Weltweit steigt das Interesse, immer größere und leistungsstärkere Photovoltaik-Freifeldanlagen zu bauen, so auch in Portugal. Vernetzung, Monitoring und Kommunikation sind dabei unverzichtbar, besonders im Hinblick auf eine gleichbleibende Netzqualität und bedarfsgerechte Instandhaltung. Die in Neustadt (Wied) ansässige Wirtgen Invest Holding GmbH baute 2020 und 2021 sechs PV-Anlagen mit einer Gesamtleistung von 195 MW auf. Mit Moura ist Mitte 2021 im Südosten Portugals mit mehr als 130.000 PV-Modulen und 49,4 MW der fünfte Park erfolgreich ans Netz gegangen. Die PV-Anlage speist direkt auf Hochspannungsebene über ein neu auf dem Gelände errichtetes Umspannwerk in das Stromnetz ein.
Der Blomberger Automatisierungsspezialist Phoenix Contact hat das integrierte PV-Parkmanagement für die sechs Solarparks geliefert. Die intelligente Automatisierungstechnik von Phoenix Contact erfasst ständig alle Daten aus den Solarparks, die anschließend durch die Asset-Performance-Management-Lösung von QOS Energy ausgewertet werden.
Bedarfsgerechte Abregelung der Umrichter
Von der Datenaufnahme auf der Feldebene bis zur Einspeiseregelung und Visualisierung stellt das Blomberger Unternehmen eine vollständige und durchgängige Lösung für das Solarpark-Management zur Verfügung. Das integrierte PV-Parkmanagement ermöglicht einen zuverlässigen und wirtschaftlichen Betrieb der Solarparks.
Da die einzelnen PV-Parks ähnlich aufgebaut sind, wird das Konzept am Beispiel der Anlage in Moura erläutert. 525 platzsparende Generatoranschlusskästen (GAK) sammeln die Ströme der 7.350 PV-Strings ein und leiten diese an die gleiche Anzahl an SHP75-Invertern von SMA weiter. Im GAK werden die DC-Leitungen vor Überspannungen geschützt und abgesichert. Dies ist wichtig, weil Freifeldanlagen aufgrund ihrer Fläche und exponierten Lage besonders durch Blitzströme und Überspannungen gefährdet sind. Mit den Blitzstrom- und Überspannungsableitern von Phoenix Contact lässt sich die Verfügbarkeit der Solarparks deutlich erhöhen. Im Wartungsfall lassen sich die GAK freischalten, sodass die Servicearbeiten sicher durchführbar sind (Bild rechts).
Die von den Invertern gewandelten AC-Spannungen werden an 20 im Feld verbaute Trafostationen übertragen und dort von 0,4 kV auf 30 kV transformiert. Bevor der Solarstrom in das lokale Stromnetz eingespeist werden kann, wandeln Transformatoren die gesammelten AC-Spannungen am Netzanschlusspunkt von 30 kV auf 60 kV. Messgeräte erfassen hier die Netzparameter und kommunizieren sie an den zentralen Einspeiseregler. Dezentrale Energieerzeugungsanlagen müssen ihren Beitrag zu einer hoher Netzstabilität leisten. Zu diesem Zweck geben die zuständigen Netzbetreiber die einzuhaltenden Bereiche für die Netzfrequenz und -spannung sowie die Blindleistung in ihren Netzanschlussbedingungen für PV-Anlagen vor. Zur Kontrolle nehmen Regler für Energieerzeugungsanlagen (EZA-Regler) die vorliegende Spannung und Blindleistung an den Netzverknüpfungspunkten auf. Auf dieser Basis ermitteln die Geräte von Phoenix Contact dann die jeweiligen Regelwerte und leiten sie an die Wechselrichter weiter, die sich im Bedarfsfall abregeln lassen.
Inbetriebnahme der Datenlogger
Neben der Stromerzeugung fallen in großen Solarparks wie Moura viele Daten an, die erfasst, weiterverarbeitet und ausgewertet werden müssen, um anschließend beurteilen zu können, wie wirtschaftlich die PV-Anlage läuft. Deshalb befindet sich an jeder der 20 Trafostationen ein Datenlogger. Die Geräte arbeiten mit einem automatischen Erkennungsmodus, weshalb sich alle im PV-Park installierten Systeme einfach per Plug-and-Play verbinden lassen. Da somit keine Konfiguration notwendig ist, reduziert sich die Inbetriebnahmezeit erheblich. Der in den Datenlogger integrierte Invertermanager empfängt die Daten der Wechselrichter via Ethernet und übergibt sie an die ebenfalls eingebaute Kleinsteuerung AXC 1050, die auch die Daten der angeschlossenen Wettersensoren aufnimmt.
Im Solarpark Moura sind insgesamt sechs Wetterstationen mit 14 Modultemperatursensoren, acht Pyranometern, zwölf Referenzzellen, zwei Windrichtungssensoren, zwei Windgeschwindigkeitssensoren sowie zwei Kombisensoren für Temperatur, Luftfeuchte und Luftdruck montiert. Die Umweltsensoren von Phoenix Contact werden direkt per Modbus-Protokoll an das Steuerungssystem angekoppelt. Weil die Geräte bereits parametriert sind, stehen sie sofort zur Übermittlung der Wetterdaten zur Verfügung. Anstelle der Einzelverdrahtung jedes Sensors lassen sich diese aufgrund der M12-Anschlüsse mit Y-Verteilern einfach in Serie verschalten. Das verringert den Verdrahtungsaufwand vor Ort deutlich und vereinfacht die Einbindung der Sensoren in das Gesamtsystem. Im Vergleich zu kompakten Wetterstationen handelt es sich bei den von Phoenix Contact angebotenen Sensoren um einzelne Module. Fällt ein Gerät aus, muss also nur dieser Sensor ausgewechselt werden.
Daten-Weiterleitung an die Parksteuerung
Durch die Verwendung der Wettersensoren kann der Betreiber Rückschlüsse auf die Leistung seiner Solaranlage – die sogenannte Performance Ratio (PR) – ziehen. Der Wert berechnet sich aus dem Verhältnis von Ist- zu Sollertrag, wobei der Istertrag auf der Grundlage der installierten Energiemessgeräte ermittelt wird. Die Pyranometer und Referenzzellen, die sowohl horizontal als auch um 25 Grad geneigt in der Modulebene verbaut sind, geben Auskunft über den Sollertrag. Falls die berechnete Performance Ratio zu niedrig ist, hat der Betreiber die Möglichkeit, entsprechend einzugreifen. Auch die Datenlogger erhalten digitale Signale, die Informationen zur Transformatortemperatur sowie dem Status der Schaltanlage enthalten. Sämtliche Daten der Wechselrichter, Wettersensoren, Transformatoren und der Schaltanlage werden über eine redundante Ringstruktur per Lichtwellenleiterkabel an eine zentrale Parksteuerung gesendet, die sich im Kontrollraum befindet. Die Weiterleitung an das Asset-Performance-Management-Portal von QOS Energy gestaltet sich wegen der offenen und flexiblen Steuerungsplattform von Phoenix Contact einfach. Die aus den Daten resultierenden spezifischen Analysen, Warnungen und Berichte rationalisieren anschließend die Arbeitsprozesse des O&M-Dienstleisters.
Weitere Informationen: www.phoenixcontact.com
Foto: Phoenix Contact
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