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Editorial

Im Räderwerk der Energieeffizienz

Ein Tochterunternehmen der Rutronik GmbH

Alles aus einer Hand.

Heinz Arnold, [email protected] Chefredakteur Energie&Technik

Im Vorfeld der Intersolar haben wir in dieser Ausgabe einen Schwerpunkt auf die Erzeugung und effiziente Nutzung der Energie aus der Sonne gelegt. Technisch tut sich hier sehr viel, wie allein schon der Blick auf Geräte zeigt, die die Energieausbeute auf Modulebene deutlich steigern können. Die Fertigung von PV-Anlagen ist ein weiteres großes Thema, hier sieht sich der deutsche Maschinenbau in einer sehr guten Position. Um PV-Anlagen effizient betreiben zu können, kommt es aber auf noch viel mehr an, auf Steckverbinder genauso wie auf den Blitzschutz. Selbst auf die passiven Komponenten zu achten, lohnt sich: Kondensatoren können darüber entscheiden, wie effektiv ein Wechselrichter arbeitet. Selbstverständlich spielen Halbleiter in allen energieeffizienten Systemen eine Schlüsselrolle – von der Stromerzeugung über Verteilung bis zur Nutzung in den Endgeräten. Deshalb ist es wichtig, wie die Anwender von besserer Transparenz profitieren und Energieverschwender in ihren Systemen aufspüren können. Smart Metering / Smart Grid sind hier die Stichworte. Und selbstverständlich darf auch das Thema LEDBeleuchtung nicht zu kurz kommen, um das Ziel von Energie&Technik zu erreichen, den Lesern einen umfassenden Eindruck dessen zu vermitteln, was Energieeffizienz ist, wie man sie erreicht und wie all die Räder ineinander greifen. Technisch gesehen, macht das sicherlich eine Menge Spaß. Nun hat aber gerade die Politik insbesondere der Solarindustrie ein wenig den Spaß verdorben. Hier sollten sich die Mitspieler aber die Laune nicht allzu früh vermiesen lassen, denn erstens ist nichts stärker als eine Idee, deren Zeit gekommen ist, und zweitens sehen die jüngsten Zahlen von Marktforschern auch längerfristig nicht schlecht aus. Doch zugegeben: Wer sich anschaut, wie komplex der Aufbau eines Smart Grid /Smart Metering-Systems aussieht, und wer die partikularen Interessen kennt, die einem Aufbau entgegenstehen, der könnte verzagen. Und ja, die Bundesnetzagentur ist etwas spät dran. Und die Verbraucher wollen über neue Techniken aufgeklärt werden. Unüberwindlich sind die Hürden aber ganz und gar nicht, siehe Handys. Allein schon wer diese Energie&Technik-Ausgabe durchblättert, wird sehen, wie viele Chancen sich ergeben. Ein wenig Energie muss man aber schon vorweg hineinstecken, um sie ergreifen und in Erfolg umsetzen zu können. Viel Spaß beim Lesen wünscht Heinz Arnold 2/2010

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Inhalt

www.energie-und-technik.de

Überspannungsschutz- und Ableitersysteme • Seite 18

Photovoltaik

Fertigungstechnik

Microinverter, Optimierer, Maximierer: Ertragssteigerung auf Modulebene ................................................................ 6

DMA erweitert Verbandsplattform Photovoltaik-Produktionsmittel: »Die Kostendegression ist für uns Herausforderung und Chance« .......................................................................... 26

Solarthermie und Photovoltaik im Fokus: Weltleitmesse der Solartechnik – Intersolar Europe vom 9. bis 11. Juni Messerundgang Intersolar Europe

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Lamellen-Kontakte und Push-Pull-Verriegelung: Robuste Steckverbinder für hohe Ströme ............................................ 16

Der chinesische Photovoltaik-Markt soll Applied Materials 2010 weiteres Wachstum bringen: »Mit unserem Technikvorsprung halten wir alle Trümpfe in der Hand« ................................................ 28

Smart Grid / Smart Metering Modulare Soft- und Hardwareplattform für Smart-Metering-Systeme: Embedded-Platform-Concept beschleunigt die Markteinführung .............................................................. 30 Speziell für PV-Anlagen: Überspannungsschutz- und Ableitersysteme

................................

Überspannungs-, Brandund Personenschutz kombiniert: Dreistufige DC-Schaltvorrichtung für Photovoltaiksysteme 600, 1000 und 1200 V

............................

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Leckstromfrei und langlebig: Überspannungsschutz für PV-Anlagen .................................................... 21 Die Qual der Wahl für Wechselrichter: Kondensatoren bestimmen die Lebensdauer

................................

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Photovoltaik-Markt wächst 2010 stärker als erwartet: iSuppli erwartet für dieses Jahr weltweite PV-Neuinstallationen von 13,5 GW ................................ 24

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Transparenz spürt Energieverschwendung auf: Energiekosten kontrollieren, reduzieren, budgetieren und kalkulieren ................................................................................ 32

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Höherer Wirkungsgrad auf Systemebene • Seite 41

Windenergie Europäische Hersteller beherrschen den Markt: In Steuerungssysteme für Windkraftanlagen lassen sich jetzt Condition-Monitoring-Funktionen integrieren .............. 34 Mehr Transparenz und höhere Effizienz: IT-basierte Kommunikation in Windenergieanlagen .............. 38 Von der Stromerzeugung über die Verteilung bis zur Nutzung: Höherer Wirkungsgrad auf Systemebene

............................................

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Effiziente Beleuchtung Bremen wird erste deutsche »LED City«: Nordlichter setzen auf Leuchtdioden ........................................................ 44 Die LED-Vorteile auf einen Blick .................................................................... 46

Die POINGWOOD Studios präsentieren! EBVtv: Der Nachrichtenkanal für die Halbleiterbranche

Buchbesprechung: Jahrbuch Straßen- und Außenbeleuchtung 2010 ...................... 48

Rubriken

Mit dem Launch von EBVtv ist EBV Elektronik mit Haupsitz in Poing/München der erste Distributor in der EMEA Region, der regelmäßig eigene, hochwertig produzierte Sendungen auf seiner Website anbietet. EBV präsentiert gemeinsam mit Herstellern und Technologiepartnern Videos über die neuesten Produkte, Technologien und Anwendungen sowie Firmen-News in einem kompakten, modernen Format. Mit EBVtv nehmen wir wiederum eine Vorreiterrolle in unserer Branche ein, indem wir unseren Kunden neue Produkte und Dienstleistungen in einem innovativen Format nahebringen. Jetzt die neuesten Videos anschauen: www.ebv.com/tv

Editorial .............................................................................................................................................. 3 Inserentenverzeichnis

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Impressum .................................................................................................................................. 50

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www.ebv.com/de

Distribution is today. Tomorrow is EBV!

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Photovoltaik

■ Microinverter, Optimierer, Maximierer

Ertragssteigerung auf Modulebene Den Ertrag von Photovoltaikanlagen über Elektronik am Panel zu verbessern – das lässt sich mit ganz unterschiedlichen Ansätzen technisch realisieren. Von der kompletten DC/AC-Wandlung am Panel (Microinverter) über DC/DC-Wandlung am Panel plus dedizierte Wechselrichter oder der DC/DC-Wandlung am Panel in Zusammenarbeit mit existierenden Wechselrichtern bis hin zur Ertragsmaximierung ohne DC/DC-Wandlung reicht das Spektrum.

Eine Reihe von Startup-Firmen tummelt sich auf diesem Gebiet, konnten also für ihre unterschiedlichen Ansätze Investoren begeistern und Geld in teilweise beträchtlicher zweistelligen Millionenhöhe einsammeln. Aber auch etablierte Wechselrichterhersteller werden auf die Technik aufmerksam. So hat SMA im vergangenen Jahr die niederländische OKE Services gekauft, um über die nächsten Jahre Microinverter auf den Markt zu bringen, KACO arbeitet mit dem Hersteller Tigo Energy zusammen (s.u.). Welche Technik für welche Anwendungen die wirtschaftlich sinnvollsten Ergebnisse liefert, muss sich erst noch herausstellen. Bisher versprechen sie alle neben der höheren Energieausbeute bessere Überwachungs- und Managementmöglichkeiten sowie höhere Sicherheit, etwa im Falle eines Feuers oder auch gegen Diebstahl.

Microinverter: DC/AC-Wandlung komplett am Panel »Microinverter, das sind nicht einfach nur kleine Wechselrichter, ich verstehe darunter ein gesamtes Konzept, eine Kombination aus Leistungselektronik, Kommunikation und Energy-Management Services«, sagt Paul Nahi, CEO von Enphase Energy. Das Unternehmen, das 2006 in Petaluma/Kalifornien gegründet wurde und in das bis jetzt 90 Mio. Dollar Kapital geflossen sind, hat 2008 erste Produkte verkauft und bis heute über 300.000 Systeme geliefert. Damit hält Enphase laut Nahi in den USA – wo Enpahse bisher aktiv ist – einen Marktanteil von 13 Prozent im Bereich der Inverter unter 10 kW Leistung.

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Wie Nahi in seiner Definition schon andeutet, muss seiner Meinung nach einiges zusammenkommen, um mit DC/AC-Microinvertern Erfolg haben zu können. Das Allerwichtigste ist die Zuverlässigkeit und die Fähigkeit, hohe Qualität bei der Produktion hoher Stückzahlen erzielen zu können. »Wir haben unsere eigenen Testgeräte entwickelt, um die Qualität über die gesamte Produktion gewährleisten zu können. Die Resultate aus dem Feld sind sehr wichtig, um die Produkte kontinuierlich verbessern zu können«, so Nahi. Design for Manufacturability und Design for Test sind hier nur zwei Schlagworte, die die Komplexität umreißen. Und die Produktion hoher Stückzahlen bei hoher Qualität hat es in sich: »Die Überführung der Produktion in kleinem Maßstab in hohe Volumen ist eine Wissenschaft für sich. Die Produktion muss laufend verbessert werden, dazu braucht man starke Partner«, so Nahi.

DC/AC-Wandlung und das MPP-Tracking durchführt, der Envoy Commuications Gateway und der Enlighten Website. Der MPP-Tracking-Algorithmus arbeitet laut Nahi mit einer Genauigkeit von 99,6 Prozent und steigert die Energieausbeute gegenüber herkömmlichen Systemen um bis zu 25 Prozent. Das Unternehmen gibt eine MTBF von 331 Jahren für die Microinverter an. Die Envoy-Comunication-Gateway überträgt die Daten über Powerline Communication und stellt über ein Ethernetkabel die Verbindung zum Internet her. Aber wie oben schon angedeutet: Die Hardware ist nur die Voraussetzung dafür, um das gesamte Konzept umsetzen zu können. Die Microinverter auf den Modulen kom-

Das System von Enphase besteht aus dem Microinverter, der an jedem Panel die

Inverter von SolarEdge in einer 100-kW-Installation

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munizieren über Powerline Communication direkt mit der Envoy Communication-Gateway. Sie ist über Ethernetkabel mit dem Internet verbunden und hat Zugriff auf das Daten-Cetner, das Enphase betreibt. Die Enlighten Website zeigt die Performance eines jeden Moduls im System sowie des Gesamtsystems in verschiedenen Formaten. Die Betreiber der Photovoltaikanlagen haben die Möglichkeit, über ein einfaches GUI jederzeit – 24 Stunden am Tag – die Informationen zum Status ihrer Anlage abzurufen. Falls Probleme auftauchen, sendet das System eine Alarmmeldung. »Meiner Meinung nach bildet die Kommunikation den zentralen Schlüssel für unseren Erfolg. Die Hardware muss stimmen, und die Software ist entscheidend, um die Verbindung zu unseren Servern herzustellen, die dann die Information für die Anwender leicht zugänglich zur Verfügung stellen«, so Nahis Fazit. Und er ist überzeugt, dass Enphase nun in die Phase des Wachstums übertritt: Ende dieses Jahres will das Unternehmen die zweite Generation der Microinverter vorstellen, Ende 2011 soll die dritte Generation folgen. Ganz ähnlich wie Nahi argumentiert Ron van Dell, CEO von SolarBridge Tech-

Bernd Neuner, Tigo Energy Paul Nahi, Enphase Energy » Das MPP-Tracking am Panel durchzuführen, bedeutet, mit Kanonen auf Spatzen zu schießen. Es ist nicht sinnvoll, die teure Intelligenz ans Panel zu bringen, die dann aufgrund der hohen Verlustleistung einen guten Teil des Gewinns wieder auffrisst. «

nologies: »DC/DC-Wandler an den Panels benötigen immer noch den zentralen Wechselrichter, der für die Einspeisung der Wechselspannung in das Netz zuständig ist. Es ist günstiger, die DC/AC-Wandlung direkt am Panel durchzuführen.« Das Unternehmen, das er seit 2008 als CEO führt, wurde 2004 unter dem Namen SmartSpark Energy Systems in Champaign/Illinois gegründet und firmiert seit

» Microinverter, das sind nicht einfach nur kleine Wechselrichter. Ich verstehe darunter ein gesamtes Konzept, eine Kombination aus Leistungselektronik, Kommunikation und Energy-Management Services. «

vergangenem Jahr unter SolarBridge mit Sitz in Austin. Wer sich im Bereich von Power-Management-ICs auskennt, für den ist Ron van Dell kein Unbekannter. Er war CEO von Primarion – ein Hersteller von DC/DC-Controllern auf Basis digitaler Wandlung –, bis Infineon den Start-up 2008 gekauft hat. Er ist also ein ausge-

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Photovoltaik

Neben dem Microinverter, der die Wechselspannung direkt ins Netz einspeist, besteht das System von SolarBridge aus dem Solar Information Modul (SIM) und dem Remote Monitoring System. Das SIM sammelt die Informationen jedes einzelnen Microinverters über Powerline Communication. Über einen Touch-Screen können die Betreiber die für sie relevanten Daten jederzeit abrufen. Taucht ein Fehler auf, informiert das SIM die Betreiber sofort. Guy Sella, SolarEdge

Ron van Dell, SolarBridge

» Der Energieertragsgewinn über MPPTracking auf Modulebenen ist allgemein akzeptiert, und die Wechselrichter, die mit fester Spannung arbeiten, sind zuverlässiger und langlebiger als die heute meist eingesetzten Typen. «

» Wir geben eine Garantie von 25 Jahren auf unsere DC/AC-Wandler am Panel. «

wiesener Experte auf dem Gebiet der Leistungswandlung. Seiner Meinung nach ist der Ansatz, nur die DC/DC-Wandlung auf den Panels vorzunehmen und dann die DC/AC-Wandlung wie gehabt durch die zentralen Wechselrichter durchführen zu lassen, viel zu teuer. Deshalb setzt Solarbridge auf integrierte ACPV-Systeme (Alternating Current Photovoltaic), die sich direkt auf die Rückseite der Module integrieren lassen. Das spart laut van Dell Kosten. Erstens muss die Anlage nicht in Strings ausgelegt sein, zweitens müssen keine weiteren zentralen oder Microinverter in die Anlage eingebaut werden, drittens benötigt man keine DC-Verkabelung. Außerdem lassen sich jetzt verschiedene Modultypen und Modultechniken in einer Anlage kombinieren, was den Austausch von Modulen vereinfacht. Das Konzept hat Investoren offenbar überzeugt, bis jetzt flossen 27 Mio. Dollar Kapital in den Start-up. Und die Modulhersteller, die die ACPVs in ihre Produkte integrieren müssen, damit Solarbridge erfolgreich sein kann, hat er offenbar auch überzeugt. »Die Top-TenModulhersteller sind unsere Partner«, so van Dell.

Wie ist es dem Unternehmen gelungen, die gesamte Wechselrichtung auf das Modul zu verlagern? Da spielen einige schaltungstechnische Tricks eine Rolle. Beispielsweise muss elektrische Energie über relativ kurze Zeiträume sehr effektiv zwischengespeichert werden, und die Ripple müssen möglichst reduziert werden. Denn der Feind der Effizienz ist der RippleStrom. »3 Prozent Ripple-Strom bedeuten 1 Prozent Leistungsverlust«, rechnet van Dell vor. Solarbridge ist es gelungen – hier spielt die digitale Umsetzung eine zentrale Rolle – den Ripple-Strom stark zu reduzieren. Außerdem benötigen die Microinverter weder Optokoppler noch Elektrolytkondensatoren. Das ist ein entscheidender Schritt, denn weil die kurzlebigen Elektrolytkondensatoren durch Filmkondensatoren ersetzt werden können, erhöht sich die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit der Microinverter: »Wir geben eine Garantie von 25 Jahren«, behauptet van Dell selbstbewusst.

Die drei Basiselemente des Systems von SolarEdge: PowerBox, Wechselrichter und Überwachungs-Bildschirm

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Das SolarBridge Remote Monitoring System, das optional zur Verfügung steht, bietet über jedes mit dem Internet verbundene Gerät den Zugang zu einen graphischen Interface, das Auskunft über den Status eines jeden Moduls sowie über die Energieausbeute über die Zeit gibt. Außerdem verschickt das System Warnungen im Fehlerfall.

DC/DC am Panel, DC/AC zentral Wenn van Dell meint, des Rätsels Lösung sei es, schon die DC/AC-Wandlung auf Modulebene durchzuführen, dann ist Guy Sella, CEO und Gründer der israelischen Firma SolarEdge, ein wenig anderer Meinung. Der Ansatz seines Unternehmens besteht darin, die Wandlung zwei-

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stufig durchzuführen: DC/DC an den Modulen, DC/AC über zentrale Wechselrichter – und am besten mit den Wechselrichtern aus eigenem Hause –, auch wenn es nach seinen Worten durchaus möglich wäre, mit Wechselrichtern anderer Hersteller zusammenzuarbeiten. Allerdings sei dann die Preisstruktur nicht optimal.

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cation. Insgesamt kommt die Installation der PowerBoxes und der SolarEdge Inverter laut Guy Sella aufgrund der günstigen Kostenstruktur durch den Einsatz der ASICs und der Produktion in hohen Stückzahlen nicht teurer als der von Standard-Invertern. »Der Energieertragsgewinn über MPP-Tracking auf Modulebenen ist allgemein akzeptiert und die Wechselrichter, die mit fester Spannung arbeiten, sind zuverlässiger und langlebiger als die heute meist eingesetzten Typen«, erklärt Sel-

la und ist sich deshalb sicher, mit der eigenen Partitionierung das Beste beider Welten kombiniert zu haben, zumal die DC/DC-Wandler die lange Lebensdauer der Panels nicht reduzieren und die Wechselrichter kleiner und billiger ausfallen als herkömmliche Wechselrichter. »Und trotzdem erreichen sie die Performance der heute üblichen High-End-Wechselrichter«, so Sella. Das hat einige Modulhersteller überzeugt, die mit SolarEdge zusammenarbeiten. Dazu zählen BP Solar, Schott Solar und Isofoton.

Für die DC/DC-Wandlung (Spitzenwirkungsgrad 98 Prozent) und das MPP-Tracking auf dem Modul-Level hat SolarEdge eigene ASICs entwickelt, um eine möglichst hohe Effizienz zu erreichen. Die in einem Silicon-on-Insulator-Prozess gefertigten ASICs ersetzen zahlreiche diskrete Bauelemente, erhöhen damit die Zuverlässigkeit und senken die Leistungsaufnahme. Der Prozess wurde ursprünglich für die Produktion von Chips für den Einsatz in Autos entwickelt und genügt damit den aus der Automotive-Industrie bekannten hohen Qualitätsanforderungen. Die ASICs sind in der sogenannten PowerBox untergebracht, die die Modulhersteller anstelle der Junction-Box in die Module integrieren können. Die PowerBoxes liefern eine konstante String-Spannung, die auf den zentralen Wechselrichter optimiert ist. Deshalb tritt kein Leistungsverlust am Wechselrichter auf, wenn sich die Einstrahlung ändert. Die konstante Stringspannung ermöglicht einen flexiblen Anlagenentwurf, Temperaturunabhängigkeit, einen hohen Wirkungsgrad der Wechselrichter und geringere Installationskosten. Die PowerBoxes kommunizieren mit den Wechselrichtern über Powerline Communi-

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Einig ist sich Sella mit Paul Nahi, was die Kommunikation angeht: Auch SolarEdge stellt den Anwendern auf Basis das Monitoring der Anlage in Echtzeit zur Verfügung. Dazu ist der Wechselrichter per Ethernet mit dem zentralen Server verbunden. Gerade das Monitoring stehe auf dem US-Markt derzeit im Vordergrund. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Sicherheit, etwa die Möglichkeit, die Anlage im Brandfall abzuschalten, so dass die Feuerwehr gefahrlos löschen kann. Dieser Aspekt ist in Frankreich in Kürze gesetzlichen Regelungen unterworfen, wird auch in den USA ab 2011 in den Vordergrund rücken und spielt in Deutschland eine große Rolle – neben Flexibilität, Sicherheit vor Diebstahl und Leistungsüberwachung.

SolarMagic wird kleiner und effizienter Ein vehementer Verfechter der DC/DCWandlung am Modul ist National Semiconductor. Der Power-Optimizer, den National auf den Namen SolarMagic getauft hat, konnte laut Ralph Nolte, SolarMagic Sales Manager Central Europe, schon in vielen Beispielen beweisen, was in ihm steckt. Bisher befinden sich 600 Systeme im Feld, was rund 100 MW entspricht.

Enecsys – Neue Microinverter Neben den Ansätzen der im Artikel genannten Firmen wird auf der diesjährigen Intersolar in München auch ein Start-up aus England seine neu entwickelten PV-Modul-Wechselrichter vorstellen. Die in Cambridge ansässige Enecsys Limited will die Messe nutzen, um zum ersten Mal Details ihrer neuen Technik zu erläutern. Das System besteht aus dem Wechselrichter selber und

82 Prozent verbessert, was sich sofort in niedrigeren Kosten pro erzeugter kWh niederschlägt. Außerdem verringern sich laut Nolte die Installationskosten und die Kosten für den Inverter: Ein einziger 20-kWTyp reicht aus, während bisher meist mehrere größere Inverter erforderlich waren. SolarMagic wird es künftig in kleineren Bauformen geben, die sich auch in die Junction-Box der Module einbauen lassen. Auf der Intersolar will National neue SolarMagic-Typen vorstellen. Das Interessante daran: Die neue SolarMagic-Generation produziert nur ein Drittel der Verlustleistung der Vorgänger und erreicht einen deutlich besseren Wirkungsgrad.

dem drahtlosen intelligenten Überwachungssystem. Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Systems sollen auf dem Niveau der Module selber liegen. Dies demonstriert Enecsys auf Basis beschleunigter Lebensdauertests. Die PV-Modul-Wechselrichter erfüllen die technischen Anforderungen sowohl des europäischen als auch des US-amerikanischen Marktes. (ha)

Tigo: Impedanz-Anpassung statt DC/DC-Wandlung Wie die Vertreter anderen Firmen auch, beklagt Bernd Neuner, Direktor Business Development für Europa der 2007 in Los Gatos/Kalifornien gegründeten Tigo, die suboptimale Leistungsausbeute der bisherigen Photovoltaikanlagen. Das schwächste Panel im String und der schwächste String im Array bestimmen die gesamte Leistungsausbeute der Anlage. Dazu kommt die fehlende Transparenz: Was ist kaputt? Was wird produziert? Diese Fragen blieben in herkömmlichen PV-Anlagen meist unbeantwortet.

