Monitoring und Überwachung der Energieeffizienz von PV Anlagen

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1 GHM Messtechnik GmbH Hans-Sachs-Str Regenstauf Germany Fon +49 (0) Fax +49 (0) info@ghm-messtechnik.de Monitoring und Überwachung der Energieeffizienz von PV Anlagen System Geber Strom- und Spannungsüberwachung von Solar Modulen Überwachung Schaltzustände Shunt- und induktive Sensoren in der Strangleitung Normsignale von Temperatur-, Wind-, Einstrahlungssensoren Türschalter Digitale Ausgänge Wechselrichter Einsatzgebiete Solarkraftwerke Solarparks Dachanlagen pi-ipv_system_dn V

2 GHM Messtechnik GmbH Hans-Sachs-Str Regenstauf Germany Fon +49 (0) Fax +49 (0) info@ghm-messtechnik.de Funktion und Vorteile Anlagen zur Erzeugung alternativer Energien müssen wirtschaftlich und zuverlässig betrieben werden, damit sie ein Maximum an Energie einspeisen können. Dazu gehört die lückenlose Information über die Effizienz dieser Anlagen. Eine dauerhafte Überwachung ermöglicht aber auch die Früherkennung von Fehlern in der Anlage bzw. den Solarmodulen. Weiterhin kann zusätzlich eine Kontrolle von Zugängen bzw. Zuständen von Anlagen-Komponenten eingerichtet werden. Die Erfassung der Daten des Gleichstromsystems ist modular aufgebaut. Es gibt Komponenten, die den Strom der einzelnen Stränge oder die Spannung messen, die Temperatur von Sensoren auf den Solarpanels, sowie Signale von Wind- und Einstrahlungssensoren erfassen. Über Digital-In Module können Schaltzustände von Türschaltern oder Wechselrichtern überwacht werden. Die einzelnen Hutschienen-Komponenten werden je nach Anforderung und Anzahl in den Generatoranschlusskästen auf dem Feld oder im Schaltschrank einer lokalen Leitzentrale montiert. Sie sind dort jeweils über einen internen Bus mit einer dezentralen intelligenten Einheit verbunden, die die gesammelten Daten dann über einen seriellen Bus (Modbus RS485 oder CAN) an die nächsthöhere Instanz weitergibt. Die modulare Bauweise erlaubt vielfältige Kombinationsmöglichkeiten und Erweiterungen. Die Module sind nicht daher nur für Solarparks, sondern auch für die Überwachung von kleineren Anlagen geeignet. 2 pi-ipv_system_dn V

3 GHM Messtechnik GmbH Hans-Sachs-Str Regenstauf Germany Fon +49 (0) Fax +49 (0) info@ghm-messtechnik.de Die Strom-Spannungs-Kennlinie eines Solarmoduls, das aus mehreren in Serie geschalteten Solarzellen besteht, spiegelt die charakteristischen Eigenschaften dieses Stromgenerators wider. Die Kennlinie eines Solarmoduls ähnelt dem einer einzelnen Zelle, abgesehen vom abweichenden Skalierungsfaktor. Die Solarmodule werden wiederum in Serien- und/oder Parallelschaltung verbunden, um entweder mehr Strom oder mehr Spannung zu erhalten. Die Energieausbeute dieser Strings hängt zusätzlich noch wesentlich von einer Fehlanpassung, z.b. hervorgerufen durch Verschattung einzelner Zellen oder unterschiedlichen Innenwiderständen, ab. Unter normalen Betriebsbedingungen haben die Module folgende typische Kennlinie: Abb.3 Schematische Darstellung des Einfluss der Verschattung bei von ca % (durchgezogen ideale Kennlinie) Abb.1 Schematische Darstellung der I-U Kennlinie Die Spannung am MPP beträgt ungefähr 80% der Leerlaufspannung eines Solarmoduls. Der Ausgangsstrom eines Solarmoduls ist proportional zur Intensität der Sonneneinstrahlung. Die maximale Strahlungsleistung auf der Erde liegt zwischen 800 und 1200 W/m². Der MPP (Maximum Power Point) ist der Betriebspunkt, an dem die maximale Leistung als Produkt aus Zellenstrom und Spannung erzielt wird: Abb. 2 Schematische Darstellung der Kennlinie maximale Leistung Anhand der Kennlinien sieht man wie wichtig es ist, dass die Betriebsspannung der Module vom nachfolgenden Wechselrichter nicht weit unter den MPP gedrückt wird um potenzielle Verluste zu vermeiden. Verändern sich die Eigenschaften der Zellen im Lauf der Zeit durch innere oder äußere Einflüsse, lässt sich die Verschlechterung sofort aus den Überwachungsmesskurven erkennen. Je nach dem, wie viele Solarmodule zu einem Strang zusammengefasst sind, können aufgetretene Fehler auch schnell physisch präzise lokalisiert werden. Abb. 4 Schematische Darstellung des Einfluss der Einstrahlungsintensität von 100 W/m² bis 1000 W/m² (durchgezogene Kennlinie) Der Energieertrag eines Solarmoduls wird durch die Zelle mit dem niedrigsten Energieertrag bestimmt. Verändern sich die Eigenschaften der Zellen im Lauf der Zeit durch innere oder äußere Einflüsse, lässt sich die Verschlechterung sofort aus den Überwachungsmesskurven erkennen. Je nach dem, wie viele Solarmodule zu einem Strang zusammengefasst sind, können aufgetretene Fehler auch schnell physisch präzise lokalisiert werden. pi-ipv_system_dn V

