Frequenzumrichter für Solarpumpen • WASSER & ABWASSER

Solarbetriebene Pumpsysteme kommen z. B. an Berieselungsanlagen zum Einsatz. (Bild: Brenda Carson/Adobe Stock)Solarbetriebene Pumpsysteme kommen z. B. an Berieselungsanlagen zum Einsatz. (Bild: Brenda Carson/Adobe Stock)
Frequenzumrichter für Solarpumpen

Solarbetriebene Pumpen kommen in zahlreichen Anwendungen zum Einsatz – in Bewässerungssystemen ebenso wie in Kläranlagen, Fischzuchtbetrieben oder Wasserwerken. Die Solarpumpen leisten durch ihren CO2-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.

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 Prozent CO2-neutrale, unbegrenzt verfügbare Energiequelle. Es gibt allerdings einen Nachteil: Gerade in gemäßigten Breiten ist die Sonnenschein-Dauer 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.

Maximale Leistung

Der Automatisierungstechnik-Spezialist Gefran hat nach einer Lösung für dieses Problem gesucht und mit dem ADV200-SP einen Frequenzumrichter speziell für die Leistungsregelung von Solarpumpen entwickelt. Er garantiert, dass die Pumpen immer mit der optimalen Leistung arbeiten – egal, ob die Sonne gerade scheint oder nicht. Möglich wird das durch die besondere Konstruktion des ADV200-SP: Er versorgt Pumpen entweder ausschließlich mit Gleichstrom aus der PV-Anlage, oder schaltet im sogenannten 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.

Algorithmus ermittelt optimalen Arbeitspunkt

Damit der ADV200-SP Solarpumpen immer mit der maximal möglichen Leistung versorgen kann, verfügt er über einen Strahlungssensor und einen sogenannten MPP-Regler. Dieser 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 verändern sich Stromstärke (I) und Spannung (U) des Moduls in einem ganz bestimmten Verhältnis.

Damit verändert sich auch die Lage des MPP 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 das Unternehmen für den ADV200-SP einen dynamischen Such-Algorithmus entwickelt. Er ermittelt automatisch und in kürzester Zeit den jeweils optimalen Arbeitspunkt des PV-Moduls.

Umrichter-Modell als Basis

Der ADV200-SP basiert auf dem bewährten 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 jede Anwendung ermöglicht. Dank dieser Soft-SPS ist zudem keine separate Steuerung erforderlich. Den ADV200-SP gibt es in Ausführungen für die Schaltschrank- und für die Durchsteckmontage.

Sichere Pumpen-Anwendungen

Mit dem ADV200-SP können Verteilerpumpen und Tauchpumpen in verschiedensten 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.

Effiziente Abläufe

Der ADV200-SP optimiert nicht nur die Stromerzeugung bei Solarpumpen, sondern lässt sich auch komfortabel bedienen, 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. Anwender können zudem bis zu 5 komplette Antriebsparameter-Sets up- oder downloaden bzw. speichern. Über eine Extra-Taste werden darüber hinaus die letzten 10 Parameter angezeigt, die geändert wurden.

Vielfältige Schnittstellen und Tools

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 teuren Service-Einsätze mehr gefahren werden und es wird Personal für andere Aufgaben frei.

GF connect 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 ADV200-SP selbst besitzt neben RS485/Modbus RTU auch Schnittstellen für alle gängigen Feldbusse wie z. B. EtherNetIP, Profibus, Profinet, DeviceNet, CANopen, oder EtherCAT. Er bietet Platz für bis zu drei I/O-Karten, mit denen die Funktionalitäten des Umrichters flexibel erweitert werden können.