Elektrik

Nach dem Abschluss des Layouts für eine PV-Anlage, ist der nächste wichtige und zeitaufwändige Schritt die elektrische Auslegung. Dies ist eine sehr komplexe Aufgabe und erfordert eine anspruchsvolle und intelligente integrierte Softwarelösung um für individuelle Planungen eingesetzt werden zu können. Jedes Planungsbüro bzw. jeder Entwickler hat seine persönliche Art und Weise für die elektrische Auslegung; somit muss eine Software so flexibel wie irgend möglich sein.
Um dies zu erreichen wurde für HELIOS 3D ein einzigartiges Konzept entwickelt.
Der Arbeitsablauf beginnt mit der Definition mehrerer grundlegender Strukturen, die eine abstrakte, logische Beschreibung der elektrischen Verbindungen darstellen. Diese Struktur wird dann dadurch verfeinert, das physikalische Komponenten der realen Welt den logischen Elementen zugewiesen werden und damit deren physikalische Parameter. Somit kann da physikalische Tischlayout mit den elektrischen Verbindungen verknüpft werden.

Allgemein Konzeptdefinition

Die Gerätehierarchie (Bild 17) beschreibt die grundlegende elektrische Struktur des elektrischen Systems
Die Geräteflächen beinhalten die physikalischen, elektrischen Geräte (Inverter, Transformatoren, ..) in der festgelegten Anzahl und dem spezifischen Typ
Die Gabelgräben beschreiben den Verlauf und die Zuweisung der Gräben zu den einzelnen Feldern
Die Layout-Zonen beinhalten die Auswahlsätze, die die Zuweisung der spezifischen Gerätehierarchien festlegen

 Bild 17 – Basisdefinition und Konzept

Diese Strukturen und die vielfältigen Möglichkeiten liefern den Grad an Flexibilität, der zur Erstellung eines völlig individuellen Layouts nötig ist.

Die Gerätehierarchie

Die Gerätehierarchie (Bild 18) beschreibt die logische Reihenfolge der elektrischen Komponenten vom Leitungsstamm (Netzanschlußpunkt) bis zu letzten Zweig (Module). Dabei legt die Reihenfolge von Inverter und Generatoranschlusskästen fest, ob ein String- oder Zentralinverter-Konzept verwendet wird. Generatoranschlusskästen können auch kaskadiert werden, um die Zahl der Kable zu verringern. Jedes Gerät ist durch ein Kabelsymbol verbunden, für das verschiedene Kabel und Parameter definiert werden können. Die kann eine Liste von Kabeln mit ansteigendem Querschnitt sein. Es kann eine beliebige Anzahl von Hierarchien beschrieben werden.

Bild 18 – Gerätehierarchie und Gerätezuordnung


 

Gerätezuweisung

Nachdem die Grundstruktur definiert wurde, erhalten die logischen Geräte ihre endgültigen technischen Spezifikationen indem ihnen bestimmte elektrische Geräte zugewiesen werden die ihre Parameter mitbringen (Anzahl der Anschlüsse, maximale Spannung, maximaler Strom, …)
Die Komponenten können aus dem Artikelstamm ausgewählt werden. Dem Kabelsymbol können für die jeweilige Verbindung mehrere Kabel mit verschiedenen Querschnitten zugewiesen werden (Bild 18). Das Standardkabel, welche für das anfängliche Layout verwendet wird steht an Anfang der Liste. In einer zukünftigen Version von HELIOS 3D kann die maximal erlaubte Verlustleistung in einem Kabelstrang festgelegt werden und HELIOS 3D sucht dann in einer Kabelliste nach den Kabeldurchmesser, mit dem die Vorgaben eingehalten werden.
Ein spezielles Werkzeug stellt der Stringgenerator dar. (Bild 19). In seinem eigenständigen Dialogfenster kann nicht nur die physikalische Stringanordnung der Module auf einem (mehreren) Tische(en) beschrieben werden, sondern auch deren Zuordnung zu den Eingängen eines Stringinverters (Generatoranschlusskastens).

Bild 19 - Stringgenerator

Durch die zwei Modi des Stringgenerators „Quick and Easy“ (Tischorientiert) und „Expert“ (individuelle Stringanordnung) wird die Anforderung nach schneller Definition oder Flexibilität abgedeckt. Es kann eine beliebige Anzahl von Definitionen erstellt und abgespeichert werden. Im „Expert“ Modus muss die Stringdefinition nicht der physikalischen Länge (vielfaches einer Tischlänge) entsprechen, die auf einem oder mehreren Tischen möglich ist. Sie kann so lang sein, wie es die technischen Vorgaben erfordern.

