Höherer Ertrag bei geringeren Kosten
Kostengünstige und sichere Überwachung von PV-Anlagen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Systemauslegung beeinflusst Effizienz und Kosten
Moderne Photovoltaikanlagen bestehen aus zwei Grundkomponenten: dem PV-Feld aus Solarmodulen zur Wandlung der eingestrahlten Sonnenenergie in elektrische Energie und einer Wechselrichteranlage, die den Gleichstrom der Solarmodule wandelt und in das Wechselstromnetz einkoppelt. Großanlagen werden häufig mit Zentralwechselrichtern realisiert.
Eine typische Topologie solcher Solaranlagen fasst Stränge in Reihe geschalteter PV-Module in Teilgeneratoranschlusskästen zusammen. Der durch Parallelschaltung erzeugte Summenstrom wird zu übergeordneten Generatoranschlusskästen geführt, wo wiederum durch Parallelschaltung mehrere Zweige zusammengefasst werden und der resultierende Summenstrom in einem Kabel großen Querschnitts zum Wechselrichter geführt wird.
Zentralwechselrichter sind modular bis in den Megawatt-Bereich ausrüstbar. Die Solarfelder sind derzeit für Systemspannungen bis 1000 V ausgelegt und liefern pro Wechselrichter Ströme von mehreren 100 A. Die Wechselrichter sind entsprechend für Eingangsspannungen bis 1000 V DC spezifiziert. Es ist zu erwarten, dass zur Vermeidung von Verlusten künftig die Systemspannung auf 1500 V erhöht wird, so dass bereits jetzt Komponenten auf das höhere Spannungsniveau ausgelegt werden.
Elektrische Anlagenparameter werden sowohl für das MPP-Tracking, also die Regelung zur Leistungsanpassung, wie auch zur Ermittlung von Störungen erfasst. Dazu werden unter anderem auf der DC-Seite Ströme und Spannungen gemessen. Die oben genannten Systemspannungen erfordern eine geeignete Isolation der Messsysteme zum Schutz sowohl des Bedienpersonals als auch der Regel- und Auswertesysteme. Die Messungen erfolgen daher über Trennverstärker mit einer entsprechend hohen galvanischen Trennung.
Sicherheit und Zuverlässigkeit durch geeignete Komponenten
Für die Spannungsmessung sind kompakte Komponenten verfügbar, die direkt die auftretenden Spannungen mit hoher Genauigkeit erfassen können. Die DC-Ströme werden über Shunts (Messwiderstände) mit nachgeschalteten Trennverstärkern gemessen. Diese haben einen (differentiellen) Eingang im mV-Bereich. Sie benötigen eine ebenso hohe Isolation, weil sie zuverlässig die Systemspannung, z.B. 1000 V, als Gleichtaktbelastung galvanisch trennen müssen.
In den 1000-V-Anlagen ist eine sichere Trennung nach DIN EN 61140 von 1000 V AC/DC erforderlich. Bei einer Erhöhung der Systemspannung auf 1500 V steigen die Anforderungen an die sichere Trennung entsprechend. Erreicht wird sichere Trennung durch doppelte Isolation, die eine Sicherheitsmarge von 100 Prozent gewährleistet. Aus Kostengründen wird auf eine Sicherheitsmarge in manchen Anlagen verzichtet, was aber zu gefährlichen Zuständen mit gravierenden Folgen für Hersteller und Betreiber führen kann. Produkte, die eine normgerechte sichere Trennung selbst für kommende 1,5-kV-Anlagen gewährleisten, sind ohne weiteres verfügbar.
Die Trennverstärker der Baureihen »VariTrans P41000« (Strommessung) und »VariTrans P42000« (Spannungsmessung) von Knick stellen gemäß EN 61140 bis 1100 V eine sichere Trennung her (Überspannungskategorie OV III / Verschmutzungsgrad PD 2). In der Ausführung P41100/P42100 ist eine sichere Trennung bis 1800 V AC/DC (OV III und PD 2) gewährleistet. Mit den Trennverstärkern lassen sich Photovoltaikanlagen aufbauen, die die Einhaltung der entsprechenden Sicherheitsnormen gewährleisten. Auch für die Zukunft sind die Geräte gerüstet, weil sie die Anforderungen an steigende Systemspannungen bereits abdecken. Die Produkte sind zuverlässig mit einer Ausfallrate (MTBF) von 96 Jahren.
Die Umkehrung der Kostenfalle
Die Trennverstärker messen die Summenströme größerer Anlagenteile präzise, was Beeinträchtigungen in bestimmten Anlagenteilen, etwa defekte Strings, frühzeitig erkennbar macht. Anwender können unmittelbar reagieren und damit Ertragsausfälle vermeiden. Die etwas höheren Kosten für die genaue Messung einschließlich der Auslegung mit Sicherheitsmarge und normgerechter sicherer Trennung werden mehr als kompensiert: Durch die zentrale Anordnung lassen sich die dezentralen Messungen von Teilströmen einsparen. Ein Strang-Ausfall kann durch portable Messungen vor Ort leicht lokalisiert und dann unmittelbar repariert werden. Die Anlagenkonzeption vereinfacht sich durch die zentrale Anordnung der Messungen erheblich, was entsprechende Kostenvorteile bringt. Auch die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Solaranlage steigt.
- Kostengünstige und sichere Überwachung von PV-Anlagen
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