Im Unterschied zu SolarEdge will aber National Semiconductor möglichst mit allen Wechselrichter-Herstellern zusammenarbeiten. »Wir wollen uns auf die DC/DC-Wandlung konzentrieren, die knifflige Wechselspannungswandlung überlassen wir den einschlägigen Experten, also den Herstellern der Wechselrichter«, erklärt Nolte. Gegenüber der DC/ACWandlung am Panel ließen sich mit dem eigenen Ansatz seiner Meinung nach ein besserer Wirkungsgrad und eine höhere Langzeitzuverlässigkeit erreichen. Was SolarMagic an Energieausbeute bringt, dafür nennt er ein Beispiel: Eine vier Jahre alte 30-kW-Anlage mit 17 Strings zu je 12 Panels wurde mit SolarMagic ausgestattet. Und zwar nur an sechs Strings. Allein dadurch hätte sich das Performance-Ratio schon von 67 auf

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Die Microinverter vom Typ Gaia von Enphase

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Deshalb hat Tigo versucht, zuerst einmal mehr Transparenz in die PV-Anlagen zu bringen. Spannungsüberwachung, Stromüberwachung und Temperatursensoren wurden in die Systeme integriert. Was Tigo dabei fand: Weil die Spannung aufgrund der sich ständig ändernden Umgebungsbedingungen schwankt, arbeitet kein Panel tatsächlich am optimalen Arbeitspunkt. Wirft eine vorbeiziehende Wolke Schatten, so bricht die Spannung der schwächsten Panels ein, die anderen Panels wollen sich anpassen und schwingen nun auch. Ergebnis ist insgesamt ein hoher Leistungsverlust. Ein sicherlich für die meisten überraschendes Ergebnis: Ein Gefälle des Dachs von nur 1° in Ost-West-Richtung führt zu sehr hohen Spannungs-Schwankungen während des Sonnenauf- und -untergangs – und damit zu hohen Ausbeuteverlusten während dieser Zeiten. »Ein sehr kleiner Winkel kann eine sehr große Auswirkung

auf die Energieausbeute des Systems haben«, so Neuner. Die Konsequenz, die Tigo aus den Ergebnissen zieht: Intelligenz am Panel ist überhaupt nicht nötig, führt nur zu hohen Kosten und verringert die Zuverlässigkeit. Eine einfache Management-Unit am Panel reicht vollständig aus. »Das MPP-Tracking am Panel durchzuführen, bedeutet, mit Kanonen auf Spatzen zu schießen. Es ist nicht sinnvoll, die teure Intelligenz ans Panel zu bringen, die dann aufgrund der hohen Verlustleistung einen guten Teil des Gewinns wieder auffrisst«, so Neuner. Energy Module Maximizer nennt Tigo deshalb die eigenen Produkte. Sie liefern lediglich die Werte, die erforderlich sind, um den jeweils optimalen Arbeitspunkt für das Panel zu berechnen – die Berechnung geschieht in der Maximizer Management Unit. Die dort erzielten Ergebnisse werden dann sofort an die Energy Module Maximizer an den Panels zurückge-

Ralf Nolte, National Semiconductor » Wir wollen uns auf die DC/DC-Wandlung konzentrieren. Die knifflige Wechselspannungswandlung überlassen wir den einschlägigen Experten, also den Herstellern der Wechselrichtern. «

sandt, die so immer am MPP arbeiten – ohne dass dazu das MPP-Tracking am Panel durchgeführt werden müsste. Die Kommunikation kann über Powerline oder drahtlos erfolgen. Auf der Maximi-

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zer Management Unit ist die InternetGateway integriert, die die Verbindung zur Tigo Energy analysis engine herstellt. Das führe im Durchschnitt zu einer um 5 bis 8 Prozent besseren Energieausbeute für Freiflächenanlagen und einer um 20 Prozent besseren Ausbeute für PVAnlagen auf dem Dach. »Und wir können jedes fehlerhafte Panel sofort erkennen«, so Neuner. Das gleiche gilt für unerwünschte Ereignisse – und sei es auch nur eine Frisbee-Scheibe, die auf dem Dach gelandet ist und für Verschattung sorgt. Über die MaxiManager-Software können die Anwender auf sie zugeschnittene Interfaces konfigurieren und so die erzielte Leistungsausbeute fast in Echtzeit verfolgen – von jedem mit dem Internet verbundenen Geräte aus. Außerdem erhalten sie die in der Vergangenheit erzielten Ausbeuten. Die Analysis Engine vergleicht ständig die erwartete mit der tatsächlichen Ausbeute und schickt eine

Warnung, falls die Anlage oder auch nur ein Panel vom erwarteten Wert abweicht. Wie gesagt, in den Module Maximizers ist nur sehr wenig Elektronik integriert, im Wesentlichen die analogen Sensoren, die

Leistungselektronik und die Kommunikations-ICs. Sie erreichen einen Wirkungsgrad von 99,5 Prozent »und zwar über die gesamte Zeit«. Das führt zu einer kleinen Bauform. Die Maximizer, die nicht höher sind als das Panel selber, lassen sich einfach integrieren. Weil nur wenige einfa-

Die installierten PowerBoxes von SolarEdge. Sie liefern eine konstante StringSpannung, die auf den zentralen Wechselrichter optimiert ist.

■ Weltleitmesse der Solartechnik: Intersolar Europe vom 9. bis 11. Juni

Solarthermie und Photovoltaik im Fokus Größer, attraktiver, informativer: In zwölf Hallen auf der neuen Messe München präsentieren in diesem Jahr über 1700 Aussteller die jüngsten technischen Entwicklungen und Trends sowie Dienstleistungen in der Solartechnik. Auf der Besucherseite rechnen die Veranstalter mit über 60.000 Interessierten.

Mit »Intersolar Europe« präsentiert sich die weltweit größte Fachmesse für Solartechnik in diesem Jahr unter neuem Namen. Der neue Name dient der Differenzierung, ist die Intersolar doch aufgrund ihres Erfolgs inzwischen neben Europa auch in Nordamerika, Indien und China vertreten. Die »Intersolar Europe« bleibt aber ohne Zweifel die größte der vier Einzelveranstaltungen. Ihre Ausnahmestellung als Welt-

Bild: Solar Promotion GmbH

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leitmesse lässt sich auch in diesem Jahr wieder eindrucksvoll mit Zahlen dokumentieren: 130.000 m2 Ausstellungsfläche (2009: 104.000 m2) in zwölf Messehallen. Auch die Ausstellerzahl hat sich gegenüber dem Vorjahr noch einmal deutlich erhöht, um mehr als 20 Prozent, von 1414 auf über 1700 Aussteller. Der Anteil der internationalen Aussteller beträgt mehr als 50 Prozent. Auch bei den Besuchern dürfte der Anteil der internationalen Interessenten wie im Vorjahr bei gut 40 Prozent liegen. »Wir erwarten gespannt den Startschuss für die Intersolar Europe 2010: Das kontinuierliche Wachstum der Messe zeigt uns,

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che Komponenten eingebaut sind, ist die Zuverlässigkeit hoch, die Einheiten produzieren wenig Verlustwärme, die man ja auf der Rückseite der Panels ganz und gar nicht haben will. Deshalb müssen sie nicht in teuren Metallgehäusen stecken, Plastikgehäuse ohne zusätzliche Kühlkörper reichen aus. Demnächst wird es auch Versionen geben, die sich in die Junction-Box des Panels integrieren lassen.

Impedanz-Matching auf Modulebene Und Neuner macht auf einen weiteren Aspekt aufmerksam: Tigo arbeitet mit allen Inverter-Herstellern zusammen, steht also nicht in Wettbewerb zu ihnen. In Deutschland beispielsweise besteht eine Kooperation mit Kaco, der Wechselrichterhersteller vertreibt die Maximizer-Systeme unter eigenen Namen mit dem Zusatz »Powered by Tigo«. Anders als SMA will KACO nicht selber in die Entwicklung solcher Geräte einsteigen. »Die Technik von Tigo sieht sehr

dass die Bedeutung der Intersolar als Treffpunkt für die internationale Solartechnikbranche weiterhin zunimmt. Die bisherigen Zahlen versprechen, dass die Messe auch in diesem Jahr ein großer Erfolg wird«, so Markus Elsässer, Geschäftsführer der Solar Promotion, Pforzheim, die zusammen mit der Freiburg Wirtschaft Touristik und Messe die Intersolar Europe veranstaltet. Ihre branchenspezifische, klare Gliederung in die Bereiche Photovoltaik und Solarthermie erleichtert Ausstellern und Besuchern die Orientierung auf der Messe. Außerdem wird dem Bereich »Photovol-

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vielversprechend aus, das ImpedanzMatching auf Modulebene erlaubt es, bis zu 1000 Module nicht nur zu überwachen, sondern auch so zu steuern, dass der String-Output unter den jeweils aktuellen Bedingungen optimiert wird. Das hat es so bisher nicht gegeben«, sagt Andreas Schlumberger, Leiter Marketing von KACO new energy. Auch Tigo kann sich über mangelnden Zuspruch für den eigenen Ansatz nicht beklagen. Das Unternehmen liefert die Energy Module Maximizer seit 2009, zur Zeit rund 1 MW pro Monat. Was Neuner für die Zukunft optimistisch stimmt, sind nicht nur die Anlagen, die neu installiert werden, sondern auch die existierenden. Mit den Energy Module Maximizers lassen sich die Panels auch sehr kostengünstig nachrüsten. »Wir dürfen die existierenden Anlagen nicht aus dem Blick verlieren«, erklärt Neuner. Das Maximizer-System erlaube es, die PV-Anlagen sehr kostengünstig aufzurüsten, ohne etwa neue Kabel verlegen zu müssen. (ha) 

taik-Produktion« wie bereits 2009 eine eigene Halle (B 3) gewidmet. Die Veranstalter kooperieren dabei wie im Vorjahr mit der PV Group, einer auf die Photovoltaik spezialisierten Initiative des internationalen Halbleiterverbands SEMI. »Die klare thematische Struktur der Intersolar Europe hat bereits im letzten Jahr bei allen Beteiligten großen Anklang gefunden. Sie erleichtert die Orientierung und bietet somit den Fachbesuchern die optimale Basis für einen strukturierten Messerundgang«, hebt Klaus W. Seilnacht, Geschäftsführer der FWTM noch einmal das Besuchernahe Ausstellungskonzept der »Intersolar Europe« hervor. (eg)  2/2010

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Photovoltaik

Messerundgang austriamicrosystems

Mess-IC für Wechselrichter

Stringverbinder von Bruckner&Spaleck geliefert, die Anschlussdosen kommen von Spelsberg und Tyco. (eg) Emmvee www.emmveesolareurope.com, Halle B6, Stand 464

Conergy

Dreiphasige Stringwechselrichter

Mit dem AS8002 hat austriamicrosystems jetzt den ersten integrierten MessIC auf den Markt gebracht, der Spannungen und Ströme im Wechselrichter überwachen kann, die ans Stromnetz angeschlossen sind. Das Single-Chip-Design des AS8002 ermöglicht verbesserte Leistung und verringerte Systemkosten bei gleichzeitig einfacherem Aufbau durch eine geringere Anzahl von externen Komponenten. Der AS8002 sitzt in einem 4 mm x4 mm großen QFN-16-Gehäuse, kann mit einer Versorgungsspannung von 3,0 V bis 3,6 V betrieben werden und ist für Betriebstemperaturen von -40 bis +125°C ausgelegt. (ha)

Mit der Stringwechselrichter-Generation Conergy IPG T komplettiert Conergy sein Produktportfolio. Die dreiphasigen einspeisenden Geräte sind für nahezu alle Systemkonfigurationen von 6 bis 100 kW und mehr geeignet. Sind durch geringen Flächenbedarf und kurze Montagezeiten einfach in der Installation. Ihr Spitzenwirkungsgrad beträgt 98 Prozent. Ein sekundenschnelles MPP-Tracking sorgt für eine optimale Energieausbeute auch bei Schwachlicht. (eg)

net. »Clinics Solar« ist modul- und systemunabhängig, bietet also unabhängig von PV-Modultypen wie Mono-, Polykristallinen-Lösungen und Dünnschichtmodulen sowie vom Wechselrichterhersteller eine sichere Datenerfassung. Das am Photovoltaik-Modul angeschlossene Gerät Transclinic VI50 ermittelt Spannung und Strom. Ebenfalls mit einer Funkschnittstelle ist der Reclinic USB ausgestattet. Er überträgt alle Daten der Transclinic Module einer PV-Anlage via USB-Schnittstelle an den PC. Beide Geräte besitzen eine 16-BitRISC-CPU (40 MHz), sind stromsparend ausgelegt und arbeiten im Temperaturbereich von –20 bis +60 °C. Alle Produkte sind voll vergossen und in Schutzart IP67 ausgeführt. (eg) Weidmüller www. weidmueller.de, Halle A3, Stand 426

ebm-papst

Radialventilatoren für Wechselrichter und Wärmepumpen

Conergy www.conergy.com, Halle A5, Stand 174

austriamicrosystems www.austriamicrosystems.com

Weidmüller Emmvee

Module mit 225 bis 235 Wp Mit 60 polykristallinen 6 Inch ausgestattet sind die Module der Serie ES-200 P60 von Emmvee. Die Module zeichnen sich durch ein sehr gutes Schwachlichtverhalten aus. Die Maße und der 50mm-Alu-Rahmen sowie das 4 mm starke Front-Glas machen das Modul widerstandsfähig gegenüber Regen, Sturm und Schnellast. Neben Zellen von Q-Cells und dem Glas von Saint-Gobain Solar Glass werden die Zell- und

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Werkzeug zur Analyse, Diagnose und Optimierung von PV-Anlagen

Weidmüller bringt mit »Clinics Solar« eine Produktfamilie auf den Markt, die der Analyse, Diagnose und Optimierung von Photovoltaik-Anlagen dient. Relevante elektrische Parameter wie Spannung und Strom werden von einem PV-Panel bis zum PV-String ermittelt und aufgezeich-

Durch identische Abmessungen erlaubt die Radialventilatoren-Baureihe »RadiCal« von ebm-papst den einfachen Austausch von bisherigen AC-Lösungen in Wechselrichtern und Wärmepumpen. Spezielle Materialkombinationen erhöhen die Stabilität der strömungstechnisch optimierten Laufräder. Ein verbessertes Motorwärmemanagement garantiert einen sehr guten Wirkungsgrad und gewährleistet einen hohen IP-Schutz. Als freilaufende Radialventilatoren wie auch in Kompaktmodulen zeichnen sich die »RadiCal«-Radialventilatoren besonders hinsichtlich Effizienz und Akustik aus. Für die Kühlung der Leistungselektronik in Wechselrich-

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tern sind die S-Force Lüfter von ebm-papst mit bis zu 600 pA Druckerhöhung derzeit die weltweit wohl leistungsfähigsten axialen Kompaktlüfter ihrer Klasse. (eg) ebm-papst www.ebmpapst.com, Halle C3, Stand 631

Mage Solar

Leistungsstarke Module

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Module Plus 265/6 PH, 270/6 PH und 275/6 PH von Mage Solar aus. Plustoleranzen von bis zu +5 W garantieren hohe Leistung. Die Nennleistung wird in jedem Fall erreicht oder sogar überschritten. Die Produktgarantie beträgt 10 Jahre, die Leistungsgarantie 30 Jahre. Nach 12 Jahren erzielen die Module noch mindestens 90 Prozent der Nennleistung, nach 30 Jahren 80 Prozent. (eg) Mage Solar www.magesolar.de, Halle A4, Stand 450

Molex

Anschlussdose mit abnehmbaren Gleichstromkabeln Durch polykristalline Zelltechnologie mit einem Zellwirkungsgrad von bis zu 15,72 Prozent zeichnen sich die Mage Powertec

Unter der Bezeichnung SolarSpec stellt Molex eine Anschlussdose zur Installation auf der Rückseite von mono- und polykristallinen Photovoltaik-Solarmodulen vor. Die SolarSpec-Anschlussdose ist spe-

ziell für die Pick-and-Place-Montage bei Solarmodulen ausgelegt. Das Gehäuse der Anschlussdose wird mit Federkontakten direkt an die Flachbandleiter des Solarmoduls angeschlossen und macht Halteklammern überflüssig. Bei Verwendung des optionalen doppelseitigen Klebebands entfällt zusätzlich die Aushärtezeit des Silikons bei der Installation des Gehäuses auf dem Modul. Geliefert wird die Anschlussdose mit zwei abnehmbaren Gleichstromkabeln, die optional mit TÜV und UL oder nur mit TÜV-Zulassung zur Verfügung stehen. (eg) Molex www.molex.com, Halle C4, Stand 680

Qualitäts-Prüfer. Die KONSTANTER der Serie SYSKON definieren neue Maßstäbe für Zuverlässigkeit und Präzision. Mit diesen innovativen Geräten stehen Ihnen hochwertige Gleichstromversorgungen für den Laborund Systemeinsatz zur Verfügung. Sie überzeugen durch Einsatzvielfalt und Effizienz – perfekt geeignet für anspruchsvolle Prüfaufgaben in Forschung, Entwicklung und Produktion.

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Photovoltaik ■ Lamellen-Kontakte und Push-Pull-Verriegelung

Robuste Steckverbinder für hohe Ströme ODU stellt mit der Steckverbinder-Serie »ODU SPC« neue Hochstromsteckverbinder vor, die speziell auf den Zukunftsmarkt der Erneuerbaren Energien zugeschnitten sind. Dank bewährter Lamellenkontakte, kombiniert mit einem Gehäuse mit Push-Pull-Verriegelung, bestehen sie die Härtetests – von der Photovoltaik bis hin zur Windenergie. verhindern, bieten die Stecker zudem unterschiedliche Kodierungsmöglichkeiten. ● Aber auch für etwas größere Kontakte ab einem Durchmesser von 8 mm kündigt ODU bereits eine spezielle Ausführung an: den SPC im Kunststoffgehäuse mit neuartigem Verriegelungssystem, das auch in schwierigsten Umgebungsbedingungen eine sichere Kontaktierung gewährleistet. Die entsprechenden Steckverbinder werde man in Kürze dem Markt vorstellen.

Mit dem wachsenden Markt der Erneuerbaren Energien steigt auch der Bedarf an Hochstromsteckverbindern.

Die hohen Anforderungen an Beständigkeit, Umweltbedingungen und Langlebigkeit, die der Bereich der Erneuerbaren Energien stellt, haben die Konstruktionsgrundlage der robusten Steckverbinder gebildet. Das Ergebnis ist nach Angaben von

ODU eine kontinuierliche Verbesserung und Weiterentwicklung der bisherigen Steckverbindersysteme des Unternehmens. Im Detail heißt dies, dass bei den neuen SPC-Steckverbindern (SPC für Single Power Connector) neben den bewährten Lamellenkontakten von ODU auch ein robustes Gehäuse mit Push-Pull-Verriegelung zum Einsatz kommt. Beide Komponenten haben sich im Praxiseinsatz bewährt, etwa bei den bekannten Serien »ODU MINI-SNAP« und »ODU MINISNAP PC«. ● Für Kontakte mit einem Durchmesser von 3 mm bis 5 mm stellt das KunststoffPush-Pull-Gehäuse der Steckverbinder eine wirtschaftliche und zugleich eine robuste Lösung dar. Um ein Fehlstecken zu

Mit den Steckverbindern von ODU lassen sich Verbindungen bis zu 100 A steckbar ausführen. »Bald liegen auch Lösungen für Ströme bis 1000 A vor«, kündigt Bernhard Säckl, Produktmanager für die Produktfamilie ODU-SPC an. Eine entsprechende Programmerweiterung werde kurzfristig folgen, wobei die Grenze nach oben noch nicht definiert wurde. Fest stehe jedoch: »Die Grundlage wird wieder das bewährte Kontaktsystem mit ODU-Lamelle sein, das sich durch einen sehr geringen Kontaktwiderstand und durch eine hohe Anzahl an Kontaktpunkten auszeichnet.« Die wirtschaftliche Verarbeitung der Hochstromsteckverbinder von ODU wird über Crimpanschlüsse sichergestellt. Des Weiteren lassen sich die Steckverbinder der SPC-Familie sowohl für den Kabel-zuGeräte- als auch für den Kabel-zu-KabelAnschluss verwenden.

Maßgeschneiderte Verbindungstechnik

Bernhard Säckl, ODU » Bei der Realisierung kundenspezifischer Steckverbinder gestalten wir den Weg von der ersten Idee bis zum serienreifen Produkt so individuell wie es die Anforderungen unserer Kunden vorgeben. «

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Ein Vorteil von ODU ist, dass das Unternehmen alle erforderlichen Steckverbinder-Technologien im eigenen Haus bündelt, um schnell und flexibel auch auf

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spezielle Kundenwünsche reagieren und kundenspezifische Projekte zeitnah umsetzen zu können. »Bei der Realisierung dieser Steckverbinder gestalten wir den Weg von der ersten Idee bis zum serienreifen Produkt so individuell wie es die Anforderungen unserer Kunden vorgeben«, erklärt Bernhard Säckl. »Ein solcher Weg kann beispielsweise vom Entwicklungs- und Prototypenauftrag über die Muster-Erstellung bis zur Vorserienfertigung führen.« Heute kommen marktspezifische Lösungen von ODU bereits in Solar-Wechselrichtern zum Einsatz, die Gleichstrom (DC) in netzkonformen Wechselstrom (AC) umwandeln. Die Zuverlässigkeit der Steckverbindung ist gerade an solchen Solar-Wechselrichtern ein entscheidendes Kriterium, denn diese gewährleisten die Netzintegration der Solar-Anlage und überwachen die komplette Anlagenfunktion und stellen somit das Herzstück jeder Solarstromanlage dar.

