Der Generator oder das Netz
als Reserve für das solare Pumpen

Was eine zweite Quelle einer Solaranlage hinzufügt

Eine Anlage muss unter Umständen einen Druck am Regner, an der Bewässerungskanone oder am Kreisberegner halten, einen Förderstrom über das gesamte Bewässerungsfenster tragen oder eine programmierte Tagesmenge erreichen. Wenn die Einstrahlung nicht die gesamte angeforderte Leistung liefert, ergänzt die zweite Quelle die Versorgung. Die Studie gibt dann den Solaranteil an, die von der Reserve verlangte Energie und die Betriebsbedingungen der gewählten Architektur.

Diese Logik ist die des konstanten Drucks: sobald der Sollwert zu einer agronomischen Anforderung wird, ist er kein Saisonmittel mehr. Die Fallstudie zum Kiwianbau im Südwesten Frankreichs liefert dazu ein Beispiel aus der Praxis.

Drei Architekturen zur Einbindung einer Reservequelle

Jede Baureihe organisiert die Reserve auf ihre Weise, und jedes Herstellerhandbuch beschreibt den Einspeisepunkt der zweiten Quelle sowie die dazugehörige Betriebsführung; LE LAB übernimmt diese Beschreibung unverändert. Die Wahl zwischen den dreien folgt der Pumpe, und die Pumpe folgt dem Betriebspunkt: der Förderstrom bei der Gesamtförderhöhe der Baustelle bestimmt die Baureihe, die Reserve kommt danach.

SQFlex: die automatische Rückkehr zum Solarbetrieb

Der Motor MSF 3 der SQFlex enthält sein Steuermodul und nimmt sowohl eine Gleichstromversorgung von 30 bis 300 VDC (100 bis 300 VDC beim Motor mit 2.500 W) als auch eine einphasige Wechselstromversorgung von 1 × 90 bis 240 V bei 50 oder 60 Hz an. Die Pumpe kann so das Photovoltaikfeld und eine Wechselstromquelle ohne zwischengeschalteten Umrichter aufnehmen.

Der Kasten IO 101 steuert die Versorgung einer SQFlex-Anlage, die mit einem Generator gekoppelt ist. Der Start des Generators setzt das System in Betrieb; sein Stillstand bewirkt die automatische Rückkehr zur Solarversorgung. Die Anleitung schreibt es so: „Der Generator muss gleichmäßig laufen, damit die Pumpe anläuft.“

SP und SPE unter RSI: der Eingang für die Notstromversorgung

Der Solar-Frequenzumrichter RSI ist mit Gleichstrom und mit Wechselstrom kompatibel. Sein technisches Handbuch schreibt es in einem Satz: der RSI kann als Notstromversorgung an das Netz oder an einen Generator angeschlossen werden, falls der Solargenerator ausfällt. Das spielt sich an drei Klemmen ab, L1, L2 und L3, beschrieben als dreiphasige AC-Stromversorgung, neben dem Gleichstrombus, der das Feld aufnimmt.

Die Eingangswechselspannung richtet sich nach der Ausführung des Frequenzumrichters: 208 bis 240 VAC im Niederspannungsbereich, 380 bis 480 VAC im Hochspannungsbereich, dem der großen Maschinen. Der Eingang ist als Notstromversorgung dokumentiert, und die Organisation der Steuerung wird im Schaltschrank festgelegt, Baustelle für Baustelle, mit den vom Installateur gewählten Geräten. Dieselbe Kompatibilität dient der Werkstatt: das Handbuch weist darauf hin, dass sich der Frequenzumrichter damit an das Drehstromnetz der Werkstatt anschließen lässt, um ihn außerhalb der Baustelle vorzubereiten, was die Installation vor Ort schnell und einfach macht.

Das ist die Architektur der großen Volumen, die der Pumpen SPE und SP unter RSI. Das solare Pumpen am Stromnetz findet hier seinen unmittelbarsten Fall: ein angeschlossener Betrieb hält seinen Netzanschluss in Reserve und lässt die übrige Zeit das Solarfeld arbeiten.

PSk: die dauerhafte Kombination beider Quellen

Der Controller PSk3 enthält einen Wechselstromeingang. Er kann zwischen der Solarenergie und der Wechselstromquelle umschalten oder beide kombinieren, um einen Förderstrom oder einen Druck zu halten. Im Hybridbetrieb passt der Controller den Beitrag der Reserve den Schwankungen des Photovoltaikfelds an, um den in der Dimensionierung vorgesehenen Sollwert zu halten.

Die beiden Quellen treffen auf dem Gleichstrombus zusammen. Damit sie gleichzeitig arbeiten können, muss die reale Vmp-Spannung des Feldes über der gleichgerichteten Wechselspannung bleiben. Bei der Generation PSk2 übernimmt der Schaltkasten smartPSUk2 diese Funktion. Die Spannungsschwellen, die Baureihen und die Anschlussregeln stehen im Detail auf der Seite LORENTZ PSk hybrid.

