Design für die Energiewende

Phoenix Contact möchte Entwicklern dabei helfen, die Umweltbelastung zu minimieren und sich auf die Revolution der erneuerbaren Energien vorzubereiten, indem sie Emissionen reduzieren und die Welt mit nachhaltiger, bedarfsgerechter Energie versorgen. Mit ihrem Konzept der „All Electric Society“ haben sie sich dieses Ziel für das nächste Jahrzehnt gesetzt In ihrer Vision wird erneuerbare Energie durch intelligente und vernetzte Systeme, die mit Hilfe von Elektrifizierungs-, Vernetzungs- und Automatisierungstechnik geschaffen werden, effizient erzeugt und genutzt.

Saubere und nachhaltige Energie kommt aus Photovoltaik, Wasserkraft, Windkraft und Erdwärme. Energiespeichersysteme wie Batterien oder grüne Wasserstoffsysteme ergänzen den Erzeugungsprozess und garantieren, dass die Energie immer verfügbar ist. In Verbindung mit der Vernetzung und Automatisierung zur Steuerung ermöglichen sie die Elektrifizierung aller Lebensbereiche. Phoenix Contact liefert viele Komponenten für die Energieerzeugung, -speicherung und -automatisierung in der All Electric Society.

Generatoren für Windkraftanlagen

Windkraftanlagen erzeugen etwa zehn Prozent des Stroms in den Vereinigten Staaten. Bei diesen Generatoren handelt es sich um komplexe Konstruktionen, bei denen die Maschinendiagnose den Systemzustand überwacht, um Schäden zu reduzieren und Ausfallzeiten zu minimieren. So umfasst die intelligente Überwachung von Turbinenschaufeln Sensoren zur Überprüfung von Eis, Blitzschlag, Last und Strukturzustand (Abbildung 1).

Abbildung 1: Die intelligente Überwachung von Turbinenschaufeln umfasst Sensoren zur Überprüfung von Eis, Blitzschlag, Last und Strukturzustand, um Schäden zu erkennen und zu verhindern. (Bildquelle: Phoenix Contact)

Der Rotorblatt-Belastungssensor von 1183803 Phoenix Contact, der in der Nähe der inneren Basis des Blattes montiert wird, verwendet Dehnungsmessstreifen zur Überwachung der Turbinenblattbelastung. In Kombination mit Daten von anderen Sensoren überwacht der Controller für die Messauswertung die Blattbelastung, sodass die Turbine so gesteuert werden kann, dass die Leistung bei minimaler Blattbelastung optimiert wird.

Photovoltaische Stromerzeugung

Die Solarstromerzeugung erfordert eine systemweite Überwachung, um sicherzustellen, dass die Solarmodule vor Ort mit höchster Effizienz arbeiten. Solarzellen werden in Reihe geschaltet, um eine bestimmte Spannung zu erreichen. Die Überwachung von Strom und Spannung in den einzelnen Modulsträngen ermöglicht es, Leistungsverluste aufgrund beschädigter Solarmodule oder schlechter elektrischer Verbindungen zu erkennen (Abbildung 2). Die Sensormodule werden über mehrkanalige Kommunikationsmodule an eine koordinierende Steuerung weitergeleitet.

Abbildung 2: Durch die Überwachung des Stroms und der Spannung in den einzelnen Modulsträngen lassen sich Leistungsverluste aufgrund beschädigter Solarmodule oder schlechter elektrischer Verbindungen feststellen. (Bildquelle: Phoenix Contact)

In Abbildung 2 überwachen Spannungs- und Stromsensoren zwanzig PV-Strangströme und die gemeinsame Spannung mit nur zwei Kommunikationsmodulen. Kommunikationsmodule senden die Daten über eine Modbus-Schnittstelle an einen kompakten Controller.

Das 2903591 von Phoenix Contact ist ein Beispiel für ein Sensormodul, das eine einzelne Spannung von bis zu 1500 Volt messen kann. Die Ausgangsdaten sind eine analoge Spannung im Bereich von 2 bis 10 Volt DC (VDC), die proportional zum gemessenen Eingang ist. Der Sensor 2903591 ist ein 35 Millimeter (mm) breites Hutschienenmodul, das mit einer 24VDC-Quelle betrieben wird.

Energiespeicherung

Da der Energiebedarf konstant ist, müssen die Konstrukteure in der Lage sein, die aus erneuerbaren Energiequellen wie Sonne und Wind erzeugte Energie zu speichern. Der übliche Ansatz ist die Verwendung von Batterien als Energiespeicher. Die kleinste Energiespeichereinheit ist die Batteriezelle, aber mehrere Zellen können zu einem Batteriemodul kombiniert werden, um die verfügbare Speicherkapazität zu erhöhen. Die Leistung der einzelnen Zellen muss ausgeglichen sein, damit sie in gleichem Maße geladen oder entladen werden. Aus Sicherheitsgründen muss die Temperatur des Batteriemoduls überwacht werden, um ein thermisches Durchgehen zu erkennen. Mehrere Module werden unter der Kontrolle einer Leistungssteuerungseinheit (PCU) in einem Speicherschrank zusammengefasst (Abbildung 3).

Abbildung 3: Das Bild zeigt einen Energiespeicherschrank, bei dem die Frontplatte entfernt wurde und drei Batteriemodule, bestehend aus einzelnen Batteriezellen (blau) mit der zugehörigen Steuerelektronik, sichtbar werden. (Bildquelle: Phoenix Contact)

Phoenix Contact liefert die Steckverbinder, mit denen diese Module verbunden werden. Die polarisierten Steckverbinder können beispielsweise Module mit dem 1106306 als positivem Kontakt und dem 1106307 als negativem Kontakt verbinden. Diese Batteriepolanschlüsse sind mechanisch kodiert, um eine versehentliche Verpolung oder Berührung zu verhindern, und können für eine flexible Verdrahtung um volle 360˚ gedreht werden.

Fazit

Phoenix Contact bietet eine breite Palette von Produkten für die All Electric Society, von Steckverbindern über Sensoren bis hin zu Steuerelementen. Außerdem liefert es Software und Steuerungen für die Automatisierung und Steuerung von Industriesystemen. Zusätzlich zu seinen Produkten hat sich Phoenix Contact verpflichtet, durch die Reduzierung der CO2-Emissionen in seinen Einrichtungen und im täglichen Betrieb nachhaltig zu arbeiten.