Die Weiterentwicklung der verschiedenen Hochstrom-Konzepte wird weiterverfolgt »Die weltweite Energieversorgung durch den Einsatz erneuerbarer Energien schreitet rasant voran, dadurch eröffnet sich für den Steckverbindermarkt ein breites und zugleich hochinteressantes Entwicklungsgebiet für Hochstromlösungen«, sagt Bernhard Säckl. »Die Weiterentwicklung der verschiedenen Hochstrom-Konzepte werden wir weiterverfolgen, um dafür zu sorgen, dass unsere Kunden auch in Zukunft von hochflexiblen, leistungsfähigen und zugleich wirtschaftlichen Verbindungslösungen profitieren können.« Dank der technischen Eigenschaften und der Robustheit eignen sich die Steckverbinder der neuen SPC-Produktfamilie aber nicht nur für die vielen möglichen Anwendungen im Bereich der Erneuerbaren Energien, sondern auch für die Bereiche Prüf- und Testwesen sowie für den Einsatz in Industrie- und Schaltanlagen, Strom- und Notstromversorgungen, der Beleuchtungstechnik und der Bahnindustrie.

... schaffen in Energieerzeugung, -verteilung und -verbrauch durch flächendeckende Erfassung und Analyse von Lastflüssen mit •

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MEDATEC Ingenieurbüro für Mess- und Datentechnik

Didierstr. 44 • 35460 Staufenberg Tel +6406/91240 • Fax +6406/912460 Das Kontaktsystem mit ODU-Lamelle zeichnet sich durch einen sehr geringen Kontaktwiderstand und durch eine hohe Anzahl an Kontaktpunkten aus.

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www.medatec.com

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Photovoltaik ■ Speziell für PV-Anlagen

Überspannungsschutz- und Ableitersysteme

Eine exponierte Lage ist für den Ertrag einer PV-Anlage entscheidend. Gleichzeitig stellt sie aber auch die größte Gefahr dar: Im Fall eines Blitzschlags kann das gesamte System betroffen sein, von der Netzeinspeisung und dem Wechselrichter über die Messanlagen und Datenleitungen bis zu den Schutzeinrichtungen.

Der äußere Blitzschutz in Form von Fangstangen ist daher so zu gestalten, dass die PV-Module vom Schutzraum abgedeckt werden, ohne dass zuviel Schatten auf sie fällt. Der Trennungsabstand zwischen Modul und Fangeinrichtung sollte mehr als 0,5 m betragen. Zum Schutz des Generators kann eine getrennte Fangeinrichtung mit isoliertem Ableiterkabel IsoDC eingesetzt werden. Mit seinem Spezialmantel und dem normgerechten Querschnitt von 50 mm2 weist dieses Kabel in Luft einen äquivalenten Trennungsabstand von 1.000 mm auf. Die Anlage kann so flexibel ausgelegt werden, ohne den erforderlichen Trennungsabstand zu unterschreiten. Damit können die Verbindungen auch unter beengten Platzverhältnissen verlegt werden. Lediglich die erforderliche Höhe muss eingehalten werden.

neratorspannung an dem SPD am funktionierenden Pol anliegt und den SPD überlastet. Läge nämlich die volle Generatorspannung am Pol an, dann könnte sich das Gehäuse so erwärmen, dass im schlimmsten Fall ein Brand in der Anlage entsteht. Eine Y-Schaltung aus drei Varistoren verhindert dies. Für diese Anwendungen hat Leutron die Überspannungsableiter »EnerPro Y PV 1000« und »EnerPro Y PV2+1 1000« entwickelt. Die Y-förmige Anordnung der Varistoren sorgt dafür, dass bei einem Isolatorfehler immer noch zwei Varistoren in Reihe liegen und

eine Überlastung verhindern. In den Block aus Sockel und gestecktem Schutzmodul ist eine Thermosicherung eingebaut, die die Temperatur des Varistors überwacht und bei schnellem Anstieg der Temperatur schnell abschaltet. Dabei schalten sich die eingebaute Defektanzeige und ein optionaler Fernmeldekontakt ein. Kann eine geschirmte Generatorhauptleitung nicht eingesetzt und der nötige Trennungsabstand zum Stromversorgungssystem nicht eingehalten werden, sind zum Ableiten von Blitzteilströmen

Überspannungsschutz gegen Brände Im inneren Blitzschutz kamen bislang auf der Gleichstromseite der PV-Anlagen Überspannungsschutzgeräte (SPD) für Netzwechselspannung zum Einsatz. Sie sind für mindestens 50 Prozent der maximalen Solargeneratorleerlaufspannung ausgelegt. Nach längerer Nutzung können allerdings durch Alterungsprozesse Isolationsfehler entstehen, so dass die volle Ge-

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Die neuen Generatoranschlusskästen (GAK) sind auf die Anforderungen von PVAnlagen ausgelegt und führen bis zu zwölf Stränge an einem Single Entry Point zusammen.

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Geräte vom Typ 1 erforderlich. Deren Blitzstoßstromtragfähigkeit sollte mindestens 10 kA (10/350) für jeden aktiven Leiter betragen. Die neuen DC-Kombiableiter »(T1+T2) PP PV 800« und »PP PV 1000« hat Leutron für bis zu 12,5 kA (10/350) pro aktivem Leiter ausgelegt. Zum Schutz gegen Brände sind sie mit speziellen DC-Thermosicherungen ausgestattet. Eine LED-Anzeige informiert jederzeit über den aktuellen Betriebszustand, zusätzlich kann ein Fernmeldekontakt Überlastfälle signalisieren. Die zweipoligen Ableiter werden in PV-Anlagen sowohl im Generatoranschlusskasten als auch auf der DCSeite des Wechselrichters verwendet. »Unsere Geräte zeichnen sich durch einen geringen Platzbedarf aus«, sagt Ronny Weber, Produktmanager von Leutron. Für Typ-1-Ableiter ist nämlich noch keine Norm verabschiedet, und derzeit gibt es durchaus verschiedene Ansätze, es bleibt also Spielraum für Differenzierungen. Leutron setzt derzeit in den Ableitern für PV-Anwendungen sowohl Kombinationen aus Varistoren und Gasableitern in Y-Schaltung als auch reine Varistortechnik ein. »Damit halten wir alle bestehenden Normen ein und können kleine und kostengünstige Geräte anbieten«, erklärt Weber. Und die mit zunehmendem Alter höheren Leckströme der Varistoren bei Einsatz von reiner Varistortechnik? »Die lassen sich durch eine geeignete Verschaltungstechnik kompensieren.« Sind sich alle Anwender darüber bewusst, wie wichtig die Schutzanlage für das Photovoltaiksystem auf dem Dach ist? Im Hausanschlusskasten ist ja sowieso ein Überspannungsschutz vorhanden, mögen sich manche denken. Das wäre eine Fehler, so Weber: »Wenn die PV-Anlage nicht geschützt ist, kann man auch den Überspannungsschutz im Kasten vergessen. Nur ein bisschen Schutz funktioniert nicht.« Die Folgen können beträchtlich sein: Neben dem Wechselrichter kann die Überspannung weitere Geräte im Haushalt zerstören und sogar in Brand setzen.

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Komplettschutz im Kasten Für einen umfassenden und kompakten Schutz hat Leutron eine neue Generation von Generatoranschlusskästen (GAK) auf den Markt gebracht, die sich an den Anforderungen von PV-Anlagen orientierten. Dabei werden bis zu zwölf Stränge an einem Single Entry Point (SEP) zusammengeführt und geschützt. Auf Wunsch können mehrere Kästen parallel geschaltet und so auf beliebig viele Stränge erweitert werden. Je nach Gleichstrom-Leerlaufspannung kann zwischen GAK mit DC-Kombiableiter, nur mit SPD Typ 2 oder ganz ohne SPD gewählt werden. Geeignet sind die Kästen für Systemspannungen von bis zu 1000 V, auch die verwendeten Klemmen sind für diese Spannung zertifiziert. Vormontierte Brücken, Stromschienen und die interne Verkabelung vereinfachen die Montage der Anlage. (ha)  2/2010

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Photovoltaik

■ Dreistufige DC-Schaltvorrichtung für Photovoltaiksysteme 600, 1000 und 1200 V

Überspannungs-, Brandund Personenschutz kombiniert Um die Varianten »DG M YPV SCI 600« und »DG M YPV SCI 1200« hat Dehn + Söhne die UL-zugelassene Überspannungsschutzfamilie »DEHNguard M YPV SCI« erweitert. Damit sind die mehrpoligen Photovoltaik-Ableiter mit dreistufiger DC-Schaltvorrichtung für Anlagen mit 600 V, 1000 V und 1200 V erhältlich.

Während der bisher erhältliche Typ »DG M YPV SCI 1000« für Standardanwendungen im europäischen Einsatz ausgelegt ist, hat Dehn + Söhne die 600-V-Version besonders in Hinblick auf die USA entwickelt, wo die Spannungen auf der DC-Seite auf 600 V limitiert werden und es deshalb sinnvoll ist, die Schutzbe-schaltung und damit auch den Schutzpegel auf die niedrigere Spannung zu optimieren. Die 1200-V-Version hat das Unternehmen auf die Anforderungen von Freiflächenanlagen ausgelegt, bei denen die Spannungen mittlerweile die 1000-V-Grenze überschreiten, um Wirkungsgrad und Kosten zu optimieren. Die Geräte dieser Familie verfügen nicht nur über die fehlerresistente YSchutzbeschaltung plus eine kombinierte Abtrenn- und Kurzschließvorrichtung mit Thermo-Dynamic-Control, sondern zusätzlich über eine im Kurzschlusspfad integrierte DC-Sicherung, die bei Überlast des Ableiters einen stromlosen Wechsel der Schutzmodule ermöglicht. Daher die Abkürzung SCI im Familiennamen: Short Circuit Interruption. Diese Kombination reduziert erstens das Risiko einer Schutzgeräteüberlastung durch Installations- und Isolationsfehler im PV-Stromkreis, zweitens verringert sie die Gefahr, dass ein überlasteter Ableiter beim Abtrennvorgang zu einem Brand führen könnte, und drittens versetzt sie einen überlasteten Ableiter in einen sicheren elektrischen Zustand, ohne das Betriebsverhalten der PV-Anlage zu beeinträchtigen. Dazu ein genauerer Blick auf die einzelnen Elemente des Überspannungsschutzes: Die fehlerresistente Y-Beschaltung be-

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steht aus drei Varistorschutzpfaden und ermöglicht es, PV-Anlagen mit Gleichspannungen von 600 bis 1200 V vor Überspannungen zu schützen. Weil immer zwei Module in Reihe geschaltet sind, kann die Wahrscheinlichkeit der Überlastung eines Schutzmoduls deutlich reduziert werden, die Anlage ist damit resistent gegen Erdfehler. Die Gefahr der Überlastung eines Schutzmodules kann aber nicht zu 100 Prozent ausgeschlossen werden. Denn ein überlasteter Varistor im Überspannungsschutzgerät könnte zu heiß werden und

einen Brand auslösen. Das verhindern thermisch wirkende Abtrennvorrichtungen, die den Varistor in diesem Fall vom Stromkreis trennen. Während sich dieses Konzept bei Wechselspannungsanlagen einfach umsetzen lässt, ist es bei den Anforderungen, die eine PV-Anlage stellt, bei weitem schwieriger zu realisieren. Bei Gleichstrom gibt es eben keinen Nulldurchgang: Öffnen Kontakte, können Lichtbögen entstehen, die sich nicht selber löschen. Einen Überstromschutz in Reihe zu den Überspannungsschutzgeräten zu schalten, ist aufgrund der PV-Quellencharakteristik nicht sinnvoll möglich. 2007 hat Dehn + Söhne ein speziell für den Einsatz in PV-Anlagen entwickeltes Überspannungsschutzgerät auf den Markt gebracht, in dem Abtrenn- und Kurzschließvorrichtung kombiniert sind: Eine parallel zum Überspannungsschutzpfad liegende Kurzschließeinrichtung löscht den Gleichstromschaltlichtbogen, wie er beim Öffnen einer konventionellen thermischen Abtrenneinrichtung auftreten kann. Damit schützt diese Kombination zum einen vor Überspannungen und verhindert zum anderen auch die Gefahr einer Brandentstehung.

Neben der fehlerresistenten Y-Schutzbeschaltung plus einer kombinierten Abtrenn- und Kurzschließvorrichtung mit ThermoDynamic-Control verfügt die SCIFamilie zusätzlich über eine im Kurzschlusspfad integrierte Sicherung, die bei Überlast des Ableiters einen stromlosen Wechsel der Schutzmodule ermöglicht.

Allerdings tauchten in der Praxis gewisse Nachteile in Zusammenhang mit diesem dauerhaften Kurzschluss auf: Ein kurzgeschlossenes Schutzmodul zu entfernen, ohne die PV-Anlage freigeschaltet zu haben, könnte bei unsachgemäßem Vorgehen zu einem Lichtbogen führen und das Wartungspersonal gefährden. Nun sind in einer Anlage nicht immer Freischalter vorhanden, die Wartung muss dann beispielsweise nachts durchgeführt wer-

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den. Außerdem könnte es im Zusammenhang mit trafolosen Wechselrichtern zu Wechselwirkungen kommen, die Schäden am Wechselrichter hervorrufen würden. Deshalb hat Dehn + Söhne eine weitere Entwicklungsstufe für PV-Ableiter in 2009 auf den Markt gebracht. Eine zusätzliche, speziell für PV-Anlagen dimensionierte Sicherung wurde in den Kurzschlusspfad integriert. Sie stellt sicher, dass der Überspannungsableiter im Fehlerfall sicher von der PV-Versorgung abgetrennt wird. Nun kann ein Schutzmodul ohne Spezialwerkzeug stromlos entfernt werden, ein Lichtbogen beim Austausch der Geräte kann somit nicht auftreten. Damit schlagen die Geräte der Familie »DEHNguard M YPV SCI« drei Fliegen mit einer Klappe: Sie bieten Überspannungs-, Brand- und Personenschutz. Im vergangen Jahr sind sie auf dem 24. Symposium Photovoltaische Solarenergie

mit dem Innovationspreis ausgezeichnet worden. Dehn + Söhne setzt übrigens bewusst keinen Gasableiter am Fußpunkt der YSchaltung ein. »Wenn bei Vorhandensein eines Erdfehlers der Gasleiter durch eine Impulsbelastung anspricht, bricht dessen Spannung auf die Bogenbrennspannung zusammen, und die Überlastung des Varistor-Schutzmoduls lässt sich somit nicht ausschließen«, erklärt Bernd Leibig, Produktmanager Red/Line von Dehn + Söhne. Wenn dann noch ein einfacher Öffnerkontakt mit sehr begrenztem DCSchaltvermögen als Abtrennvorrichtung verwendet wird, sei die Brandgefahr eben nicht ausgeschlossen. Er ist deshalb überzeugt, dass die Kombination aus drei Varistoren in der Y-Schaltung plus der dreistufigen DC-Schaltvorrichtung mit integrierter Sicherung im Kurzschlusspfad (SCI) für PV-Anlagen das geeignete Schutzkonzept sei. (ha) 

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■ Überspannungsschutz für PV-Anlagen

Leckstromfrei und langlebig Speziell für den Schutz von Photovoltaikanlagen gegen Überspannungen hat Citel den neuen DS50 PV/G ausgelegt. Der leckstromfreie Ableiter vom Typ 2 zeichnet sich durch seine lange Lebensdauer aus, wie sie im Umfeld von Photovoltaikanlagen gefordert wird.

»Wir haben die Vorteile der gasgefüllten Funkstrecke und die Vorteile der Varistortechnik kombiniert«, sagt Alain Ruen, Geschäftsführer von Citel Electronics. In Überspannungsschutzgeräten vom Typ 2 kommen heute Varistoren zum Einsatz, die zwar grundsätzlich funktionieren, allerdings einen Nachteil aufweisen: Die Leckströme begrenzen die Lebensdauer, die unter Einfluss von hohen Umgebungstemperaturen und Feuchtigkeit weiter sinkt. Eine hohe Lebensdauer ist aber gerade für den Einsatz in Photovoltaikanlagen wichtig, denn hier kommt es auf Langlebigkeit an, für den Blitzschutz genauso wie für die Photovoltaik selber.

Außerdem sorgen die Leckströme für Energieverluste. »Die fallen zwar nicht sehr stark ins Gewicht, gerade aber für den Einsatz in der Photovoltaik, wo die Hersteller der Anlagen um jedes Prozent Gewinn an Wirkungsgrad hart kämpfen, sollte man Energie nicht freiwillig verschwenden«, sagt Alain Ruen, Geschäftsführer der Citel GmbH in Bochum. Der Trick im Aufbau der neuen VG-Familie besteht darin, dass Citel eine gasgefüllte Funkstrecke entwickelt hat, die in Reihe zu Varistoren geschaltet ist. Mit dieser Kombination konnte Citel den größten Nachteil der gasgefüllten Funkstrecke umgehen, den Netzfolgestrom. 2/2010

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Photovoltaik

spannung hergestellt. Die fehlerresistente Y-Schaltung stellt im Falle eines Isolationsfehlers sicher, dass der Überspannungsschutz weiter besteht. Die galvanische Trennung sorgt dafür, dass keine Komponenten in Mitleidenschaft gezogen werden. Der neue DS50PV-1000/G verfügt außerdem über eine optische und fernauslesbare Fehlersignalisierung sowie austauschbare Schutzmodule. Der Überspannungsschutz ist für Betriebsspannungen von 500, 800 und 1000 Vdc erhältlich und

»Wir haben die Vorteile der gasgefüllten Funkstrecke und die Vorteile der Varistortechnik kombiniert.« Alain Ruen, Citel Electronics

Außerdem ist mit dem Aufbau für die galvanische Trennung gesorgt. Der Ableiter arbeitet nur bei einem Überspannungsereignis, danach wird sofort wieder die Netz-

für die Montage auf Hutschienen ausgelegt. Durch das steckbare Schutzmodul ist im Fehlerfall ein schneller Austausch gewährleistet.

Damit ist der neue CITEL-DS50PV der erste Typ-2-Ableiter, der die Anforderung von hoher Lebensdauer, Anlagen-Kompatibilität und Sicherheit gegen Überspannungsschutz kombiniert. Führt das nicht zu einer größeren Bauform? »Die Kombination ist in einem Standard-Gehäuse mit einer Breite von 1 TE untergebracht«, antwortet Ruen. Und auch was den Preis betrifft, sieht er keine großen Unterschiede: »Die Kosten liegen nicht über denen konventioneller Produkte, die heute zur Verfügung stehen.« Traditionell hatte sich der französische Hersteller Citel auf die Entwicklung von Gasableitern spezialisiert und ist in diesem Markt nach Epcos weltweit die Nummer 2. Citel entwickelt aber auch Varistoren. »Wir sind die einzigen, die beide Techniken im eigenen Hause entwickeln, deshalb können wir sie auch sehr gut kombinieren«, erklärt Alain Ruen. (ha) 

■ Die Qual der Wahl für Wechselrichter

Kondensatoren bestimmen die Lebensdauer Wer an den Aufbau von Wechseltrichtern denkt, dem fallen zuerst Komponenten wie Leistungshalbleiter und Mikrocontroller für die Steuerung ein. Doch wer einen Wechselrichter realisieren will, der eine hohe Effizienz und eine hohe Lebensdauer erreicht, muss sich auch sehr sorgfältig um die Auswahl der richtigen Kondensatoren kümmern.

Die Kondensatoren, insbesondere in Hochstromanwendungen wie z.B. im Zwischenkreis, können dem Designer von Wechselrichtern Kopfzerbrechen bereiten. Sie sollten einen geringen effektiven Serienwiderstand und kleine effektive Serieninduktivitäten aufweisen und beständig gegenüber großen, hochfrequenten Strömen sein. Hoher Isolationswiderstand, hohe Kapazitätswerte und die thermische und elektrische Stabilität sind weitere wichtige Forderungen. Bei Elkos nimmt die frequenzabhängige Kapazität bei höherer Frequenz ab, dafür erhöht sich die Stromtragfähigkeit. Ne-

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ben der Lebensdauer (Elko-Kapazitätsreserve oft bis +30 % angesetzt, da Ende der Lebenszeit meist bei –20 % des C-Wertes kalkuliert ist) bildet die erforderliche Stromstärke (Ripple-Strom) das entscheidende Auswahlkriterium. Daher werden häufig höhere Kapazitätswerte erforderlich, als dies für die Glättung nötig wäre. Diese Forderungen zeigen vor allem eines: Elektrolytkondensatoren sind für den Einsatz im Zwischenkreis nicht immer die richtige Wahl. Vor allem mit zunehmendem Anspruch an Temperatur, Ripple und Spannung erreichen sie nicht mehr effizient die erforderliche Lebensdauer. Hier

Entscheidungskriterien für den Einsatz von Elektrolyt- und Folienkondensatoren

können die Folienkondensatoren ihre Vorteile ausspielen. Sie halten länger, weil sie nicht austrocknen können, sie sind temperaturbeständiger, zeichnen sich durch eine höhere Stromtragefähigkeit aus, zeigen ein besseres Frequenzverhalten und

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Vergleich zwischen Folienkondensatoren und Elektrolytkondensatoren

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Folienkondensatoren

Elektrolytkondensatoren

Lebenszeit

≥100.000 Std.

2.000 bis 100.000 je nach Temperatur

Nennspannung

300 bis 6.000 Vdc

bis 500 Vdc

Spitzenspannung

1,2 bis 1,6

1,15 bis 1,3 (x Nennspannung)

Energiedichte

0,16 J/cm3

0,8 J/cm3

Induktivität

5 nH möglich

5 bis 10 nH (zusätzliche Erhöhung bei Kontaktierung)

Volumenverhältnis

1

1/5

ESR-Verhältnis

1

50

Polung

nein

ja

Ripple

40

1

End of Life

C-Wert -2%

C-Wert –20% (teilweise sogar –30%)

sind selbstheilend (unempfindlicher gegenüber Überspannungspeaks).

tortypen: Bei einem dreiphasigen Wechselrichter (50 Hz, 1000 Vdc, Ripple Voltage 100 V max., Kapazität 500 µF min., Ripple-Strom 50 A, 300 Hz und 75 °C Umgebungstemperatur) wären immerhin 9 Elkos (3 serielle jeweils dreimal parallel geschaltet) erforderlich, die ein Volumen von 2,95 l einnehmen. Dagegen benötigt man

den Betriebsbedingungen betreibt, erreichen sie durchaus eine Lebenszeit von 90.000 Stunden, was ungefähr 10 Jahren entspricht. Dann fragt sich nur, ob dies für den Einsatz im entsprechenden Wechselrichter ausreicht. Das muss eben von Fall zu Fall entschieden werden.