Die Betriebsführung wird bei der Inbetriebnahme ein für alle Mal eingestellt. Die LORENTZ-Anwendungsnotiz „solar by default“ beschreibt das Ergebnis: der Betreiber startet seinen Generator und das System geht in den Hybridbetrieb; er schaltet ihn ab und das System kehrt automatisch in den Solarbetrieb zurück. Der smartStart ergänzt die Ansteuerung des Generators selbst, über einen potentialfreien Kontakt, der schließt, sobald die Reserve angefordert wird.

Netzseitig arbeitet der PSk3 von 380 bis 480 V mit plus oder minus 10 %, von 45 bis 60 Hz: er überwacht die Spannung und schaltet sich zu, wenn sie in diesem Bereich liegt. Die Einzelheiten des hybriden PSk-Betriebs stehen auf einer eigenen Seite.

Granada: ein Beispiel für die Aufteilung zwischen Solar und Reserve

Für einen Bedarf von 60 m³ pro Tag, sechs Stunden Beregnung bei 3,0 bar und eine Gesamtförderhöhe von 96 m wählt die Studie eine LORENTZ PSk3-15 C-SJ17-18, ein Feld von 8.755 Wp und einen Generator von 6,5 kW im Dauerbetrieb. Die Energieaufteilung wird auf sechzehn Jahren realer Einstrahlung ermittelt, Stunde für Stunde.

Den Generator nach dem Betriebspunkt wählen

Die Größe, die die Wahl bestimmt, ist die Dauerleistung des Generators, jene, die er im Dauerbetrieb abgibt, und der Ausgangspunkt ist die am Betriebspunkt angeforderte Leistung. LORENTZ veröffentlicht die Regel und veranschaulicht sie: 6 kW Anforderung ergeben in der Notiz zur hybriden Dimensionierung einen Generator von 9 kW, und 29,7 kW Anforderung ergeben 44,55 kW, also mindestens 45 kW, im spanischen Bewässerungsfall. Der Faktor 1,5 deckt den Wirkungsgrad des Umrichters, den Leistungsfaktor und die Leistungsminderung im Dauerbetrieb ab. In Granada ergeben die angeforderten 4,26 kW nach Aufrundung auf das nächste halbe Kilowatt 6,5 kW.

Der Controller arbeitet mit Generatoren, deren Dauerleistung über, gleich oder unter der des Motors liegt: ist der Generator kleiner, passt eine bei der Inbetriebnahme eingestellte Drehzahlbegrenzung die Anforderung an das an, was er zu geben vermag. Das ist der eigentliche Gewinn der hybriden Architektur, so in der Notiz smartSolution geschrieben: sie erlaubt es, einen deutlich kompakteren Generator zu wählen als jenen, den ein allein mit Diesel betriebenes Pumpen verlangen würde.

• Spannung. 380, 400, 415, 440, 460 oder 480 V dreiphasig, gemäß den von LORENTZ smartSolution unterstützten Spezifikationen.
• Frequenz. 50 oder 60 Hz.
• Fernstart. Zweidrahtfunktion, sobald der smartStart den Generator ansteuert; dieser liefert einen potentialfreien Kontakt mit einem Schaltvermögen von 250 VAC oder 30 VDC bei 2 A (Handbuch PSk2, Ausgabe 2023).
• Eingangsstrom. Der Wechselstromeingang arbeitet als Gleichrichter und zieht einen nicht sinusförmigen Strom, der den Höchstwert leicht anhebt: sämtliche Bauteile werden darauf ausgelegt.
• Öffentliches Netz. Wo eine Grenze für die Oberschwingungsverzerrung gilt, werden Filter am Eingang gesetzt; sie senken auch den an der Quelle gezogenen Effektivstrom.
• Schutzeinrichtungen. Der Eingang erhält seine Sicherung und seinen manuellen Trenner, ausgelegt auf den Nennstrom des Controllers.

Die Reserve geht ab Schritt 6 in die Studie ein

In Schritt 6 fügt die Angabe einer weiteren Stromquelle die Reserve zum Projekt hinzu. LE LAB berechnet dann die Aufteilung zwischen Solar und zweiter Quelle über sechzehn Jahre realer Einstrahlung, Stunde für Stunde, zeigt den typischen Tag des Auslegungsmonats und gibt den jährlichen Solaranteil an. Das Anlagenschema stellt den Anschlusspunkt dar, der der gewählten Baureihe entspricht.

Der Profibericht widmet dieser Aufteilung einen ganzen Abschnitt: den Drucksollwert und die Lage des Sensors, dann das empfohlene Aggregat im Dauerbetrieb, den Solaranteil, die Reserveenergie, die Laufzeit und den geschätzten Dieselverbrauch samt seiner Verbrauchsannahme.

Die Dokumente hinter dieser Seite

Jedes hier beschriebene Verhalten der Hardware stammt aus der offiziellen Dokumentation des jeweiligen Herstellers. Die Zahlen des Lehrbeispiels stammen aus der Anwendung LE LAB, auf der Stundenbasis PVGIS SARAH2.