Eine sorgfältige Überwachung der PV-Anlage ist ein unternehmerisches Muss - Über den Ertrag stets auf dem Laufenden

Dies sind nur wenige Beispiele, die zeigen, wie schnell die Leistung einer PV-Anlage beeinträchtigt werden kann. Andererseits wird gerade bei PV-Anlagen scharf gerechnet. Zehn-, wenn nicht Hunderttausende von Euro fließen in die Investition. Damit der Anlagenbetreiber das Fremdkapital möglichst schnell abzahlen kann, kommt es auf jede Kilowattstunde an, die er ins Stromnetz einspeisen kann. Ärgerlich, wenn die Summe sinkt, bloß weil niemandem aufgefallen ist, dass die Leistung nicht stimmt. Die Überwachung von PV-Anlagen ist deshalb weit mehr als eine freiwillige Spielerei. Sie ist ein unternehmerisches Muss. Für den Anlagenbetreiber stehen dafür viele Möglichkeiten zur Verfügung. Sie reichen von der einfachen Beobachtung der wichtigsten Daten auf einem Wohnzimmerdisplay bis hin zur fundierten Auswertung auf dem eigenen PC.

Noch zu wenig Überwachung
Immer noch sparen Anlagenbetreiber gern bei der Kontrolle ein. „Man geht davon aus, dass das Industrieprodukt den Normen entspricht und schon funktionieren wird“, weiß Christian Keilholz, Solarsachverständiger aus Oberbergkirchen in Bayern. Er schätzt: „95% denken so.“ Diese Einstellung hält Keilholz, der jedes Jahr Schadensfälle bei Anlagen mit mehreren MW Leistung auf den Tisch bekommt, für fahrlässig. Ertragsüberwachung bezeichnet er aus seiner Erfahrung heraus als „eine absolut sinnvolle Maßnahme“.
Wenn ein Anlagenbetreiber sich für ein Kontrollinstrument entschieden hat, heißt es allerdings nicht, dass er es auch regelmäßig nutzt. Hier stellt Martin Schneider, Geschäftsführer der Meteocontrol GmbH, Hersteller von Mess- und Überwachungsgeräten in Augsburg, Defizite fest. „Wenn die erste Euphorie nach der Inbetriebnahme verflogen ist, ist der Blick auf den Zähler alle zwei Monate normal“, sagt er. Dann bleiben Ertragseinbußen über Wochen, wenn nicht Monate unentdeckt. Unternehmen wie Meteocontrol oder das Ingenieurbüro Papendorf Software Engineering aus Gärtringen (Baden-Württemberg) sind darauf spezialisiert, Lösungen für die Anlagenbeobachtung und -überwachung zu entwickeln. Sie bieten sie als OEM-Produkte oder im Direktvertrieb an. Bei Wechselrichterherstellern laufen Geräte zur Visualisierung und Überwachung von Solarstromanlagen unter Zubehör und sind Teil des Standardprogramms.

Überwachung vor Ort oder aus der Ferne
Die Hersteller unterscheiden ihre Produkte üblicherweise nach zwei Kriterien. Zum einen ist die Unterteilung in lokale und Fernüberwachung üblich, zum anderen die Unterscheidung von einfachen Geräten für private Betreiber mit kleinen Anlagen sowie komplexen Systemen für „Profis“ mit größeren Anlagen wie Solarparks.
Weiterhin lohnt sich ein Blick, ob ein Gerät lediglich visualisiert, das heißt, Basisdaten wie Tages-, Monats- und Jahreserträge erfasst und auf einem Display anzeigt, oder ob es eine Anlage tatsächlich überwacht. In letzterem Fall trägt das Gerät umfassende Betriebsdaten zusammen, analysiert diese und alarmiert den Betreiber bei Störungen. Die Darstellung auf einer Anzeigetafel oder im Internet ist dann nur eine von vielen Funktionen. Diese aufwendigere, aber aussagekräftigere Lösung kann nochmals um Sensoren ergänzt werden, sodass das Gerät einen Soll-Ist-Vergleich durchführen kann. Dabei wird der tatsächliche Ertrag anhand von Wetter- und Satellitendaten mit dem theoretisch möglichen Ertrag verglichen.