Weil die Nennspannung von Elektrolytkondensatoren maximal 500 Vdc beträgt, müssen zwei oder mehr Elkos in Serie geschaltet werden, wenn höhere Spannungen benötigt werden. Außerdem zeigen Folienkondensatoren ein erheblich An der Auswahl mangelt es besseres ESR-Verhalten: Sind beiden Anwendern jedenfalls nicht. spielsweise 500 µF bei 700 Vdc und Was die Elektrolytkondensatoren 10 kHz gefordert, dann reicht ein betrifft, führt Rutronik im Bereich Folienkondensator, der einen ESR der High-Reliability-Produkte die von etwa 2,5 mOhm aufweist. AlTypen von Kemet, Panasonic und lerdings sind für dieselbe AnwenRubycon im Programm. Geier dung zwei Elektrolytkondensatoren weist darauf hin, dass Rubycon erforderlich, die dann etwa 120 der einzige Hersteller ist, der LemOhm ergeben; das ESR-Verhältnis bensdauer-Angaben unter Ripplevon Folienkondensator zu Elko liegt Last macht, was für den Einsatz also bei etwa 1 : 50. Für die Folienin der Praxis sehr wichtig ist. Im Der Einsatz von Elektrolytund Folienkondensatoren kondensatoren spricht außerdem Bereich der Standard-Elkos liefert ihr kleinerer dielektrischer VerlustRutronik die Kondensatoren von faktor und die geringere Frequenzabhän- nur zwei Folienkondensatoren (1,58 l), de- Samwha und Yageo, alternativ auch Jamigigkeit, was bei hochfrequenten Störströ- ren Kapazitätswerte zudem über viele Jah- con. re stabil bleiben. men das entscheidende Kriterium ist. Im Sektor der Folienkondensatoren Diese Vorteile haben allerdings auch ei- steht Kemet an erster Stelle, hier wird nun Jürgen Geier, bei Rutronik für technischen Support für Kondensatoren zustän- nen Preis: Die beiden Folien-Typen kosten aber auch Vishay stark. Wima ist vor aldig, erklärt an einem konkreten Beispiel immer noch mehr, als die neun Elkos. Und lem im Markt für Produkte mit sehr hoher den Unterschied zwischen den Kondensa- wenn man Elkos unter den entsprechen- Qualität bekannt aktiv. (ha) 

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■ iSuppli erwartet für dieses Jahr weltweite PV-Neuinstallationen von 13,5 GW

Photovoltaik-Markt wächst 2010 stärker als erwartet Fast eine Verdoppelung gegenüber den im Vorjahr realisierten Neuinstallationen erwartet das Marktforschungsinstitut iSuppli nach seiner jüngsten Markterhebung. Der Einfluss der reduzierten Einspeisevergütung in Deutschland fällt damit deutlich geringer aus, als noch Anfang des Jahres befürchtet. Mit Liefersteigerungen von fast 80 Prozent wächst der Bereich der Dünnschicht-Module weiter überproportional.

Im Zuge seiner jüngsten Marktstudie hat das Marktforschungsinstitut iSuppli seine Prognose für die 2010 weltweit erwartete Photovoltaik-Neuinstallationen deutlich von 8,3 auf 13,5 GW angehoben. Dr. Henning Wicht, Senior Director Photovoltaics bei iSuppli, begründet die Anpassung mit unterschiedlichen Einschätzungen der Folgen der in Deutschland ab Juli 2010 geltenden reduzierten Einspeisevergütungen: »Es wird allgemein davon ausgegangen, dass sich nach der Reduzierung der Einspeisevergütung das Geschäft in der zweiten Jahreshälfte abschwächt. Wir sind jedoch zu der Überzeugung gekommen, dass der Effekt der fallenden Modulkosten auf die Systempreise der Anbieter und ihre Bereitschaft, durch Preisnachlässe die

Dr. Henning Wicht, iSuppli » Bezogen auf den Weltmarkt kommt der Reduzierung der Einspeisevergütung in Deutschland keine so große Bedeutung zu, wie ursprünglich angenommen, wir gehen deshalb inzwischen fast von einer Verdoppelung der weltweiten PV-Neuinstallationen gegenüber 2009 auf 13,5 GW aus. «

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Nachfrage weiter zu stimulieren, bislang in den Prognosen zur weiteren Marktentwicklung unterschätzt wurde.« Dr. Wicht verweist auch darauf, dass eine höher als erwartet ausfallende Nachfrage und die geringen Capex-Investitionen des Vorjahres dazu beigetragen haben, dass die Produktionsauslastung der Hersteller kristalliner Silizium-Module sich weiterhin im Bereich von 90 Prozent plus X bewegt. »Diese Auslastung dürfte es den führenden Solarzellen- und Modulherstellern bis in das Jahr 2011 hinein ermöglichen, die Nachfrage über den Preis zu stimulieren«, stellt der iSuppli-Analyst fest. Von der aktuellen Marktsituation profitieren dürften nach seiner Einschätzung unter anderem besonders Unternehmen wie Trina, Yingli, Suntech und First Solar sowie Canadian Solar, die in der jetzigen Situation noch Luft nach oben haben um ihre Produktionskapazitäten zu erweitern. Gute Entwicklungsmöglichkeiten räumt er in der aktuellen Situation auch Solarmodul-Fertigungsdienstleistern wie JA Solar, Jabil Circuit und Flextronics ein, die davon profitieren könnten, dass zahlreiche Modulhersteller ihre Fertigungskapazitäten nicht schnell genug an die gesteigerte Nachfrage anpassen können. Im Ausblick auf 2011 gehen die Analysten von iSuppli davon aus, dass weltweit etwa 3,7 GW an zusätzlicher Produktionskapazität für kristalline Silizium-Solarmodule geschaffen werden müssen, um die zu erwartende Marktnachfrage zu befriedigen. Das würde ungefähr dem 1,5-fachen der bislang prognostizierten Produk-

tionserweiterungen um 2,2 GW entsprechen. Profitieren werden davon ModulFertigungsequipment-Hersteller wie Komax, NPC und Spire. Fazit: Befeuert von der Diskussion um die Reduzierung der Einspeisevergütung in Deutschland, erwartet iSuppli für 2010 inzwischen einen W-Verlauf der PV-Neuinstallationen, die sich mit 13,5 GW um 94 Prozent gegenüber den 7 GW des Vorjahres erhöhen dürften. Auch wenn die weltweite Produktion von 16,1 GW nach Einschätzung der Analysten ausreicht, um den Bedarf 2010 zu decken, gehen sie davon aus, dass es speziell im 2. Quartal in Boom-Regionen zu Lieferengpässen bei Solarmodulen kommen könnte. Das Problem des Vorjahres, eine Überversorgung des Marktes mit Solarmodulen, gehört damit endgültig der Vergangenheit an. Einen immer noch vergleichsweise kleinen Anteil am Solarmodul-Markt haben Dünnschicht-Module. Ihr Produktionsvolumen erhöhte sich im Vorjahr um 88 Prozent auf 1,862 MW. Weltweit verkauft wurden Module mit 1,731 MW. Die Fertigungsauslastung der Hersteller lag im Vorjahr bei 61 Prozent. Während der Umsatz gegenüber dem Vorjahr 2009 um 37 Prozent wuchs, gaben die Dünnschicht-ModulPreise 2009 um 28 Prozent nach. Unangefochtene Nummer 1 auf dem DünnschichtSolarmodulmarkt beleibt First Solar, das 2009 einen Marktanteil auf MW-Basis von 61 Prozent erreichte. Für 2010 rechnet das Analystenteam um Dr. Wicht mit einem Ausbau der Produktionskapazitäten um 69 Prozent und einer Zunahme des Verkaufs

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um 79 Prozent auf voraussichtlich auf rund 3,098 MW. Auch vor dem Hintergrund eines Preisverfalls der DünnschichtSolarmodule um etwa 17 Prozent in diesem Jahr rechnen die Analysten mit einer Umsatzsteigerung von 41 Prozent. Mit dem wachsenden Anteil von AmorphenSilizium- und CIGS/CIS-Produktionen bei der Herstellung von Dünnschicht-Solarmodulen, rechnen die iSuppli-Analysten in diesem Jahr mit einer Steigerung der Fertigungsauslastung auf 69 Prozent. In punkto Technologie bleibt CdTe weiterhin die dominierende Lösung im Dünnschicht-Bereich. Ihr Anteil betrug im Vorjahr 62 Prozent. Auf Platz 2 folgt mit 14 Prozent amorphes Silizium, gefolgt von aSi/u-Si/Tandemzellen mit 12 Prozent. Auf Triple-Junction und CIS/CIGS-Module entfielen jeweils 6 Prozent. Doch obwohl die Preise für kristalline Module im letzten Jahr massiv unter Druck gekommen sind, konnten die Hersteller von Tandem- und CIGS-Modulen, nach Einschätzung der iSuppli-Analysten, davon nicht profitieren. Triple-Junction-Lösungen schließlich wurden 2009 in erster Linie von United Solar angeboten und litten im Vorjahr als Gebäude-integrierte Photovoltaik vor allem unter der rückläufigen Zahl neuer, geeigneter Imobilien-Projekte. Branchenprimus First Solar wird nach Einschätzung der Analysten trotz durchschnittlicher jährlicher Produktionskapazitätssteigerungen von 5 Prozent auch 2010 »ausverkauft« sein. Mit 65 Prozent erwirtschaftet das Unternehmen fast zwei Drittel seines Umsatzes auf dem deutschen Markt. Derzeit ist das Unternehmen dabei, sein Engagement in Italien, Kanada und den USA auszubauen. Bei einem durchschnittlichen Wirkungsgrad der Module von 10 bis 11 Prozent lag der Watt-Preis zuletzt bei 84 US-Cents. Eine für 2011 vorgesehene Erweiterung der Produktionskapazitäten in Malaysia wird im nächsten Jahr die Produktionskapazität des Unternehmens von bislang 1,3 auf dann 1,7 GW erhöhen. Auch wenn sich an der dominierenden Stellung von First Solar auch in naher Zu-

kunft nichts ändern dürfte, so haben speziell Ende letzten Jahres Sharp Solar und einige andere Hersteller von der starken Auslastung First Solars und der Hersteller kristalliner Module profitiert. Wie attraktiv sich der Bereich der DünnschichtModule offenbar weiterhin für Hersteller und Investoren darstellt, lässt sich daran ablesen, dass derzeit rund 120 Unternehmen weltweit diesen Markt bedienen. Etwa 90 von ihnen weisen, bezogen auf ihre Auslieferung, eine Jahresproduktion von 0 bis 50 MW auf. (eg)  61 Prozent Produktionsanteil an der weltweiten Dünnschicht-Modulproduktion von 1,83 GW bedeuten für den Branchenprimus First Solar ein Produktionsvolumen von rund 1,3 GW. Den restlichen Kuchen teilen sich weltweit rund 120 Hersteller. Quelle: iSuppli

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Fertigungstechnik ■ DMA erweitert Verbandsplattform Photovoltaik-Produktionsmittel

»Die Kostendegression ist für uns Herausforderung und Chance« Seit 30. März ist der Bereich Photovoltaik-Produktionsmittel ein eigener Verbandsteil im VDMA. Damit wollen die rund 100 Mitglieder ihre Interessen künftig besser bündeln und ihre Lobbyarbeit stärken. Das Hauptziel für den deutschen PV-Maschinenbau sieht Dr. Peter Fath, Vorstandsvorsitzender des neuen PV-Verbandes und Technologievorstand von centrotherm, darin, die Kosten der PV-Massenfertigung auf dem Weg zur Netzparität weiter zu senken.

Energie&Technik: Im VDMA organisiert sind die PV-Produktionsmittel im Fachverband Productronic schon seit 15 Jahren. Was war ausschlaggebend für diese Neugründung und warum erfolgte dieser Schritt jetzt? Dr. Peter Fath: Wir haben 2007 ja bereits mit dem fachverbandsübergreifenden Forum eine eigene Photovoltaik-Marke im VDMA geschaffen. Als eigenständiger Verbandsteil haben wir eine bessere Ausgangssituation, wenn es darum geht, unsere Interessen zu vertreten. Der PV-Maschinenbau ist in der öffentlichen Wahrnehmung bei Weitem nicht so präsent, wie wir uns das wünschen. Als Organisation mit eigenem Vorstand können wir nach außen noch stärker klar machen, welchen Stellenwert die einzelnen Segmente des Maschinenbaus haben. Aber auch innerhalb des VDMA wurde die Stellung der Photovoltaik gestärkt. Warum jetzt? Der Wettbewerb der asiatischen Maschinenbauer nimmt deutlich zu. Das bedeutet für uns, wir müssen künftig enger entlang der Prozesskette zusammenarbeiten, damit wir auch international in der »Pole Position« bleiben. Als eigenständiger VDMAVerbandsteil hat unser Wort mehr Gewicht und ist richtungweisend für die Branche: So wollen wir beispielsweise gemeinsame Leitmessen festlegen und Standardisierungen vorantreiben. Wir haben konkrete Projekte definiert, wie wir den Photovoltaik-Zulieferbereich stärken wollen. Dazu gehört auch das Technologie-Roadmapping. Während sich bisherige Roadmaps vor allem mit der Entwicklung des Marktes und der Produktentwicklung beschäftigen, ist es insbesondere zur Kosten-

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senkung wichtig, die Innovationen auf der Produktionsseite zu thematisieren. Wir fokussieren unsere Roadmap auf den Photovoltaik-Maschinenbau. Allein das ist schon eine Mammut-Aufgabe. Energie&Technik: Der deutsche Maschinen- und Anlagenbau gilt als Technologie- und Innovationstreiber der PV-Fertigung und ist Weltmarktführer in diesem Sektor. Wodurch punkten die deutschen PV-Maschinenbauer im Vergleich zu asiatischen Wettbewerbern? Unser Wettbewerb aus Asien bietet bei Weitem nicht die Qualität der Maschinen, wie sie die deutschen Maschinenbauer bieten können. Wir haben auch technologisch die Nase deutlich vorne. Das liegt

zum einen am fundierten Ingenieurswissen hierzulande, zum anderen verfügen wir über einen jahrelangen Erfahrungsschatz aus verwandten Branchen: etwa der Elektronik-, Flachdisplays- und Automobil-Produktion. Hinzu kommt, dass wir die gesamte Wertschöpfungskette der PVFertigung abbilden: vom Silizium bis hin zur Modulfertigung. Wir Maschinenbauer arbeiten eng vernetzt sowohl mit unseren Zulieferern als auch in die andere Richtung mit den Herstellern zusammen. Solche weitreichenden Kooperationen gibt es in Asien noch nicht. Reicht das wirklich aus, um den PV-Maschinenbau langfristig hier zu halten? Der deutsche Maschinenbau konnte ja

Eine Kostensenkung lässt sich nur über technische Innovationen in der PV-Fertigung erzielen: Höherer Durchsatz, eine höhere Stückgutausbeute und eine höhere Zuverlässigkeit, Energie- und Ressourceneffizienz sind dabei die wesentlichen Parameter. Bild: centrotherm

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auch nicht verhindern, dass das Dr. Peter Fath, centrotherm Fertigungs-Equipment für Dis» Wir haben konkrete Projekte definiert, wie wir plays und Halbleiter inzwischen den Photovoltaik-Zulieferbereich stärken wollen. überwiegend in Asien produziert Dazu gehört auch das Technologie-Roadmapping. Während sich bisherige Roadmaps vor allem mit wird. der Entwicklung des Marktes und der ProduktBei den Displays und den Halbleientwicklung beschäftigen, ist es insbesondere zur Kostensenkung wichtig, die Innovationen auf der tern haben wir sehr gute SondermaProduktionsseite zu thematisieren. « schinen gebaut. Die Kunden haben aber lieber schlüsselfertige Komplettanlagen, so genannte Turn-Key-Systeme gekauft. Der PV-Maschinenbau in Energie&Technik: Die Neuregelungen Deutschland hingegen konnte sehr früh für die Einspeisevergütungen sorgen in auch solche komplette Linien anbieten der erfolgsverwöhnten deutschen Solarund pflegt eine sehr enge Zusammenarbeit branche für Turbulenzen. Glauben Sie, mit den Maschinenteileherstellern, von de- dass das Wachstum des deutschen PVnen wir die Komponenten, z.B. Pumpen Marktes und damit auch das der PVund Laser für unsere Anlagen beziehen. Equipment-Hersteller darunter leiden Der entscheidende Unterschied zum Dis- könnte? play- und Halbleiter-Equipment besteht Grundsätzlich trage ich das EEG mit. Was darin, dass wir im PV-Bereich ein Gesamt- passiert, wenn die Einspeisevergütungen konzept haben. Das heißt, der Kunde kauft zu hoch sind, hat der Zusammenbruch bei uns nicht bloß eine Maschine oder An- der Märkte in Spanien aber auch gezeigt. lage, sondern er bekommt auch das kom- Die Ankündigungspolitik und das hin und plette Technologiepaket, wie er seinen Fer- her der Absenkungsdiskussion hat viel tigungsprozess optimal gestalten kann Unsicherheit in den Markt gebracht. Die »mitgeliefert«. Das unterscheidet unseren Politik sollte verlässliche RahmenbedinAnsatz schon deutlich von dem asiatischer gungen schaffen. Für die deutschen MaMaschinenanbieter. Dort geht es rein um schinen- und Anlagenbauer ist das deutVerkaufszahlen, den Prozess müssen Sie sche EEG zwar nur mittelbar entscheidend, weil wir mehr als 80 Prozent unseselber in den Griff bekommen. rer Produkte exportieren. Trotzdem ist das Energie&Technik: Asien ist Wettbewer- EEG aber auch ein Leuchtturm für andeber für den deutschen PV-Maschinen- re Märkte. Das EEG führt implizit zur weibau, aber gleichzeitig mit 50 Prozent Ex- teren Kostendegression, die wir brauchen, portanteil auch der größte Abnehmer um Photovoltaikstrom konkurrenzfähig Ihrer Maschinen und Anlagen. Ist das gegenüber fossilen Energieträgern zu machen. Die Stellschraube zu einer effiziennicht ein großes Spannungsfeld? In gewisser Weise schon. Zum einen pro- teren PV-Fertigung liegt wesentlich bei fitieren wir als Weltmarktführer von allen den Maschinenbauern. Das bedeutet für Märkten und jeder Produktionsstätte – al- uns Herausforderung und Chance zuso natürlich auch davon, wenn in Asien gleich, denn wir müssen uns überlegen, viel produziert wird. Zum anderen wer- wie wir die mit unseren Maschinen die den unsere Konkurrenten insbesondere Kostendegression mitgehen bzw. unterin Asien versuchen, ihren Heimvorteil stützen können. auszunutzen. Wir müssen schon sehr genau aufpassen, wie wir agieren und mit Energie&Technik: Welche Parameter unserem technischen Vorsprung dafür sor- sind dabei entscheidend? gen, dass selbst die »fast Follower« auch Eine Kostensenkung lässt sich nur über wirklich »Follower« bleiben und uns nicht technische Innovationen in der PV-Fertieines Tages überholen. Deshalb ist es – gung erzielen: Höherer Durchsatz, eine wie ich eingangs schon gesagt habe - es- höhere Stückgutausbeute und eine höhesenziell, dass wir unser Wissen als VDMA re Zuverlässigkeit, Energie- und RessourPhotovoltaik bündeln und gemeinsam un- ceneffizienz sind die wesentlichen Parameter. Allein abgestimmte Prozesse erhösere Stärke demonstrieren.

hen bereits den Wirkungsgrad der Zellen und Module. Innovationen auf der Produktseite müssen sich zuerst in der Massenproduktion und dann auch im Feld bewähren. Wir Maschinenbauer fungieren als »Enabler« und versetzen unsere Kunden in die Lage, diese Vorgaben erfüllen zu können. Energie&Technik: Senkt die Kostendegression im EEG nicht mittelbar die Investitionsbereitschaft Ihrer Kunden? Nein, eher im Gegenteil, die Kostendegression zwingt unsere Kunden geradezu zum Investieren. Unsere Kunden brauchen Maschinen, die technisch »State-of-the-Art« sind, um günstige Module produzieren zu können und damit die Kostendegression ihrerseits mitgehen zu können. Die Investitionszyklen im PV-Bereich sind wesentlich kürzer als beispielsweise in der Elektronikfertigung. Als Modul-Hersteller müssen Sie praktisch die neuesten Maschinen haben, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Energie&Technik: Schlussendlich profitieren Sie also von der Kostendegression? Ja, die Maschinenbauer profitieren vom Kostendruck hin zu immer niedrigeren Herstellungskosten, aber auch davon, dass die Märkte an sich wachsen. In Europa entwickeln sich beispielsweise Tschechien, Frankreich und Italien viel versprechend. Insgesamt rechnen wir für 2010 wieder mit zwölf Prozent Plus, nach einem moderaten Minus von sieben Prozent im vergangenen Jahr. Energie&Technik: Die Photovoltaik konkurriert nach wie vor mit der konventionellen Stromerzeugung. Wird sie sich letztlich durchsetzen? 2/2010

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Es ist wichtig, die Photovoltaik in einem überschaubaren Zeitraum zur Grid Parity zu bringen, und dazu brauchen wir wiederum möglichst niedrige Produktionskosten. Die Automatisierungstechnik ist hier einer der wichtigsten Schlüssel, um dem Kostendruck in der Photovoltaikproduktion standzuhalten und damit die Photovoltaik wettbewerbsfähig gegenüber den klassischen Technologien der Stromerzeugung zu machen.

