Wie funktioniert das Monitoring einer Photovoltaikanlage und wozu dient es? Das sind zwei zentrale Fragen für alle, die sich mit ihrer PV-Anlage und deren Stromerträge etwas näher beschäftigen. Um den Sinn und Zweck von dem sogenannten PV-Monitoring zu verstehen, lohnt es sich, die Anlage etwas genauer anzuschauen.

 

1. Warum PV-Monitoring sinnvoll ist

Dass der aus Sonnenstrahlung gewonnene Strom wichtig ist, ist vermutlich mittlerweile auch dem stärksten Verfechter der Atomenergie klar. Zumindest ist das zu hoffen. Für die skeptischen hier zwei Zahlen: Rund 390 GW PV-Leistung ist weltweit installiert und für dieses Jahr (2018) wird ein Wachstum von rund 119 GW erwartet. Ein steigendes Wachstum bringt, neben vielen Vorteilen für Umwelt, Verbraucher und Wirtschaft, auch eine wachsende Abhängigkeit von einer zuverlässigen Stromproduktion mit sich. Diejenigen, die ihren Sonnenstrom verkaufen, sind in erster Hinsicht finanziell auf die stabile Stromproduktion angewiesen. Andere, die den PV-Strom direkt verbrauchen, sind unmittelbarer betroffen. Richtig ärgerlich wird es dann, wenn z. B. das Elektro-Mobil nicht geladen ist und man nicht mehr von Ort und Stelle kommt. Um solche Situationen und finanzielle Verluste zu vermeiden, gibt es PV-Monitoringsysteme. Sie überwachen die Stromproduktion und informieren die Betreiber sofort, wenn etwas nicht stimmt.

 

2. PV-Anlagen Aufbau und Schwachstellen

Wie das funktioniert? Gute Frage. Am einfachsten ist es, wenn man sich den Aufbau einer PV-Anlage genau anschaut. Zu deren Grundkomponenten zählen: PV-Module, Solarkabel, Wechselrichter und Einspeisezähler. Die einzelnen Module sind untereinander verkabelt und am Wechselrichter angeschlossen. Zunächst wird aus der Sonneneinstrahlung Gleichstrom erzeugt. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um und stellt ihn zur Verfügung. In diesem System haben die Module natürlich die größten Belastungen zu tragen, da sie ständigen Wettereinflüssen ausgesetzt sind. Dazu zählen eine UV-Bestrahlung, Verschattungen und Verschmutzungen. Diese negativen Einflüsse können zu einem merkbaren Leistungsverlust führen. Ähnlich sieht es bei der Verkabelung aus, auch diese ist den äußeren Bedingungen ausgesetzt. Die im schlechtesten Fall zu einem Kabelbruch oder Kurzschlüsse führen. Seltener ist dagegen eine Störung der Wechselrichter. Weitere Probleme entstehen unter Umständen bei der Netzeinspeisung, deren Abschaltung oder Drosselung.

Mögliche Fehlerursachen:

• UV-Dauerbestrahlung
• Verschattungen
• Verschmutzungen
• Kabelbruch
• Kurzschlüsse
• Wechselrichterstörung
• Tiere (z. B. Maderbiss, Vogelnester)

 

3. So funktioniert die PV-Anlagenüberwachung

Jetzt haben wir einige Schwachstellen der PV-Anlage gefunden. Damit das Überwachungssystem diese Fehler erkennt und meldet, muss man die zu überwachenden Komponenten ins System integrieren. Das passiert über eine Schnittstelle am Wechselrichter. Der Wechselrichter ist hier der wichtigste Partner. Denn er liefert dem Überwachungssystem Informationen, wie zum Beispiel die erzeugte Strommenge. Damit das Monitoringsystem weiß, was eine normale Produktionsmenge ist, muss der Installateur folgende Parameter eingeben: Ausrichtung und Dachneigung der PV-Anlage sowie die Modul- und Wechselrichterleistung fließen in die Berechnungen des Monitoringsystem ein. Auf Basis dieser Daten berechnet das System den zu erwartenden Strom und vergleicht ihn mit dem was tatsächlich produziert wird. Stimmen die Werte nicht überein, wird eine Störung gemeldet.

 

4. Wie Daten das PV-Monitoring verbessern

Der sogenannte Vergleich der Produktionswerte ist die einfachste Variante der Anlagenüberwachung. Den meisten Anlagenbetreibern reicht der Stand, „Ich weiß zwar dass etwas nicht stimmt, aber nicht was“, nicht aus. Für den, der genauer über seine Anlage informiert sein will, gilt grundsätzlich: Je mehr Messgrößen das Überwachungsgerät erhält, desto genauer sind die Auswertungen und die Fehlerbestimmung. Um an diese Messgrößen zu gelangen, benötigt man Sensoren, die die Sonneneinstrahlung, Windstärke, Luft- und Modultemperatur an das Monitoringsystem senden. Ist ein Sonnensensor bzw. Einstrahlsensor auf dem Dach installiert, weiß das System, ob die maximal mögliche Leistung erbracht wird. Diese „Basis-Überwachung“ kommt zumeist bei kleineren Anlagen (sogenannten Residential-Anlagen) zum Einsatz. Komplexer wird es bei größeren Anlagen mit Zentralwechselrichtern (im Commercial- und Industrial-Segment). Bei ihnen ist die Überwachung einzelner Modulgruppen, sogenannter Strings, notwendig.

 

5. Auswertung und Analyse über das PV-Monitoring Portal

Je mehr Daten gesammelt und ausgewertet werden, desto wichtiger ist deren Aufzeichnung und Darstellung. Um die Auswertung der Ertragswerte anzusehen, gibt es mehrere Optionen: direkt am Display des Gerätes, per Zugriff des Browsers auf das Gerät, über ein Online-Portal, als E-Mail sowie mobil per App. Die komfortabelste Variante, welche gleichzeitig die meisten Funktionen bietet, ist über ein Online-Portal. Das Monitoringsystem ist dabei mit dem Internet verbunden und gibt die Daten über das Portal aus. Auf diese Weise werden neben dem Ertrag in Kilowattstunden und dem aktuellen Wirkungsgrad des Wechselrichters, der Verlauf der Modultemperatur angezeigt. Dieser Verlauf bestimmt wesentlich den Wirkungsgrad der PV-Anlage. Ein gutes Online-Portal bietet zudem weitere Funktionen. Zum einen die Aufzeichnung der gesammelten und zum anderen den Vergleich der historischen Daten mit anderen Anlagen in der näheren Umgebung. Mithilfe der Auswertung dieser Angaben erkennt man nicht nur Ausfälle einzelner Komponenten, sondern auch schleichende Prozesse, wie Verschmutzung oder Degradation.

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