Überwachung und Steuerung von Elektroinstallationen mit PV-Erzeugung
Die Integration von erneuerbaren Energiequellen und Speichern in Gebäuden führt zu einem zusätzlichen Bedarf an Steuerung und Überwachung, nicht nur um einen optimalen Betrieb zu gewährleisten, sondern auch um so schnell wie möglich eine Amortisation der Investitionskosten zu erzielen.
IEC 60364-8-82:2022 Abschnitt 82.7 Steuerung und Überwachung verlang ein elektrisches Energiemanagementsystem (EEMS), definiert als: "ein System, das Energieressourcen und -lasten der Anlage überwacht, betreibt, steuert und verwaltet."
Das EEMS kann ein spezielles System oder Teil eines integrierten Systems sein, wie z. B. ein Haus- und Gebäudeautomationssystem (HBES) oder ein Gebäudemanagementsystem (BMS oder BACS) oder ein ähnliches Managementsystem. Siehe auch Smart Panels
Überwachen Sie Ihre Energieerzeugung und Ihren Energieverbrauch, um Probleme frühzeitig zu erkennen und die entsprechenden Maßnahmen zu ergreifen
Um zu verstehen, wie elektrische Energie genutzt wird und wie sie optimiert werden kann, sollten die Eigentümer:
- Verfolgen, wie die lokal erzeugte Energie (PV ...) von den Verbrauchern verbraucht, gespeichert oder in das Netz eingespeist wird
- Verfolgen und analysieren Sie die Trends der lokalen Erzeugung zusammen mit dem Verbrauch der Lasten
- Berechnen des wirtschaftlichen Nutzens in Bezug auf den reduzierten Energieverbrauch aus dem Netz
Ein Überwachungssystem sollte auch Funktionen für die Anlagenverwaltung bereitstellen. Dies beinhaltet die Bewertung der Leistung lokaler Erzeugungssysteme, die Erkennung von Abweichungen oder Fehlfunktionen und die sofortige Benachrichtigung über Störungen.
Da Wechselrichter mit lokalen Erzeugungsquellen die Netzqualität der elektrischen Anlage beeinträchtigen können, wird empfohlen, Störungen der Netzqualität, insbesondere Oberschwingungen und Unsymmetrien, zu messen und zu verfolgen.
Steuerung lokaler Quellen und Lasten in Abhängigkeit von Einschränkungen und Zielen
Bei der Integration lokaler Energiequellen wie einer PV-Anlage in eine Elektroinstallation eines Gebäudes sind häufig Steuerungsfunktionen erforderlich. Diese Funktionen hängen hauptsächlich von den verfügbaren lokalen Energiequellen, dem Vertrag mit dem lokalen Energieversorger und der Art der Installation ab: netzgekoppelt, inselfähig oder netzunabhängig.
Für eine Anlage mit netzgekoppelter PV-Erzeugung können die erforderlichen Steuerungsfunktionen beispielsweise Folgendes umfassen:
- Begrenzung der lokalen Erzeugung, um eine Einspeisung von Energie in das Netz zu vermeiden
- Steuerung des Leistungsfaktors am Netzanschlusspunkt zur Vermeidung von Strafzahlungen
- Verlagerung der Lasten in den Zeitraum der lokalen Erzeugung um den Eigenverbrauch zu maximieren
- Teilnahme an der Nachfragesteuerung, insbesondere wenn auch Speicher oder Generatoren Teil der Anlage sind
Nehmen wir das Beispiel einer inselfähigen Anlage, so sind zusätzliche Steuerungsfunktionen erforderlich, da das Steuerungssystem den Übergang vom netzgekoppelten Betrieb in den Inselbetrieb und umgekehrt sowie das Gleichgewicht zwischen Energieverbrauch und lokaler elektrischer Energieerzeugung im Inselbetrieb sicherstellen soll.
Erweiterte Analysefunktionen zur Optimierung Nutzung lokaler Energiequellen
Erweiterte Cloud-basierte Analysen ermöglichen eine weitere Optimierung der Nutzung der lokalen Energieerzeugung, was zusätzliche wirtschaftliche Einsparungen ermöglicht. Durch die Berücksichtigung ergänzender Kriterien wie sich ändernde Stromtarife, Wettervorhersagen und erwarteter Verbrauch bieten fortschrittliche Analysen die optimale Systemkonfiguration. Für jede lokale Erzeugungsquelle wird ein Sollwert an das lokale Steuerungssystem übertragen, um diese optimale Konfiguration kontinuierlich umzusetzen.
Eine digitale Architektur erfüllt Überwachungs-, Steuerungs- und Optimierungsfunktionen
Sehen wir uns nun die digitale Architektur an, die diese Anforderungen erfüllen kann.
Zuerst müssen Sie Eingabedaten sammeln, z. B.:
- Lokale Energieerzeugung und Wechselrichterstatus von den lokalen Wechselrichtern
- Leistungsmessungen, Energieverbrauch und Daten zur Netzqualität von den Leistungsmessgeräten
- Informationen über Wetterbedingungen, wie Temperatur und Einstrahlungsstärke, die von Sensoren bereitgestellt werden
Diese Daten werden über Kommunikationsnetze gesammelt. High-End-Leistungsmessgeräte und lokale Wechselrichter werden in der Regel direkt über Ethernet angeschlossen. Für Sensoren und andere Geräte können Gateways benötigt werden.
Für reine Überwachungszwecke kann die Datenerfassungshäufigkeit im Durchschnitt alle 10 Minuten erfolgen. Wenn jedoch lokale Steuerungsfunktionen erforderlich sind, sollten die Daten häufiger gesammelt werden.
Die erfassten Daten werden von einem lokalen Steuerungssystem verwendet, um die elektrischen Anlagen effektiv und effizient zu betreiben. Algorithmen und Analysen können optimale Sollwerte für die lokalen Energiequellen und steuerbaren Lasten liefern.
Die gesammelten Daten werden auch von lokaler oder Cloud-basierter Software zur Visualisierung, Analyse und Berichterstellung verwendet.