Energie&Technik: Der Maschinenbau ist sehr investitionsintensiv. Ist das in Zeiten, in denen die Banken äußerst restriktiv bei der Kreditvergabe sind, ein Nachteil? Das ist in der Tat eine der größten Herausforderungen für den Maschinenbau. Wir sind stets auf frisches Geld angewiesen. Wir müssen z.B. Zulieferteile und das Rohmaterial für unsere Maschinen vorfinanzieren, die Investition in Forschung

und Entwicklung, der Ausbau unserer eigenen Produktionskapazitäten – all das will finanziert sein. Ein Weg, dieses Kapital zu beschaffen, führt über die Börse, und das läuft sehr gut. Die Bankenkrise bekommt aber auch unsere Branche zu spüren. Hier ist ganz klar: Wir brauchen eine Bankenlandschaft, die bereit ist, Kredite zu vernünftigen Konditionen zu geben. Das Interview führte Karin Zühlke

■ Der chinesische Photovoltaik-Markt soll Applied Materials 2010 weiteres Wachstum bringen

»Mit unserem Technikvorsprung halten wir alle Trümpfe in der Hand« Der weltweite Solarboom bescherte Applied Materials seit 2006 im Geschäftsbereich »Energy Environmental Solutions« ein Umsatzwachstum um 600 Prozent auf 1,15 Mrd. Dollar im Geschäftsjahr 2009. Für 2010 rechnet Rob Deline, Managing Director der Solar Product Group von Applied Materials, mit einem moderaten Wachstum von gut 5 Prozent, das vor allem aus dem chinesischen Markt kommen soll. Das Alleinstellungsmerkmal von Applied sieht Deline im Technikvorsprung: Mit der SunFab Line und dem Siebdruckprozess »Baccini Esatto Technology« setzt Applied neue Maßstäbe für die PV-Fertigung.

Energie&Technik: Automatische und hocheffiziente Fertigungslinien sind heute für die Hersteller von Solarzellen und -modulen die Voraussetzung, um in einem Markt bestehen zu können, dessen Erfolg auf dem Prinzip der Kostendegression basiert. Wie begegnen Sie als Hersteller solcher Linien diesen Anforderungen? Rob Deline: Wir investieren sehr viel in Forschung und Entwicklung, um technisch sowohl im kristallinen Silizium-Bereich als auch bei der Dünnfilm-Technik die Nase vorn zu haben. So haben wir kürzlich mit der Baccini Esatto Technology eine neue

Eine Solaranlage mit 5,7 Quadratmeter großen Modulen liefert den Strom für das Verwaltungsgebäude von Applied in Singapore und generiert jährlich 450 MW-Stunden Leistung. Die Panels wurden auf einer SunFab Line gefertigt. Bild: Applied Materials

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Produktionstechnik für kristalline Silizium-Solarzellen vorgestellt. Dabei handelt es sich um eine hochpräzise mehrstufige Siebdrucktechnik. Damit lassen sich bessere Kontaktstrukturen auf Solarzellen drucken wie selektive Emitter oder zweifach gedruckte Metalllinien, die nur 80 Mikrometer breit sind. Diese Technik verbessert den Wirkungsgrad der kristallinen Zellen um einen halben Prozentpunkt. Die

Resonanz auf diese Technik bei den Zellen-Hersteller ist sehr gut, weil sie ihre bestehenden Produktionslinien und -prozesse beibehalten können und ihre Zellen trotzdem an Wirkungsgrad gewinnen. Aber auch im Dünnfilm-Bereich arbeiten wir momentan an einer weiteren Effektivitätssteigerung der SunFab Line von 10 Prozent und wollen gleichzeitig die Pro-

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duktionskosten auf einen Dollar pro Watt senken. Mit der SunFab Fertigungslinie zur Herstellung von Dünnschicht-Modulen haben wir einen neuen Maßstab in der Solar-Industrie gesetzt: Sie kann Trägerplatten bis zu einer Größe von 5,7 Quadratmetern produzieren – die Linien unserer Mitbewerber schaffen nach wie vor nur etwa ein Viertel dieser Größe. Dieser Formfaktor senkt die Produktionskosten im Vergleich zu den um drei Viertel kleineren Modulen um 10 Prozent und die Installationskosten durch eine schnellere Montage der Module sogar um 17 Prozent. Energie&Technik: Sie prognostizieren für den weltweiten PV-EquipmentMarkt bis 2012 ein Volumen von 7 Mrd. Dollar. Der Löwenanteil davon entfällt auf Asien – vor allem China. Wie will Applied vom wachsenden asiatischen Markt profitieren? Ihre asiatischen Mitbewerber werden sich ihren Heimvorteil nicht nehmen lassen. Dass Asien der weltweit größte Abnehmer ist, hat unseren Erfolg bislang nicht gebremst, im Gegenteil, wir sind hier sehr gut positioniert. Und wir rechnen damit, dass unser Geschäft in Asien in beiden Bereichen – kristalline Siliziumzellen und Dünnschichtproduktion – weiter anzieht. Dafür haben wir einiges getan: Um unseren asiatischen Kunden vor Ort die erforderliche Unterstützung bieten zu können, haben wir beispielsweise in China eine umfassende Service-Infrastruktur und ein Forschungs- und Entwicklungszentrum aufgebaut. Energie&Technik: Deutschland und einige andere europäischen Länder haben

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die Solarförderung gekürzt bzw. eingestellt. Wird das die Bedeutung des europäischen Marktes negativ beeinflussen? Wir gehen davon aus, dass der europäische Markt weiterhin moderat wachsen wird, weil die Preise für die Module fallen und das treibt die Nachfrage an, auch wenn die Förderung zurückgeht. Der Anteil von Deutschland an den weltweiten Solar-Installationen betrug im vergangenen Jahr 50 Prozent bzw. über 3,5 Gigawatt. Dieser Anteil wird sich nach unserer Ansicht bis 2013 auf weniger als 25 Prozent reduzieren. Gleichzeitig entwickeln sich aber neue und viel versprechend Märkte in Europa: Frankreich, Italien, Belgien und die Tschechische Republik, so dass die Bedeutung Europas für den weltweiten Solarmarkt weiterhin hoch sein wird. Energie&Technik: Indien gilt als aufstrebender Solarmarkt – bietet dieser Markt auch für Applied Potenzial? Mit einem Energiedefizit von 10 bis 15 Prozent bietet Indien viel Potenzial für die Solarenergie. Wir stehen in Verhandlungen mit der indischen Regierung darüber, wie Applied dazu beitragen kann, die Solar-Industrie in Indien voranzubringen. Energie&Technik: Welche Ziele sieht Ihre Technologie-Roadmap in den nächsten Jahren vor? Für den Dünnfilm-Bereich wollen wir dieses Jahr die Produktionskosten auf einen Dollar pro senken bei 10 Prozent mehr Effizienz. Bis 2012 sollen die Kosten pro Watt dann nur noch 70 US-Cents bei 12 Prozent mehr Effizienz betragen. Wir rechnen insgesamt für uns mit rückläufigen Produktionskosten, das erlaubt uns eine solche offensive Planung. Was den kristallinen Silizium-Bereich anbelangt, ist es unser Ziel, den Wirkungsgrad der Zellen durch fortschrittliche Produktionstechni-

Rob Deline, Applied Materials » Für den Dünnfilm-Bereich wollen wir dieses Jahr die Produktionskosten auf einen Dollar pro senken bei 10 Prozent mehr Effizienz. Bis 2012 sollen die Kosten pro Watt dann nur noch 70 (US) Cent bei 12 Prozent mehr Effizienz betragen. «

Die neue Siebdrucktechnik »Baccini Esatto« verbessert den Wirkungsgrad der kristallinen Silizium-Zellen um einen halben Prozentpunkt.

ken wie der Baccini Esatto Technology weiter zu steigern. Energie&Technik: Applied verlautbarte kürzlich das Ziel, in der »kristallinen Fabrik der Zukunft« 55 Prozent des Produktionsequipments für kristalline Silizium-Solarzellen stellen zu wollen. Das ist ein ehrgeiziges Ziel. Ehrgeizig und realistisch: Wir gehen davon aus, dass die »Fabrik der Zukunft« für kristalline Silizium-Solarzellen nicht mehr die jetzt typische Produktionslinie mit 9 Prozessschritten sein wird, sondern in Zukunft aus 14 Fertigungsschritten bestehen wird. Das wird den Wirkungsgrad solcher Solarzellen um etwa 3 Prozent verbessern. Unsere ausgefeilte Technik und der hohe Automatisierungsgrad prädestinieren unsere Anlagen für diese erweiterte Fertigung. Energie&Technik: Und wie lautet Ihr Ausblick für das Geschäftsjahr 2010? Mit unserem Technikvorsprung haben wir alle Trümpfe in der Hand. Vor allem unsere starke Marktstellung in China wird uns auch 2010 weiteres Wachstum bringen. In Zahlen ausgedrückt heißt das, dass wir für unseren Geschäftsbereich Energy Environmental Solutions eine Umsatzsteigerung von über 5 Prozent gegenüber 2009 erwarten. Das Interview führte Karin Zühlke 2/2010

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Bild: Applied Materials

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Smart Grid / Smart Metering ■ Modulare Soft- und Hardwareplattform für Smart-Metering-Systeme

Embedded-Platform-Concept beschleunigt die Markteinführung Die aktuelle Gesetzgebung der EU fordert von Stromversorgern und Endkunden ein Umdenken. Das lohnt sich: Die Energieeffizienz steigt zum Wohle der Umwelt, die Kosten sinken, die Transparenz nimmt zu für den Verbraucher, und die Energieversorger können die Last im Netz besser steuern.

Von Sebastian Heß, Projektleiter für Entwicklungen im SmartMetering Bereich von emlix, und Luis Fischer, Technical Marketing Manager von Arrow Eine Voraussetzung dafür sind elektronische Zähler, die die aktuelle Leistungsaufnahme des angeschlossenen Haushalts in kurzen Abständen über eine genormte Schnittstelle kommunizieren. Zudem sind Schnittstellen-Geräte erforderlich, die diese Messwerte einerseits dem Endkunden in seinem Haushalt zur Verfügung stellen. Andererseits müssen sie die Messdaten über Weitverkehrsnetze sicher an den Messdienstleister übermitteln. Je nach zugrunde liegendem Konzept ist bei diesen Geräten von einem MUC, ei-

nem Datenkonzentrator oder einer Gateway die Rede. Das hier vorgestellte Gateway-Konzept vereinigt zahlreiche Funktionalitäten, weil neben dem reinen Abtransport der Daten auch eine Tarifierung auf dem Gerät umgesetzt wird, um dem Endkunden die Möglichkeit zu geben, sein Verbrauchsverhalten an den Strompreis anzupassen. Innerhalb des letzten Jahres konzipierte der Embedded-Linux-Dienstleister emlix zusammen mit Partnern aus den Bereichen Zählerentwicklung, Abrechnungsund Mehrwertdienste sowie Home Automation die für die Gateway-Funktionalität notwendigen Bestandteile einer modularen Basissoftware. Während der Ent-

wicklung war es notwendig, frühzeitig auf einer Plattform testen zu können, die dem späteren Gateway möglichst nahe kommt. Hier konnte Arrow, mit der emlix über eine langjährige Partnerschaft verbunden ist, mit der EPC-Referenzplattform eine Basis für die Entwicklung von Gateways bereitstellen (s. Kasten). Schon die erste Version dieser Basissoftware stellt Funktionen bereit, um den aktuellen Forderungen nach Transparenz für den Kunden und Abrechnungssicherheit für den Energieversorger nachkommen zu können. Dazu zählen: ● das Management mehrerer Anschlussnutzer / Mandanten

Referenzhardware für Zähler-Gateways Die Modularität und Flexibilität der Gateway SoftRS232 und einen SD-Card Einschub. Über ErweiVisualisierung des Zählerstands kann leicht durch ware erlaubt es, sehr effizient die heutigen und terungsmodule können zusätzlich beliebige weiein Display Add-on Modul realisiert werden. Weizukünftigen Anforderungen eines jeden Anbietere Ports hinzugefügt werden. Für die Zählerabtere Gateway-spezifische Erweiterungen sind moters und Herstellers zu realisieren. Daneben erfrage wurde beispielsweise bereits ein Wireless Mmentan in der Vorbereitung. Durch vorhandene möglichen die verschiedenen Hardware-KompoBus (wM-Bus) Extension Board entwickelt, und die Templates für solche Module können projektspenenten aus dem Embedded Platzifische Erweiterungen mit sehr gerinform Concept (EPC) von Arrow eigem Aufwand erstellt und für die Evalune ähnliche Flexibilität bei der ierung und Entwicklung eingesetzt werKonfiguration des Entwicklungsden, bevor eigene Prototypen-Hardware systems. Neben dem aktuell verzur Verfügung steht. wendeten ARM9-Prozessormodul auf Basis des LPC3250 von Um die Produktentwicklung auf EPC-BaNXP sind dabei auch andere Prosis zu beschleunigen, stellt Arrow über zessoren verfügbar, beispielsweidie Applikationsingenieure eine umfangse von Atmel und Freescale. Für reiche Hilfestellung für die Anpassung die Entwicklung der Serienhardvon Komponenten und Funktionalitäten ware kann das jeweilige Prozesan die Kundenanforderungen bereit. Dasor-Modul einschließlich der Peneben profitieren auf diesem Wege entripherie (Schnittstellentreiber, standene Produkte automatisch von UpPower Management und Memodates und Änderungsmitteilungen der ry) als Referenz verwendet werzugrundeliegenden EPC-Komponenten. den, um den EntwicklungsaufDas Embedded Platform Concept ist dawand deutlich zu reduzieren. Eimit eine wertvolle Hilfestellung für den nige Standard-Schnittstellen gesamten Lebenszyklus eines Produktes, Das Embedded Platform Concept (EPC) von Arrow bringt ein EPC-Basis-System bevon der Produktidee über die Konzepterlaubt es, den Entwicklungsaufwand deutlich zu reits mit. Es handelt sich dabei phase, Entwicklung und Fertigung bis zur reduzieren und die Markteinführung zu beschleunigen. insbesondere um Ethernet, USB, Produktpflege. (ha)

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● die Verwaltung mehrerer Strom-, Gas-, Wasser- sowie Wärme-Zähler ● die Unterstützung von Zählern unterschiedlicher Hersteller ● die Unterstützung diverser Zählerprotokolle wie SML ● die Zuordnung einzelner Zähler zu einem Anschlussnutzer ● sichere Ablage der aufgenommenen Messdaten und Speicherung in einem maschinenlesbaren Transferformat ● die Verwaltung mehrerer Tarifregister sowie dynamischer Tarife ● die Möglichkeit, unterschiedliche Messdienstleister über Zusatzmodule einzubinden ● die Konfiguration des Gateways aus der Ferne in Kommunikation mit dem jeweils zuständigen Messwert-Dienstleister ● das Schalten und Abfragen von Weitergabekontakten oder Relais zur direkten Laststeuerung ● die sichere Weitergabe von Daten an entsprechende Home Automation-Anwendungen

schließen. Die Funktionsmodule der Basissoftware stehen dabei unter der GPL und verwandten Lizenzen. Damit ist es auch möglich, geschlossene, herstellerspezifische Anwendungen zu entwickeln. Durch diese Lizenzen fallen bei der Verwendung und Erweiterung keine Lizenzkosten an. Ein Vendor Lock-in mit Monopolpreisen ist somit ausgeschlossen.

Flexibel und zukunftsfähig

Eine solche Flexibilität kann ein Gerät, das Abrechnungsdaten zur Verfügung stellen soll, nur dann erreichen, wenn ein durchgehendes Sicherheitskonzept die Anwendungen auf der logischen Ebene voneinander trennt. Dieses Konzept erlaubt es, gekapselte Applikationen von Drittherstellern zu installieren. Die Installation müssen der Betreiber der Datenzentrale und ein Release Manager durch die Verwendung kryptographischer Schlüssel autorisieren. Nicht signierte Software führt das Gerät nicht aus, so kann Schadsoftware nicht eindringen. Dieses Vorgehen erleichtert es, das Konzept für lange Zeit wartbar zu gestalten und sich schnell auf geänderte Rahmenbedingungen einzustellen.

Weil in den kommenden Jahren vermutlich noch weitere gesetzliche Veränderungen und Markttrends auf die Energieversorger und die nachgeordneten Anbieter zukommen, muss das GatewayKonzept in höchstem Maße flexibel sein. Dieser Anforderung trägt es in mehrfacher Hinsicht Rechnung: ● Kern des Gateway-Konzeptes ist eine Softwarekollektion, die das Betriebssystem Linux, ein Sicherheits- und UpdateKonzept sowie ein Framework zur Entwicklung herstellerspezifischer Applikationen umfasst. Nur ein geringer Teil dieser Gateway-Software ist hardwareabhängig. Durch ein modulares Konzept können die generischen Module somit von unterschiedlichen Geräte-Herstellern genutzt werden. ● Die Gateway-Software besteht aus Open Source-Software, um eine Abhängigkeit zu einem bestimmten Softwaredienstleister von vorneherein auszu-

● Die Gateway-Software verwaltet alle (abrechnungs-)relevanten MeteringFunktionen und stellt die gesammelten Informationen berechtigten Anwendungen zur Verfügung. Darüber hinaus bildet sie mit einem entsprechenden Framework eine Basis für eine Vielfalt an Mehrwert-Applikationen, über die sich Energiedienstleister in Zukunft am Markt differenzieren können. Dieses Konzept ist vergleichbar mit dem im Mobilfunksektor üblichen Konzept der nachladbaren Apps.

Anforderungen an Sicherheit und Konfiguration

Energy Harvesting

Schon aus Kostengründen ist es erforderlich, dass ein Einsatz von geschulten Technikern vor Ort so selten wie nur möglich notwendig wird. Änderungen an der Konfiguration des Gateways lassen sich deshalb aus der Ferne einspielen und sind ebenfalls durch kryptographische Verfahren geschützt. Dabei sind 2/2010

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Vorteile der µModule™ • Komplettes System auf einem Chip (SoC) • niedriges Gewicht • geringe Bauhöhe • Schnelle Wärmeabfuhr • Einfache Board-Bestückung

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• LTC3108 Thermal (Peltier) • LTC3588-1 Vibration (Piezo) • LT3652 Photovoltaic (Solar) • LTC4070 Shunt Battery Charger

Ungenutzte Energie steht überall zur Verfügung. Energy-Harvesting ist die Methode zur Gewinnung dieser Energien: Thermo-, Piezoelektrik, Induktion, Photovoltaik und galvanische Quellen.

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Smart Grid / Smart Metering

die Konfigurationsmöglichkeiten sehr umfassend. Sie reichen von der Anmeldung neuer Zähler oder Mandanten und dem Freischalten neuer Tarife bis hin zum Aktivieren neuer Applikationen für einzelne an die Gateway angeschlossene Anschlussnutzer. Neben dieser Verwaltung von Applikationen, Mandanten und Zählern muss primär der Transfer von Lastgängen absolut sicher gestaltet werden. Insbesondere die Kommunikation mit dem Abrechnungsdienstleister über Weitverkehrsnetze stellt hohe Anforderungen an die Sicherheit der Datenübertragung und den Umgang mit den sensiblen Verbrauchsdaten, die innerhalb der Basissoftware als personenbezogene Daten im Sinne des Bundesdatenschutzgesetzes behandelt werden. Die Datensätze, bestehend aus Messwert, Zeitstempel und Tarifregistern/Preisen, müssen daher in jedem Falle verschlüsselt übermittelt werden. Eine Signatur weist zudem die Authentizität der Daten nach. Um Anforderungen, die aus dem Eichrecht hervorgehen, frühzeitig in die Konzeption der Basissoftware zu integrieren,

Die Gateway fügt sich durch den modularen Aufbau in bestehende Infrastrukturen und Abrechnungssysteme ein. Für die Kommunikation werden stets gesicherte Datenkanäle genutzt, ohne dem Kunden die Möglichkeit zu nehmen, Einblick in sein Verbrauchsverhalten zu nehmen.

haben die am Projekt beteiligten Firmen nicht nur ihr Wissen eingebracht, sondern sie haben auch den Dialog mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig gesucht. Aus dieser Zusammenarbeit ist über die vergangenen Monate sowohl eine Software-Plattform als auch eine HardwareReferenzplattform entstanden, die den

Geräteherstellern eine deutlich verkürzte Time-to-Market ermöglichen. Man darf gespannt sein, in welche MUC-, Datenkonzentrator- oder Gateway-Richtung sich der deutsche Energieversorgungsmarkt entwickelt. Darüber hinaus sollte man nicht vergessen, hin und wieder einen Blick ins europäische Ausland zu werfen, wo ähnliche Konzepte ebenfalls kurz vor der Markteinführung stehen. (ha) 

■ Energiekosten kontrollieren, reduzieren, budgetieren und kalkulieren

Transparenz spürt Energieverschwendung auf Mit dem intelligenten Energie-Controlling System (iEC) ermöglich es Econ Solutions, Kosten erst gar nicht entstehen zu lassen. Das System lässt sich in die bereits bestehende Infrastruktur des Unternehmens integrieren und liefert strukturierte Daten und Visualisierungen, die Einsparpotenziale aufzeigen. So kann der Anwender vorausschauend handeln und steuern.

Kontinuierliches Energie-Management in Unternehmen führt laut Studien von McKinsey und der Fraunhofer-Gesellschaft zu Energie-, Emissions- und Kosteneinsparungen von bis zu 25 Prozent. Um es den Anwendern möglichst einfach zu machen, ein transparentes Energie-Management aufzubauen, hat Econ Solutions – eine in diesem Jahr gegründete, hundertprozentige Tochter von Polyrack

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– das intelligente Energie-Controlling-System (iEC-System) auf dem Markt gebracht, das unabhängig von der darunter liegenden Infrastruktur arbeitet. Die Anwender erhalten ein einheitliches Format der Darstellung, und sie müssen nicht mit verschiedenen Systemen für beispielsweise Gas, Wasser, Strom und Fernwärme arbeiten. Über die zielgerichtete Aufbereitung und die klare Visualisierung können

die Anwender die Einsparpotenziale erkennen. Das System von Econ Solutions besteht aus insgesamt vier HardwareKomponenten: 1 ●

Der Econ Serv, ein industrietauglicher Server, speichert die Verbrauchsdaten, die die Econ-Units sammeln. Er speichert alle Konfigurationsdaten und lässt sich über die webbasierte Oberfläche leicht ein-

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Die standardisierten Schnittstellen des intelligenten Energie-ControllingSystems ermöglichen die Messung mit bestehenden Zählern und Sensoren, um die Daten zu sammeln und auswerten zu können.

richten. Der Betrieb als virtuelle Maschine ist möglich (virtuelle Appliance für VMware). 2 Die zweite Hardware-Komponente ist ● die econ unit. Sie fungiert als Zwischenspeicher für die Verbrauchsdaten und ist mit unterschiedlichen Schnittstellen ausgestattet. Es lassen sich bis zu vier EconSensoren anschließen sowie acht Zähler und Sensoren mit S0-Schnittstelle (DIN43864). Außerdem können bis zu vier Sensoren über standardisierte Strom- und Spannungsschnittstellen angeschlossen werden. Über ein Display lassen sich Funktionen und Status überwachen. Die EconUnit kommuniziert über IP-Protokoll, enthält bis zu 2 GByte Zwischenspeicher und ist für die Montage auf der Hutschiene ausgelegt. Die Konfiguration erfolgt über die Econ app. 3 ●

Als drittes Element im System bietet Econ eigene Sensoren, econ sens, zur detaillierten Messung des Stromverbrauchs an, die ebenfalls für die Montage auf der Hutschiene vorgesehen sind. Die Messung von Stromverbrauchern erfolgt im direkten oder indirektem Verfahren über Messwandler. Damit kann das System zeitgenau Schein-, Wirk- und Blindleistung je Phase angeben. Der Anschluss der Sensoren econ sens an econ unit erfolgt mit dem SensBus über eine Entfernung bis 100 m.

