Labor Elektrische Energienetze und Anlagen
Für die Studierenden des Studiengangs Elektrotechnik - Energiesysteme und Automation bzw. des Internationalen Studiums Elektrotechnik bieten wir die Praktika "Elektrische Energieversorgung", "Regenerative Energien" und "Renewable Energy" an. Dazu ist das Labor wie folgt ausgerüstet:
- Photovoltaikanlage
Das Labormodell ermöglicht die realitätsnahe Simulation des Sonnenverlaufs. Somit lassen sich auch ohne Sonne die Versuche im Labor praxisgerecht durchführen. Es wird die gesamte Kette der Energiewandlung von der Sonne über das PV-Modul bis zur 230V-Ebene abgebildet.
Die Messung und Steuerung der Anlage wurde mit LabView realisiert. LabView ist ein grafisches Programmiersystem von National Instruments. Die Programmierung erfolgt mit einer grafischen Programmiersprache, genannt „G“, nach dem Datenfluss-Modell.
- Qualitätskontrolle von PV-Anlagen
Die verlässliche und nachhaltige Stromerzeugung mit Photovoltaikmodulen und -anlagen erfordert eine hohe Produktionsqualität, damit die Ausgangsleistung möglich lange konstant bleibt. Oft werden fehlerhafte Module während der Produktion aber nicht erkannt. Diese installierten Module führen zu einer Minderleistung der gesamten Anlage. Intakte Module können auch im Laufe des Betriebs durch auftretende thermische oder mechanische Belastung beschädigt werden. Zur Beurteilung von Photovoltaikmodulen und -anlagen stehen folgende Messsysteme im Labor zur Verfügung:
- Kontroll- und Analysegerät für 1- und 3-Phasen-Photovoltaikanlagen
- Thermographie-Messtechnik
- Elektrolumineszenz-Messtechnik
- Peakleistungs- und Kennlinienmessung
Kontroll- und Analysegerät für 1- und 3-Phasen-Photovoltaikanlagen
Thermographie-Messtechnik
Der Einsatz von Infrarotkameras in der Photovoltaik ist eine gute Möglichkeit der schnellen, großflächigen, berührungslosen und zerstörungsfreien Fehlerortung im Gesamtsystem. Damit bieten sich Wärmebildkameras zur Charakterisierung und Fehleranalyse von PV-Modulen und Komponenten im Labor und im Feld an.
Elektrolumineszenz-Messtechnik
Bei einer Elektrolumineszenz (EL)-Messung wird das PV-Modul wie eine großflächige LED zum Leuchten gebracht. Dazu wird das Modul in Durchlassrichtung betrieben und eine Lichtemission ermöglicht. Defekte Bereiche bleiben dagegen dunkel.
Beispiel: Große inaktive Bereiche in einer Zelle
Beispiel: Mikrorisse in einer Zelle
Peakleistungs- und Kennlinienmessung
Die Strom-Spannungs-Kennlinie eines Solargenerators wird hier über eine kapazitive Last gemessen. Die über die aktuelle Temperatur und Einstrahlung gewonnenen Daten lassen sich mit den Angaben des Herstellers auf Standard Test Conditions (STC) umrechnen und vergleichen.
- Windkraftanlage
Die Ausstattung ermöglicht die Untersuchung moderner Windkraftanlagen mit "doppelgespeisten Asynchrongeneratoren". Der Wind lässt sich realitätsnah mit dem Servo-Maschinenprüfstand emulieren. Die Lehrinhalte gliedern sich wie folgt:
- Aufbau und Wirkungsweise moderner Windkraftanlagen
- Aufbau und Inbetriebnahme eines doppeltgespeisten Asynchronwindgenerators
- Betrieb des Generators bei wechselnden Windstärken und Regelung der Ausgangsspannung und -frequenz
- Bestimmung von optimalen Arbeitspunkten bei wechselnden Windbedingungen
- Untersuchung des Verhaltens bei Netzfehlern „Fault-ride-through“
- Software Digsilent PowerFactory
Digsilent PowerFactory ist ein Netzberechnungsprogramm für Anwendungen in der Stromerzeugung, Übertragung, Verteilung und im Bereich der Industrie- und Sondernetze. Es verfügt über alle wesentlichen Berechnungsfunktionen und eine Datenbank.
In der folgenden Abbildung ist der Netzplan für einen Windpark dargestellt. Für die Verbindung mit dem Festnetz stehen in dem Beispiel DC-Kabel, AC-Kabel und Freileitung zur Verfügung. Mit einer Lastflussberechnung können die Übertragungsverluste der Anbindungsarten verglichen werden.
- Beschreibung der Grafik (Software Digsilent PowerFactory)
Die Grafik zeigt das schematische Übersichtsbild eines Windparks mit angeschlossener Übergabestation und unterschiedlichen Übertragungsarten für elektrische Energie. Auf der linken Bildhälfte befinden sich mehrere Windenergieanlagen, die jeweils durch Generator- und Schutzeinrichtungen in eine eigene Leitung einspeisen. Diese Leitungen laufen in einer sogenannten Übergabestation zusammen, die als zentrale Verteilstelle für den erzeugten Strom dient. In der Mitte des Bildes ist die Übergabestation dargestellt, von der aus die elektrische Energie über verschiedene Übertragungswege weitergeleitet werden kann.
Rechts im Bild werden die drei unterschiedlichen Übertragungsarten grafisch hervorgehoben: „AC-Kabel“ für die Wechselstromübertragung über unterirdische Kabel, „AC-Freileitung“ für den Transport per Hochspannungsleitung und „DC-Kabel“ für die Gleichstromübertragung, ebenfalls über Kabel. Jeder Übertragungsweg ist mit einer eigenen Leitung und klaren Anschlussstellen dargestellt. Die einzelnen Komponenten sind mit Symbolen für Transformatoren, Schalter und Messgeräte ergänzt. Die Legende und der Titel am unteren Bildrand weisen das Diagramm als Bestandteil des Laboratoriums für elektrische Energieversorgung aus und benennen das Projekt sowie das Erstellungsdatum.
