Solarpark in Moura, Portugal

Portugiesische PV-Anlagen setzen auf Monitoring-Lösungen Zuverlässiger und wirtschaftlicher Betrieb der Solarparks

Laut Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V. (BDEW) stammt mehr als die Hälfte des portugiesischen Stroms aus erneuerbaren Energien. Ein Blick auf die installierten Kapazitäten zeigt, dass vor allem Wasser- und Windkraft eine wichtige Rolle spielen, Photovoltaik (PV) hingegen kaum genutzt wird. Dies ändert sich gerade erheblich. Bis Ende 2021 wurden in Portugal Freifeldanlagen mit einer Leistung von insgesamt 1,7 GWp errichtet. Die Prognosen bis 2030 liegen bei einem weiteren Zubau von über 9 GWp. Die Monitoring-Lösungen von Phoenix Contact sind bereits in sechs portugiesischen PV-Parks verbaut.

Solarpark in Moura, Portugal

Solarpark in Moura, Portugal, setzt auf Monitoring-Lösungen von Phoenix Contact

Kundenprofil

Die in Neustadt (Wied), Deutschland, ansässige Wirtgen Invest Holding GmbH investiert in den Ausbau der erneuerbaren Energie in Portugal. 2020 und 2021 baute Wirtgen Invest mit Partnern sechs PV-Anlagen auf.

Zu den Partnern gehört die WiNRG GmbH aus Hamburg, die seit 2005 im Bereich erneuerbare Energien tätig ist. Die Mitarbeitenden des Unternehmens managen weltweit Großprojekte und Transaktionen von Wind- und Photovoltaikanlagen für ihre Kunden. Der Projektmanager EPC Conecon GmbH, die Zebotec GmbH als Systemintegrator für die Steuerung und Überwachung von PV-Anlagen, der Analyse-Software-Anbieter QOS Energy und Phoenix Contact runden das Projektteam ab.

Solarmodule im Solarpark in Moura, Portugal

Der Solarpark in Moura umfasst mehr als 130.000 PV-Module, die eine Nennleistung von 49,4 MWp erzeugen

Anwendung

Mitte 2021 ist in Moura 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. Über ein neu auf dem Gelände errichtetes Umspannwerk speist die PV-Anlage direkt auf Hochspannungsebene in das Stromnetz ein. Vermarktet wird der Strom dann im Rahmen eines Power-Purchase-Agreements (PPA).

Zusammen mit den benachbarten PV-Anlagen Amareleja und Ferreira do Alentejo sowie den nördlich von Lissabon gelegenen Parks Cartaxo und Santarem sowie der Anlage in Lagos an der Algarve produziert Moura dann jährlich über 325 Mio. MWh Grünstrom. Damit lassen sich über 80.000 Vier-Personen-Haushalte versorgen und 140.000 t CO₂ einsparen.

Zwei Mitarbeiter in einem großen Solarpark

Lösung

Einblick in einen Generatoranschlusskasten

525 Generatoranschlusskästen sammeln Daten, schützen die Applikation und schalten diese im Bedarfsfall frei

Vollständige und durchgängige Monitoring-Lösungen

Da die einzelnen PV-Parks ähnlich aufgebaut sind, wird das Konzept am Beispiel der Anlage in Moura erläutert. 525 platzsparende Generatoranschlusskästen (GAK) sammeln die Ströme der 7350 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 den Blitzstrom- und Überspannungsableitern von Phoenix Contact lässt sich die Verfügbarkeit der Solarparks deutlich erhöhen. 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.

Trafostation im Solarpark Moura, Portugal

An 20 Trafostationen werden die DC-Spannungen von 0,4 kV auf 30 kV gewandelt

Zuverlässiger Anlagenbetrieb und einfacher Netzanschluss

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. Messgeräte erfassen hier die Netzparameter und kommunizieren sie an den zentralen Einspeiseregler. Dezentrale Energieerzeugungsanlagen müssen ihren Beitrag zu einer hohen Netzstabilität leisten. Zu diesem Zweck geben die zuständigen Netzbetreiber die einzuhaltenden Bereiche für die Netzfrequenz und -spannung sowie die Blindleistung in ihren Netzanschlussbedingungen für PV-Anlagen vor. 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.

An Trafostation verbaute Schaltschränke

Insgesamt sind 20 Datenlogger im Feld verbaut

Schnelle Inbetriebnahme der Datenlogger und Umweltsensoren

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. Der in den Datenlogger integrierte Inverter-Manager 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.

Phoenix Contact-Mitarbeiter installiert Wettersensorik

Geringer Inbetriebnahme- und Konfigurationsaufwand

Übermittlung der Wetterdaten

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. 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.

Pyranometer und Referenzzellen an Solarmodulen

Sensorik für eine kontinuierliche Aufzeichnung wichtiger Daten

Einfache Weiterleitung sämtlicher Daten an die zentrale Parksteuerung

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 Sollertrag, wobei der Istertrag auf der Grundlage der installierten Energiemessgeräte ermittelt wird. Die Pyranometer und Referenzzellen, die sowohl horizontal als auch um 25° geneigt in der Modulebene verbaut sind, geben Auskunft über den Sollertrag. 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.

Zwei Phoenix Contact-Mitarbeiter schauen im Solarpark in Portugal gemeinsam auf ein Tablet

Mit der Asset-Performance-Management-Plattform werden die Daten des Solarparks analysiert und kundenspezifisch visualisiert

Analyse und kundenspezifische Visualisierung

Sämtliche Daten der Wechselrichter, Wettersensoren, Transformatoren und der Schaltanlage werden über eine redundante Ringstruktur per Lichtwellenleiter-Kabel 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. Die aus den Daten resultierenden spezifischen Analysen, Warnungen und Berichte rationalisieren anschließend die Arbeitsprozesse des O&M-Dienstleisters.

Solarpark von oben
Interaktive Image Map: Topologie des integrierten Solarparkmanagements
Einspeisemanagement
Zuverlässiger Anlagenbetrieb und einfacher Netzanschluss durch die Erfüllung aller technischen Anschlussbedingungen.
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Einspeisemanagement
Datenlogger
Die Datenlogger arbeiten mit einem automatischen Erkennungsmodus, weshalb sich alle im PV-Park installierten Systeme einfach per Plug-and-Play verbinden lassen. Die Inbetriebnahmezeit reduziert sich erheblich.
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Datenlogger
Wetterdatenerfassung
Die Wettersensoren werden direkt per Modbus-Protokoll an das Steuerungssystem angekoppelt. Weil die Geräte bereits parametriert sind, stehen sie sofort zur Übermittlung der Wetterdaten zur Verfügung.
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Wetterdatenerfassung
Generatoranschlusskästen
Unsere Generatoranschlusskästen sammeln die Ströme der PV-Strings ein und leiten diese an die Inverter weiter.
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Generatoranschlusskästen
Luftaufnahme des Solarparks in Moura, Portugal

Fazit

Die intelligente Automatisierungstechnik von Phoenix Contact erfasst ständig alle Daten aus den sechs Solarparks, die anschließend durch die Asset-Performance-Management-Lösung von QOS Energy ausgewertet werden. Von der Datenaufnahme auf der Feldebene bis zur Einspeiseregelung und Visualisierung stellt Phoenix Contact der WiNRG GmbH vollständige und durchgängige Monitoring- Lösungen für das Solarparkmanagement zur Verfügung. So wird ein zuverlässiger und wirtschaftlicher Betrieb der Solarparks ermöglicht.