4 ●

Das vierte Element ist der Touchpanel, Econ view, der die Messdaten visualisiert. Das Herz des ganzen Systems bildet die Konfigurations- und Auswerte-Software, kurz econ app. Die intuitive Benutzeroberfläche erlaubt den einfachen und schnellen Einstieg ins System. Es können beliebige Browser verwendet werden, von jedem PC mit Zugriffsberechtigung auf das System können die Anwender konfigurieren, auswerten und analysieren. Es lassen sich benutzerspezifische Profile mit Rechte- und Zugriffsmanagement einrichten, um die Funktionen und Daten zielgruppengerecht darstellen zu können. »Weil wir auf die bestehende Infrastruktur zurückgreifen und bestehende Zähler und Sensoren über die offenen Schnittstellen anschließen können, lassen sich Installations- und Betriebskosten gering halten«,

sagt Stephan Niggemann, Geschäftsführer von Econ Solutions. Allerdings sei es schwierig, konkrete Zahlen zu nennen, weil es immer darauf ankomme, wie viele Zähler bereits vorhanden sind und was genau gemessen werden soll. Im eigenen Unternehmen in Straubenhardt installiert, hätten sich die Anfangskosten bereits nach sechs Monaten amortisiert. Weil das System von Econ skalierbar ist, kann der Anwender erst einmal klein beginnen und testen, um das System dann schrittweise auszubauen. Dass das iEC-System von Econ Solutions in der Praxis funktioniert, zeigen die bereits sieben Installationen, die das Unternehmen durchgeführt hat. Sie er-strecken sich von der Kunststoffindustrie über Schulen bis zu einem Fußballstadion. (ha) 

Das iEC-System setzt auf die bestehende Infrastruktur auf und läst sich einfach erweitern. Es eignet sich für den Einsatz überall dort, wo Energieverschwendung vermieden werden soll, von der Industrie, über den Einzelhandel, bis zu Bürogebäuden und Schulen.

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■ In Steuerungssysteme für Windkraftanlagen lassen sich jetzt Condition-Monitoring-Funktionen integrieren

Europäische Hersteller beherrschen den Markt Trotz der weltweiten Wirtschafts- und Finanzkrise setzte sich der Boom der Windkraft auch im Jahr 2009 fort: Innerhalb der EU hatte sie einen Anteil von 39 Prozent – den weitaus größten aller Energiequellen – an den Investitionen in neue Energieerzeugungsanlagen. Angesichts dessen überrascht es nicht, dass die Windenergiebranche auch für Hersteller elektronischer Steuerungstechnik als Zielmarkt attraktiv ist. Marktführer ist hier Bachmann electronic; chinesische Hersteller sind noch unbedeutend.

Welche technischen Trends bei Steuerungssystemen für Windkraftanlagen zu beobachten sind, welche Marktposition europäische Steuerungshersteller im Windenergiesektor einnehmen und welche Zukunftsaussichten die Windkraft weltweit hat, darüber informieren im folgenden Beitrag Experten aus drei Unternehmen: Dr. Vaheh Khachatouri (Director for Market Development bei Bachmann

Dr. Vaheh Khachatouri, Bachmann electronic » Insgesamt konnte die Wirtschaftskrise der globalen Windenergiebranche im vergangenen Jahr wenig anhaben. «

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electronic), Franz Eder (International Sales Manager Schweiz bei B&R IndustrieElektronik) und Dirk Kordtomeikel (Branchenmanager Windkraftanlagen bei Beckhoff Automation). Energie&Technik: Welche technischen Trends zeigen sich bei Steuerungssystemen für Windkraftanlagen? Eder (B&R): Seit Jahren zeigt sich ein Trend zu höheren Leistungen. Regional gibt es dabei allerdings deutliche Unterschiede. Während Offshore-Anlagen mit Leistungen über 5 MW entwickelt werden, besteht auch weiterhin großer Bedarf an Einzelanlagen mit Leistungen unter 1 MW. Darüber hinaus werden hydraulische Pitch-Systeme zunehmend von elektrischen Systemen verdrängt. Durch größere Anlagen in Verbindung mit den Regelungsfunktionen elektrischer Pitch-Systeme ergeben sich wirtschaftliche und technische Rahmenbedingungen, die weitere Optimierungen und Innovationen erlauben. Individual Pitch, aktive Schwingungsdämpfung und integriertes Condition-Monitoring – so werden die Kernthemen für die nächsten Jahre lauten. Auch in der Rotor- und Leistungsregelung sind Fortschritte zu erwarten, und zwar durch die Kombination weiterentwickelter Modelle und neuer Möglichkeiten der Sensorik. Kordtomeikel (Beckhoff): Erkennbar ist ein klarer Trend zur Integration zusätzlicher elektronischer Systeme in die Mühle. EtherCAT bietet mit hoher Performance

und flexiblen Topologiemöglichkeiten optimale Voraussetzungen dafür. Beispiele sind die Ansteuerung von Bremsen, Leuchtfeuern, Pitch und Umrichter sowie jetzt auch die Möglichkeit des ConditionMonitoring. PC-Control erlaubt die Integration aller modernen Kommunikationsprotokolle wie IEC 61400-25 sowie der Visualisierung. Energie&Technik: Welche Weltmarktposition nehmen Hersteller von Steuerungssystemen für Windkraftanlagen aus dem deutschsprachigen Raum ein? Dr. Khachatouri (Bachmann): Bachmann electronic nimmt mit einem Marktanteil von über 50 Prozent in der Windkraft eine marktdominierende Position ein. Eder (B&R): Unternehmen aus dem deutschsprachigen Raum gehören sicherlich zu den Technologieführern. Natürlich sind die meisten Länder interessiert, diese Wachstumstechnologie mit eigener Wertschöpfung zu besetzen. In vielen Regionen ist es daher schwierig, als europäische Firma völlig eigenständig zu agieren. Es geht darum, geeignete Kooperationsmodelle zu finden, um erfolgreich zu sein. Der Transport von Windkraftanlagen ist relativ teuer und stellt eine große logistische Herausforderung dar. Wichtig ist es daher auch, die Technik zu vermarkten und nicht nur das Produkt. Bereits heute ist zu erkennen, dass die Anlagen der meisten Hersteller weltweit mehr oder weniger ausgeprägt auf europäischer Technik beruhen.

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Kordtomeikel (Beckhoff): Weltweit führend sind immer noch die proprietären Steuerungssysteme der großen Hersteller. Den Rest des Marktes teilen sich zentraleuropäische Hersteller. Energie&Technik: Stellen asiatische Hersteller im Allgemeinen und chinesische Hersteller im Besonderen schon eine ernsthafte Konkurrenz auf dem Weltmarkt für Steuerungssysteme für Windkraftanlagen dar? Dr. Khachatouri (Bachmann): Die europäische Windkraftindustrie hat sich in den zurückliegenden Jahren eine starke Position auf dem Weltmarkt erarbeitet. Doch die Konkurrenz aus dem Ausland wächst rasant – vor allem in China. Um die Windenergie im eigenen Land zu stärken, hat die chinesische Regierung in Peking ein

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ambitioniertes Programm aufgelegt, das sich weitgehend auf die Förderung inländischer Hersteller von Windkraftanlagen beschränkt. In der Steuerungstechnik aber ist eine asiatische Konkurrenz derzeit nicht im Weltmarkt festzustellen. Eder (B&R): Allein in China wurden im vergangenen Jahr etwa 13.000 MW Windkraft-Kapazität neu installiert. In der EU waren es 10.163 MW, wobei Deutschland mit 1917 MW hinter Spanien (2459 MW) in Europa den zweiten Platz einnahm. In den USA waren es im vergangenen Jahr 9922 MW neu installierte Kapazität. Das Verhältnis dieser drei Märkte ist also momentan ziemlich ausgeglichen. Die Wachstumsdynamik zeigt jedoch bereits ein anderes Bild. In Europa betrug

Bild: ©Gabi Schoenemann/pixelio.de

»Mittelfristig werden asiatische Hersteller wesentliche Weltmarktanteile erzielen. Um allerdings in Europa gegen die lokalen Hersteller konkurrieren zu können, müssten diese Unternehmen auch lokal produzieren und damit wesentliche Kostenvorteile aufgeben.« Franz Eder, B&R Industrie-Elektronik

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Windenergie

Eder (B&R): Die Krise hat sicherlich auch diese Branche gestreift und das Wachstum etwas gebremst. Dennoch kann man bei Steigerungsraten deutlich über 20 Prozent nicht von einer Krise sprechen. Noch klarer wird die Situation, wenn man die Investitionen in die Windkraft ins Verhältnis zu vergleichbaren Investitionen setzt. Anno 2009 entfielen in der EU bereits 39 Prozent der Kraftwerksinvestitionen auf die Windenergie, gefolgt von Gas mit einem Anteil von 26 Prozent und Photovoltaik mit 16 Prozent. Damit wächst die Windenergie gegenwärtig schneller als alle anderen Energien, und das mit großem Abstand. Franz Eder, B&R Industrie-Elektronik

Dirk Kordtomeikel, Beckhoff Automation

» Individual Pitch, aktive Schwingungsdämpfung und integriertes ConditionMonitoring – so werden die Kernthemen für die nächsten Jahre lauten. «

» In Europa und natürlich auch in Deutschland rechnen wir in den nächsten Jahren mit einem kräftigen Wachstum, besonders bei Offshore-Anlagen. «

die Steigerung bei Neuinstallationen von 2008 auf 2009 etwa 23 Prozent. In China war die Steigerungsrate fast doppelt so groß und lag bei ungefähr 43 Prozent. Mittelfristig werden daher asiatische Hersteller wesentliche Weltmarktanteile erzielen. Um allerdings in Europa gegen die lokalen Hersteller konkurrieren zu können, müssten diese Unternehmen auch lokal produzieren und damit wesentliche Kostenvorteile aufgeben. Es ist allerdings zu erwarten, dass einige europäische Hersteller von finanzstarken asiatischen Unter-

Kordtomeikel (Beckhoff): Asiatische Steuerungsanbieter sind bisher noch nicht im Markt zu finden.

Energie&Technik: Wie haben sich die Umsätze Ihres Unternehmens mit der Windenergie-Branche in den Jahren 2008 und 2009 entwickelt, und wie werden sie sich im Jahr 2010 entwickeln? Dr. Khachatouri (Bachmann): Die Wachstumsraten von Bachmann in der Windenergie lagen 2008 und 2009 deutlich über den Wachstumsraten der Branche, was auf die Gewinnung zusätzlicher Marktanteile zurückzuführen ist. Dieser Trend wird auch im Jahr 2010 entsprechend anhalten.

Energie&Technik: Inwieweit hat die weltweite Wirtschafts- und Finanzkrise den Markt für Steuerungssysteme für Windkraftanlagen beeinträchtigt?

Kordtomeikel (Beckhoff): Trotz der Wirtschafts- und Finanzkrise haben wir in den beiden vergangenen Jahren überproportionale Zuwächse aufgrund eines boo-

nehmen aufgekauft werden, wie wir das von anderen Branchen kennen. (Die Zahlen stammen aus der aktuellen Statistik der EWEA.)

Offshore-Windkraftanlagen erfordern besonders robuste Steuerungskomponenten – Steuerung beherrscht Condition-Monitoring Dr. Vaheh Khachatouri (Bachmann electronic) über die technischen Trends bei Steuerungssystemen von Windkraftanlagen: »Erhöhte Anforderungen bezüglich Umweltbedingungen: Der Markt für Offshore-Windenergie ist der European Wind Energy Association (EWEA) zufolge von 2008 auf 2009 um 54 Prozent gewachsen, und für das Jahr 2010 wird ein Wachstum von 75 Prozent prognostiziert. In Offshore-Windkraftanlagen sind die Steuerungen besonders rauen Umweltbedingungen wie etwa salzhaltiger Luft ausgesetzt, so dass die Systemkomponenten robust aufgebaut sein und auch unter Betauung funktionieren müssen. Für entsprechende Komponenten des Steuerungssystems M1 von Bachmann werden daher nur ausgesuchte industrielle Bauteile verwendet, die schwierigen

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Umweltbedingungen Stand halten und garantierte Langzeitverfügbarkeit mitbringen. Werkzeuge zur automatischen Code-Generierung: Mit dem zunehmenden Einsatz komplexer Reglerstrukturen verändert sich auch der Entwicklungsablauf. Die Regelungs-Software wird eher denn je auf einer abstrakten Ebene mit Hilfe von Simulations- und Reglerentwurfs-Werkzeugen erstellt. Zunächst werden die Regler auf einer abstrakten Ebene (Übertragungsfunktion bzw. Blockschaltbild) mit Produkten wie Matlab und Simulink modelliert. Das Ergebnis wird anschließend automatisch mit Werkzeugen wie »Bachmann MTarget for Simulink« in von der Steuerung ausführbare Echtzeit-Software umgewandelt. Einbettung von Condition-Monitoring in die Anlagensteuerung: Die Einbettung des Conditi-

on-Monitoring (CM) in die Anlagensteuerung spart die Kosten für eine doppelte Sensorik. Das CM-Interface-Modul AIC 212 von Bachmann macht die nahtlose Integration von CM-Funktionen in die Anlagensteuerung möglich. Die Signale und die internen Variablen des gesamten Steuerungsverbunds lassen sich direkt verwenden und bereits im CM-Interface-Modul sensornah vorverarbeiten (z.B. Vibrationsanalysen im Frequenzbereich). Gleichzeitig übermittelt die Steuerung auch die erfassten und analysierten Signale an den Leitrechner. Kommunikationsstandards der Energiewirtschaft: Die Netzbetreiber setzen die Anwendung von Kommunikationsstandards wie IEC 6140025 und IEC 61850 voraus, die gemäß den Bedürfnissen der Energiewirtschaft und der Netzbetreiber geschaffen sind.« (ak)

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menden Markts für erneuerbare Energien in China erlebt. Wir erwarten weiteres kräftiges Wachstum in diesem Jahr. Energie&Technik: Wie haben sich in den vergangenen Jahren die Umsätze Ihres Unternehmens mit der WindenergieBranche im Vergleich zu den Umsätzen mit anderen Kundenbranchen entwickelt? Dr. Khachatouri (Bachmann): Insgesamt konnte die Wirtschaftskrise der globalen Windenergiebranche im vergangenen Jahr wenig anhaben. Während die Umsätze im Maschinenbau allgemein zurückgingen, prägte das Wachstum in der Windenergie das Geschäftsergebnis. Automatisierungslösungen und intelligente Vernetzungslösungen für die SolarenergieBranche gewinnen an Bedeutung. Energie&Technik: Wie wird sich der Markt für Windenergieanlagen und deren Subsysteme in den kommenden Jahren entwickeln – in Deutschland, Europa, Nordamerika, Südostasien, China, Indien? Dr. Khachatouri (Bachmann): In den drei wichtigen Märkten – Asien, Nordamerika (USA plus Kanada) und Europa – wurden im Jahr 2009 erstmals jeweils mehr als 10 GW neue Leistung installiert. Weltweit stieg die Windenergiekapazität im Jahr 2009 um 31 Prozent auf nunmehr 157,9 GW. Die USA haben mit einer Gesamtleistung von rund 35 GW derzeit die weltweit höchste Windkraftkapazität. Im Jahr 2009 wurden Anlagen mit einer Leistung von 9922 MW neu installiert (+27 Prozent). Deutschland nimmt mit einer installierten Leistung von knapp 26 GW aktuell Platz 2 in der Welt ein. Im Jahr 2009 wurden Anlagen mit insgesamt 1917 MW neu aufgebaut.

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China hat anno 2009 neue Windkraftanlagen mit einer Leistung von 13 GW erstellt (plus 51 Prozent gegenüber 2008) und sich damit auf Rang drei weltweit platziert. (Die Zahlen stammen aus der aktuellen Statistik der EWEA.) Eder (B&R): Der Windenergiemarkt wird wahrscheinlich in allen genannten Regionen die größte Wachstumsbranche der nächsten Jahre sein.

Kordtomeikel (Beckhoff): In Europa und natürlich auch in Deutschland rechnen wir in den nächsten Jahren mit einem kräftigen Wachstum, besonders bei Offshore-Anlagen. Der asiatische Markt wird ebenfalls weiter kräftig zulegen. Mit Verzögerung wird auch der amerikanische Markt, dank massiver staatlicher Eingriffe, deutliche Zuwächse zeigen. Die Fragen stellte Andreas Knoll

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■ IT-basierte Kommunikation in Windenergieanlagen

Mehr Transparenz und höhere Effizienz Ein IT-basiertes Automatisierungskonzept auf der Grundlage von Profinet bildet ein wesentliches Element für den Aufbau einer homogenen AutomatisierungsLandschaft, die mit einfachen, standardisierten Werkzeugen eine transparente Betriebsführung gestattet. Die Technologie erlaubt es, auch für die besonderen Anforderungen der Windenergie – die Kombination von schnellen Regelungen mit der Datenerfassung und Kommunikationsaufgaben in rauen Umgebungsbedingungen – wirtschaftliche Systeme zu realisieren.

Von Dipl.-Ing. Stefan Gallmann, Global Industry Manager Wind Energy and Shipbuilding in der Business Unit Automation Systems der Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont Mit der Entwicklung von Einzel-Turbinen zu Anlagen der Megawatt-Klasse, die in großer Zahl in Windparks und WindparkClustern installiert werden, sind die Anforderungen an die Windenergieanlagen (WEA) deutlich gestiegen. Im Fokus steht dabei weiterhin die technische Betriebsführung mit dem Ziel, unter möglichst allen Umgebungsbedingungen eine optimale Energieerzeugung zu erreichen. Von wachsender Bedeutung ist auch die Kommunikationsfähigkeit. Hersteller, Betreiber und Netzversorger möchten in Echtzeit mit den Anlagen kommunizieren, um beispielsweise Diagnosedaten sowie Performance- und Zustandswerte abfragen zu können oder die Anlagen aktiv in das Lastmanagement des Versorgernetzes einzubinden. Das wird mit der stetig steigenden Zahl einspeisender Windparks immer wichtiger, denn die Netzversorger verschärfen weltweit die Einspeisekriterien (Transmission Codes) für Windstrom. Daraus resultieren erhöhte Anforderungen an die Anlagen, denn sie müssen auf die Netzvorgaben schnell reagieren und technische Einrichtungen bereitstellen, um die vorgeschriebene Einspeisegüte nachweisen zu können. Vor diesem Hintergrund fordern die Betreiber und Netzversorger einen einheitlichen Kommunikationsstandard. Die bisherige Praxis verschiedener proprietärer Hersteller-Protokolle zog ins-

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Der schematische Aufbau des Remote Field Controller RFC 470 PN 3TX

besondere in heterogenen Windparks einen hohen Anpassungsaufwand nach sich. In langjähriger Normungsarbeit wurde schließlich die IEC 61400-25 als ein speziell für WEA und Windparks geltender Kommunikationsstandard definiert. Aufbauend auf der IEC 61850, dem Übertragungsprotokoll für Schaltanlagen der Mittel- und Hochspannungstechnik, setzt die IEC 61400-25 auf Diensten des TCP/IP– Protokolls auf und nutzt somit die TCP/IP–Infrastruktur, zu der auch Ethernet für lokale Netze zählt.

ge zum Service-Center oder die AnlagenVisualisierung auf dem Notebook des Service-Technikers. Auch in diesem Bereich setzen sich die flexiblen und schnellen ITDienste wie Web-Services, FTP-Filetransfer oder die direkte Datenbank-Kommunikation durch. Deshalb werden bei Neuinstallationen in Windparks durchgehend Netzwerk-Verbindungen – meist in Form von Glasfaserleitungen – zu den Anlagen gelegt, um zumindest innerhalb des Parks eine leistungsfähige Netzwerk-Infrastruktur zu schaffen.

Aktuell implementieren die Hersteller weitreichende Funktionen zur Fernwartung und -diagnose in ihre WEA, die von der IEC 61400-25 nicht abgedeckt werden. Dazu gehören das zyklische Übertragen von speziellen Messwerten aus der Anla-

Einfache und flexible Profinet-Kommunikation Die in den WEA verwendete Steuerungstechnik basiert zumeist auf einer zentralen Intelligenz, die mit den verteil-

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ten Subsystemen wie Pitch-Controllern, Umrichtereinheiten oder Anzeigesystemen entweder über etablierte Feldbusse oder ein herstellereigenes System kommuniziert. Eine vorhandene Ethernet-Schnittstelle unterstützt in der Regel nur Programmierfunktionen oder den proprietären Datenaustausch mit einem OPC-Server. Für die von außen über den Glasfaser-Anschluss kommenden Kommunikations-Dienste wird somit ein zusätzliches Gateway benötigt. In der Praxis handelt es sich dabei zumeist um einen entweder in der WindparkZentrale oder direkt in der WEA installierten Industrie-PC, der alle Dienste zwischen Anlagen-Controller und Netzwerk per Software umsetzen muss. Die Steuerung fungiert also auch als Kommunikations-Stellvertreter für die Subsysteme der WEA, was zusätzliche Rechenleistung beansprucht. Damit entsteht bereits innerhalb der Anlage eine Kommunikationspyramide, die keine direkte vertikale Kommunikation erlaubt. Im Vergleich dazu erweist sich eine auf dem Profinet-System aufbauende Steuerungsarchitektur als flexibel und einfach. Die TCP/IP-Kommunikation läuft in jedem ProfinetNetzwerk parallel zur Übertragung der Profinet-Echtzeit-Daten. Umgekehrt integriert sich Profinet nahtlos in die Ethernet-Welt. Dabei sind unterschiedliche Netzwerk-Topologien möglich: ● eine klassische Sternverkabelung wie in der Gebäudeinstallation üblich ● Liniensysteme, die sich für die Steuerungsperipherie anbieten ● hochverfügbare Ringe oder Maschen mit Medien-Redundanz, die insbesondere für das Windpark-Netzwerk geeignet sind.

