Photovoltaikanlagen müssen ihren Beitrag zu hoher Netzstabilität und Versorgungssicherheit leisten. Ethernet-basierte Vernetzung sorgt für die ausfallsichere Übertragung von Diagnosedaten und Regelbefehlen zwischen den Wechselrichtern, Trafostationen, Netzübergabepunkten und Monitoringsystemen – sowohl kabelgebunden als auch via Funk.
Als regenerative Energie trägt die Photovoltaik zu einem erheblichen Teil dazu bei, den weltweit wachsenden Energiebedarf nachhaltig zu decken. Die Planung, der Bau sowie das Management großer Solarparks erfordern viel Wissen und Erfahrung.
Foto: Phoenix Contact
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Zebotec: Mehr als 16 Jahre Erfahrung
In diesem Geschäft hat sich die in Konstanz ansässige Zebotec GmbH über die vergangenen 16 Jahre als unabhängiger Systemintegrator für die Steuerung von Solarkraftwerken etabliert.
Zebotec gehört zur Baywa r.e. Gruppe, unter anderem gehören die Projektierung, Errichtung und Vermarktung zum Geschäft der Münchener Unternehmensgruppe. In diesen Projekten ist Zebotec unter anderem für die Systemtechnik zur Überwachung und Regelung verantwortlich.
Das Leistungsspektrum umfasst auch den Aufbau von effizienten Ethernet-Netzwerken, die zur Vernetzung von Anlagenbereichen sowie für den Datenaustausch genutzt werden. Über die in den Photovoltaikanlagen installierten Ethernet-Netzwerke lassen sich die aufgezeichneten Diagnosedaten der Wechselrichter, der Wetterstationen, der in den Trafostationen montierten Temperatursensoren und der Energiemessgeräte übertragen. Insbesondere die Weiterleitung der Regeldaten für die Netzeinspeisung stellt hohe Anforderungen an die Ausfallsicherheit der Kommunikation.
Vernetzung von Trafostationen
Denn sollten die Regelwerte nicht zuverlässig beim Empfänger ankommen, kann dies zur unkontrollierten Einspeisung der Anlage ins Stromnetz führen, was eine Gefahr für die Netzstabilität darstellt.
Vor allem bei der Vernetzung der Trafostationen müssen einige Besonderheiten beachtet werden. Als gutes Beispiel erweist sich die von Zebotec und Groen Leven, der niederländischen Tochter von Baywa r.e., installierte 45-Megawatt-Freifeldanlage im niederländischen Oosterwolde de Boer.
Dort sind zum einen große Distanzen zwischen den Stationen zu überbrücken. Auf der anderen Seite wurden die Ethernet-Leitungen in Kabelkanälen mit geringen Abständen zu den AC- und DC-Leitungen der Anlage verlegt.
Bei Verwendung klassischer Twisted-Pair-Kupferkabel können aufgrund dieser Nähe elektromagnetische Störungen auftreten und im schlimmsten Fall einen Datenverlust nach sich ziehen. Um das zu verhindern, müssten die Kupferkabel speziell geschirmt sein oder separat verlegt werden. Aufgrund der Leitungslängen und möglicher EMV-Einflüsse hat sich Zebotec daher für den Einsatz von Glasfaserleitungen entschieden. Sie stellten sich durch ihre Immunität gegenüber elektromagnetischen Störungen als montagefreundliche und fehlertolerante Lösung heraus.
VLAN für effizientere Kommunikation
Zur weiteren Erhöhung der Stabilität des Netzwerks nutzt Zebotec am zentralen Netzübergabepunkt Managed Switches von Phoenix Contact. Dort läuft die Ethernet-Übertragung der in mehreren Linien miteinander verbundenen Trafostationen zusammen. Jede Linie ist als separates virtuelles Netzwerk (VLAN) konfiguriert. Auf diese Weise wird vermieden, dass die verschiedenen Anlagenbereiche ungewollt untereinander Daten austauschen.
Somit lassen sich überflüssige Datenströme unterbinden, die Effizienz der Kommunikation verbessert sich. Um noch höhere Ausfallsicherheit zu erreichen, richtet Zebotec besonders in großen Anlagen zudem redundante Netzwerkstrukturen ein, in der Regel als Ringtopologie via RSTP ausgeführt (RSTP = Rapid Spanning Tree Protocol).
So wird die Datenübertragung zwischen allen Anlagenbereichen sogar bei Verbindungsausfall auf einer Glasfaserstrecke weiterhin aufrechterhalten. Aufgrund der benötigten Redundanz kommen hier ebenfalls Managed Switches der Baureihe FL Switch 2200 zum Einsatz.
WLAN zur schwimmenden Anlage
Mit anderen Anforderungen an die Vernetzung sieht sich Zebotec darüber hinaus durch eine neue Art von Photovoltaikanlagen konfrontiert. Denn neben großen Freifeldanlagen realisiert das Unternehmen gemeinsam mit Baywa r.e. seit Kurzem auch Solarkraftwerke auf Gewässern, die nicht für touristische oder ökologische Bewirtschaftung vorgesehen sind. Die Umwandlung der Seen in effiziente Solaranlagen bietet erhebliche Vorteile: Reduzierung der CO₂-Emissionen, hohe Erträge durch die Wasserkühlung der Solarmodule und weniger Konflikte mit Flächen der Landwirtschaft.
