Behalten Sie den Überblick Visualisierung im Lebenszyklus von Photovoltaik-Anlagen

Unter Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Strahlungsenergie in Form von Sonnenenergie in elektrische Energie. Die eigentliche Energieumwandlung findet mithilfe von Solarzellen, die zu sogenannten Solarpanels verbunden werden, statt. Für die Produktion von Solarzellen muss das in der Natur ausreichend – beispielsweise in Form von Sand – vorkommende Rohsilizium weiter zum Solarsilizium gereinigt werden. Dazu wird es im Siemens-Verfahren zunächst mit gasförmigem Chlorwasserstoff bei 300 bis 350°C in einem Wirbelschichtreaktor zu Trichlorsilan umgesetzt. Nach aufwendigen Destillationsschritten wird das Trichlorsilan in Anwesenheit von Wasserstoff in einer Umkehrung der obigen Reaktion an beheizten Reinstsiliziumstäben bei 1.000 bis 1.200°C thermisch zersetzt. Das elementare Silizium wächst dabei auf die Stäbe als Einkristall auf. Für die industrielle Massenproduktion von Silizium hat die centrotherm photovoltaics AG einen Chemical Vapor Deposition Reaktor (CVD-Reaktor) entwickelt (Bild 1). Im CVD-Verfahren wird Silizium aus der Gasphase abgeschieden. Als Ausgangsmaterialien werden Wasserstoff und hochreines Trichlorsilan eingesetzt, die bei hoher Temperatur und hohem Druck zu Silizium reagieren. Die Reaktoren werden mit redundanten, fehlersicheren Steuerungen (SIL – Safety Integrity Level 2) betrieben. Mit der objektorientierten Prozessvisualisierung GraphPic erfolgt die Bedienung, Beobachtung und kontinuierliche Messwertaufzeichnung (Bild 2). Mithilfe der lückenlosen Messwertaufzeichnung und -auswertung kann der sensible Regelprozess kontrolliert und stetig verbessert werden. Hierdurch wird ein Reinheitsgrad von über 99,99% beim Herstellprozess realisiert, der für die Weiterverarbeitung in den zuvor beschriebenen Solarpanels essenziell ist. Skalierbarkeit für jede Anwendung Die objektorientierte Visualisierungslösung GraphPic wird permanent weiterentwickelt. Außerdem können Anforderungen des Anwenders sowie aktuelle Technologien wie z.B. .NET in den Standard integriert werden. Durch den modularen Aufbau (Bild 3) kann die Software an die Anforderungen angepasst werden. Das Kernelement der Visualisierung ist die grafische Bedienung und Navigation der projektierten Oberflächen in Form von Prozessbildern. Die durchgängige Objektorientierung und die modulare Gesamtarchitektur gewährleisten eine rasche Realisierung des Visualisierungsprojekts. Durch erweiterte Skriptfunktionen ist eine flexible Programmsteuerung möglich. Bei der Erstellung des Projekts kann eine exakte Analyse der Skriptabarbeitungen durch ein Echtzeit-Debugging erfolgen. Entsprechende Features der Entwicklungsumgebung sind meist nur bei Hochsprachen zu finden. Zusätzlich verfügt GraphPic über ein umfangreiches Meldesystem, das aktuelle Störungen der Anlage anzeigt und diese für spätere Auswertungen, Statistiken usw. in der zentralen Datenbank (SQL-Server) archiviert. Neben dem Quittieren einer Meldung kann der Benutzer über Störungsbegründungen Zusatzinformationen im System hinterlegen. Auf Basis der gesammelten Daten können Fehler durch detaillierte Auswertungen über Filterfunktionen, Tabellen und Charts gefunden und die Anlagenverfügbarkeit erhöht werden. Die Reaktionszeiten im Störfall können durch eine proaktive Funkrufbenachrichtigung über E-Mail, Sprachausgabe, SMS usw. reduziert werden – Funktionen, die bisher überwiegend größeren Leitsystemen vorbehalten waren. Neben der Anzeige von Prozessbildern ist die Datenkopplung an die Steuerungsebene eine Kernfunktion jeder Visualisierungslösung. Hierzu stehen Treiber für unterschiedliche Schnittstellen zur Verfügung. Eine flexible und einfache Lösung zur Anbindung, die fast jeder Hersteller weltweit unterstützt, stellt dabei OPC (Openness, Productivity and Collaboration) dar. Verteilte Anlagen überwachen Der weltweiten Ressourcen-Knappheit entgegenzuwirken, bedeutet zunehmend auf erneuerbare Energien zu setzen. Der Industriestandort Deutschland ist im Bereich der Photovoltaik-Technik in den vergangenen Jahren weltweit zum Innovationsführer geworden. Nicht zuletzt durch die permanente Verbesserung des zuvor angesprochenen Herstellungsprozesses konnten die Produktionskosten nachhaltig gesenkt und die Qualität verbessert werden. Das ist die Grundlage für wirtschaftlich sinnvolle Photovoltaik-Großanlagen, wie sie derzeit u.a. von Großstädten wie München geplant werden, um mittelfristig eine Unabhängigkeit vom konventionellen Energiemarkt zu erreichen. Bei großen, verteilten Anlagen spielt eine geeignete und zuverlässige Überwachung eine erhebliche Rolle. Gerade hier ist GraphPic mit seiner skalierbaren Client-Server-Architektur geeignet, um die Überwachung und Visualisierung der örtlich verteilten Anlagen zu gewährleisten. Die Messwerterfassung beinhaltet sowohl für Einzelbereiche als auch für den gesamten Anlagenverbund die Aufbereitung von Trendkurven. Das umfasst die detaillierte Darstellung und Archivierung von z.B. Spannungs- und Stromwerten über stufenlose Zoom- und Scrollfunktionen. Eine optimale Anpassung der Trendkurven durch eine Autoskalierung der Wertachsen ist dabei genauso enthalten wie die Erstellung individueller Layouts mit mehreren Trends. Darüber hinaus stehen dem Anwender Zusatzmodule wie ein Scheduler für die Ausführung von ereignis- oder zeitgesteuerten Schaltbefehlen, ein Änderungsjournal zur Erhöhung der Transparenz durch protokollierte Bedienvorgänge, Druck- und Webreports zur Protokollierung statistischer Auswertungen zur Verfügung. Eine wichtige Säule zur weltweiten Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energien stellt schon heute die Photovoltaik-Technik dar. Mit geeigneten IT-Technologien kann sowohl der Herstellungsprozess entsprechender Komponenten als auch der Betrieb der Anlagen effizient gestaltet werden. Durch die Software-Architektur und umfangreiche Funktionsmodule ist GraphPic für den Einsatz als Prozessvisualisierung bei größeren und auch verteilten Anlagen geeignet.