen. Um Solarparks, Mittel- oder Kleinanlagen stets wirtschaftlich zu betreiben, gilt es daher, alle relevanten elektrischen Parameter eines PV-Panels bzw. -Strings im Betrieb aufzuzeichnen und auszuwerten. Speziell für diesen Zweck entwickelte Weidmüller eine eigene Produktfamilie.

In den letzten Jahren ist die Photovoltaik-Industrie stark gewachsen und die Branche erwartet auch weiterhin eine weltweit steigende Nachfrage. Nach Angaben der Deutschen Energie-Agentur sind allein in Deutschland derzeit mehr als 430 000 Solarstromanlagen mit einer Leistung von 3 800 MWp in Betrieb.
Aktuelle Forschungen befassen sich unter anderem mit Verfahren zur Verringerung der Modulkosten und zur Steigerung der Erträge. Schwerpunkte sind hierbei zum Beispiel Systeme zur Nachführung von PV-Anlagen und die Verwendung von alternativen Rohstoffen, um den Siliziumbedarf zu reduzieren. Aufgrund solcher Verfahren und dadurch sinkender Kosten für die Stromerzeugung erwartet die Dena in den kommenden Jahren eine weiter zunehmende Nutzung von Photovoltaik.
Auch flexible Solarzellen, die sowohl in kristalliner Form als auch als Dünnschichtzellen verfügbar sind, eröffnen neue Horizonte in unterschiedlichen Anwendungsmöglichkeiten. Bereits heute sind flexible Dünnschichtmodule verfügbar, die in Kombination mit Dachfolien auf Hausdächern „ausgerollt“, oder auf Fahrzeugdächern und Booten angebracht werden können.

Diagnose von Photovoltaik-Modulen
In den letzten Jahren sind im Zug einiger Großprojekte weltweit zum Teil flächendeckende Solarparks entstanden (Bild 1). Ein solcher Park umfasst eine Vielzahl an Photovoltaik-Modulen, die unterschiedliche Leistungsmerkmale aufweisen. Neben den verschiedenen Leistungslevels können auch Teilbeschattung oder die Beschädigung einzelner Module zu einer Ertragsminderung führen. Für das Detektieren von Fehlern und Leistungsunterschieden wünschen sich Installateure und Betreiber von PV-Anlagen durchdachte Komponenten, mit denen sie den Ertrag ihrer Anlage optimal steigern können. Diesem Anspruch wird Weidmüller mit seiner Produktfamilie Clinics Solar (Bild 2) gerecht. Sie dient der Analyse, Diagnose und Optimierung solcher Anlagen. Im Betrieb werden die relevanten elektrischen Parameter, Spannung und Strom, von einem PV-Panel bis zum PV-String ermittelt und via Software aufgezeichnet. Der Anwender kann die Daten auswerten und die Leistung ermitteln.
Clinics Solar ist modul- und systemunabhängig. Es bietet also unabhängig vom Photovoltaik-Modultyp (Mono- und Polykristalline sowie Dünnschicht) und vom Wechselrichterhersteller eine sichere Datenerfassung. Das System speist sich über die Photovoltaik-Module und kommt folglich ohne Fremdversorgung oder zusätzliche Verkabelung aus. Der Verbrauch wird als besonders gering angegeben, sodass die Effektivität des PV-Moduls erhalten bleibt. Auch in bestehende Anlagen lässt sich die neue Produktfamilie mittels marktüblicher Steckverbindertypen integrieren. Das Auslesen der Werte geschieht drahtlos (Frequenzband 868 MHz, FSK-Modulation). Dabei ermittelt das am PV-Modul angeschlossene Gerät Transclinic VI 50 Spannung und Strom. Ebenfalls mit einer Funkschnittstelle ist der Reclinic-USB ausgestattet. Er überträgt alle Daten der Transclinic-Module einer PV-Anlage via USB-Schnittstelle an den PC. Beide Geräte verfügen über eine 16-bit-Risc-CPU (40 MHz), sind Strom sparend ausgelegt und arbeiten im Temperaturbereich von –20 C° bis 60 C°.

Software ermöglicht detaillierte Auswertung
Die Clinics-Solar-Produkte sind voll vergossen und in Schutzart IP67 für raue Außeneinsätze ausgeführt. Erste Zustandsinformationen werden direkt am Gerät mittels LED angezeigt. Anhand der ermittelten Daten, welche die Analyse-Software Softclinic (Bild 3) bereitstellt, können Anwender eine grafischen Auswertung am PC vornehmen, um durch eine Beurteilung die Schwachstellen beseitigen zu können. Neben temporären Untersuchungen ist die Produktfamilie auch für intensivere Analysen einer PV-Anlage einsetzbar. Auf Basis der so ermittelten Werte lassen sich gezielte Maßnahmen zur Ertragssteigerung einleiten, damit eine Anlage auch permanent ihr Leistungsoptimum abgeben kann.

Vorteile für Installateure und Betreiber
Insgesamt profitieren von Clinics Solar im ersten Schritt sowohl Installateure als auch Anlagenbetreiber. Erstgenannten kommt die einfache Installation, die auch bei bestehenden PV-Anlagen möglich ist, zugute. Daneben bringt die schnelle Fehleranalyse und Fehlerbehebung vor Ort Vorteile. Das System ist für alle Paneltypen einsetzbar. Dabei ist eine sichere Datenerfassung unabhängig vom PV-Modul- und Wecheselrichterhersteller möglich.
Anlagenbetreiber profitieren zusätzlich von der kontinuierlichen Ermittlung der tatsächlichen Leistungsdaten im laufenden Betrieb. Außerdem kommt ihnen die Unabhängigkeit des Systems von äußeren Umgebungsbedingungen zugute. So ist via Software nicht nur der Ertrag der Anlage ersichtlich, sondern auch, ob sie im Maximalbereich arbeitet. In Summe lässt sich somit die Rendite dank maximaler Effektivität der PV-Anlage steigern. All diese Aspekte wirken sich in Step 2 zudem vorteilhaft für den Kunden aus, dessen Strompreise günstiger werden.

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Dipl.-Ing. Horst Kalla ist bei der Weidmüller Interface GmbH & Co. KG in Detmold für die Fachpressearbeit zuständig.