Vom Wohnzimmer aus
Die einfachste Möglichkeit, sich über den Ertrag auf dem Laufenden zu halten, ist, auf das Display des Wechselrichters zu sehen und den Leistungswert des Stromzählers zu kontrollieren. Doch nicht jeder will ständig zum Wechselrichter laufen, der vielleicht im Keller, in der Scheune oder in einem Gebäude Kilometer entfernt installiert ist.
Als komfortablere Lösung gibt es daher ein Display für das Wohnzimmer oder jeden anderen Raum im Haus. Damit die Daten außerhalb des Wechselrichters angezeigt werden können, sind nur wenige Komponenten nötig. Im Wechselrichter gibt es eine Netzwerkkarte (zum Beispiel als „ComCard“ bezeichnet), die er braucht, um Daten an einen sogenannten Datenlogger zu senden. Dieser wiederum sammelt die Informationen in einem System. Er ist die externe Schnittstelle zwischen einem Wechselrichter beziehungsweise dessen Netzwerkkarte und dem PC. Die Kommunikation via Datenlogger zwischen Wechselrichter und Computer ist über mehrere Wege möglich: kabelgebunden (per Ethernet) über DSL oder Festanschluss, über ein analoges Modem, ein GSM-Funkmodem oder über eine digitale Speicherkarte (SD-Karte).
Ein Beispiel für ein einfaches, kostengünstiges Kontrollgerät für den Privatmann ist der „Sunny Beam“ von SMA. Die Daten werden kabellos per Funk übertragen. Auf dem Display des Tischgerätes kann der Betreiber Daten wie den Tagesverlauf, die aktuelle Leistung oder den Tages- und Gesamtenergieertrag ablesen. Das Gerät kann mit mehreren Wechselrichtern kommunizieren und zeigt die Leistungen der einzelnen Wechselrichter und die Monatsübersicht an. Auch Angaben wie der Energieertrag in Euro oder die CO²-Einsparungen sind mittlerweile Standard bei diesen einfachen Ausführungen.

Wenn der Profi überwacht
Bei den Profi-Versionen werden umfangreichere Daten ermittelt und Anlagen miteinander verglichen. Auch kann die Überwachung aus der Ferne über einen PC erfolgen. Solche Geräte können je nach Anbieter die Daten von beispielsweise 32 oder 99 Wechselrichtern erfassen.
Zu den Betriebsdaten, die erfasst werden, zählen die Wechselrichter-Temperatur, Spannung und -Stromwerte, die Leistung und der Tagesertrag. Papendorf Engineering zum Beispiel erfasst diese Daten in seiner Version für kommerzielle Betreiber und Großanlagen, dem „Sol.Connect.Center“, in 10-Minuten-Intervallen. Üblich sind auch viertelstündliche Aufzeichnungen. Weiterhin zeichnet das Gerät Daten wie Serien- und Wechselrichternummern, Status- und Betriebsmodus auf. In Profigeräten werden die Daten über mehrere Jahre gespeichert, beim einfachen Display für Privatleute sind kürzere Zeiträume wie 30 Tage üblich.

Automatischer Alarm
Um überhaupt von Überwachung sprechen zu können, sollte ein Gerät eine Alarmfunktion bei Störungen beinhalten. So wird der Betreiber zum Beispiel benachrichtigt, wenn der Ertrag von Normwerten, die frei definiert werden können, abweicht, oder wenn es bei einzelnen Wechselrichtern oder der Gesamtanlage zu Produktionsausfällen kommt. Sonstige Auffälligkeiten im System können ein Neustart oder die Änderung von Systemkonfigurationen sein. Der Betreiber kann wählen, ob er per E-Mail, SMS, Fax oder telefonisch informiert werden möchte.

