Das u‑remote‑Modul misst differenziell zwischen jeweils zwei Kanälen und erfasst so präzise die Spannung einzelner Zellen oder Zellgruppen. (Quelle: Weidmüller)
Vor allem in der Wasserstoffindustrie spielt das neue u-remote-Modul seine Vorteile aus. "Um das volle Potenzial der Wasserstoffproduktion und seiner Rückverstromung auszuschöpfen, brauchen Betreiber vor allem eines: transparente und stabile Betriebszustände ihrer Anlagen. Eine kontinuierliche Überwachung der Einzelzellspannungen in Elektrolyse‑Stacks und Brennstoffzellen ist dafür ein entscheidender Baustein", geben die Experten an.
Elektrolyse‑Stacks und Brennstoffzellen bestehen aus vielen seriell verschalteten Einzelzellen. Lässt nur eine davon in ihrer Leistung nach, beispielsweise durch Degradation oder lokale Überlast, beeinflusst das den gesamte Stack. Auffällige Zellspannungen gelten daher als verlässlicher Frühindikator für drohende Zellumkehr (Cell Reversal), ungleichmäßige Alterung, lokale Hotspots, Membran‑ oder Kontaktprobleme sowie Betriebszustände mit erhöhtem Verschleiß oder Effizienzverlust.
Das nun vorgestellte u‑remote‑Modul misst differenziell zwischen jeweils zwei Kanälen und erfasst so präzise die Spannung einzelner Zellen oder Zellgruppen. Dazu misst es die Spannungsdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kanälen, die beispielsweise mit den Polen einer Zelle in einem Stapel verbunden sind. Pro Modul mit seinen 16 Anschlüssen lassen sich bis zu 15 Einzelzellspannungen überwachen. Dank verstärkter Isolation von bis zu DC 1.500 V lassen sich so auch große Stacks ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen überwachen. "In Elektrolyse-Stacks beträgt die Zellspannung typischerweise 1,7 V bis 2,2 V pro Zelle (bei der PEM-Elektrolyse). Somit können in einer einzigen u-remote-Station im Idealfall bis zu 880 Zellen überwacht werden. Möglich wird dies auch aufgrund der Unterstützung von bis zu 64 aktiven IO-Modulen je Feldbuskoppler. Das reduziert Komplexität und Kosten", so die Experten weiter. "Betreibern ermöglicht es, kritische Trends frühzeitig zu erkennen und über ihre Steuerung gezielt zu reagieren – bis hin zur automatisierten Reduktion der Last oder einem geordneten Abschalten des betroffenen Stacks."
Zuverlässigkeit der Anlage steigern
Die kontinuierliche Zellspannungsüberwachung unterstützt Betreiber dabei, auffällige Zellzustände früh zu detektieren und Wartungen planbarer und wirtschaftlicher zu gestalten. Statt pauschal festgelegter Wartungsintervalle wird die zustandsorientiere Instandhaltung möglich. "Die vom u-remote-Modul erhobenen Daten bilden die Grundlage, eine Wasserstoffanlage in das Industrial IoT einzubinden. Für Betreiber eröffnen sich Möglichkeiten der vorausschauenden Wartung, Fernwartung und Zustandsüberwachung. Langfristig lassen sich so ungeplante Stillstände vermeiden, die Lebensdauer der Stacks verlängern und Effizienzverluste reduzieren", gibt Weidmüller an.
Die direkte Einbindung in die Hard- und Softwarelösung u-mation von Weidmüller erleichtere die Cloud- und Edge-Integration der Wasserstoffanlage. Messdaten aus der Zellspannungsüberwachung können in Echtzeit visualisiert, analysiert und für vorausschauende Wartungsstrategien genutzt werden. "Die offene Architektur von u-mation ermöglicht zudem die problemlose Anbindung an verschiedene IoT-Plattformen und industrielle Kommunikationsprotokolle. Dies fördert eine effiziente Prozesssteuerung, vereinfacht die Integration in bestehende Automatisierungsumgebungen und schafft die Grundlage für eine digitale Transformation der Wasserstoffproduktion", werden als Vorteile genannt.
Einfache Konfiguration
u‑remote bietet durch seinen modularen Aufbau hohe Flexibilität. Elektronikmodule lassen sich ohne Ausbau der kompletten Station tauschen oder erweitern und sind damit ideal für Retrofit oder Funktionserweiterungen geeignet. Ein integrierter Webserver ermöglicht die einfache Parametrierung, Diagnose und das Laden/Speichern von Konfigurationen. Der Zellspannungseingang lässt sich entsprechend der spezifischen Bedürfnisse des Anwenders konfigurieren. "Diese Flexibilität ermöglicht es, jede Zelle, oder aber definierte Zellgruppen zu überwachen. Dabei sind viele Spannungsintervalle möglich; etwa im Niederspannungsbereich von 0 V bis 3 V oder von 0 V bis 30 V. Alternativ lassen sich auch sehr große Differenzen von -100 V bis 100 V abdecken. Feldbuskoppler bzw. Gateways für gängige Feldbus‑ und Industrial‑Ethernet‑Protokolle erlauben den Einsatz in heterogenen Anlagen. Darunter fallen beispielsweise Profinet, EtherCAT, Modbus TCP oder EtherNet/IP", geben die Experten an.
Eine u-remote I/O-Station kann modular erweitert werden und bis zu 64 verschiedene Module aufnehmen. Damit lassen sich auch komplizierte Mess- und Steuerungsaufgaben flexibel und individuell abbilden, was insbesondere bei wachsenden oder sich wandelnden Anforderungen im Bereich der Wasserstofftechnologie von Vorteil ist. "Dies ermöglicht es Anwendern, die Station exakt auf ihre spezifischen Bedürfnisse zuzuschneiden, ohne dabei Kompromisse bei der Skalierbarkeit oder Anpassungsfähigkeit eingehen zu müssen", so die Unternehmensvertreter.
Darüber hinaus wird auf die Erfüllung hoher Sicherheits- und Qualitätsstandards verwiesen: Die u-remote-Lösung verfügt über notwendige Zertifizierungen, darunter CE, ATEX, IECEx und UL und DNV. So ist u-remote flexibel einsetzbar: in globalen Märkten, aber auch in Umgebungen mit gesonderten Vorgaben, wie der ATEX-Zone 2. Das erweitert die Einsatzmöglichkeiten der Technologie und sorgt für zusätzliche Investitionssicherheit.
Optimale Lösung für Wasserstoffindustrie
Da Normen, Anforderungen und Betriebsstrategien für die Wasserstoffindustrie noch im Wandel sind, profitieren Betreiber besonders von modularen Systemen. Das u‑remote‑IO‑System lässt sich an veränderte Anforderungen anpassen, beispielsweise durch neue Elektronikmodule oder zusätzliche Diagnosefunktionen, und unterstützt so den schnellen industriellen Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft.
Mit Lösungen wie dem Remote-IO-System u‑remote erweitert Weidmüller das bestehende Stack-Monitoring um eine Lösung für Fuel-Cell-Monitoring. Somit stehen nun Lösungen zur Datenerfassung bereit – von der H2-Erzeugung über die Verstromung bis hin zur Energiespeicherung in Batterien. Mit umfangreichen Lösungen unterstützt Weidmüller Betreiber und Hersteller von Wasserstoffanlagen über den gesamten Lebenszyklus hinweg – von der Planung über die Inbetriebnahme bis zum Betrieb.