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.