Solarpark-Daten: Saubere Energie im Blick

In der Nähe von Cottbus entstand auf dem Gelände eines alten Kohlekraftwerks der Solarpark Zerre. Ende letzten Jahres ging das letzte Teilfeld ans Netz, womit die Maximalleistung der Anlage von 8MWp erreicht ist. Damit Betreiber und Investoren sicher sein können, dass aus dem vorhandenen Sonnenlicht stets das Optimum an Energie herausgeholt wird, war eine webbasierte Fernüberwachung gefragt, die jederzeit Einblick in die Anlage gibt.
Federführend bei Planung und Bau des Solarparks Zerre auf dem ehemaligen Kraftwerksgelände Trattendorf war die GermanSolar AG. Der Solarpark wurde innerhalb von acht Monaten auf einem 20ha großen Baufeld errichtet und besteht aus acht Teilparks, mit einer Leistung von jeweils ca. 1MWp. Während der gesamten Planung, Entwicklung und Realisierung des Projektes legte man besonderes Augenmerk auf Naturschutzbelange. Der Park wurde deshalb in bewährter Holzständerkonstruktion aus märkischer Kiefer errichtet. Auf dieser langlebigen und dazu noch CO2-neutralen Konstruktion sind in zwei Reihen insgesamt 40.000 Solarmodule montiert. 564 Wechselrichter wandeln den erzeugten Gleichstrom vor der Netzeinspeisung in Wechselstrom um.

Läuft die Anlage optimal?

Die Energiemenge, die mit einer Solaranlage gewonnen werden kann, ist übers Jahr betrachtet nicht konstant. Verschiedene Faktoren wie Sonnenstand, Bewölkungsgrad, Temperatur der Solarmodule u.v.m. haben Einfluss auf die Energieausbeute. Herauszufinden, ob eine Anlage unter den gegebenen Umgebungsbedingungen gerade tatsächlich nicht mehr Energie gewinnen kann oder ob ein Problem vorliegt, ist daher nicht ganz trivial. Zur Funktionsüberwachung der Anlage setzt man üblicherweise an den Wechselrichtern an. Durch Auslesen aller Wechselrichter-Werte wie Gleich- und Wechselstrom sowie Gleich- und Wechselspannung lässt sich jeweils die aktuelle Leistung ermitteln. Im Solarpark Zerre werden zudem Sonneneinstrahlung sowie Modul- und Umgebungstemperaturen überwacht. Mit diesen Werten kann man jederzeit darauf schließen, ob die Anlage optimal läuft. Ist dies nicht der Fall, lässt sich zudem ermitteln, wo genau im jeweiligen Teilpark ein Problem vorliegt.

Prozessdaten sammeln

Bei der Prozessüberwachung und -visualisierung setzt GermanSolar auf Lösungen der Webfactory GmbH aus Buchen. Die Spezialisten für webbasiertes Bedienen und Visualisieren lieferten die notwendige Hard- und Software für das Überwachen des Solarparks. Pro Teilanlage ist eine SPS im Einsatz, die die Sensorik zum Messen der Sonneneinstrahlung und der Temperaturen verwaltet und die Daten an den Webfactory Datalogger der jeweiligen Teilanlage übergibt. Der eingesetzte Datalogger, ein lüfterloser Industrie-PC für den Schaltschrankeinbau, sammelt zudem die Daten der Wechselrichter. Die zu überwachenden Wechselrichter werden per RS485-Bus miteinander verbunden. Ein Umsetzer wandelt die RS485-Daten für den Datenlogger ins Ethernet-Protokoll. So lassen sich beliebig viele Wechselrichter an den Datalogger anschließen. Dieser eignet sich als reiner Datensammler oder kann auch gleich vor Ort Daten auswerten. Generell kann der Datalogger Informationen mit allen gängigen SPS-Steuerungen über native Treiber oder über eine OPC-Schnittstelle austauschen. Die Prozessdaten werden in einer SQL-Datenbank gespeichert und anschließend dem übergeordneten System zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt. Im Solarpark Zerre wird die Datenübertragung zum zentralen Datenserver per UMTS erledigt. Wo die nötigen Kabel vorhanden sind, ist selbstverständlich auch eine leitungsgebundene Übertragung möglich. Zusammen mit der Software Webfactory 2010 Embedded lassen sich bei Bedarf Prozessdaten aber auch vor Ort im Datalogger auswerten und visualisieren. Störmeldungen werden direkt aus dem Solarpark per E-Mail an den zuständigen Mitarbeiter verschickt.

