PV-Parkmanagement: Übergreifend vernetzt

10.05.2022 Ein integriertes PV-Parkmanagement von Phoenix Contact sorgt dafür, dass sechs große PV-Anlagen in Portugal sicher einspeisen und effizient instandgehalten werden können.

Weltweit entstehen immer größere und leistungsstärkere Photovoltaik-Freifeldanlagen. Auch in Portugal, wo bislang Wasser- und Windkraft die wichtigste Rolle bei den Erneuerbaren Energien spielten, wurden laut BDEW bis Ende 2021 Freifeldanlagen mit einer Leistung von insgesamt 1,7 GWp errichtet. Bis 2030 wird ein weiterer Zubau von über 9 GWp erwartet. Die Wirtgen Invest Holding GmbH aus Neustadt (Wied) baute dort 2020 und 2021 sechs PV-Anlagen mit einer Gesamtleistung von 195 MWp auf. Mit Moura ist Mitte 2021 der fünfte Park erfolgreich ans Netz gegangen. Er befindet sich im Südosten Portugals nahe der spanischen Grenze und umfasst mehr als 130.000 PV-Module, die eine Nennleistung von 49,4 MWp erzeugen. Die PV-Anlage speist direkt auf Hochspannungsebene über ein neu auf dem Gelände errichtetes Umspannwerk in das Stromnetz ein. Vermarktet wird der Strom dann im Rahmen eines Power-Purchase-Agreements (PPA). Zusammen produzieren die sechs Anlagen jährlich über 325 Millionen MWh Grünstrom.

Das integrierte PV-Parkmanagement für die sechs Solarparks wurde von Phoenix Contact geliefert. „Von der Datenaufnahme auf der Feldebene bis zur Einspeiseregelung und Visualisierung stellen wir eine vollständige und durchgängige Lösung für das Solarpark-Management zur Verfügung“, erklärt Dipl.-Ing. (FH) Maren Gast, Global Industry Management Solar Power, Phoenix Contact Electronics GmbH. Das ermögliche dabei einen zuverlässigen und wirtschaftlichen Betrieb der Solarparks.

Solarpark Moura Portugal
Der Solarpark im portugiesischen Moura (Nennleistung 49,4 MWp) wird gemeinsam mit fünf weiteren Parks überwacht und gesteuert. Foto: Phoenix Contact Electronics GmbH

Betriebssicherheit und Netzstabilität

EZA-Regler nach VDE-AR-N 4110/20 t
Umsetzung von Wirkleistungsvorgaben:
• externe Wirkleistungssollwertvorgabe durch den Netzbetreiber und Dritte (Marktvorgaben, Eigenbedarfsoptimierung etc.)
• P(f)-Kennlinie
Realisierung von Blindleistungsvorgaben:
• Sollwertvorgabe cos(φ)
• Sollwertvorgabe der Blindleistung mit Spannungsbegrenzungsfunktion
• Q(U)-Kennlinie
• Q(P)-Kennlinie
Weitere Funktionen:
• Überwachung der Spannungsbedingungen am Netzanschlusspunkt (NAP) für die Zuschaltung der Energieerzeugungseinheit (EZE) nach einer Schutzauslösung an der EZE (VDE-AR-N 4120:2018)
• Priorisierung der Fahrweise
• Reglerüberbrückung (Server-Mode)
• geeignet für Typ-1- und Typ-2-Anlagen gemäß VDE-AR-N 4110/20:2018

In der Anlage in Moura, die dem Aufbau der anderen PV-Parks entspricht, sammeln 525 platzsparende Generatoranschlusskästen (GAK) 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 unseren Blitzstrom- und Überspannungsableitern lässt sich die Verfügbarkeit der Solarparks deutlich erhöhen“, berichtet Maren Gast. Die Geräte erfüllen die Normen EN 50539-11 und UL 1449 3rd ed für Überspannungsschutz in PV-Installationen und sind von der KEMA approbiert. Im Wartungsfall lassen sich die GAK freischalten, sodass die Servicearbeiten sicher durchführbar sind.

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. Um sicherzustellen, dass Vorgaben des Netzbetreibers für die Netzfrequenz und -spannung sowie die Blindleistung eingehalten werden, erfassen Messgeräte hier die Netzparameter und kommunizieren sie an den zentralen Einspeiseregler. 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.

Parametrierte Umweltsensoren übermitteln Wetterdaten

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“, erläutert Maren Gast. Der in den Datenlogger integrierte Invertermanager empfängt die Daten der Wechselrichter via Ethernet und übergibt sie an die ebenfalls eingebaute Kleinsteuerung AXC 1050 aus der Produktfamilie Axiocontrol. Außerdem nimmt der AXC 1050 die Daten der angeschlossenen Wettersensoren auf.

Computer Asset Performance Plattform
Mit der Asset-Performance-Management-Plattform werden die Daten des Solarparks analysiert und kundenspezifisch visualisiert. Foto: Phoenix Contact Electronics GmbH

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. Maren Gast: „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.“

Leistung der Solaranlage im Blick: Eingriff bei zu geringer Performance Ratio

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 Soll-Ertrag, wobei der Ist-Ertrag 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 Soll-Ertrag. 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“, berichtet Maren Gast. Die aus den Daten abgeleiteten spezifischen Analysen, Warnungen und Berichte rationalisieren anschließend die Arbeitsprozesse des O&M-Dienstleisters. (pq)

Phoenix Contact Electronics GmbH
Maren Gast
mgast@phoenixcontact.com
www.phoenixcontact.com

 

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