Überwachung von PV-Anlagen mit Solarcheck – Hohe Leistung und Verfügbarkeit sichergestellt

In der aktuellen Gebäudetechnik spielen Energieverbrauch und -management eine große Rolle. Im Rahmen der Bestandssanierung und Auslegung neuer Gebäude ist dabei nicht nur die Wahl energiesparender Materialien und Bauweisen maßgebend. Vorhandene wie auch neu errichtete Bauten werden heute als ökonomisch-ökologische Einheit betrachtet und das Energiekonzept entsprechend nutzenorientiert entworfen. Die Energieerzeugung durch Photovoltaik gewinnt in diesem Zusammenhang zunehmend an Bedeutung.
Bei der energieeffizienten Gestaltung von Bauwerken ist als erstes ein grundsätzlich reduzierter Energieverbrauch anzustreben, der vor allem über eine durch geeignete Baumaterialien, Dämmung und angepasste Fensterflächen optimierte Gebäudehülle beeinflusst werden kann. Bereits hier stellt die Photovoltaik (PV) interessante Lösungen beispielsweise in Form von semitransparenten oder opaken, Strom erzeugenden Fassadeneinheiten zur Verfügung. Als weiterer Eckpfeiler der Gebäudeenergiebilanz erweisen sich aktive Energiesparmaßnahmen, die die Nutzung des Bauwerks gezielt berücksichtigen. Die aktive Energieeinsparung erfordert u.a. entsprechende Materialien und Funktionen wie effiziente Leuchtmittel und Klimageräte oder intelligente Abschattungssysteme. In diesem Umfeld wird die Photovoltaik auch als modernes Bauelement eingesetzt. Der dritte Punkt, der die Energiebilanz eines Gebäudes wesentlich verändert, ist die Energieerzeugung. Hier kann die Photovoltaik nicht nur als beispielsweise auf und an Bürohochhäusern verbaute Dach- oder Fassadenelemente einen signifikanten Beitrag leisten. Häufig werden zudem ausgedehnte Dachanlagen auf Fabrikgebäuden oder angepasste Kleinanlagen auf Einfamilienhäusern installiert. Übergreifende Energiekonzepte ganzer Wohnblocks setzen ebenfalls auf diese Art der regenerativen Energieerzeugung. Dies vor dem Hintergrund, weil die Verwendung von Photovoltaik einfach ist und der Aufbau der Anlagen individuell an die jeweiligen baulichen Gegebenheiten adaptiert werden kann.
Schnelle Lokalisierung und

Behebung von Schäden

Bei der Integration erneuerbarer Energien in den Energieverbrauch ist die Überwachung der Energieflüsse wichtig. Um eine Einspeisevergütung zu erhalten, müssen die erzeugten Energiemengen unter Umständen als Grundlage zur Abrechnung mit dem Energieversorger erfasst werden. Das gilt vor allem für Privathaushalte und kleinere bis mittlere Hausdachanlagen. Handelt es sich um PV-Anlagen bis zu mehreren 100kWp, wie sie auf Fabrikdächern, an Hochhausfassaden oder als Gesamtsystem in Wohnparks montiert werden, ergeben sich neben der reinen Abrechnung zusätzliche Anforderungen an das Monitoring. Die Verfügbarkeit und Leistung der PV-Anlage stellt einen wichtigen Faktor für das Energiekonzept des Bauwerks oder Gebäudekomplexes dar. Ist beispielsweise die Verkabelung beschädigt, führt dies oftmals zu erhöhten Übergangswiderständen an der Schadstelle, was wiederum Temperaturentwicklungen nach sich zieht. Darum gilt es schon aus Sicherheits- und Brandschutzgründen mögliche Schäden an der PV-Anlage schnell und systematisch zu lokalisieren und zu beheben. Anlagen, die direkt in das Verbrauchsschema des Gebäudes eingebunden sind, müssen insbesondere unter dem Aspekt der Energiebilanz betrachtet werden. So ist z.B. die Speicherung der Leistung auf das Lastprofil des Bauwerks abzustimmen. Das Langzeitverhalten und die dauerhafte Verfügbarkeit der PV-Anlage bilden eine wesentliche Grundlage für diesen Zweck. Die detaillierte Erfassung von Informationen über den Zustand und die Leistungsfähigkeit der Anlage hilft also bei der Ableitung von Wartungskonzepten, gezielten Reparaturarbeiten sowie Informationen zur Nutzungsoptimierung.