Für jeden die richtige Information

Die übersichtliche Darstellung der gesammelten Daten in Form von KPI-Cockpits (Key Performance Indicator bzw. Leistungskennzahl) übernimmt das webbasierte Energie-Management-System (EMS) von Webfactory. Dipl.-Ing. (FH) Harald Kallauke, Projektmanager bei GermanSolar erklärt dazu: „Uns war wichtig, eine Software zu haben, mit der sich flexibel und transparent alle relevanten Komponenten und Informationen im Solarpark darstellen lassen.“ Während Investoren im Wesentlichen interessiert, welche Erträge die Anlage bringt, will der Anlagenbetreiber oder der Instandhalter detailliertere Informationen. So galt es, im Solarpark Zerre über 20 verschiedene Sichten auf den Prozess zur Verfügung zu stellen. „Hier bringt das eingesetzte System klare Vorteile“, betont Kallauke. „Wer die nötigen Berechtigungen dazu hat, kann nach Einloggen in einem Konfigurator einfach mit ein paar Mausklicks eine bestimmte Sicht zusammenstellen. Meldet sich der jeweilige Benutzer dieser Sicht dann an, wird er nicht mit allen Informationen der Anlage überfrachtet, sondern erhält eine übersichtliche Darstellung der für ihn relevanten Daten.“ Wer an detaillierteren Informationen interessiert ist, der kann via Internet bis auf die Daten der Wechselrichter zugreifen.

Data Warehouse mit rollenbasierter Benutzerzugriffssteuerung

Generell ist das EMS ein Data Warehouse, sprich es sammelt Prozessinformationen von verschiedenen Anlagenteilen an zentraler Stelle. Es stellt alle Prozessdaten, also z.B. den Energieverbrauch bzw. die erzeugte Energie einer Anlage, transparent dar, denn erst so werden Einspar- bzw. Optimierungspotenziale sichtbar. Die rollenbasierte Benutzerzugriffssteuerung ermöglicht das unkomplizierte Erstellen verschiedener Sichten mit unterschiedlichen Zugriffsrechten. Im Problemfall kann der Anlagenbetreiber direkt per SMS, E-Mail oder Sprachnachricht informiert werden. So ist eine schnelle Reaktion möglich und Anlagenstillstände lassen sich deutlich verkürzen. Dank standardisierter Kommunikationsschnittstellen kann das System im Gegensatz zu proprietären Fernüberwachungslösungen Messdaten von unterschiedlichsten Anlagensteuerungen auf einem Internetportal zusammenführen und dort Prozessdaten in Echtzeit anzeigen. Weil die Lösung webbasiert ist, wird zum Anzeigen der Informationen keine zusätzliche Soft- und Hardware benötigt, ein gängiger Webbrowser reicht aus. Dank vollständig vektorbasierter Grafiken auf Basis von Microsoft Silverlight lässt sich die Visualisierung verlustfrei an jede Bildschirmgröße anpassen.

Detaillierte Auswertung aller Prozessdaten

Mit dem Report Designer können individuelle Berichte für die detaillierte Auswertung aller Prozessdaten erstellt werden. Eine flexible Struktur erlaubt nachträglich die einfache Integration neuer Anlagen oder Anlagenteile. Typische Einsatzgebiete finden sich nicht nur in Photovoltaikanlagen, sondern auch beim Fernüberwachen von Wasser- oder Windkraftwerken, Blockheizkraft-, Geothermie- und Biogasanlagen sowie im Gebäudemanagement, der Produktion sowie im Einzelhandel und in der Logistik. Viele Anwender überzeugt nicht nur die Flexibilität der webbasierten Software, sondern auch, dass sie mit den Dataloggern und dem Energie-Management-System die notwendige Hard- und Software zur webbasierten Visualisierung einer Anlage aus einer Hand beziehen können. Kallauke resümiert: „Wir haben uns nach eigenen Recherchen und Empfehlungen von Partnern für dieses Energie-Management-System entschieden, letzten Endes auch deshalb, weil wir uns damit eine höhere Effizienz bei Wartung und Service versprechen. Gleichzeitig hat uns aber auch die gute Zusammenarbeit, die Fachkompetenz des Projektverantwortlichen sowie die Flexibilität, mit der auf Probleme reagiert wurde, überzeugt.“