Live-Daten aus Photovoltaik-Anlage über Funk

Erneuerbare Energie ist ein Trendthema der heutigen Zeit. Industriebetriebe haben längst den Nutzen erkannt. Ob auf Freiflächen oder Dächern von Industriegebäuden – große Photovoltaik-Anlagen sieht man immer häufiger. Mit ihnen können Unternehmen einen Großteil oder gar den gesamten eigenen Energiebedarf decken und überschüssige Energie in öffentliche Energienetze einspeisen. Um zu sehen, ob die Photovoltaik-Anlage wirklich produktiv arbeitet, müssen regelmäßig Prozess-Informationen ausgelesen und überwacht werden. Das könnte man natürlich vor Ort an den Wechselrichtern erledigen. Komfortabler wird es aber, wenn man die nötigen Daten z.B. per Mobilfunk überträgt und jederzeit bequem vom eigenen Arbeitsplatz abrufen kann.
Der Ertrag einer Photovoltaik-Anlage ist über das Jahr betrachtet nicht konstant. So liegt er in den Wintermonaten beispielsweise – je nach Standort – oft nur bei knapp 2% der gesamten Jahresleistung. Um sicher zu sein, dass die Anlage insbesondere auch in den effizienten Sommermonaten zuverlässig arbeitet, ist somit zweierlei nötig: Der Anlagenbetreiber muss wissen, welche Energiemenge die Anlage aktuell produziert und wie sehr dieser Wert von der für den jetzigen Zeitpunkt erwarteten Produktionsleistung abweicht. Erst dann ist ein Rückschluss auf den einwandfreien Betrieb möglich.

Photovoltaikanlage in anspruchsvoller Umgebung

Die Zentralsolar Deutschland ZSD GmbH aus dem westfälischen Rheine hat sich auf die zukunftsweisende Technologie der Photovoltaik spezialisiert. Üblicherweise erhält das Unternehmen seine Aufträge über den Fachhandel. In der beschriebenen Anwendung kam die Anfrage jedoch ausnahmsweise direkt von einem Industrieunternehmen, nämlich der Welotec GmbH aus dem nahe gelegenen Laer. Das Projekt war gleich in mehrerlei Hinsicht herausfordernd, z.B. aus Gesichtspunkten der Zeitplanung. „Die Photovoltaik-Anlage sollte vor dem Stichtag, zu dem sich die Tarife für Einspeisevergütung änderten, fertig auf dem Dach des Kunden stehen“, berichtet Dirk Ferchland, Verkauf bei Zentralsolar. „Innerhalb von zwei Wochen mussten und haben wir die Anlage schließlich auf dem Dach von Welotec installiert und zuvor natürlich auch die komplette Planung und Antragstellung übernommen.“ Gleichzeitig war die geringe Lastreserve des Flachdachs von nur 20kg/m² eine große Herausforderung. Hier kommt das selbst entwickelte System Vario-Light der Photovoltaik-Experten zum Einsatz. Nach Rücksprache mit einem Statiker konnte man sicherstellen, dass sich damit die Lasten von Photovoltaik-Anlagen ideal auf dem Dach verteilen lassen und auch keine Unverträglichkeit zwischen den Materialien des Montagesystems und Dachhaut vorliegt. So entstand in kürzester Zeit eine schlüsselfertige Anlage mit einer Gesamtleistung von 56kWp (Kilowatt peak – Maßeinheit für die maximale Leistung), mit der sich ein Großteil des Energiebedarfs des gesamten Gewerbeobjektes abdecken lässt.

