Anlagenüberwachung: Monitoring von PV-Anlagen

24.03.2021 | JS – Online-Redaktion, Forum Verlag Herkert GmbH

Der sichere Betrieb einer PV-Anlage basiert nicht nur auf fachlich richtiger Planung und Installation sowie regelmäßigen Prüfungen, sondern auch auf der dauerhaften Anlagenüberwachung. Das Monitoring von PV-Anlagen ermöglicht es Betreibern, schnell auf Störungen zu reagieren und Ertragsverluste zu vermeiden. Eine datenbasierende Anlagenüberwachung ist dabei einer Überwachung über den Wechselrichter zu bevorzugen.

  

Inhaltsverzeichnis 

1. Überwachung einer Photovoltaik-Anlage: Ertragsüberwachung und Sicherheit
2. Monitoring von PV-Anlagen mit Anlagenüberwachungssystemen

3. Anlagenüberwachung über Wechselrichter (für kleine PV-Anlagen)

4. Anlagenüberwachung über Datenlogger und Monitoringsysteme

5. Konfiguration von Anlagenüberwachungssystemen

6. Fazit zur Anlagenüberwachung

Überwachung einer Photovoltaik-Anlage: Ertragsüberwachung und Sicherheit

Jeder Betreiber einer Photovoltaik-Anlage verfolgt wirtschaftliche Ziele, weshalb er den Ertrag seiner Anlage(n) stets im Blick behalten sollte. Damit eine PV-Anlage Ertrag bringt, ist es notwendig, dass sie kontinuierlich im Betrieb ist und Störungen zeitnah beseitigt werden. Möglich wird das mit einer funktionierenden und permanenten Anlagenüberwachung. Wird das Monitoring der PV-Anlage vernachlässigt und werden Schäden erst Monate später behoben, bleibt auch der eventuell vorkalkulierte Ertrag aus. 

Sicherheit von PV-Anlagen

Neben der wirtschaftlichen Ertragsüberwachung steht die Sicherheit im Vordergrund. Mit kontinuierlicher Anlagenüberwachung können Betreiber Schäden wie Kurzschlüssen, Wechselrichterausfällen oder Schmor- und Brandstellen vorbeugen. Denn im professionellen Monitoring sind Anfangsschäden wie Tierverbiss oder Schäden an den Modulen frühzeitig erkennbar, sodass größere Folgeschäden vermieden werden können. 

Monitoring von PV-Anlagen mit Anlagenüberwachungssystemen 

Für das Monitoring einer PV-Anlagen stehen Betreibern unterschiedliche Möglichkeiten zur Verfügung, denn sie können auf unterschiedliche Anlagenüberwachungssysteme zurückgreifen. Anlagenüberwachungssysteme sind technische Einheiten, die die Betriebsdaten einer PV-Anlage sammeln und weiteren technischen Systemen zur Verfügung stellen. Diese wiederum bereiten die gelieferten Daten lesbar bzw. visuell auf und generieren Fehlermeldungen.  

Für welches Anlagenüberwachungssystem sich Anlagenbetreiber entscheiden, wird oft von der Größe der Anlage abhängen. Private Betreiber begnügen sich in der Regel mit dem Auslesen der Anzeige des Wechselrichters. Gewerbetreibende, die eine große Anlage betreiben, werden eher zu komplexeren Systemen wie Datenloggern greifen. Die Notwendigkeit zur dauerhaften täglichen Anlagenüberwachung ergibt sich jedoch unabhängig von der Anlagengröße.

Anlagenüberwachung über Wechselrichter (für kleine PV-Anlagen) 

Jede PV-Anlage verfügt über einen Wechselrichter, der Betriebsdaten erfasst und auf dem integrierten Display anzeigt. Die alleinige visuelle Kontrolle der Wechselrichter oder gar nur der Werte am Einspeisezähler erlaubt aber nur sehr begrenzte Rückschlüsse auf das Betriebsverhalten einer PV-Anlage. Der Nachteil ist, dass ein Wechselrichter in der Regel nur Momentanwerte wiedergibt, die kaum genaue Rückschlüsse auf das zu erwartende Betriebsverhalten ermöglichen. 

Noch schwieriger gestaltet sich die Anlagenüberwachung, wenn die PV-Anlage über mehrere Wechselrichter mit zudem noch unterschiedlichen Strings und Dachausrichtungen verfügt. Während es bei einem Wechselrichter mit einem String noch möglich sein könnte, die monatlichen Zählerwerte mit den Werten aus dem Vorjahr oder Vergleichswerten aus dem Internet zu vergleichen, benötigen Betreiber von Anlagen mit mehreren Wechselrichtern ein aufwendigeres Monitoring. 

Praxis-Tipp: Es ist nicht zu empfehlen, den Jahresertrag einer PV-Anlage abzuwarten und als Vergleich heranzuziehen. Denn so werden mögliche Störungen erst sehr spät festgestellt. Im schlimmsten Fall kann die PV-Anlage über mehrere Monate nicht den gewünschten Ertrag erbringen, weil eine kleine Reparatur nicht durchgeführt wurde. 

Moderne Lösungen für kleine PV-Anlagen

Es gibt inzwischen moderne  Wechselrichter mit integrierter Schnittstelle für eine direkte Datenaufbereitung über Internetportale. Über Bluetooth- oder GPRS-Funktion gibt es zudem bereits kleine Datenlogger und Monitoringsysteme, die eine ortsnahe Überwachung der Anlage ermöglichen, ohne direkt am Wechselrichter Daten auslesen zu müssen. 

