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antriebstechnik 10/2021

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antriebstechnik 10/2021

UMRICHTERTECHNIK

UMRICHTERTECHNIK FREQUENZUMRICHTER SOLARPUMPEN IM OPTIMIERTEN BETRIEB HALTEN Solarbetriebene Pumpen leisten durch ihren CO 2 -neutralen Betrieb einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz und sichern die Wasserversorgung in Gebieten mit mangelhaften Stromnetzen. Der neue Frequenzumrichter ADV200-SP von Gefran sorgt dafür, dass der Pumpenmotor bei jedem Wetter mit optimaler Leistung arbeitet. Giuseppe Savoca ist Vertriebsleiter Antriebstechnik Deutschland bei der Gefran Group in Seligenstadt Es gibt viele Regionen in der Welt, in denen oft die Sonne scheint. Photovoltaik-Anlagen sind hier eine günstige und vor allem umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen, fossilen Energieträgern. Deren Ressourcen sind zum einen begrenzt, zum anderen ist diese Art der Stromerzeugung mit einem hohen Ausstoß an Treibhausgasen verbunden. Bei Solarstrom handelt es sich dagegen um eine zu 100 % CO 2 -neutrale, unbegrenzt verfügbare Energiequelle. Es gibt allerdings einen Nachteil: Gerade in gemäßigten Breiten ist die Sonnenscheindauer starken Schwankungen unterworfen. Der durch eine PV-Anlage erzeugte Strom reicht deshalb in der Regel nicht aus, um z. B. Pumpen konstant mit der benötigten elektrischen Energie zu versorgen. AUF DIE JEWEILIGEN WETTERVERHÄLTNISSE ABGESTIMMT Das Unternehmen Gefran hat nach einer Lösung für dieses Problem gesucht und mit dem ADV200-SP einen Frequenzumrichter speziell für die Leistungsregelung von Solarpumpen entwickelt. Er sorgt dafür, dass die Pumpen immer mit der optimalen Leistung arbeiten – egal, ob die Sonne gerade scheint oder nicht. Möglich wird das durch die Konstruktion des ADV200-SP: Er versorgt Pumpen entweder ausschließlich mit Gleichstrom aus der PV-Anlage, oder schaltet im Hybrid- Betrieb bei bedecktem Himmel automatisch auf das Netz bzw. eine andere sekundäre Energiequelle um. Ein dritter Modus erlaubt die gleichzeitige Speisung des Pumpenmotors mit Gleichstrom aus der PV-Anlage und Wechselstrom aus dem Netz oder von einem Generator. Damit der ADV200-SP Solarpumpen immer mit der höchstmöglichen Leistung versorgen kann, verfügt er über einen Strahlungssensor und einen sogenannten MPP-Regler. Dieser Regler spürt kontinuierlich den „Maximum Power Point“ auf, den maximalen Arbeitspunkt. Damit wird der Betriebspunkt bezeichnet, an dem ein PV-Modul die höchste Leistung abgibt. Die Ermittlung des MPP ist erforderlich, da jedes PV-Modul ein ganz spezifisches elektrisches Verhalten aufweist: Je nach Einstrahlungsstärke des Sonnenlichts und der Temperatur des PV-Moduls 30 antriebstechnik 2021/10 www.antriebstechnik.de