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▪ ▪ ▪ ▪

Die Profinet-Spezifikationen ergänzt den Ethernet-Standard um wichtige Funktionen für die Parametrierung, Inbetriebnahme und Diagnose einer Anlage. Ein Beispiel ist die Adressierung von Netzwerkteilnehmern, die im Gegensatz zur umständlichen Einstellung der Adresse am Gerät auf einer komfortablen Namensgebung innerhalb des Engineering-Werkzeugs basiert. Durch die automatische Gerätekonfiguration nach einem Komponententausch reduzieren sich Stillstandszeiten erheblich. Über das Link Layer Discovery Protocol (LLDP) erkennt die Steuerung den Ersatz eines Teilnehmers und konfiguriert das neue Gerät sofort nach dessen Hochlauf.

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Phoenix Contact setzt die systemischen Voraussetzungen von Profinet mit innovativen Komponenten in ein IT-basier2/2010

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Windenergie

tes Automatisierungskonzept um. Herzstück der WEA ist dabei der Remote Field Controller RFC 470 PN 3TX. Das auf einer robusten PC-Architektur aufgebaute HighEnd-Gerät unterstützt viele der von WEABetreibern und Netzversorgern geforderten Funktionen. So beinhaltet das gemäß IEC 61131 programmierbare Laufzeitsystem bereits einen optimierten Profinet IORT Controller Stack, der die gesamte Profinet-Peripherie bedient. Parallel dazu ist über einen Web-Server ein schneller Zugriff auf die Prozessdaten der Steuerung möglich. Mit einem einfachen SoftwareTool kann in kurzer Zeit ein komplettes „Webbased Management“ der WEA realisiert werden. Die steckbare Flashkarte bietet ausreichend Speicherplatz für das verschlüsselt abgelegte Applikationsprogramm sowie die Archivierung oder Zwischenspeicherung anlagenrelevanter Daten. Über einen geschützten FTP-Zugang lässt sich der Speicher in ein Remote-Datensystem spiegeln, wobei aufgezeichnete Daten als Dateien heruntergeladen werden. Bibliotheken für das Daten-Logging, Alarm- und Event-Management oder den Email-Versand von Nachrichten verkürzen das Software-Engineering im Bereich der kommunikativen Aufgaben. Ist der RFC 470 PN 3TX via TCP/IP-Protokoll mit dem Service-Zentrum verbunden, können Daten der WEA direkt in eine SQL-Datenbank geschrieben werden. Die ControllerArchitektur gestattet darüber hinaus die

Einbindung von Bibliotheken in C/C++, so dass sich bereits zertifizierte Regelalgorithmen weiterhin nutzen lassen. Phoenix Contact arbeitet außerdem an der Implementierung des IEC 61400-25-Standards. Die beiden Ethernet-Schnittstellen des RFC 470 PN 3TX ermöglichen verschiedene Netzwerk-Integrationsmodelle. In einer Single-LAN-Struktur fungiert die Steuerung als normaler Teilnehmer in einem flachen WEA-Netzwerk. Die einfache Struktur erlaubt den direkten Zugriff auf alle Geräte. Ist eine Trennung der Netze gewünscht, kommuniziert der eine Ethernet-Port extern, während die zweite Schnittstelle das eigenständige ProfinetNetzwerk in der WEA betreibt. Über eine SNMP-Bibliothek wird der Controller in ein Netzwerkmanagement-System und damit in die vorhandene IT-Landschaft integriert.

Komfortable Peripheriegeräte Die in der WEA verbaute Sensorik und Aktorik wird über die Module des InlineInstallationssystems an die Steuerung angekoppelt. In dem Automatisierungsbaukasten stehen für die verschiedenen E/AFunktionen entsprechende Klemmen zur Verfügung. Jede Inline-Station hat einen Profinet-Kommunikationskopf, in den zwei Ethernet-Schnittstellen implementiert sind, so dass sich ohne zusätzliche Switches eine Linienstruktur aufbauen

lässt. Neben den E/A-Daten werden auch detaillierte Diagnose-Informationen von den Inline-Modulen via Profinet an die Steuerung und/oder das Service-Center es Herstellers übertragen. Komfortabel erweist sich das Ethernetbasierte System auch im Bereich Bedienen und Beobachten. Ist ein Netzwerkanschluss vorhanden, kann die WEA von verschiedenen Stellen aus über ein kleines Ethernet-Bedienpanel mit integriertem OPC-Server, ein Web-Panel, einen Industrie-PC oder ein Notebook visualisiert werden.

Hohe Zugriffssicherheit Ohne ergänzende Sicherheitsmaßnahmen ermöglicht die flache und durchgängige Infrastruktur den einfachen Zugang zu allen Systemen der WEA. Um Missbrauch durch unbeabsichtigte oder unberechtigte Zugriffe von innerhalb und außerhalb des Netzwerks zu vermeiden, sollten die hutschienenmontablen Security-Geräte der MGuard-Produktfamilie von Phoenix Contact eingesetzt werden. Der FL MGuard RS kombiniert beispielsweise eine leistungsstarke Firewall mit einem NAT-Router, Modem und VPNSupport. Mit der Security-Komponente wird der Zugang zum Windpark über DSL, ISDN oder das interne Netzwerk der WEA umfassend geschützt. Das für die industrielle Nutzung optimierte Gerät lässt sich

Technologischer Durchbruch bei hoch isolierten DC/DC-Wandlern:

Re3-inforced DC/DC bis 10kVDC RECOM -Ingenieuren ist es gelungen, bei isolierten DC/DC-Wandlern den Gegensatz zwischen hoher Isolation und geringer Baugröße aufzulösen. Die neue REC-Serie schafft dank revolutionärer Technologie Isolationsspannungen bis 10kVDC und packt zudem 20% mehr Leistung ins kompakte Standard-Gehäuse. Da zugleich

die Wicklungskapazität auf ca. 30% reduziert werden konnte, haben die neuen Wandler einen extrem niedrigen Leckstrom. Dies sind Vorteile, die in der Medizin-Elektronik ebenso geschätzt werden, wie in der Hochspannungs- und HF-Technik. Der neue Maßstab bei isolierten Wandlern: RECOM „Re3-inforced“!

Wichtige Spezifikationen:

 isoliert bis 10kVDC bzw. 8kVDC  ultrakompakt dank Re3-Technologie  Standard DIP24 Gehäuse  3,5 Watt und 6 Watt Leistung  Wirkungsgrad bis 86%  kurzschluss- und überlastsicher  für Einsatz in der Medizin-Technik  EN-, CSA-, UL-, und CB Zert.

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per Web-Oberfläche einfach und schnell konfigurieren. Der FL MGuard RS kann bis zu zehn VPN-Tunnel unter Verwendung des IPsec-Standards parallel betreiben. Die Technologie erlaubt das durch Verschlüsselung gesicherte logische Einbinden des

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Windpark-Netzes in das Netzwerk der Betreiber-Zentrale. Über die 1:1-Nat-Funktion lassen sich alle installierten WEA an das Windpark-Netzwerk ankoppeln, wobei die projektierten IP-Adressen der Teilnehmer einer WEA einem stets gleichen

Produktionsschema unterliegen dürfen und insofern nicht angepasst werden müssen. Dies erspart erheblichen Konfigurationsaufwand bei der Inbetriebnahme im Park, denn mehrfach gleiche IP-Adressen der Teilnehmer sind nicht erlaubt. (ha) 

■ Von der Stromerzeugung über die Verteilung bis zur Nutzung:

Höherer Wirkungsgrad auf Systemebene

Weltweit setzen Regierungen auf gesetzliche Regelungen und Förderprogramme, um den CO2-Ausstoß zu verringern. Derzeit wird ein Drittel der weltweit erzeugten Energie in Form von Elektrizität konsumiert, schon bald werden es 50 Prozent sein. Das ist eine gute Nachricht für Arunjai Mittal. Denn erstens eröffnen sich in der Erzeugung, der Nutzung und dem Gebrauch der elektrischen Energie noch viele Spielräume für Effizienzsteigerungen, zweites ist dafür ausgeklügelte Elektronik auf Basis von Halbleitern erforderlich. Deshalb blickt er sehr entspannt in die Zukunft: Schon jetzt laufen die Geschäfte

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gut, der Trend zur effizienteren Nutzung der Energie, u. a. angetrieben durch weltweite Regierungsprogramme, sorgt dafür: »Unsere Fabs arbeiten bei voller Kapazität und wir können sie weiter ausbauen. Die Nachfrage wächst so stark, dass wir über die nächsten zwanzig Jahre noch gut beschäftigt sein werden.« Doch könnte sich die Euphorie wieder legen? Das glaubt Mittal nicht, denn erstens erstreckten sich die Regierungsprogramme recht weit in die Zukunft, zweitens falle durch die Notwendigkeit zur Energieeffizienz auch die Kosten-Nutzen-

Analyse anders aus als bisher. Standen früher den Hard- und Software-Investitionen in die Geräte lediglich die Energieeinsparung und vielleicht noch der bessere Bedienkomfort gegenüber, so fallen heute bereits und künftig noch verstärkt Steuerersparnisse, Vermeidung möglicher Strafkosten und nicht zuletzt der gute Ruf des Unternehmens zusätzlich ins Gewicht. Effizient zu sein, zahlt sich also für die Unternehmen finanziell und als Imagegewinn aus. Entspannt ist Mittal auch, weil Infineon schon sehr früh in die Techniken in-

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Bild: © Thorben Wengert/pixelio.de

Ein Schlüssel für die Erzeugung von Strom aus Wind und Licht sowie die effiziente Verteilung des Stroms sind Leistungshalbleiter und Module. Doch nur die neuesten Power-ICs im Programm zu führen, reicht laut Arunjai Mittal, Leiter der Industrial and Multimarket Division von Infineon, künftig nicht aus. Erst das Zusammenspiel mit den Logik-ICs und den Sensoren ermöglicht es, wirklich effiziente Systeme aufzubauen.

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Windenergie

vestiert hat, die jetzt die Basis bilden, um elektrische Energie effizienter zu generieren, zu verteilen und nutzen zu können. Ein Stichwort ist hier Smart Grid. Nur ein neu aufzubauendes, intelligentes Stromnetz erlaubt es, erneuerbarer Energien effizient einzuspeisen und zum Nutzer zu bringen. Dem Anwender erlaubt es, die Energie effizienter als bisher zu nutzen. Und überall spielt die Elektronik die wesentliche Rolle. Dazu ein Beispiel. Wenn Windturbinen in Offshore-Anlagen Strom erzeugen, dann muss der Strom unter möglichst geringen Verlusten bis in die Regionen trans-

In der HGÜ kommen Thyristoren zum Einsatz, die 4000 A und 8000 V schalten. Klar, dass ein solcher Schalter etwas anders aussieht, als ein MOSFET in einer kleinen Stromversorgung. Der eigentliche »Chip« besteht aus einem kompletten 6Zoll-Wafer, der in einem mehreren kg schweren Metallgehäuse sitzt. Eine Besonderheit von Infineon: Der Thyristor lässt sich nicht nur über einen elektrischen Anschluss steuern, wer will, kann auch Typen einsetzen, die sich über Licht schalten lassen. Eine Laserdiode koppelt das Infrarotlicht (905 nm) in einen Lichtwellenleiter ein, ein Lichtpuls mit einer Energie unter 100 mW schaltet eine elektrische Leistung von über 1 MW. Mit der Ansteuerung über Licht erhöht sich die Zuverlässigkeit des Thyristors, so ist er weniger anfällig gegenüber Blitzeinschlägen. Und selbstverständlich benötigen Thyristoren weitere Elektronik, beispielsweise Mikrocontroller für ihre Steuerung. Mikrocontroller sind grundsätzlich Standard-ICs, sie müssen aber für Anwendungen im Smart Grid zusätzliche Kriterien erfüllen. Die hohe Zuverlässigkeit steht an erster Stelle, wichtig ist aber auch, dass die Hersteller sie über einen sehr langen Zeitraum liefern können, noch länger als aus dem Ma-

»Wir verfügen über langjähriges Systemwissen und von Power-Chips über Logik bis zu den Sensoren über die Komponenten, um alle Aspekte des Energy-Management berücksichtigen zu können. Das unterscheidet uns von so manchem Mitspieler.« Arunjai Mittal, Infineon

portiert werden, wo er gebraucht wird, oft über hunderte oder sogar tausende Kilometer. Dafür eignet sich die Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) am besten. Erst im Dezember vergangenen Jahres wurde die von Siemens gebaute weltweit erste 800-kV-HGÜ (Yunnan-Guangdong) in China in Betrieb genommen, die über eine Distanz von 1400 km geht. Die Übertragungskapazität liegt bei 5000 MW. Bis 2018 sollen laut Mittal in China 20 HGÜ-Strecken in Betrieb genommen werden.

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schinenbau und der Automobilindustrie bekannt. Denn die Anlagen der Elektrizitätsversorger sind auf mehrere Jahrzehnte ausgelegt. Welche Herausforderungen auf einen Hersteller von Halbleitern zukommen, zeigt ein Blick auf die Entwicklung der Windräder. Anfang der Neunziger Jahre war der Turm zwischen 30 und 40 m hoch, die Länge der Rotorblätter lag bei 12 m. Ein solches Windrad liefert 225 bis 500 kW. Über die folgenden Generationen

wuchsen die Windräder in die Höhe: In der aktuellen fünften Generation liegt sie bei 135 m, ein Rotorblatt ist 65 m lang. Ein solches Windrad überragt den Kölner Dom und liefert bis 6000 kW. Derzeit ist BARD Offshore im Bau, Deutschlands erster Off-shore-Windpark 90 km nordwestlich von Borkum, dessen 80 Windräder jeweils 5 MW liefern werden. Ende dieses Jahres soll die Anlage in Betrieb gehen. Aber auch in anderen Ländern tut sich viel: In China gibt es 70 bis 80 Hersteller von Windrädern. Die Einspeisung der so gewonnen Energie ins Netz ist hier eine große Herausforderung. Die Windräder liefern Wechselstrom, meist aus doppelt gespeisten Asynchronmotoren. Allerdings nicht in der Form, in der man die Energie ins Netz einspeisen könnte. Strom und Spannung müssen erst einmal über eine AC/AC-Wandlung aufbereitet werden. In dieser Wandlung kommen IGBTs zum Einsatz und hier zeigt sich, was es bedeutet, effizient mit der Energie umzugehen. Effizienz lässt sich hier mit einem Begriff umreißen: Leistungsdichte. »Während wir mit unseren 1200-V-IGBTs der zweiten Generation auf eine Leistungsdichte von 50kW/l kamen, haben wir in der vierten, 2007 eingeführten vierten Generation bereits 600kW/l erreicht. Die Leistungsdichte hat sich also pro Jahr um 20 Prozent erhöht«, freut sich Mittal. Das Schöne ist, dass die Leistungshalbleiter nicht nur in Windrädern zum Einsatz kommen, sondern überall, wo Energie in größere Stil erzeugt wird – und die Anforderungen an höhere Effizienz sind überall ähnlich. Etwa in der Photovoltaik. Solar-Panels liefern Gleichstrom, der in Wechselstrom umgewandelt werden muss. Wieder sind Leistungshalbeiter – MOSFETs, IGBTs und IGBT-Module – erforderlich, die in den Wechselrichtern arbeiten.

Dünne Wafer für hohe Leistungsdichte Wie lässt sich nun die Leistungsdichte in den Halbleitern erhöhen? Eine Schlüs-

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seltechnik ist die Dünnung der Wafer, denn aus dünnen Chips kann die Wärme schneller abgeführt werden. Heute kann Infineon die Wafer auf 40 µm dünnen. Erstens ist es nicht einfach, dies überhaupt zu erreichen, zweitens besteht die Herausforderung darin, die dünnen Wafer weiter zu verarbeiten. Drittens verarbeitet Infineon die Wafer sowohl auf der Ober- wie auf der Rückseite. »Wir sind derzeit die Einzigen, die solch dünne Wafer auf beiden Seiten prozessieren«, sagt Mittal. Die Transistoren fertigt Infineon auf Basis der Trench-Technik, heute an sich nichts Besonderes mehr. Doch wenn die TrenchZellen mit hohen Spannungen zurecht kommen sollen, trennt sich die Spreu vom Weizen. Hier ist ein ausgeklügeltes Design erforderlich, denn die Ränder der TrenchStrukturen reagieren empfindlich auf schnelle Strom- und Spannungsänderungen. Hohe Stromdichten und enorme Feldstärken in den modernen Chips erfordern ein ausgeklügeltes Design sowohl in den Trenchzellen, dem Zellenfeld sowie dem Randabschluss und bei Infineon auf der Scheibenrückseite. Welche Tricks Infineon genau anwendet, will Mittal selbstverständlich nicht verraten. Wie oben schon angedeutet, Anwendungen finden sich fast überall: Ob im Antrieb von Zügen, in der Steuerung von Elektromotoren, in Stromversorgungen von Computern, Servern und ConsumerGeräten, in der Beleuchtungstechnik oder in Autos – überall sorgen die Leistungshalbleiter auf Basis von gedünnten Wafern für höhere Effizienz.

Sensoren, Logik, Power – nur im Zusammenspiel effizient Die Leistungshalbleiter spielen zwar eine wichtige Rolle, doch um Effizienz in die Systeme zu bringen, müssen sie mit den anderen Komponenten zusammen arbeiten. Dazu zählen die Mikrocontroller, die für die Steuerung unumgänglich sind. Teilweise wachsen Mikrocontroller und Leistungshalbleiter zu Smart Power zusammen. Und nicht zu vergessen die Sensoren, die den Mikrocontrollern die Daten liefern, auf deren Grundlage sie die Steuerung der Leistungshalbleiter durchführen.

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Bis 2030 werden im Smart Grid Halbleiter im Wert von 50 Mrd. Dollar verbaut sein. In diesen Wert sind Hybrid- und Elektroautos noch nicht mit inbegriffen.

Auch hier wachsen die Welten zu Smart Sensors zusammen. »Wir bauen alle drei Komponenten. Damit verfügen wir über das Systemwissen, um alle Aspekte des Energy-Managements berücksichtigen zu können. Das unterscheidet uns von so manchem Mitspieler«, sagt Mittal. Ein Beispiel dafür sind die Mikrocontroller, die in Autos zum Einsatz kommen. Bessere Motorsteuerung bedeutet weniger Treibstoffverbrauch. Und hier zeigt sich auch, wie sich die Preis-Leistungsanalyse verändert hat, die Mittal eingangs erwähnt hatte. Um möglichst wenig Treibstoff zu verbrauchen und den CO2-Ausstoß zu reduzieren, arbeitet heute sogar ein Billigauto, das in Indien für 2000 Dollar angeboten wird, mit einem High-End-32-Bit-Mikrocontroller. High-End-Komponenten im

Low-Cost-Produkt – das macht es erst möglich, Energieeffizienz auf breiter Basis in die Systeme zu bringen. Elektrische sowie Hybridantriebe, denen Analysten ein schnelles Wachstum prognostizieren, lassen den Bedarf an Halbleitern weiter steigen. Je nach Topologie und Leistung können in einem Auto Halbleiter im Wert zwischen 100 bis 250 Dollar oder auch 500 bis 1000 Dollar verbaut sein. 50 bis 80 Prozent davon gehen auf das Konto von IGBTs und Dioden, meist als Komplettmodule. Infineon fertigt die Komponenten deshalb auf 8-ZollWafern. Wäre bei dem rasanten Wachstum der Übergang auf 12-Zoll-Wafer gerechtfertigt? Vorläufig nicht, meint Mittal. Es seien noch viele Herausforderungen zu lösen. Hierzu gehören die Verfügbarkeit von Rohwafern, die Weiterentwicklung

Was die Optimierung bringt – 5 € bringen 10 Prozent mehr Wirkungsgrad Bisher arbeitet eine 300-W-Stromversorgung für PCs mit einem Wirkungsgrad zwischen 70 und 80 Prozent. Mit neuen Topologien – etwa einer Halbbrücken-Resonanz- statt einer Flyback-Topologie – und dem Einsatz der neusten Bauelemente, von den CoolMOS-MOSFETs über SiCSchottky-Dioden bis zu den Mikrocontrollern für die Power-Factor-Correction und PWM- Stufen lässt sich laut Arunjai Mittal der Wirkungsgrad der Stromversorgung um nicht weniger als 10 Prozent erhöhen. Der Preis der Stromversorgung erhöhe sich dadurch um 5 €. Geht man von einer Zahl von 40 Mio. neuen PCs pro Jahr aus, die

bei 50 Prozent Last acht Stunden pro Tag eingeschaltet sind, so liegt die Energieaufnahme bei 17,5 TWh pro Jahr. Ein um 10 Prozent höherer Wirkungsgrad bedeutet also eine Einsparung von 1,75 TWh pro Jahr. Bei einem Strompreis von 0,13 €/kWh liegt die Einsparung bei 228 Mio. Dollar. Rechnet man nun noch den höheren Preis für die Stromversorgung von rund 5 € ein, so reduziert sich der Betrag auf immerhin noch 28 Mio. € pro Jahr. Außerdem reduziert sich der CO2Ausstoß um 875.000 t pro Jahr, was ungefähr dem entspricht, was 300.000 Autos im diesem Zeitraum ausstoßen. (ha)

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Effiziente Beleuchtung

■ Bremen wird erste deutsche »LED City«

Bild: Indal

Nordlichter setzen auf Leuchtdioden Die Hansestadt Bremen kann sich als erste deutsche Stadt als »LED City« bezeichnen und präsentiert sich somit als einer der Vorreiter in Sachen LED-Straßenbeleuchtung.