Ortsunabhängige Überwachung per PC
Darüber hinaus gibt es auch im laufenden störungsfreien Betrieb Protokolle, die zum Beispiel täglich oder wöchentlich versendet werden. Je nach Bedarf können sie auch auf dem PC eingesehen werden. Hierfür sind Internetportale üblich. „Sunny Portal“ von SMA, „Fronius Solar Web“ und „PowadorWeb“ von KACO sind solche Angebote. Solarstromerzeuger können so von jedem internetfähigen Computer auf der Welt den Betrieb ihrer Anlage in Echtzeit kontrollieren und gegebenenfalls Fehlerdiagnosen einholen. Die Daten stehen in geschützten Bereichen zur Verfügung.
Eine andere Möglichkeit bieten einige Anbieter über ihre Internetportale. Zum Beispiel Kaco: Der Wechselrichterhersteller erstellt in seinem Onlineportal Soll-Ist-Vergleiche und nutzt dafür Modul- und Wechselrichterdaten sowie Standortdaten, zu denen die Auslegung und Ausrichtung der Anlagen gehören. „Es ist nicht unbedingt notwendig, einen lokal installierten Sensor zu verwenden, aber auf jeden Fall ratsam“, sagt Daniel Kachel, Mitarbeiter im Bereich Wechselrichter-Zubehör bei Kaco. Dies hängt mit der Toleranz der Messung zusammen. „Mit lokalem Sensor beträgt diese +/- 6%“, erläutert Kachel. „Bei Satellitendaten hängt die Genauigkeit von den Wetterverhältnissen ab und kann zwischen +/-6 bis 12% schwanken.“
Dass der Soll-/Ist-Vergleich nicht zum Standardprogramm bei der Überwachung gehört, erstaunt Christian Keilholz nicht. „Wer hat schon Interesse daran, dem Betreiber aufzuzeigen, wie viel er theoretisch erzeugen könnte und dass sein Ertrag vielleicht darunter liegt?“ Von einem Modul- oder Wechselrichterhersteller könne man dies kaum erwarten.
Außerdem macht er auf einen weiteren Punkt aufmerksam. „Bei der Messung der Bestrahlungsstärke können, insbesondere bei Dünnschichtmodulen, Fehler von +/-10% gemacht werden“, erläutert der Solargutachter. Nachfolgende, eventuell ebenfalls fehlerbehaftete Berechnungen würden diesen Fehler mit den entsprechenden Konsequenzen für die Gesamtgenauigkeit übernehmen. Betreibern rät er daher, unbedingt die Gesamtgenauigkeit des Systems zu erfragen.
Warum tun Betreiber und Installateure sich nun noch so schwer mit der Überwachung? Für Keilholz liegt die Antwort auf der Hand: „Letztendlich zählt das Geld auf dem Konto, da scheut man die zusätzliche Investition.“ Verbände wie die Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie (DGS) empfehlen die Überwachung von PV-Anlagen. Ralf Haselhuhn, Leiter des Fachausschusses PV der DGS, hält sie insbesondere bei Großanlagen für Pflicht.
Eine zunehmende Nachfrage nach Überwachungssystemen für Großanlagen und Solarparks stellt zum Beispiel der Hersteller SMA fest. Mit Preisangaben hält er sich aber ebenso wie seine Mitbewerber bedeckt. Großhandelspreise seien wenig aussagekräftig, lautet die Begründung. Einfacher ist es bei Anbietern, die Services von Meteocontrol nutzen.

