Solarenergie vs. CT-Energiegewinnung zur Überwachung von Freileitungen

CT-Energieernter beziehen 1.5 W aus einem Leiter mit 20 A. Solarmodule liefern 6 W aus vier Stunden Sonnenlicht. Auf dem Papier hängt das eine System von der Leitung ab, das andere vom Himmel. Die eigentliche Frage für einen Netzingenieur, der ein Überwachungssystem für Stromleitungen spezifiziert, lautet nicht, welche Quelle „besser“ ist — sondern welchen Ausfallmodus Sie tolerieren können.

Dieser Artikel stellt die beiden dominierenden Stromversorgungsansätze für Geräte zur Überwachung von Freileitungen Dimension für Dimension gegenüber, damit Sie Ihre Einsatzbedingungen der passenden Energiearchitektur zuordnen können.

Das Problem des Leistungsbudgets

Jede Überwachungsnutzlast für Übertragungsleitungen — unabhängig davon, ob sie Durchhang, Temperatur, Vibration, Schwingungen oder Eislast misst — benötigt kontinuierliche Energie an einem Ort, an dem das Verlegen eines Kabels unmöglich ist. Die Hardware wird an einen unter Spannung stehenden Leiter geklemmt oder an einem Mast montiert, Hunderte Meter über dem Boden.

Das Leistungsbudget eines typischen Überwachungsknotens:

Das ist nicht viel Leistung. Sie muss jedoch rund um die Uhr und das ganze Jahr über verfügbar sein — bei Eisstürmen, Hitzewellen, windstillen Nächten und wenn der Leiterstrom außerhalb der Spitzenzeiten nahezu null erreicht.

Zwei Architekturen dominieren den Markt: die Energiegewinnung mit Stromwandlern (CT) direkt aus dem Leiter sowie Photovoltaikmodule (Solarpanels), die am Mast oder am Gehäuse der Hardware montiert werden.

CT-Energiegewinnung: Spezifikationen und Grenzen

Ein CT-Energieernter wird um den Leiter geklemmt und induziert Strom aus dem Magnetfeld, das durch den Stromfluss in der Leitung erzeugt wird. Die verfügbare Leistung ist direkt proportional zum Primärstrom.

Gewinnungsleistung im Verhältnis zum Leitungsstrom

Der kritische Schwellenbereich liegt bei etwa 5–20 A. Unter 5 A können die meisten CT-Harvester eine Überwachungslast ohne starkes Duty-Cycling nicht aufrechterhalten (Übertragung nur alle 15–30 Minuten statt alle 1–5 Minuten). Unsere Produkttests zeigen, dass Primärströme im Bereich von 5–20 A ungefähr 1,5 W oder mehr für nachgeschaltete Schaltungen liefern – ausreichend für den Dauerbetrieb mit einem 4G-Modul, GPS und einer Sensoranordnung bei Standard-Betriebszyklen.

Wo CT-Energiegewinnung gut funktioniert

• Stark belastete Hauptleitungen, die die meiste Zeit mehr als 50 A führen
• Am Leiter montierte Hardware, bei der der Sensor direkt auf der Leitung sitzt (Durchhangüberwachung, Sensoren zur dynamischen Leitungsbewertung)
• Einsätze, bei denen die Montage eines Solarpanels unpraktisch ist (keine ebene Fläche am Mast, starke Vereisung bedeckt die Panels)

Wo CT-Energiegewinnung versagt

• Verteilungsleitungen mit variabler Last – ein Abzweig, der um 3 Uhr morgens auf 2 A abfällt, entzieht dem Harvester die Energie
• Saisonale Lastschwankungen – eine Leitung mit 80 A im Sommer und 8 A im Winter erzeugt ein Energiedefizit über mehrere Monate
• Überwachung von Neubauten – neu in Betrieb genommene Leitungen können wochenlang keinen Strom führen, obwohl die Überwachungstechnik bereits installiert ist
• Redundanzkritische Einsätze – wenn die Leitung ausfällt, verlieren Sie sowohl das überwachte Objekt als auch die Energie, um den Ausfall zu melden

Dieser letzte Punkt wird bei der Beschaffung von Versorgungsunternehmen am häufigsten übersehen. Ein reines CT-System hat einen einzigen Ausfallpunkt: den Leiterstrom selbst. Die Zuverlässigkeit der Energiegewinnung nimmt bei einem Primärstrom unter 5 A nichtlinear ab, wobei die Ausgangsleistung bei geringer Last stark sinkt.

Solarstromversorgung: Spezifikationen und Grenzen

Ein am Mastkörper montiertes oder in das Gehäuse des Überwachungsgeräts integriertes Photovoltaikpanel wandelt Sonnenlicht unabhängig vom Leiterstatus in elektrische Energie um.