»Für den flächendeckenden Einsatz der LED in der Straßenbeleuchtung ist die Zeit noch nicht gekommen, jedoch wird sie kommen«, sagt Holger Janßen Bereichsleiter der swb Beleuchtung GbmH. »Es geht dabei vor allem darum den günstigsten Zeitpunkt zu erwischen«. Damit dieser Zeitpunkt nicht unbemerkt verstreicht, hat Janßen schon frühzeitig einige Weichen gestellt. »Schon 2005 war uns klar, dass es nicht beim Reden über Leuchtdioden in der Straßenbeleuchtung bleiben darf, sondern, dass wir auch etwas tun müssen«. Dieser Leitgedanke führte dazu, dass swb Beleuchtung handelte und 2009 die ersten öffentlichen LED-Lichtpunkte an einer Anliegerstraße in Betrieb gehen konnten. »Wir haben uns bei der Auswahl der passenden Leuchte mehrere Optionen an-

gesehen und kamen zum Ergebnis, dass die „STELA Square“ des Herstellers Indal zur damaligen Zeit für unser Projekt die beste Wahl war«. Diese ist mit 14 LEDs des Herstellers Cree ausgestattet und nimmt nach heutigem Stand der Technik nur noch 17 Watt statt der 22 Watt in 2009 auf. Diese Wahl stellt allerdings keinesfalls eine Art Vorentscheidung für den flächendeckenden Einsatz von LED-Leuchten dar. »Wir werden wohl noch zwei bis drei Jahre brauchen, um Sicherheit zu bekommen« schätzt Janßen. In der Zwischenzeit werden sich nicht nur die Technik und deren Preis weiterentwickeln, sondern vor allem wird eine Fülle an Daten anfallen, die es auszuwerten gilt. Allerdings muss man nicht noch weitere Jahre warten um brauchbare Zwischenergebnisse zu präsentieren. »Schon

Die in Bremen installierte Straßenleuchte »STELA Square« enthält 14 LEDs des Herstellers Cree und nimmt 17 W an elektrischer Leistung auf, die einen Lichtstrom von mindestens 1133 lm (3000 K) ergeben.

swb

Bild: swb

Der Vergleich in einer Anliegerstraße in Bremen zeigt deutlich, dass nicht nur das LED-Licht (rechts) die Straße besser ausleuchtet als die Leuchtstofflampe, sondern auch die Farbwiedergabe sich verbessert.

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Die Stadt Bremen hat vor fünf Jahren ihr Straßenbeleuchtungsnetz verkauft (allerdings mit Rückkaufoption). Den Zuschlag bei der europaweiten Ausschreibung bekam die swb Beleuchtung GmbH, eine hundertprozentige Tochter der swb Netze GmbH & Co. KG. Die swb AG bildet mit ihren Töchtern und Beteiligungen die Unternehmensgruppe swb. Sie steht für Energie und Trinkwasser in Bremen und Bremerhaven. Mit der Strategie, Energie aus Abfall zu erzeugen, schlägt sie den Bogen zwischen Erzeugung und Entsorgung. Technische Dienstleistungen rund um Haus und Unternehmen vervollständigen das umfangreiche Leistungsspektrum. Zu den aktuellen Innovationsthemen neben der LED-Straßenbeleuchtung zählen der Praxistest Elektromobilität mit gleichzeitiger Schaffung einer Lade-Infrastruktur und die flächendeckende Einführung von Smart-MeterZählern. (wo)

_058ZL_MSC_ET12.pdf;S: 1;Format:(210.00 x 297.00 mm);14. May 2010 14:53:27

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Effiziente Beleuchtung

jetzt hat sich einiges gezeigt, was wir gerne als vorläufige Erkenntnis weitergeben«, sagt Janßen. Ein solcher Bericht ist übrigens auch eine der Voraussetzungen dafür, dass eine Stadt sich als »LED City« bezeichnen kann. Der Bericht muss unter anderem die Energie- und Wartungsersparnis dokumentieren. Und die Stadt muss auch bereit sein, seine Erfahrungen mit anderen auszutauschen. »Das empfinden wir aber nicht als lästige Pflicht, sondern als notwendige und erfreuliche Bereicherung«, versichert Janßen. »Schließlich lernen wir auch von dem Informationsaustausch, der oft bares Geld wert ist«. Und Eigennutz ist sicher auch eine Motivation, denn wenn eine Stadt als »LED City« auf sich aufmerksam macht, tut sich der Betreiber auch leichter bei der Suche nach weiteren Projektpartnern.

Weltweit mehr als eine Million LED-Straßenleuchten Die Marktforscher von »LED Inside« (www.ledinside.com/LED_outdoor_light ing_3) gehen davon aus, dass im Jahr 2009 weltweit rund 600.000 LED-Straßenleuchten installiert wurden, 200.000 bis 300.000 davon in der Volksrepublik China. Für das laufende Jahr rechnen sie mit fast 900.000 Neu-Installationen. Das bedeutet, dass derzeit schon mehr als eine Million LED-

Arnold Schwarzenegger Holger Janssen, swb Beleuchtung » Für den flächendeckenden Einsatz der LED in der Straßenbeleuchtung ist die Zeit noch nicht gekommen, jedoch wird sie kommen. «

Straßenleuchten weltweit ihren Dienst tun. Das ist allerdings erst ein Promillewert, gemessen an der Zahl der weltweit vorhandenen Straßenleuchten. Es liegt also noch ein gewaltiges Potenzial brach, vor allem in Europa, in dem die Marktpenetration weit unter einem Promille liegt. Haben die Europäer einen Trend verschlafen? »In Asien, insbesondere in Chi-

» LED City und ähnliche Initiativen haben Kalifornien zu einem der weltweit führenden Länder in Sachen Energie-Effizienz gemacht. «

na schreitet der flächendeckende Einsatz der Leuchtdiode in der Außenbeleuchtung, auch Straßenbeleuchtung, in der Tat weitaus schneller voran als in Europa«, berichtet Ralf Bühler, Vice President EMEA bei US-amerikanischen LED-Hersteller Cree (www.cree. com), der sich schon vor etlichen Jahren vor allem der Beleuchtungstechnik verschrieben hat, »Aber man kann die Verhältnisse hierzulande auch nicht mit denen aufstrebender Städte mit teils extrem stark wachsender Infrastruktur ver-

Die LED-Vorteile auf einen Blick Leuchtdioden haben einmalige Eigenschaften, die je nach Anwendung gegenüber herkömmlichen Leuchtmitteln diverse Vorteile bieten.

großen Dynamikbereich dimmbar. Gleichzeitig ist sie schaltfest und nach dem Anlegen der Versorgungsspannung sofort betriebsbereit.

● Ihre Brenndauer ist mit mehr als 50.000 Stunden konkurrenzlos lang, setzt allerdings voraus, dass die LED niemals zu heiß wird. Und natürlich ist diese Brenndauer nur nutzbar, wenn auch die anderen Systemkomponenten ebenso langlebig sind. Vorteilhaft ist auch, dass eine LED typischerweise nicht schlagartig ausfällt, sondern über die gesamte Betriebsdauer allmählich an Lichtstärke einbüßt

● Der Lichtstrom einer LED ist »kalt«, das heißt, dass er weder eine infrarote Wärmekomponente noch UV-Anteile enthält. Der ausgeleuchtete Raum wird also nicht erhitzt und die Leuchte zieht auch keine Insekten an, die auf ultraviolette Strahlung reagieren.

● Die Lichtausbeute einer Leuchtdiode übertrifft bereits jetzt die von Leuchtstofflampen und wird aller Voraussicht in den nächsten Jahren höher werden als die von nahezu jedem kommerziell erhältlichen Leuchtmittel. Vor allem der Ersatz von »Stromfressern« scheint daher zunehmend attraktiv. ● Eine LED benötigt keine Hochspannung zum Betrieb und ist sehr einfach über einen extrem

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● Der Lichtstrom einer LED verteilt sich nicht im ganzen Raum, sondern in einem relativ schmalen Lichtkegel. Es ist also im Vergleich zu anderen Leuchtmitteln sehr viel einfacher, das Licht dorthin zu dirigieren, wo es gebraucht wird: auf die Straße. LED-Straßenleuchten strahlen also nicht direkt in den Nachthimmel hinein, so dass auch weniger Lichtverschmutzung entsteht. ● Eine LED ist äußerst kompakt und lässt sich fast überall einbauen. Am meisten Platz benötigt der Kühlkörper, der in fast jeder Anwendung unverzichtbar ist.

● Um einen großen Lichtstrom zu erhalten, braucht man immer eine Vielzahl von LEDs in einer Leuchte. Das hört sich zunächst nach einem Nachteil an, bietet aber auch Vorteile, vor allem für den Designer: Mit Leuchtdioden gewinnt dieser viele Freiheitsgrade, die schon jetzt in der Praxis zu äußerst eleganten Leuchten geführt haben. ● Die Spektralverteilung der Emission einer Weißlicht-LED lässt sich vorgeben: Der Kunde kann zum Beispiel kaltes Weißlicht mit einer hohen Farbtemperatur wählen (mit dem Vorteil, dass dann sowohl die Lichtausbeute als auch die Sichtbarkeit bei Dunkelheit, infolge des Purkinje-Effektes, besonders hoch sind). Wer lieber warmweißes Licht oder Licht mit einem hohen Farbwiedergabeindex hat, kann sich ebenfalls passende Strahler aussuchen. Die Leuchtdiode hat derzeit eigentlich nur einen Nachteil: Sie ist im Vergleich zu anderen Leuchtmitteln teuer, zumindest in der Anschaffung. Dieser Nachteil relativiert sich aber schnell, wenn man die hohe Effizienz und Lebenserwartung sowie die anderen Vorteile in Betracht zieht. (wo)

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Am Anfang war das Pilotprojekt Deb Lovig, Programmdirektorin der LED-City-Initiative beim LED-Hersteller Cree, rät jedem Verantwortlichen dazu, als erstes ein Versuchs- oder Pilotprojekt zu planen, das wertvolle Erkenntnisse für die weitere Vorgehensweise bringt. Und auch wenn es keine Patentrezepte gibt, wie man so ein Projekt genau anpackt, hält sie doch einige Tipps bereit:

Ist nach Bewertung der Herstellerinformationen, Vorführungen etc. eine Vorauswahl getroffen, sollte man sich nicht auf die Evaluierung von einem bereitgestellten Muster verlassen. Nicht selten sind diese Muster »ausgesucht gute« Exemplare, die ein übermäßig gutes Bild vermitteln könnten. Besser ist es, man bestellt ein Serienmodell über den gewohnten Beschaffungsweg.

Wer ganz am Anfang steht, dem empfiehlt Lovig einen Besuch der Website www.ledcity.org. Und auch die Website des Projektes in Los Angeles, http://bsl.lacity.org/ LED_program_040209.htm stellt nützliche Informationen bereit. Unter http://www.ledcity.org/questions.htm findet man zwölf Fragen, auf die jeder ernst zu nehmende Anbieter von LED-Leuchten eine Antwort geben können muss.

Nicht weniger wichtig ist es laut Lovig, Kontakte zu Verantwortlichen in anderen Städten zu suchen und zu pflegen, die ähnlichen Herausforderungen gegenüber stehen und schon Erfahrungen gesammelt haben. Und sobald es eigene Erfahrungen und Erkenntnisse gibt, sollten die möglichst umgehend und regelmäßig nicht nur mit den beteiligten Kreisen sondern auch mit den Bewohnern der Stadt kommuniziert werden. (wo)

gleichen«, fügt Bühler hinzu. »In Deutschland haben fortschrittliche Gemeinden teils erst vor weinigen Jahren ihre Strom fressenden Quecksilberdampfleuchten auf Energiesparleuchten umgestellt, die noch lange nicht abgeschrieben sind. In China war dagegen häufig schlicht und ergreifend gar keine Infrastruktur vorhanden, die man hätte ersetzen können.« Auch in Südkorea sind beeindruckende Beispiele zu bestaunen: So hat die Stadt Wonju in der Provinz Gwang Won gleich 520 Quecksilberdampfleuchten mit einer Leistung zwischen jeweils 250 und 400 W durch ebenso viele 150W-LED-Straßenleuchten ersetzt. Der so umgerüstete Straßenzug ist der bisher längste Straßenzug Südkoreas, der mit LEDs ausgeleuchtet wird. Der Betreiber rechnet mit einer Stromersparnis

von 48 Prozent und zusätzlichen Ersparnissen dank der hohen Lebenserwartung der insgesamt 37.440 kaltweiß leuchtenden Osram-Leuchtdioden der Baureihe »Golden Dragon Plus«. Eher mit Deutschland vergleichbar dürfte Nordamerika sein. Dort ist man aber auch schon deutlich weiter. So stattete die kalifornische Metropole Los Angeles nicht nur seine Polizisten vor einigen Jahren mit hochwertigen LED-Taschenlampen aus, sondern beschloss auch Anfang letzten Jahres im Verlauf von fünf Jahren große Teile seines Straßennetzes auf LEDLeuchten umzurüsten. Es geht dabei um nicht weniger als 140.000 Straßenlaternen, die zu ersetzen und über ein Fernüberwachungssystem zu warten sind. Die Projektkosten betragen 57 Mio. US-Dollar. Dagegen stehen aber 10 Mio.

Ein gutes Beispiel für die Realisierung attraktiver Designs mit LEDs ist das Modell DL-10. Wegen der charakteristischen Form ist diese Straßenleuchte auch als »Cobra« bekannt.

Bild: Siteco

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Effiziente Beleuchtung

Buchbesprechung Jahrbuch Straßenund Außenbeleuchtung Seit einigen Jahren gibt Frank Lindemuth das Jahrbuch Straßen- und Außenbeleuchtung heraus. Die Ausgabe 2010 liegt jetzt vor. Es führt den Leser unter anderem in die Folgen des Paradigmenwechsels in Richtung Leuchtdiodeneinsatz in der Außenbeleuchtung ein. So geht einer der Autoren der Frage nach ob die LED ein neues oder gar das neue Leuchtmittel par excellence für die Außenbeleuchtung ist. Und ein anderer Autor stellt eine konkrete Light Engine vor. Die Berücksichtigung des mesopischen Sehens bei der Leuchtenentwicklung bildet in dem Jahrbuch ein weiteres Schwerpunkthema, das angesichts des wachsenden Einsatzes der Leuchtdiode große Aufmerksamkeit verdient. Andere interessante Themen sind die neue EuP-Richtlinie, die Wertermittlung von Beleuchtungsanlagen sowie Betriebsmanagement der öffentlichen Beleuchtung. Allen, die berufsmäßig mit Straßen- und Außenbeleuchtung zu tun haben, ist die Lektüre, zumindest des einen oder anderen Kapitels, dieses informativen und bunt illustrierten Jahrbuchs zu empfehlen. Willem Ongena

Dollar an jährlichen Einsparungen an Energieverbrauch und Wartung. Diese stehen für die Verzinsung und Tilgung eines Kredites von 40 Mio. Dollar zur Verfügung. Die Stadtväter haben eine Amortisationszeit von nur 7 Jahren errechnet, was für Straßenbeleuchtung mit einer Standzeit von 30 und mehr Jahren ein guter Wert ist. Vor allem kann Los Angeles drauf verweisen, dass das Projekt zur Eliminierung von 40,500 Tonnen CO2-Immissionen pro Jahr führen wird. Neben Los Angeles haben sich nun auch andere kalifornische Städte auf den Weg gemacht. Kaliforniens Gouverneur Arnold Schwarzenegger lobt denn auch »LED City«: »Diese und ähnliche Initiativen haben Kalifornien zu einem der weltweit führenden Länder in Sachen EnergieEffizienz gemacht.« Man könnte angesichts der Zahlen aus Los Angeles den Ein-

druck gewinnen, als gebe es ab sofort nur noch einen Weg: Alles auf LED umrüsten! Das ist aber ein Trugschluss. Denn sogar wenn es darum geht, eine brandneue Infrastruktur auf der grünen Wiese aufzubauen, wird kaum ein Betreiber von Straßenbeleuchtungen einfach auf gut Glück gleich (oder wenigstens nach einem kurzen Preispoker) Hunderte von Straßenleuchten aus einem Katalog kaufen und aufstellen. Die Umstellung will gut überlegt sein und man benötigt eine Entscheidungsgrundlage, die sich an praktischen Erfahrungen vor Ort orientieren muss. Dass man klein anfangen sollte, sieht man übrigens auch am ungestüm wirkenden Beispiel China: Viele Projekte im Land des Lächelns starten, ebenso wie in Nordamerika und Europa, mit Pilotprojekten. So hat die Stadt Jing Jiang in der Provinz Jiangsu unlängst eine Hauptverkehrsstraße mit 14 Prototypen von 180-W-LEDStraßenleuchten mit Osram-Leuchtdioden des Typs »Golden Dragon« ausgerüstet, die

Jahrbuch Straßen- und Außenbeleuchtung 2010, Frank Lindemuth (Hrsg.), 215 S., VWEW-Verlag, ISBN 978-3-8022-0965-9, 29,80 Euro

High-Power-Leuchtdioden finden zunehmend Einsatz in Beleuchtungsanwendungen im Freien.

Bild: National Semiconductor

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Früher oder später, das ist die Frage Das große Dilemma bei neuen Technologien ist, dass man sie sowohl zu früh als auch zu spät einführen kann. Welcher der richtige Zeitpunkt für die richtige Entscheidung ist, weiß man höchstwahrscheinlich erst nach diesem Zeitpunkt. Und während die Entscheidung für oder gegen eine LEDSchreibtischlampe über die Tragweite des Schreibtisches kaum hinaus geht, hat eine falsche Entscheidung hinsichtlich der Straßenbeleuchtung extrem weit reichende und vor allem kostspielige Folgen.

25 lm spendete – viel zu wenig für den Einsatz in der Straßenbeleuchtung. Inzwischen sind Nachfolger am Markt, die den fünffachen Lichtstrom hervorbringen. Zwar wird es in den nächsten zehn Jahren nicht genauso weitergehen, aber eine weitere Verdoppelung der Lichtausbeute scheint durchaus noch erreichbar. Vor allem der Preis pro Lumen wird dabei deutlich nachgeben; darüber sind sich alle Fachleute einig.

Hinzu kommt, dass die technische Entwicklung bei Leuchtdioden noch lange nicht abgeschlossen ist und bisher ein atemberaubendes Tempo an den Tag gelegt hat: Vor zehn Jahren kam die erste weiß leuchtende 1-W-LED auf den Markt, die gerade mal

Damit diese Erkenntnis nicht zu einer Lähmung führt, die von zaghaftem (und letztlich falschem) Warten auf den richtigen Zeitpunkt gekennzeichnet ist, müssen die Verantwortlichen sich regelmäßig folgende Fragen stellen:

14 vorhandene 250-W-Hochdruckentladungslampen ersetzten. Die Stadt, die derzeit insgesamt 8000 Straßenleuchten betreibt, rechnet mit einer Stromeinsparung von 37 Prozent. Und schon jetzt berichtet man auch, dass die Sichtverhältnisse dank der besseren Farbwiedergabe sich deutlich verbessert haben. Das deckt sich mit dem Projekt in der »LED City« Bremen Auch diese Pilotprojekt macht einen viel versprechenden Anfang, der schon ermutigende Ergebnisse vorweisen kann: Die neun 14-W-Varianten ersetzen neun 24-W-Kompaktleuchtstoffleuchte des Typs Hellux 307, wobei der Unterschied in der Anschlussleistung nur gering ist (22 vs. 26 W). Bei 4150 Betriebsstunden p.a. verbrauchen die neun LED-Leuchten 821,7 kWh anstelle der bisherigen 971,1 kWh. Damit einher geht eine CO2-Reduzierung von 80,8 kg (444,5 statt 525,4 kg) einher. Zwar hört sich das noch nicht nach einem Durchbruch an jedoch darf man nicht außer Acht lassen, dass diese Reduktion bereits mit dem Stand der Technik 2009 möglich ist. Mit dem aktuellen Stand

LED LIGHT

der Technik wäre die Ersparnis um einiges höher. Und die Effizienz der Leuchtdioden nimmt rapide zu. So stellte Cree erst vor wenigen Wochen seine neue XM LED vor. Diese strahlt bei 350 mA Betriebsstrom einen kaltweißen Lichtstrom von 160 lm ab. 14 Stück würden also zusammen schon mehr als 2200 lm emittieren. Dieser Lichtstrom kommt zwar nicht ohne Verluste auf der Straßenoberfläche an, jedoch kann man davon ausgehen, dass die Anschlussleistung bei Einsatz der neuen Technologie erneut um 20 bis 30 Prozent sinken kann. Und im Vergleich der neun 18-WLeuchten zum »Energiefresser« Quecksilberdampfhochdruck (in diesem Fall Siemens SW1 HQL mit 50 W) ergibt sich, auch mit der LED-Technik nach dem Stand 2009, schon ein ganz anderes Bild: Die Anschlussleistung ist mit 26 W deutlich geringer als die bisherige 59 W, was sich im Verbrauchvergleich auch sofort bemerkbar macht: Statt bisher 2203,7 kWh verbrauchen die LED-Leuchten zusammen nur noch 971,1 kWh, also 1232,55 kWh weniger. Daraus errechnet sich eine CO2-Reduzierung von 1192,17

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● Welche Vorteile bietet die LED im Vergleich zu welcher vorhandenen Technik schon jetzt und wie und wo kann ich diese jetzt oder künftig nutzen? (siehe auch Kasten: »Die LED-Vorteile auf einen Blick«). ● Wo steht insbesondere die Technik jetzt und wo wird sie aller Voraussicht nach in zwei, fünf oder zehn Jahren stehen? ● Mit welchen Investitionen muss ich jetzt und auch in zwei, fünf oder zehn Jahren rechnen und wie lange wird deren Amortisation dauern? Besonders wichtig ist auch die Frage nach dem jeweiligen Einsatzgebiet. Es macht zum Beispiel einen großen Unterschied, ob eine Anliegerstraße oder eine Hauptverkehrsstraße auszuleuchten ist. (wo)

kg. auf nur noch 525,5 kg, also um 666,8 kg p.a. Für dieses Pilotprojekt hat sich schon jetzt gezeigt, dass die Nachtfalterverträglichkeit ausgezeichnet ist. Und auch in puncto Akzeptanz bei der Bevölkerung gab es keine Beschwerden. Erkennbar an den beiden Vergleichsbildern ist außerdem, dass das Licht nicht nur eine bessere Farbwiedergabe aufweist, sondern auch genau dorthin kommt, wo man es haben möchte: auf die Straße. Und die Nordlichter haben auch schon weitere LED-Pilotprojekte in Vorbereitung. So plant die swb Beleuchtung zum einen, die bestehende Beleuchtung einer Deponie in Bremen mit LED-Leuchten verschiedener Herstellern und einer entsprechenden Steuerung zu ersetzen. Darüber hinaus beschäftigen sich die Planer des Unternehmens mit der Thematik »Mitlaufendes Licht«, bei dem ein Fahrradweg bedarfsgerecht ausgeleuchtet wird, sobald ein Fahrradfahrer diesen benutzt. Weil Leuchtdioden keine Aufwärmzeit benötigen und nach Anlegen der Betriebsspannung sofort leuchten, kannn die Anlage sehr schnell auf entsprechende Sensorsignale reagieren. (wo) 

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