Benutzerfreundliche Bedienung
Meteocontrol bietet Systeme zur Überwachung an, die die Kunden, zum Beispiel Wechselrichterhersteller, entweder als eigene Produkte und auf ihrem eigenen Server betreiben können, oder sie können über den Meteocontrol-Server laufen. Das Monitoring-System, das der niederländische Wechselrichter-Hersteller Mastervolt mit seinen Geräten anbietet, basiert auf dem System von Meteocontrol. Auf seiner Website veranschau-licht Mastervolt die Anlagenüberwachung am Beispiel einer 43,11-kW-Anlage einer Zimmerei. Das Beispiel zeigt, wie benutzerfreundlich solche Systeme heutzutage sind. Wer nur einen Blick investieren will, schaut einfach auf den gezeichneten Daumen im Kästchen „Beurteilung“. Zeigt der nach oben, heißt es: Die Anlage läuft einwandfrei. Dann noch schnell ein Klick auf den Link „Solarkonto“ und der Betreiber sieht, wie viel Energie er seit Inbetriebnahme und am Vortag erzeugt hat. Die Beträge werden auch in Euro angezeigt. Zeigt der Daumen nach unten, gibt es eine Fehlerursache. Jetzt kann der Nutzer unter den einzelnen Punkten nach der Schwachstelle suchen. Allerdings sollte er bei einer Störung auch schon benachrichtigt worden sein.
Grundsätzlich gilt, dass die Überwachungssysteme benutzerfreundlicher werden. Anstatt endloser Zahlenkolonnen sind nur die wichtigsten Daten erfasst und zu übersichtlichen Grafiken aufbereitet. Unter dem Link „Analyse“ findet der Anlagenbetreiber bei Mastervolt beispielsweise Daten zur Performance-Ratio, zum Wirkungsgrad und zur Input/Output-Leistung über die Einstrahlung. Unter dem Link „Auswertung“ kann er sich unter anderem über die laufende Energieproduktion mit Anlagenleistung sowie Spannung, Ströme und Temperatur der angeschlossenen Wechselrichter auf dem Laufenden halten.
Die Kosten für ein einfaches Monitoring-System, das die Daten auf einem PC anzeigt, beziffert Ulrich Trattmann, Geschäftsführer der deutschen Niederlassung von Mastervolt, mit etwa 200 Euro. Bei einem Internet-Portal können die Betreiber mit einer einmaligen Gebühr von rund 800 bis 1500 Euro inklusive Datenlogger rechnen. Hinzu kommt eine einmalige Gebühr für die Einrichtung des Portals von etwa 150 Euro. Hierfür richtet der Anbieter die Seite mit dem Namen des Betreibers, einem Anlagenfoto und anderen individuellen Basisdaten ein. Für die Jahresnutzungsgebühr entfallen rund 50 bis 60 Euro. Hinzu kommen die Kosten für die Telefonverbindungen, falls ein Telefonanschluss genutzt wird. Gemessen an den hohen Investitionssummen für Photovoltaikanlagen sind die Kosten für die Betriebskontrolle somit überschaubar.

Fernsteuerung von PV-Anlagen
Die wichtigsten Weiterentwicklungen in der jüngeren Vergangenheit sind Pro-dukte, über die PV-Anlagen ferngesteuert bedient werden können. Hintergrund ist, dass das EEG seit 2009 für Netzbetreiber die Möglichkeit vorsieht, die Leistung von PV-Anlagen, die größer als 100 kW sind, ferngesteuert zu reduzieren. Der österreichische Wechselrichterhersteller Fronius International hat deshalb beispielsweise die „Fronius Power Control Box“ entwickelt. Die Box kann an die Fernwirkeinrichtung des Netzbetreibers und an Fronius-Wechselrichter angeschlossen werden.
Ebenso bietet die SMA Technology AG aus Niesetal seit 2009 die „Power Reducer Box“ an, mit der Solaranlagen die Anforderungen aus dem EEG und der BDEW-Richtlinie „Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz“ erfüllen. Der Niesetaler Wechselrichterhersteller setzt außerdem auf kabellose Kommunikation und führte hierfür die Bluetooth-Technologie bei seinem „Sunny Beam“ und dem „Sunny Explorer“ ein. In diesem Jahr will SMA weitere Überwachungsgeräte für kleine und mittlere Anlagen mit der Technologie ausstatten, die störende Kabel überflüssig macht.
Der Zell-, Modul- und Wechselrichterhersteller Sunways in Konstanz setzt bei seiner NT-Serie auf einen neuen Standard namens CAN-open DS-437, der speziell für die Photovoltaikbranche entwickelt wurde. Es handelt sich dabei um ein standardisiertes Kommunikationsprotokoll für PV-Anlagen. Und zwar nicht nur für Wechselrichter, sondern auch für alle angeschlossenen Sensoren und Datenlogger. Damit können alle Geräte in einer Anlage herstellerübergreifend Daten austauschen. Doch dafür müssen noch mehr Hersteller das Protokoll nutzen. Wie Christian Buchholz, Leiter des Produktmanagements bei Sunways, sagt, ist das Unternehmen der erste PV-Hersteller, der das Protokoll im Wechselrichter nutzt.  

