Phoenix Contact Deutschland GmbH

Durch Nachführlösungen mit industrietauglichen Steuerungen können Photovoltaik-Anlagen mehr Energie erzeugen.

Bild: iStock, Mingirov

Einsatz von Industriesteuerungen in einem Solarpark Tracking für höhere Energieausbeute

21.07.2020

So viel wie möglich herausholen: Das ist oft die Devise. So auch beim Betrieb von Anlagen für erneuerbare Energien. In Photovoltaikparks bietet sich deshalb eine Nachführlösung für die Solarmodule nach dem Sonnenstand an. Den zuverlässigen Betrieb können nur industrietaugliche Steuerungen sicherstellen – wie die Erfahrung eines Solarspezialisten zeigt.

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So viel wie möglich herausholen: Das ist oft die Devise. So auch beim Betrieb von Anlagen für erneuerbare Energien. Elektro Ecker setzt deshalb in seinem Photovoltaikpark auf eine Nachführlösung von Phoenix Contact. Geschäftsführer Josef Ecker hat neben der zuverlässigen Funktionsweise des Konzepts auch die Unterstützung durch die Solarspezialisten des Unternehmens überzeugt.

In Niederbayern wird ein ehemaliges Bundeswehrgelände gleich zweifach weitergenutzt. Zum einen baut Aigner dort im abgelegenen Fünfleiten hochgeländegängige Spezialfahrzeuge aus alten Armeebeständen für Hilfsorganisationen, Gewerbekunden, Expeditionsveranstalter und Motorsportfans um. Der Vertrieb umfasst dabei ausschließlich demilitarisierte Fahrzeuge. 22 auf dem Gelände befindliche Bunker, die früher als Munitionslager dienten, werden jetzt von Aigner als Lagerräume verwendet. Auf jeder der seinerzeitigen Schutzanlagen ist zum anderen ein Photovoltaiktracker montiert. Elektro Ecker hat den Trackingpark im Jahr 2017 errichtet und betreibt ihn seitdem. Der 2008 gegründete Elektrobetrieb hat sich auf die Installation, Reparatur, Überwachung und Wartung von Photovoltaikanlagen spezialisiert.

Anfangs wurde die Nachführung der einzelnen Tracker mit nicht-industrietauglichen Mini-Computern Raspberry Pi gesteuert. Doch es stellte sich schnell heraus, dass diese Lösung nicht zuverlässig funktionierte. Nach kurzer Betriebszeit fiel sie sogar komplett aus. Um die Ertragsverluste, die aus der fehlenden Ausrichtung der Tracker nach dem Sonnenstand resultieren, möglichst gering zu halten, musste schnell eine geeignete Alternative gefunden werden. Elektro Ecker hatte bereits in der Vergangenheit bei der Einspeiseregelung für Photovoltaikparks gute Erfahrungen mit der Steuerungstechnik von Phoenix Contact gemacht. Daher kam Geschäftsführer Josef Ecker die Idee, auch die Nachführung der Photovoltaiktracker mit den industriellen Controllern des Unternehmens zu realisieren.

Master-SPS kommuniziert mit 22 Slaves

Jeder der Tracker trägt 143 Solarmodule von Sunpower mit einer Nennleistung von je 245 Watt, die zweiachsig nach dem Sonnenstand ausgerichtet werden. Insgesamt erzielt ein Photovoltaiktracker ein Gewicht von 55 Tonnen und eine Leistung von 35 Kilowatt. Die installierte Gesamtleistung des Parks beträgt 770 kW. An jedem Tracker sind zwei Wechselrichter des Typs Tripower von SMA sowie der Slave-Schaltschrank mit der zur Nachführung notwendigen Steuerungstechnik angebracht.

Als SPS nutzt Elektro Ecker die modulare Kleinsteuerung ILC 131 ETH der Produktfamilie Inline, mit der sich Anlagen einfach automatisieren lassen. Der ILC 131 ETH verfügt über eine Ethernet-Schnittstelle. Er fungiert als Profinet-Device respektive Modbus/TCP-Client und wird mit der kostenfrei erhältlichen Engineering-Software PC Worx Express gemäß IEC 61131-3 programmiert. Der Controller unterstützt zudem zahlreiche Protokolle wie http, https, FTP, SNTP, SNMP, SMTP, SQL, MySQL oder DCP. Ein integrierter Webserver ermöglicht eine HTML5-basierte Visualisierung mit dem Tool Webvisit. Optional wird eine SD-Karte bis 2 Gigabyte als steckbarer Parametrierungsspeicher angeboten.

