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der Anlage, desto kürzer die Amortisationszeit.
Kompakte Technik für präzises Messen
Ein Touchpanel XV100 von Eaton, auf
dem eine Soft-SPS installiert ist, steuert
die gesamte Anlage. Das Verfahren der
Hydraulikzylinder wird über Ventile gesteuert,
die über ein Steuerrelais Easy von
Moeller an das Touchpanel angeschlossen
sind. Die Komponenten der Steuerung
sind in einem Wandgehäuse im Inneren
des Hauses untergebracht. Bei der Inbetriebnahme
wird die genaue geografische
Position des Hauses eingegeben. Zusammen
mit Datum und Uhrzeit berechnet
die Steuerung mithilfe der Keplerschen
Funktionen daraus den aktuellen Sonnenstand.
Um die Neigung des Dachs jeweils
exakt zu bestimmen, kommen drei Neigungssensoren
von TWK Elektronik zum
Einsatz.
Die eingesetzten Neigungssensoren vom
Typ NBN 65 basieren auf Mems-Sensorik,
die in Silizium-Bulk-Mikromechanik-
Technologie gefertigt werden. Die mikromechanischen
Strukturen innerhalb des
Sensors bilden eine Doppelkapazität deren
Größe sich unter dem Einfluss einer
Beschleunigung – beispielsweise der Erdbeschleunigung
– ändert. Diese Kapazitätsänderungen
werden im Sensor erfasst
und messtechnisch verarbeitet, sodass eine
exakte Winkelmessung möglich ist.
Die Sensoren messen präzise mit einer
Absolutgenauigkeit je nach Ausführung
von 0,1 bis 0,5°, haben eine hohe Lebensdauer
und sind robust. Untergebracht
sind die Neigungssensoren in einem Gehäuse
aus Aluminium, sodass sie die
Schutzart IP67 erfüllen. Optional sind
auch Ausführungen in Edelstahl und mit
Schutzart IP69K erhältlich.
Sicherheit geht vor
Bei der Anwendung in den Photovoltaik-Dächern
kommen redundante
Ausführungen des Neigungssensors zum
Einsatz. „Die Sicherheit ist für eine solche
Anlage natürlich wichtig“, betont Oliver
Köhler, der bei Farmbau die Steuerung
und die Software für die Anlage entwickelt
hat. Die redundante Ausführung
helfe, Beschädigungen des Dachs zu vermeiden,
so Köhler: „Die Auflösung, die
die Sensoren bieten, ist so hoch, dass
selbst mit der größten Version des Dachs
– immerhin 20 mal 20 m – eine Genauigkeit
von 2 cm erreicht wird.“ Pro Dach
sind drei Sensoren eingebaut – jeweils an
der Nord-, Ost- und Westseite. Die Anbindung
der Neigungssensoren an die
Steuerung erfolgt über ein CANopen-
Bussystem. Eine Safety-Version mit SIL2-
Zertifikat ist auch erhältlich. Die Anbindung
kann auch über eine analoge
Schnittstelle erfolgen. Das Dach wird je
nach Sonnenstand, der über Datum, Uhrzeit
und geografische Position durch die
Steuerung berechnet wird, geneigt. Morgens
bei Sonnenaufgang wird das Dach
mit 30° nach Osten geneigt. Mittags wird
das Dach nach Süden und abends nach
Westen ausgerichtet. Je nachdem, wie
hoch die Sonne steht, wird die Neigung
zwischen 0 und 30° variiert. Nachts fährt
das Dach automatisch in eine waagerechte
Position. Damit das Dach immer eine
stabile Lage einnimmt, müssen immer jeweils
zwei der Hydraulikzylinder eingefahren
sein. Eine Neigung des Dachs nach
Südosten oder Südwesten ist daher nicht
möglich.
Die Steuerung, die nach der Installation
im Automatikbetrieb läuft, wird auch benötigt,
falls die Sonne nicht scheint. Ein
Regen- und ein Windsensor sind ebenfalls
TECHNIK Feldebene
[1] Die drei Neigungssensoren sind an der Ost-,
West- und Nordseite des Dachs montiert.
[2] Die Neigungssensoren sind auf Basis von
Mems-Sensoren aufgebaut. Sie sind nicht nur genau,
sondern auch robust und langlebig.
an die Steuerung angeschlossen. Bei
Regen neigt die Steuerung das Dach
automatisch so, dass Wasser in das Regenfallrohr
ablaufen kann. Übersteigt der
Wind eine gewisse Stärke, werden alle
Hydraulikzylinder ganz eingefahren, um
eine Beschädigung des Dachs zu vermeiden.
Beratung und Service
Während der Entwicklungsphase des
Hauses zeigte sich, wie wichtig Beratung
in einer frühen Projektphase ist. „Ursprünglich
wollten wir Seilzug-Sensoren
einsetzen, um die Neigung des Daches zu
messen“, erinnert sich Oliver Köhler.
„Erst durch TWK kamen wir dann auf
die Idee, Mems-Neigungssensoren einzusetzen.“
Mit einem Arbeitstemperaturbereich
von -40 bis 85 °C kann den Sensoren
auch widrige Witterung nichts anhaben.
Über die integrierte CANopen-
Schnittstelle lassen sich die Sensoren
einfach in die Steuerungsarchitektur integrieren
und die redundante Ausführung
sorgt für die geforderte hohe Sicherheit.
Bisher wurde das Vario Sun-Haus dreimal
realisiert. Bei Farmbau ist man zuversichtlich,
dass die aktuelle energiepolitische
Entwicklung das Geschäft in diesem
Bereich in Zukunft deutlich beleben wird,
erst recht, wenn eine wirtschaftliche Lösung
gefunden ist, die auf dem eigenen
Dach produzierte Energie zu speichern.
Autor
[2]
Achim Albertini
ist kaufmännische Abteilung Bezirk Deutschland Nord
bei der TWK-Elektronik GmbH.
infoDIREKT 763iee0112
www.all-electronics.de
Link zum Neigungssensor
IEE · 1/2 2012
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