Überwachung aus der Ferne – ganz ohne Kabel

Während private Nutzer in der Regel keine Fernüberwachung der Solaranlage benötigen, ist schon allein aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten bei großen Anlagen, wie sie sich in der Industrie oder bei Landwirten finden, eine regelmäßige Überwachung des Anlagenbetriebs unerlässlich. Üblich für die Datenübertragung ist hier in der Regel eine Lösung mit Verkabelung. In der beschriebenen Anwendung nutzen die Datenfunkexperten der Welotec GmbH dafür aber einen UMTS-Router aus dem eigenen Produktportfolio. Weil Solarmodule Gleichspannung produzieren, wandeln nachgeschaltete Wechselrichter diese vor dem Einspeisen ins Stromversorgungsnetz in Wechselspannung. In der konkreten Anwendung übernehmen sieben Wechselrichter diese Aufgabe. Diese sind über einen Kommunikationsbus mit einem Datenlogger verbunden, der die Leistungsdaten der Wechselrichter sammelt. Von hier werden diese Daten mit dem UMTS-Router TK704U übers Internet an Zentralsolar übertragen und dort für den Anwender verständlich aufbereitet. Danach stehen diese Daten in einem Webportal zur Verfügung. So kann der Anlagenbetreiber weltweit von jedem beliebigen PC mit Internetbrowser die aktuellen Prozessdaten seiner Photovoltaik-Anlage einsehen. Gibt es ein Problem mit der Anlage, kann er sich per SMS oder E-Mail informieren lassen und so schnellstmöglich reagieren. „Der Anschluss des UMTS-Routers ist dank standardisierter Ethernetschnittstelle übrigens genau so einfach wie das Einstecken eines Kabels“, erklärt Ferchland. Zugleich kann man sich das aufwändige Verlegen von Kabeln sparen. Wählt man einen volumenbasierten Datentarif sind die Kosten für die kabellose Datenübertragung in diesem Fall zudem sehr überschaubar. Natürlich lassen sich auch serielle Geräte an die Router anschließen über eine integrierte RS232- oder alternativ RS485-Schnittstelle.

Mehr als einfache Datenübertragung

Aber die eingesetzten UMTS-Router können noch deutlich mehr, als nur Daten von A nach B zu übertragen. So lassen sich mit ihnen VPN-Netzwerke aufbauen, was dann sinnvoll ist, wenn man mehrere verteilte Anlagen von zentraler Stelle aus überwachen oder fernsteuern will. In der Photovoltaik-Anlage könnten so z.B. aus der Ferne Fehlermeldungen quittiert werden. Auch alle Wechselrichter sind jederzeit aus der Ferne ansprechbar. Für den Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen sind die Router in einem robusten Metallgehäuse untergebracht. Die Geräte eignen sich für den Einsatz bei Umgebungstemperaturen zwischen -25 und +70°C. Da sichere, manipulationsfreie Datenübertragung bei der Funkkommunikation eine wichtige Rolle spielt, unterstützen die Router zum Aufbau sicherer privater Netzwerke OpenVPN, IPSec, PPTP, L2TP und GRE. Eine Firewall und spezielle Authentifizierungsmethoden erhöhen die Kommunikationssicherheit zusätzlich. Interessant sind die einfach zu konfigurierenden UMTS-Router auch für Anwendungen, in denen sehr hohe Datenübertragungsraten gefordert werden. Mit HSDPA und HSUPA erreichen sie Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 7,2MBit/s im Download und 5,76MBit/s im Upload. Wenn kein UMTS zur Verfügung steht, schalten die Router automatisch auf GPRS oder EDGE um. Solche datenintensiven Anwendungen sind z.B. die mobile Übertragung von Daten aus Überwachungskameras sowie die Wiedergabe von ständig aktualisierter Werbung oder Informationen aus dem Internet auf öffentlichen Displays (Digital Signage). Weitere Anwendungen, in denen mobile Datenübertragung ihre Vorteile ausspielen können, finden sich in allen Anwendungen mit verteilten Anlagenteilen oder Maschinen, die es von zentraler Stelle zu überwachen gilt. Das können Pumpen in Wasserwerken ebenso sein wie Verkaufsautomaten an Autobahnraststätten oder Geldautomaten in Banken. Auch das Trend-Thema Smart Grid verlangt nach kabelloser und zuverlässiger Datenübertragung wie z.B. auch die beschriebene Anwendung zeigt. In der Photovoltaik-Anlage auf dem Dach der Datenfunk-Experten benötigen die eingesetzten Router nur eine Ethernet-Schnittstelle. Für Anwendungen, in denen man mehrere solcher Anschlüsse braucht, werden Varianten mit bis zu vier Schnittstellen angeboten.