Ihre Befehle erhalten die ILC 131 ETH von einer übergeordneten Mastersteuerung. Dabei handelt es sich um einen Axioline Controller AXC 1050, dessen Schaltschrank zentral auf dem Gelände angeordnet ist. Die Steuerung zeichnet sich durch ein robustes Design mit eingebauter unterbrechungsfreier Stromversorgung zum gezielten Herunterfahren der Applikation sowie ein EMV-festes Gehäuse aus. Neben der hohen Übertragungsgeschwindigkeit verschafft ein USB-Anschluss schnellen Zugriff beispielsweise zu Diagnosezwecken. Zur einfachen Handhabung gehört die werkzeuglose Push-in-Anschlusstechnik, mit der sich die Verdrahtungszeit deutlich reduziert. Ergänzend zu den Ausstattungsmerkmalen des ILC 131 ETH beinhaltet der AXC 1050 eine zweite Ethernet-Schnittstelle und lässt sich als Profinet-Controller mit bis zu 16 angeschlossenen Devices verwenden.

Programmierung mit Funktionsbausteinen

Aufgrund der umfangreichen Solarworx-Bibliothek mit Funktionsbausteinen zur Sonnenstandberechnung und Nachführung von Photovoltaiktrackern konnten Josef Ecker und sein Team die Photovoltaikapplikation schnell programmieren. Die Bibliothek, die ferner Treiber für Datenlogger sowie Schnittstellen für Wechselrichter umfasst, wird kontinuierlich erweitert. Da die vorprogrammierten Funktionsbausteine ausführlich getestet werden, sorgen sie nicht nur für eine schnellere Projektumsetzung, sondern auch für einen zuverlässigen Anlagenbetrieb. Über einen Windsensor erfasst die Mastersteuerung jederzeit die aktuelle Windgeschwindigkeit. Sind die Windlasten zu hoch, gibt der AXC 1050 an die unterlagerten Slave-Steuerungen ILC 131 ETH den Befehl aus, die Tracker aus dem Wind zu fahren. So ist sichergestellt, dass die Photovoltaikmodule nicht beschädigt werden.

Direkt neben dem Schaltschrank mit der Mastersteuerung befindet sich eine Transformatorstation. Hier werden die von den Wechselrichtern umgerichteten Wechselspannungen von der Nieder- auf die Mittelspannungsebene transformiert. Am Netzanschlusspunkt, der außerhalb des Trackingparks angesiedelt ist, wird die erzeugte Sonnenenergie in das Netz eingespeist. Damit keine Überlastung des örtlichen Stromnetzes auftritt, hat Elektro Ecker einen Einspeiseregler (EZA-Regler) von Phoenix
Contact installiert. Dabei handelt es sich um eine Axioline-Steuerung AXC 1050, die mit einer speziellen Software ausgestattet ist. Sollten die Photovoltaiktracker zu viel Strom produzieren, sorgt der EZA-Regler dafür, dass die einzelnen Wechselrichter heruntergefahren werden. Dazu gibt er die erforderlichen Signale über die Mastersteuerung an die Slave-Controller weiter.

Zertifizierte Regler für die Netzeinspeisung

Über einen Einstrahlungssensor wird der maximal mögliche Anlagenertrag ermittelt. Der Netzbetreiber kann also stets berechnen, wieviel Strom die Photovoltaikanlage generiert und ob sie wieder in das Netz einspeisen darf. Egal ob Blockheizkraftwerk, Windenergie- oder Photovoltaikanlage: Energieerzeugungsanlagen, die in das deutsche Mittel- oder Hochspannungsnetz liefern, müssen seit 2019 eine zertifizierte Regeleinheit beinhalten, den sogenannten EZA-Regler. Reichte bisher eine Herstellererklärung aus, ist jetzt ein durch eine gemäß DIN EN ISO/IEC 17065 akkreditierte Stelle ausgefertigtes Zertifikat notwendig. Die Einspeiseregler von Phoenix Contact sind deshalb Ende 2019 offiziell zertifiziert worden.

Als Errichter und Betreiber des Trackingparks hat Josef Ecker die Nachführungslösung von Phoenix Contact überzeugt. Sie arbeitet zuverlässig, der Kauf von Ersatzgeräten entfällt. Daher kann sich der Photovoltaikspezialist vorstellen, in naher Zukunft einen Stromspeicher in seinem Park aufzubauen. Dann müsste die Photovoltaikanlage nicht mehr heruntergeregelt werden. Stattdessen würde der überschüssige Strom zwischengespeichert und später bei einer Unterlastung des Netzes wieder eingespeist.

Bildergalerie

  • Jeder der Photovoltaiktracker hat eine Leistung von 35 Kilowatt.

    Bild: Phoenix Contact

  • Im Slave-Schaltschrank nutzt Elektro Ecker die modulare Kleinsteuerung ILC 131 ETH (Bild oben).

    Bild: Phoenix Contact

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