Ein Beispiel ist die schwimmende, am Gewässergrund verankerte 27-Megawatt-Anlage auf der Kiesgrube Bomhofsplas nahe dem niederländischen Zwolle. Die Verkabelung von Trafostationen und dem Netzübergabepunkt wäre dort wegen der Lage im See aufwendig und teuer gewesen.
Deshalb hat sich Zebotec für kabelloses Ethernet entschieden: Die in jeder Trafostation verbauten WLAN-Clients verbinden sich mit WLAN-Access-Points, die in ufernahen Stationen montiert sind. Über Repeater werden selbst die weit vom Ufer entfernt gelegenen Trafostationen an einen Access Point angekoppelt, sodass durchgängige Kommunikation sichergestellt ist.
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Hohe Zuverlässigkeit und Robustheit gefordert
Als wichtig erweist sich dabei die hohe Zuverlässigkeit und Robustheit der WLAN-Komponenten. Daher hat sich Zebotec für FL WLAN 5110 von Phoenix Contact entschieden. Die industrietauglichen Geräte lassen sich als WLAN-Client als Repeater oder Access Point konfigurieren.
Auf diese Weise erhält der Systemintegrator die Flexibilität, die Schaltschränke sämtlicher Trafostationen zunächst identisch aufzubauen und die finale Konfiguration des WLAN-Netzwerks erst in der jeweiligen Anlage vorzunehmen. Zum Datenaustausch zwischen den FL WLAN 5110 sind auf jeder Trafostation zwei Rundstrahlantennen installiert.
Innovative Steuerungen implementiert
Für die Verbindung der Access Points mit einem am zentralen Netzübergabepunkt an Land verbauten FL WLAN 5110 verwendet Zebotec aufgrund der größeren Distanz Richtfunkantennen. Zum Schutz der Photovoltaikanlage werden alle Antennenkabel mit Überspannungsschutz von Phoenix Contact abgesichert.
Der Konstanzer Systemintegrator hat sowohl mit den Managed und Unmanaged Switches als auch den WLAN-Komponenten von Phoenix Contact bisher gute Erfahrungen gemacht. „Das war einer der Gründe, warum wir uns für die Infrastrukturkomponenten ausgesprochen haben“, erläutert Werner Neff, CEO von Zebotec. „Die Geräte sind robust genug, um unsere Anforderungen an hohe Verfügbarkeit zu erfüllen.“
Technik für kommende Projekte
Aus diesem Grund wird das Unternehmen diese Vernetzungskonzepte in zukünftigen Solarkraftwerken einbauen. Das gilt im Übrigen ebenso für den Bereich der Steuerungstechnik.
Zur Verarbeitung der Diagnose- und Regeldaten innerhalb der Anlagen nutzt Zebotec seit Jahren Steuerungen der Baureihen AXC 3050 und ILC 191 sowie Buskoppler der Inline-Produktfamilie. Als Solution Partner von Phoenix Contact im Umfeld der erneuerbaren Energien verwendet Zebotec ferner die offene Steuerungsplattform PLCnext Technology.
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Phoenix Contact
Managed Switches mit relevanten Funktionen
In vielen Automatisierungsnetzwerken werden Ethernet-Switches mit Standardfunktionsumfang benötigt, die möglichst kostengünstig und vielseitig nutzbar sind. Die Managed Switches der Produktfamilie 2000 von Phoenix Contact erfüllen diese Anforderungen. Die Geräte der 2200er-Baureihe erlauben zudem die Kommunikation über Glasfaser.
Aufgrund von Zulassungen für das maritime Umfeld und die Prozessindustrie, eines erweiterten Temperaturbereichs von minus 40 Grad Celsius bis 70 Grad Celsius und redundanter Spannungsversorgung lassen sie sich selbst unter rauen Bedingungen einsetzen.
Die Managed Switches der 2200er-Baureihe unterstützen verschiedene Redundanzmechanismen wie RSTP, LACP und MRP, sodass sich durch Netzwerkfehler oder versehentlich gesteckte Schleifen verursachte Ausfallzeiten minimieren. Zum Schutz vor unbefugten Zugriffen auf das Gerät und das Netzwerk umfassen die Switches ferner wichtige Security-Funktionen, beispielsweise MAC-basierte Port-Security oder Radius-Authentifizierung.
Zahlreiche Diagnosefunktionen – etwa SNMP, Syslog oder Port Mirroring – sorgen dafür, dass Fehler schnell erkannt und behoben werden. Bei einem Geräteausfall vereinfachen DHCP-Server-Funktionalitäten zur IP-Adressvergabe den Austausch des defekten Switches.
https://www.phoenixcontact.de/energie
PV Guided Tours
Phoenix Contact 2021: Ein EZA-Regler für mehrere Anlagen
Der EZA-Regler von Phoenix Contact ist jetzt nach den neuen Einspeiserichtlinien VDE-AR-N 4110 und VDE-AR-N 4120 für das deutsche Netz zertifiziert. Er bietet die Möglichkeit, mehrere dezentrale Energieerzeugungsanlagen über einen einzigen Einspeiseregler netzkonform anzubinden. Der Controller ist frei programmierbar und kann an verschiedene Schnittstellen angeschlossen werden. Im kommenden Jahr soll die Zertifizierung für weitere Länder folgen. Torsten Sieker von Phoenix Contact stellt diese Innovation vor – bei uns im Video!
https://www.photovoltaik.eu/pv-guided-tours-2021
Foto: Vorsatz Media
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