4 GHM Messtechnik GmbH Hans-Sachs-Str Regenstauf Germany Fon +49 (0) Fax +49 (0) info@ghm-messtechnik.de Die Energieausbeute von Solarmodulen wird auch von der Temperatur der Zellen beeinflusst, da die Zellenspannung mit zunehmender Temperatur sinkt. Zu Referenzzwecken misst man daher in einem Array exemplarisch die Temperatur an einer charakteristischen Stelle. Über den Signalstrom- oder -spannungseingang können auch Daten von Sensoren für Wind- oder Einstrahlungsmessung erfasst werden und in die Überwachung der Anlage mit einfließen. Schaltzustände z.b. von Türen lassen sich mit den digitalen Eingängen überwachen. Damit kann Sicherheitsaspekten (Zugangskontrolle) oder das Abschalten von Wechselrichtern Rechnung getragen werden. Abb. 5 Schematische Darstellung des Einfluss der Modultemperatur bei (von links) C (durchgezogene Kennlinie) Die Temperatur kann über einen Sensor mit Signalstrom- oder -spannungsausgang erfasst werden. Pt100 Sensoren können bei entsprechender Anpassung auch direkt gemessen werden. Mit den nachstehend aufgeführten Mess-Modulen kann eine effektive Überwachung der Energieausbeute von Solaranlagen sichergestellt werden. Weiterhin können Fehler von bzw. in Strängen je nach Konzeption des Überwachungssystems schnell erkannt und größere Verluste vermieden werden. Geräteübersicht Verstärker Eingang Ausgabe Sensor Spannung Strom Signal Spannung Signal Strom Pt100 Digital-Out Intern (SPI) Modbus RS 485 CAN Seite Spannung 5 Strom 5 Signale AD 6 Signale D 6 Kommunikation 7 Standard, Optional, Jeweils für einen Sensortyp Irrtümer und technische Änderungen vorbehalten 4 pi-ipv_system_dn V

5 Martens Elektronik GmbH Kiebitzhörn Barsbüttel Germany Fon +49(0) Fax Messverstärker zur Systemüberwachung Spannung Dieses Modul dient der Messung von Gleichspannungen von Solar-Modulen zur Überwachung der Stränge in mittleren und großen Anlagen. ca. 0,25 W Messmodul Spannung 1 Messkanal pro Modul Genauigkeit max. ± 2 % Spannungsversorgung und interner Bus über T-Bus im Gehäuse Messgröße Spannung Kontakt über Power-Schraubklemmen 10 mm² Strom Dieses Modul dient der Messung von Gleichströmen von Solar-Modulen zur Überwachung der Stränge in mittleren und großen Anlagen. ca. 1,0 W (bei Volllast) Messmodul Strom (2 Kanäle) über stecker Genauigkeit Messmodul Strom (2 Kanäle) berührungslos Genauigkeit ± 25 A bei max. < 1,5 % ± 50 A bei max. < 1,5 % Spannungsversorgung und interner Bus über T-Bus im Gehäuse Messgröße Strom Kontakt über Power-Schraubklemmen 10 mm², kontaktlos über Durchführung Kanal 1 Spannung Kanäle (mit stecker) 3 2 Kanäle (berührungslos) 2 Strom pi-ipv_system_dn V