Anlagenüberwachung über Datenlogger und Monitoringsysteme 

Professionelle Anlagenüberwachungen lassen sich nur mit einem entsprechenden Monitoring realisieren. Bei größeren PV-Anlagen ist ein Datenlogger sowie ein visuell aufbereitetes Monitoringsystem für eine wirtschaftliche und sichere Betriebsführung in der Regel unverzichtbar. Dieses Monitoring liefert gesicherte Messdaten und Fehlermeldungen. 

Mithilfe eines visualisierten Monitoringsystems erkennen Betreiber schnell Anlagenausfälle, Teilausfälle oder Teilabschaltungen von Wechselrichtern. Mit moderner Sensortechnik können Anlagenbetreiber sogar Ausfälle von einzelnen Stringleitungen oder Generatoren erkennen. Für Laien sind die ausgespielten Daten und der Handlungsbedarf jedoch oft nicht leicht zu bewerten. Erste Anhaltspunkte zur Bewertung gibt das „Handbuch Planung und Wirtschaftlichkeit von Photovoltaik-Anlagen“, das einige Handlungsempfehlungen für den sicheren Betrieb von PV-Anlagen enthält. 

Vorteile eines Datenloggers 

Zur Auswertung des Ertrags ist ein Datenlogger zu empfehlen. Ein Datenlogger zeichnet die Daten der Wechselrichter sowie Strings auf und sendet diese über eine Schnittstelle an den PC oder über das Internet. So können Betreiber ortsunabhängig und jederzeit auf die visualisierten Datensätze zugreifen. Neben automatisierten Fehlermeldungen können ergänzende Messinstrumente wie Einstrahlungssensor, Windmesser oder Temperaturfühler alle für die professionelle Anlagenüberwachung relevanten Daten liefern. 

Die Daten werden zum einen in Echtzeit geliefert, zum anderen erhält der Betreiber der PV-Anlage bereits ausgewertete Ergebnisse wie z. B. den spezifischen Jahresertrag oder die Performance Ratio. Bei letzterer ist der Betreiber dann nicht mehr ausschließlich auf sonnige Tage angewiesen, um die Leistung der Anlage einschätzen zu können. Selbst an regenreichen Tagen ergeben sich dann Datenwerte, die eine sichere Einschätzung der Anlagenperformance ermöglichen und Ausfälle auch sicher erkennen lassen. 

Produktempfehlung

Für die Überwachung von Großanlagen ist es ratsam, einen Installateur bzw. einen fachspezifischen Dienstleister zu engagieren. Dieser kann bei auftretenden Störungen in der Regel viel schneller reagieren. Notwendig wird dann ein Wartungsvertrag. Was dabei zu beachten ist, erklärt das „Handbuch Planung und Wirtschaftlichkeit von Photovoltaik-Anlagen“.

Konfiguration von Anlagenüberwachungssystemen

Ist das geeignete System zur Anlagenüberwachung gewählt, ist sicherzustellen, dass die Konfiguration passt. Zu beachten sind insbesondere folgende Aspekte: 

• Sind Wechselrichter und deren Strings zweifelsfrei zuordenbar? 
• Stehen alle erforderlichen Daten zur Verfügung? Für die einzelnen Strings oder Wechselrichtereingänge wären das u. a. die Werte für:
• eingangsseitig
• Gleichstromleistung (P_DC)
• Spannungswerte (U_DC)
• Stromwerte (I_DC)
• Isolationswerte (R_DC)
• ausgangsseitig
• Spannung (U_AC)
• Strom (I_AC)
• Leistung (P_AC)
• Netzfrequenz (ƒ)
• erzeugte Energiemenge
• spezifischer Ertrag 
• Störungen, Fehlermeldungen, Ereignismeldungen 

Praxis-Tipp: Um gut auflösbare Datenketten zu erhalten, sollten Anlagenbetreiber die Datenaufzeichnung auf das kleinste Zeitintervall einstellen. Soweit sich in einer PV-Anlage viele Wechselrichter befinden, ist es zudem empfehlenswert, die Wechselrichter in Gruppen aufzuteilen. 

Fazit zur Anlagenüberwachung 

Dauerhafte und kontinuierliche Anlagenüberwachung erfüllt im Wesentlichen zwei Zwecke: Ertragsüberwachung und Sicherheit der PV-Anlage. Es ist nicht nur ärgerlich, wenn eine Anlage wegen eines Störungsfalls nicht den gewünschten Ertrag bringt, sondern kann auch teuer werden, wenn aus einer kleinen Störung größere Folgeschäden entstehen. 

Welches Anlagensystem sich für das Monitoring der eigenen PV-Anlage eignet, ist individuell zu klären. Auf dem Markt gibt es recht einfache Systeme mit automatisch generierender Fehlermeldung bis hin zu ausgefeilten Techniken mit Einzelstringüberwachung sowie Einstrahlungs- und Temperatursensoren. Ob sich das auch für kleine PV-Anlagen lohnt, muss der Betreiber abwägen. 

Produktempfehlung

Im Hinblick auf die Sicherheit einer PV-Anlage ist die Anlagenüberwachung jedoch nur das letzte Rädchen. Viel wichtiger ist es, dass die Installation fachmännisch ausgeführt wird und der sichere Betrieb durch regelmäßige Prüfungen gewährleistet wird. Hierfür müssen Fachbetriebe einige Anforderungen erfüllen. Das „Handbuch Planung und Wirtschaftlichkeit von Photovoltaik-Anlagen“ hilft bei der Wahl einer geeigneten Anlagenüberwachung. 

Quelle: Handbuch Planung und Wirtschaftlichkeit von Photovoltaik-Anlagen