Monitoring und Controlling am Beispiel von Photovoltaikanlagen

Transkript

1 International FM & REM Congress, FH Kufstein, 29.Jänner 2010 Monitoring und Controlling am Beispiel von Photovoltaikanlagen Prof.(FH) Dr. Herbert C. Leindecker, DI(FH) Stefan Lugstein

2 Inhalt Überblick Öko-Energietechnik am Campus Wels Photovoltaik-Experimentieranlage Monitoring Ergebnisse Technische Umsetzung Monitoring (Fa. PSG) Fazit Folie 2

3 Öko-Energietechnik Wels Schwerpunkte in Lehre und F&E: Gebäudeoptimierung: Bauökologie, Energieausweis, Qualitätssicherung, Gebäudemanagement, Gebäudezertifikate Solartechnik: Solarthermie (Solarprüfstand), Photovoltaik (Experimentieranlage) Folie 3

4 Öko-Energietechnik Wels Monitoring Warum? Die Energienutzkette Bereitstellung Übertragung - Verbraucher bietet ein enormes Einsparungspotential Nur durch optimale Auslegung und dauerhafte Überwachung (= Monitoring ) der Funktionalität von Systeme kann das Potential voll ausgeschöpft werden Beispiel Photovoltaik: Lebenserwartung 25 Jahre; langsame Degenerationsprozesse werden kaum erkannt; Überwachung allein genügt nicht; auf Störungen wird zu spät (wenn überhaupt) reagiert; höchste Leistungsfähigkeit erfordert ein umfassendes Prozessmanagent (=zentrales Controlling )! Folie 4

5 PV-Anlage 17 kwp (173 m2). 6 kwp polykristallin 13 % Wirkungsgrad bei 1000 W/m2 Direkteinstrahlung 3 kwp polykristallin 2 kwp monokristallin 14,5 % Folie 5

6 PV-Anlage 17 kwp (173 m2). Cadmium-Tellurid (CdTe) 6% Amorphes Silizium (ASi) 6,5% Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) 10,5% Folie 6

7 PV-Anlage Anzeigetafel mit Solarstromtankstelle Stromtankstelle: versperrbar Im Eingangsbereich des Neubaus der FH in Wels Anzeigetafel: mit PV gewonnene kwh Daten einer Wetterstation Erklärung Bilder Folie 7

8 PV-Anlage Anzeigetafel: 4. Sept. 2007, 9:25 und 14:30 Uhr Stand 26. Jänner 2010 (Eingespeiste Energie): kwh Folie 8

9 PV-Anlage 17 kwp (173 m2) Wetterstation erste Schritte zum Monitoring Folie 9

10 PV-Anlage 17 kwp (173 m2) Qualitätssicherung als Teil eines umfassenden Controllings Folie 10

11 Thermografie und PV Qualitätssicherung als Teil eines umfassenden Controllings. Folie 11

12 Monitoring PV Anlage FH Wels Wechselrichter / Monitoring Hardware Folie 12

13 Monitoring Ergebnisse August 2009 Folie 13

14 Monitoring Ergebnisse Oktober 2009 Folie 14

15 Monitoring Ergebnisse Dezember 2009 Folie 15

16 Monitoring Ergebnisse Jahresübersicht 2009 Folie 16

17 Monitoring Ergebnisse Tagesverlauf Detailergebnis Teilausschnitt des Tagesverlauf der spezifischen Leistung vom spezifische Leistung [W/m²] Einstrahlung [W/m²] Temperatur [ C] :00 07:12 08:24 09:36 Uhrzeit [hh:mm] CdTe ASI MONO CIS I POLY I POLY II POLY III I Diffus I Global T umg 10:48 Folie 17

18 Monitoring PV Anlage FH Wels Weitere Ergebnisse: Nachweis von Sturmschäden an einige PV-Modulen (zu 100% durch Versicherung gedeckt) beschädigte Strings konnten mit dem Wechselrichter-Vergleich lokalisiert werden und letztlich behoben Verschattung der Module wurde erkannt ein möglicher mehrtägiger Ausfall der Anlage im Rahmen von Installationsarbeiten wurde erkannt und verhindert In einem anderen Portal mit 500 Wechselrichtern konnten mit einem ähnlichen System kritische Fehler an 25 Wechselrichtern erkannt werden und wurden aufgrund der Garantie des Herstellers ausgetauscht Folie 18

19 Monitoring PV Anlage FH Wels Ausblick: Mobiles Monitoring (in Arbeit) Ziel: Überprüfung v. Solaranlagen Einsatz als mobile Wetterstation Messung von: Sonneneinstrahlung Relative Luftfeuchtigkeit Temperaturen (Luft, Rohrleitungen ) Durchfluss in Rohrleitungen (Ultraschall) (Stromzange) (eigene Spannung + Stromverbrauch) Software SCALARVIS (Fa. PSG Technology Group) Folie 19