6 Martens Elektronik GmbH Kiebitzhörn Barsbüttel Germany Fon +49(0) Fax Messverstärker zur Systemüberwachung Signale AD Dieses Modul dient der Erfassung von analogen und digitalen Signalen in Solar-Anlagen. 0,5 W) Messmodul AD Signale Eingang Analog (2 Kanäle) für Signalstrom oder -Spannung alternativ Temperatur Eingang Digital (2 Kanäle) für Schaltkontakte Spannungsversorgung und interner Bus über T-Bus Gehäuse ma oder V Pt100 offen >16 kω Signale D Dieses Modul dient der Erfassung von digitalen Signalen in Solar-Anlagen. 0,25 W Messmodul D Signale Eingang Digital (8 Kanäle) für Schaltkontakte Spannungsversorgung und interner Bus über T-Bus Gehäuse Messgrößen über Schraubklemmen 2,5 mm² bis 24 V offen >16 kω Messgrößen über Schraubklemmen 2,5 mm² je 2 Kanäle Analog und Digital 3 Analog-I und Digital 4 Analog-Pt100 und Digital 5 Analog-U und Digital Kanäle Digital 6 Digital 6 pi-ipv_system_dn V

7 Martens Elektronik GmbH Kiebitzhörn Barsbüttel Germany Fon +49(0) Fax Messverstärker zur Systemüberwachung Kommunikation Dieses Modul dient der externen Übertragung von Daten der Strom-, Spannungs- und Signalmodule zur Überwachung von Strängen in mittleren und großen Solar-Anlagen. Dabei werden die Daten der einzelnen Messmodule über einen internen seriellen Bus von ihm gesammelt und aufbereitet. Bis zu 18 Teilnehmer können am internen Bus betrieben, sowie bezüglich Kennnummer und Messbereichen entsprechend konfiguriert werden. Die Messdaten werden dann digitalisiert über einen Feldbus (Modbus RS485 oder CAN) an eine übergeordnete Instanz (z.b. örtliche Leitzentrale oder bei kleineren Anlagen Datenlogger) weitergeleitet. Spannungsversorgung und externer Bus über Schraubklemmen 2,5 mm² Messgrößen und Versorgung der Module über internen Bus mit T-Bus im Gehäuse W bei 8 Teilnehmern Modul Kommunikation intern extern seriell Feldbus (Modbus RS485, CAN Bus) 9 alle 7 CAN Bus 8 Modbus RS485 pi-ipv_system_dn V

8 GREISINGER electronic GmbH Hans-Sachs-Straße Regenstauf Germany Fon +49 (0) Fax info@greisinger.de Zubehör Diverse Temperaturfühler und Messumformer (Details siehe Hauptkatalog) Messset Temperatur SL-Pt eco Set Kabelfühler GTF 101 P Pt100, Pt1000 Komplett mit Kabelhülse und Kabel (losen Enden) Sehr robust Temperaturfühler mit Messumformer GTMU Wasserdichtes und stoßgeschütztes Handmessgerät (mit Silikonschutzhülle) Wasserdichter Temperaturfühler Hochwertiger Koffer Werkskalibierung mit Bescheinigung Kostenlose Werkskalibrierung nach 1 Jahr mit automatischer Erinnerung vom Kalibrierlabor Optimale Anpassungsmöglichkeit durch 4 verschiedene Ausführungen PT100 oder NiCr-Ni Fühler inkl. Messumformer Montagefertig und sofort einsatzbereit 8 pi-ipv_system_dn V