Flexible Umsetzung vielfältiger Verschaltungs-Designs

Die einzelnen Panels einer PV-Anlage sind üblicherweise zu Strängen verschaltet, die je nach Größe und Verteilung der Anlage entweder direkt oder über Sammelleitungen zum Wechselrichter geführt werden. Am Einspeisepunkt des Wechselrichters wird dann die Gesamtenergie ermittelt. Da die PV-Anlagen an das jeweilige Gebäudekonzept angepasst sind, lassen sich vielfältige Designs und Verschaltungen umsetzen. Deshalb muss das Überwachungssystem flexibel gestaltbar sein und unter verschiedenen Umgebungsbedingungen zuverlässig arbeiten. Im Fall von fassaden- und dachintegrierten Systemen kommt der genauen Zuordnung defekter oder beeinflusster Stränge eine große Bedeutung zu, denn die Reparaturen können meist nicht ohne spezielle Maßnahmen durchgeführt werden. Ist z.B. eine Wandverkleidung zu entfernen, um an die Rückseite der Panels zu gelangen, unterstützt eine exakte Eingrenzung der Schadstelle das Einsparen von Kosten. Insbesondere bei fassaden- oder dachintegrierten PV-Anlagen ist die Messstelle häufig nicht gut belüftet, sodass sich Wärme aufstauen kann. Die Geräte müssen unter diesen Bedingungen trotzdem problemlos funktionieren.

Zuverlässigkeit durch modulinterne Temperaturmessung

Vor diesem Hintergrund hat Phoenix Contact mit Solarcheck ein Strang-Überwachungssystem entwickelt, das sich einfach und schnell in die Energieüberwachung eines Gebäudes einbinden lässt. Das System ist modular aufgebaut, weshalb es sich für unterschiedliche Verschaltungsdesigns eignet. Es setzt sich aus einem Kommunikationsmodul mit angeschlossenen Messmodulen zusammen. Die Messmodule werden über die Kommunikationsleitung mit Energie versorgt. Auf diese Weise arbeitet jedes Messmodul eigenständig und kann ohne weitere Energieversorgung und zusätzliche Verkabelung direkt vor Ort eingesetzt werden. Die Geräte zeichnen sich zudem durch einen Einsatztemperaturbereich von -20 bis 70°C aus. Eine Temperaturmessung innerhalb des Moduls gibt Aufschluss über den ordnungsgemäßen Betriebszustand, was die Zuverlässigkeit der Strangüberwachung sicherstellt.

Berührungslose Messtechnik

Der Strangstrom erweist sich als geeignete Größe zur Erfassung des Anlagenzustands, da Defekte an der PV-Anlage oftmals durch eine verringerte Stromausbeute ersichtlich werden. Das trifft beispielsweise auf Schäden an der Verkabelung durch Tierverbiss oder die betriebsbedingte Degradation der PV-Panels zu. Das Strommessmodul aus der Produktfamilie Solarcheck verfügt über acht Messkanäle zur Erfassung der Strangströme. Die Messung erfolgt berührungslos über Hall-Sensoren, die das vom Strangstrom generierte Magnetfeld messen und als proportionalen Spannungswert ausgeben. Dazu werden die Strangleitungen einfach durch die Löcher im Modul geführt. Der Vorteil der berührungslosen Messtechnik liegt darin, dass die Strangleitung nicht aufgetrennt und über einen Messwiderstand geleitet werden muss, also keine Beeinflussung des Strangs stattfindet. Die Installation der Solarcheck-Module gestaltet sich einfach und sicher, wobei die einzelnen Stränge gezielt dem Gebäudeplan zugeordnet werden können.

Einfache Einbindung in das jeweilige Netzwerk

Das Solarcheck-Messmodul bietet darüber hinaus eine integrierte Spannungsmessung für Spannungen bis 1.200VDC. Die Gesamtspannung eines PV-Strangs errechnet sich aus der Summe der Spannungen der einzelnen PV-Panels in diesem Strang. Fällt ein Panel im Strang z.B. durch Verschattung aus, ist dies direkt anhand der verringerten Strangspannung erkennbar. Verluste zwischen den Strängen und dem Wechselrichter lassen sich ebenfalls durch den Vergleich der Spannung direkt am Strang mit der Spannung am Wechselrichter detektieren. Die PV-Spannung wird an geeigneter Stelle – beispielsweise im Schaltkasten – abgegriffen.

Zuverlässige Überwachung

Aufgrund des modularen Aufbaus und der berührungslosen Messung können mit dem Strang-Monitoring auf Basis von Solarcheck unterschiedliche PV-Anlageninstallationen einfach und zuverlässig überwacht werden. Soll sich die Lösung in die Gebäudeautomation oder Energiezentrale einfügen, wird Solarcheck als ModbusRTU-Teilnehmer in das jeweilige Netzwerk eingebunden. Auf diese Weise unterstützt Solarcheck moderne Energiekonzepte von Gebäuden effizient und zielführend.