Geräteflächen

Die Geräteflächen (Bild 21) haben zwei Aufgaben; sie sind ein verbindendes Element für die Definition der Kabelgrabenstrukturen und sie beinhalten den Typ und die Anzahl der elektrischen Geräte die darin von HELIOS 3D abgelegt werden, wenn es die Stringverteilung auf die platzierten Tische durchführt. Die erforderliche Anzahl an Geräten die nötig sind um die erzeugte Energie abzuführen, wird auf diese Flächen aufgeteilt.

Bild 21 - Gerätefläche und Strings mit Combinerboxen

 

Kabelgräben

Die Kabelgräben beinhalten alle Kabel die benötigt werden, um die elektrische Energie zu den verschiedenen Geräten in der elektrischen Kette zu transportieren. Die Kabelgräben werden ursprünglich als Polylinien gezeichnet, die danach als Gräben in HELIOS registriert werden müssen. Dies erzeugt ein spezielles Objekt, welches mit anderen Grabensegmenten und mit Geräteflächen verbunden werden kann, um dadurch die erforderliche, individuelle Struktur die die Planung zu liefern. Wenn die Segmente des Kabelgrabens editiert werden (verschoben, verkürzt, verlängert), werden alle anderen Grabensegmente die damit verbunden sind automatisch angepasst.

Die Kabelgräben haben einen Parameter „Tiefe“ und können damit an die Geländekontur angepasst werden. Die Grabentiefe wird in der Berechnung der Kabellängen berücksichtigt um genaue Ergebnisse zu erhalten.
In Zukunft können alle Kabel aufgeführt werden, die durch ein bestimmtes Segment laufen. Daraus kann dann die Grabendimensionierung abgeleitet werden, um alle Kabel aufnehmen zu können.

Für den Entwickler erfolgt ein visuelles Feedback, um den Status der einzelnen Segmente zu erkennen. Nach der Registrierung zeigen die Grabenenden am Anschlusspunkt einen ausgefüllten Kreis. Wenn dieses Segment dann in die komplette Struktur eingebunden ist, zeigt ein zusätzlicher Pfeil noch die Stromflussrichtung an (Bild 22).
Abschließend müssen noch den Feldern die Kabelgräben zugewiesen werden, die deren Kabel aufnehmen sollen.

Bild 22 - Kabelverlauf in 3D


 

Layout Zonen

Die Layout Zonen sind eine spezielle Art von Auswahlsätzen (Bild 20), die erzeugt werden, um ganz individuell Stringdefinitionen einer Auswahl von Tischen zuweisen zu können. HELIOS 3D kann diese teilweise automatisch erzeugen oder der Anwender erstellt sie so wie er sie benötigt. Sie können beliebig editiert, aufgeteilt oder zusammengeführt werden, um alle Tische zusammen zu führen, die eine ganz bestimmte Stringdefinition haben sollen. Die Auswahlsätze haben verschiedene Farben, um sie unterscheiden zu können.

Bild 20 – Auswahlsätze und Kabelgräben

Stringzuweisung

Der nächste Schritt ist, den Auswahlsätzen eine Gerätehierarchie und die entsprechende Stringdefinition zuzuweisen. Das Ergebnis zeigt Bild 21. Der String besteht aus zwei Tischen, die durch die beiden gleichfarbigen Dreiecke im oberen Teil der Tische dargestellt werden.

Sie zeigen gleichzeitig immer in Richtung des Grabens, mit dem sie verbunden sind. Das Bild zeigt aus die beiden Strings in den Tischen als Linie mit den Polaritätszeichen. Die erforderlichen Generatoranschlusskästen sind am Kabelgraben positioniert und die Gerätefläche ist wie vorgegeben mit so viel Geräten aufgefüllt, wie nötig ist die Energie einzusammeln.

Kabellängenberechnung

Die elektrische Struktur ergibt sich aus der Stringzuordnung und der Stringdefinition (Bild 23). Sie enthält die komplette Verbindungsliste und die Länge der Kabelsegmente. Sie werden abhängig vom Kabeltyp zusammengefasst und können in einer Kabelliste ausgedruckt werden.
Eine zukünftige Option wird die Übergabe dieser Kabelliste an ECSCAD von Autodesk sein, um daraus die komplette Dokumentation abzuleiten.

Bild 23 - Elektrische Struktur

 

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