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.