verändern sich Stromstärke (I) und Spannung (U) des Moduls in einem ganz bestimmten Verhältnis. Die Lage des MPP verändert sich somit ebenfalls ständig. Der vom MPP-Regler eingestellte maximale Arbeitspunkt der PV- Anlage kann deshalb immer nur eine Annäherung an den realen MPP sein. Je besser diese Annäherung gelingt, desto größer ist der Energieertrag der PV-Anlage und desto höher ist die Leistung einer angeschlossenen Pumpe. Um dem realen MPP so nahe wie möglich zu kommen, hat Gefran für den ADV200-SP einen dynamischen Such-Algorithmus entwickelt. Er ermittelt automatisch und in kurzer Zeit den jeweils optimalen Arbeitspunkt des PV-Moduls. VON TAUCHPUMPEN BIS WASSERWERKEN Der Frequenzumrichter ADV200-SP basiert auf dem skalierbaren Frequenzumrichter ADV200 für industrielle Anwendungen, der sich durch eine hohe mechanische Modularität auszeichnet. Er verfügt über eine feldorientierte Vektorregelung sowie eine offene Programmierplattform (Software SPS), die eine flexible Maschinensteuerung und die reibungslose Integration in vielzähligen Anwendungen ermöglicht. Mithilfe dieser Soft-SPS ist zudem keine separate Steuerung erforderlich. Den ADV200-SP gibt es in Ausführungen für die Schaltschrank- und für die Durchsteckmontage. Mit dem ADV200-SP können Verteilerpumpen und Tauchpumpen in verschiedenen Anwendungen energieeffizient betrieben werden – in Kläranlagen ebenso wie in Bewässerungssystemen oder Wasserwerken. Der Umrichter hat einen Leistungsbereich von 1,5 kW bis 160 kW und ist mit zahlreichen nützlichen Features für die Pumpen-Kontrolle ausgestattet. Zu den Funktionen gehört z. B. ein Warnsystem, das den Anlagenbetreiber über ein mögliches Trockenlaufen der Pumpe informiert, eine automatische Druck- und Durchflussmessung sowie eine Reinigungsfunktion, die das Laufrad der Pumpe von festen Ablagerungen befreit. Neben der Optimierung der Stromerzeugung bei Solarpumpen, soll sich der Frequenzumrichter ADV200-SP auch komfortabel bedienen lassen, da er Tasten für die schnelle Menü-Navigation besitzt und über ein übersichtliches 4-zeiliges Display verfügt. So ist der Anwender jederzeit über den Status der Applikation informiert. Nutzer können zudem bis zu fünf komplette Antriebsparameter-Sets up- oder downloaden bzw. speichern. Über eine Extra-Taste werden darüber hinaus die letzten zehn Parameter angezeigt, die geändert wurden. FERNWARTUNG VON ANGE- SCHLOSSENEN PUMPEN MÖGLICH Über die integrierte RS485-/Modbus RTU- Schnittstelle des Umrichters ist auch der Aufbau von Mehrpunkt-Verbindungen und Peer-to-Peer-Netzwerken zwischen einer Vielzahl von Pumpen möglich. Ein weiteres nützliches Feature bietet das separat erhältliche GF connect-Modul: Mittels OpenVPN und SSL-Protokoll lassen sich die angeschlossenen Pumpen fernwarten. So müssen für die Zustandskontrolle keine kostenintensiven Service-Einsätze mehr gefahren werden und es wird Personal für andere Aufgaben frei. Das GF connect-Modul macht es auch möglich, das gesamte Pumpensystem jederzeit von jedem Ort der Welt im Blick zu behalten – eine stabile Internet-Verbindung vorausgesetzt. Das Modul verfügt über einen integrierten Webserver und stellt einen Gateway zwischen netzwerkfähigen Geräten her, die mit verschiedensten Protokollen ausgerüstet sein können (3G). Der Frequenzumrichter ADV200-SP selbst besitzt neben RS485/Modbus RTU auch Schnittstellen für alle gängigen Feldbusse wie zum Beispiel EtherNetIP, Profibus, Profinet, DeviceNet, CANopen, oder EtherCAT. Zudem bietet der ADV200-SP Platz für bis zu drei I/O-Karten, mit denen die Funktionalitäten des Umrichters flexibel erweitert werden können. Fotos: Aufmacher (links) GalinaSt/stock.adobe.com, Aufmacher (mittig) Brenda Carson/stock.adobe.com, Aufmacher (rechts) Eyematrix/stock.adobe.com, sonst. Gefran www.gefran.com DIE IDEE „Unser Frequenzumrichter ADV200-SP wurde speziell für die Leistungsregelung von Solarpumpen entwickelt. Der Umrichter verfügt über einen Strahlungssensor und einen MPP-Regler, damit die Pumpen bei jedem Wetter mit optimaler Leistung arbeiten. Er versorgt sie entweder mit Gleichstrom aus der PV-Anlage oder schaltet in den Hybridbetrieb, das heißt auf das Netz oder eine sekundäre Energiequelle um. Ein dritter Modus erlaubt die gleichzeitige Speisung mit Gleichstrom aus der PV-Anlage und Wechselstrom.“ Giuseppe Savoca, Vertriebsleiter, Gefran www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2021/10 31