20 Monitoring PV Anlage FH Wels Ausblick: Verschattungsstudie (in Arbeit) In Arbeit: Vergleich mit Simulation (TRNSYS) Rückkopplung: Simulation Monitoring Simulation > FFG Projekt LQG Folie 20

21 Fazit Lehre und Forschung im Studiengang Öko-Energietechnik der FH OÖ am Campus Wels am Beispiel der PV-Experimentieranlage Langzeitperformance der neuen Technologien (25 Jahre Lebenserwartung von PV-Anlagen) entscheidet letztlich über die Akzeptanz und Marktimplementierung Einfache Datenaufzeichnung ist unzureichend um Mängel rasch zu finden. Professionelles Monitoring und Controlling ist sehr sinnvoll bzw. notwendig Vergleich Monitoring mit Simulation (TRNSYS); Rückkopplung: Simulation Monitoring Simulation > FFG Projekt LQG (in Arbeit) Folie 21

22 Monitoring Systemaufbau und Erfahrungen Fa. PSG Fa. iplon Folie 22

23 Monitoring (Fa. PSG / Fa. iplon) Aufbau des Systems: 2 Datenlogger für je 2 Wechselrichter und analoge Erfassung der Wetterdaten Datenübertragung per DSL auf das PV-Portal der FH OÖ verschiedene reale Wechselrichter können zu beliebigen virtuellen Anlagen zusammengestellt werden; direkter Vergleich von Leistungen und spezifischen Erträgen von verschiedenen PV- Modulen wird möglich umfangreiches Datenerfassungssystem (Total Life cycle Management) Folie 23

24 Monitoring (Fa. PSG / Fa. iplon) Aufbau des Systems technische Details: Three-Tier Architektur Management Level Internet Portal, Total Life Cycle Management, Anlagen Benchmarking Automation Level Linux basierte, 32 Bit ARM9 deeply embedded software solution UMTS / GPRS / DSL / ISDN / ANALOG als Übertragungswege Field Level Kommunikation mit Wechselrichtern: RS-485 (Daten / Fehlermeldungen) Zusätzlich: Sensorik-Netzwerk (Einstrahlung, Wind, Temperatur) Leistungsanpassung (entspr. Deutschem EEG) Folie 24

25 Monitoring (Fa. PSG / Fa. IPLON) Vorteile des verwendeten Systems: Wechselrichterunabhängig: Pro Datenlogger können bis zu drei unterschiedliche Wechselrichtertypen mit den entsprechenden Bussystemen und unterschiedlichen Protokollen angeschlossen werden Datenübertragung per GSM, GPRS, DSL; durch Reserve Tunneling ist jederzeit eine externe Konfiguration möglich Web Server mit integriertem Datenmanagement, Alarm- bzw. Fehlermeldungen per Einbindung von wechselrichterspezifischen Fehlermeldungen, automatisierte statistische Auswertungen, Vergleich mit Wetterdaten Folie 25

26 Monitoring (Fa. PSG / Fa. iplon) Erfahrungen / Einsparungen andere PV-Anlagen: Referenz / Erfahrung: Monitoring von > Anlagen > 5 Jahre Ausfälle bei Wechselrichtern: 8 % Defekte / Ausgefallene Sicherungen: 5 % Defekte Kabel (Tierverbiss, defekte Steckverbindungen): 3 % Ertragsminderung Verschmutzung der Module (z.b. Staub aus der Landwirtschaft) > 30% Leistungsverlust Korrosion (Landwirtschaft, durch Ammoniak bedingt) teilweise bis zum Totalausfall Folie 26

27 Monitoring (Fa. PSG / Fa. iplon) ROI ROI bezogen auf Gesamt-Investition / Laufende Kosten Durchschnittlicher Anteil an den gesamten Investitionskosten: 0.3% Durchschnittlicher Anteil am Jahresertrag der Anlage: 0.25% ROI bei mittlerem Ausfallrisiko und normalen Versicherungskonditionen: 2 bis 5 Jahre Folie 27

28 Kontakt Kontakt FH OÖ: Prof. (FH) DI Dr. Herbert C. Leindecker FH OÖ Studienbetriebs GmbH Studiengang ÖKO-Energietechnik Stelzhamerstraße Wels DW herbert.leindecker@fh-wels.at Kontakt PSG: Stefan Lugstein PSG Fertigungs- und Prozessautomations GmbH Gewerbepark Lindach D Burghausen Tel.: +49 (0) stefan.lugstein@psgmail.de Kontakt iplon Victor Thamburaj, CEO Danke für Ihre Aufmerksamkeit! iplon GmbH The Infranet Company Karl-Kurz-Straße 36 D Schwäbisch Hall thamburaj@iplon.de Folie 28