Überwachung gleich integriert
Darüber hinaus verfolgt Sunways schon länger das Ziel, sämtliche Überwachungsmöglichkeiten in seine Wechselrichter zu integrieren. Anlagenbetreiber benötigen dann keinen externen Datenlogger. Seit 2009 verfügt die NT-Serie (2,5 bis 5 kW) von Sunways über die gleichen Kommunikationsmöglichkeiten wie die AT- und die PT-Serie. Dazu gehört ein integrierter Sunways-Browser, die direkte Anbindung an das Sunways-Portal und Alarmierung per E-Mail, sobald ein Wechselrichter eine Störung meldet. Um diese Funktionen nutzen zu können, ist nur ein DSL-Anschluss oder ein Netzwerk nötig. 2010 will Sunways das gleiche für seine NT-Serie (10, 11 und 12 kW) anbieten. Dann haben alle Wechselrichter von Sunways die detaillierte Überwachung gleich integriert. Dass sich nicht jeder Anlagenbetreiber sofort mit diesem Thema beschäftigen mag, ist dem Hersteller bewusst. Deshalb lässt er dem Kunden Zeit. Der Betreiber kann jederzeit damit beginnen, die Daten seiner Anlage zu kontrollieren, auch wenn es erst ein halbes Jahr nach der Inbetriebnahme ist.

Autor: Ina Röpcke ist Geprüfte Fachkraft Solartechnik (HWK), freie Journalistin und PR-Beraterin für Erneuerbare Energien.

Soll-Ist-Vergleich ist wünschenswert
Zahlenwerte auf einem Display, die Erfassung und Darstellung von Kenndaten durch Grafiken und Tabellen auf dem PC oder im Internet sowie die Alarmierung bei Störungen sind die gängigen Funktionen von Visualisierungs- und Überwachungsgeräten. Nicht selbstverständlich ist die Soll-/Ist-Analyse. „Dabei kommt es gerade auf diese an“, sagt Solargutachter Christian Keilholz. Für
diese Funktion muss die tatsächliche Energie aus der PV-Anlage – „Ist-Energie“ – im Verhältnis zur theoretischen Energie – „Soll-Energie“ – gesetzt werden. Dazu muss die Möglichkeit vorhanden sein, die Bestrahlungsstärke und die Modultemperatur messen zu können. Diese Parameter können zum Beispiel mit
Referenz-Sensoren gemessen werden.
Ein Beispiel ist die sogenannte „Sensor Box“ von SMA. Sie wird im Außenbereich am Solargenerator montiert. Das Kästchen enthält eine integrierte Solarzelle, die die Sonneneinstrahlung misst, sowie einen Temperaturfühler, der die Modultemperatur erfasst. Auf Basis der aktuellen Einstrahlung und der Modultemperatur kann so die zu erwartende Soll-Leistung berechnet und mit der gemessenen Ist-Leistung der Wechselrichter verglichen werden.