Solarleistung im Vergleich zu den Bedingungen

Ein Solareingang mit nominal 6 W und einem Modulwirkungsgrad von etwa 22 % — typisch für monokristalline Zellen, die in diesen Anwendungen eingesetzt werden — erzeugt in den meisten Klimazonen ausreichend Energie pro Tag, um eine Überwachungseinheit zu betreiben und die Pufferbatterie zu laden.

Die Batterieautonomie ist die entscheidende Spezifikation

Das Panel ist nicht besonders wichtig, wenn die Batterie die Last während dunkler Zeiträume nicht tragen kann. Hier trennt sich das Systemdesign ernsthafter Überwachungsplattformen von Setups in Prototypenqualität.

Unsere JK-Plattform zur Energieversorgung von Freileitungen verwendet einen 7,4-V-/10-Ah-Li-Ionen-Akkupack — bei typischer Last etwa 3 Tage Autonomie, ausreichend, um in den meisten Einsatzregionen längere bewölkte Zeiträume zu überbrücken. Für eisgefährdete Leitungen bauen wir das GB-Überwachungsgerät „Ice Sprite“ mit einer größeren 9,6-V-/14-Ah-Batterie und dualem Energy Harvesting (AC-Induktion vom Leiter plus Solarpanel), da Eisüberwachungsregionen genau die Orte sind, an denen sowohl Solar- als auch CT-Quellen gleichzeitig beeinträchtigt werden.

Wo Solar gut funktioniert

• Jedes am Mast montierte Gerät mit auch nur teilweiser Sicht zum Himmel
• Verteilungsleitungen mit niedrigem Strom, bei denen das Energy Harvesting per CT unzuverlässig ist
• Redundante Energiearchitekturen (Solar als primäre, CT als ergänzende Energiequelle)
• Installationen vor der Inbetriebnahme — Panels funktionieren, bevor die Leitung unter Spannung steht

Wo Solar an seine Grenzen stößt

• Regionen mit starker Eis- und Schneebildung ohne automatische Räumung
• Korridore mit dichtem Waldkronendach, die das effektive Sonnenlicht auf 1–2 Stunden/Tag reduzieren
• Auf den Leitern montierte, aufklemmbare Geräte mit begrenzter Oberfläche für Panels

Direkter Vergleich

Keine einzelne Spalte gewinnt in jeder Zeile. Genau darum geht es. Die richtige Wahl hängt von Ihren spezifischen Leitungsparametern ab.

Hybride Architektur: Warum die meisten anspruchsvollen Installationen beides nutzen

Der Trend bei Überwachungsplattformen in Versorgungsqualität geht zu hybriden Stromversorgungsarchitekturen, die CT-Energiegewinnung mit Solarenergie kombinieren. Gut konzipierte hybride Stromversorgungen mit zwei Quellen erreichen in entlegener Netzinfrastruktur regelmäßig eine sehr hohe Verfügbarkeit und übertreffen Architekturen mit nur einer Quelle deutlich.

Die Logik ist einfach:

1. CT-Energiegewinnung deckt Nacht- und bewölkte Zeiten ab, wenn die Leitung belastet ist
2. Solarenergie deckt Zeiten mit niedrigem Strom, die Phase vor der Inbetriebnahme und dient als Backup, falls der Leitungsstrom abfällt
3. Batterie überbrückt Phasen, in denen beide Quellen zu wenig Leistung liefern

Unsere JK-Plattform zur Stromversorgung von Freileitungen kombiniert die Energiegewinnung per CT aus dem Leiter, ein an das Gehäuse angepasstes, gebogenes Solarmodul, ein internes Batteriemanagement und geregelte Gleichstromausgänge zur Versorgung der Überwachungskomponenten. Das Gerät wird mit einer Klemmhalterung montiert – Änderungen am Leiter oder Mast sind nicht erforderlich, und die Installation unter Spannung ist mit standardmäßigen Heißstabwerkzeugen möglich.

Dieser Hybridansatz sorgt dafür, dass das System auch unter genau den Bedingungen weiter meldet, unter denen Sie Überwachungsdaten am dringendsten benötigen: bei Stürmen, Eisereignissen und Leitungsfehlern.

Entscheidungsrahmen: Welche Architektur passt zu Ihrer Installation?

11|Beginnen Sie nicht mit „Solar oder CT“. Beginnen Sie mit Ihren Leitungsparametern.

Wählen Sie CT-Primärversorgung (Solar-Backup), wenn:

• 9|Der Mindestleitungsstrom ganzjährig über 20 A bleibt
• 8|Am Leiter montierte Geräte erforderlich sind (Durchhang- und DLR-Sensoren)
• 7|Keine Montageflächen für Solarmodule verfügbar oder diese eisgefährdet sind
• 6|Das Mindestgewicht am Leiter entscheidend ist und der Sensor bereits angeklemmt wird

Wählen Sie Solar-Primärversorgung (CT-Ergänzung), wenn:

• 4|Der Leitungsstrom schwankt oder außerhalb der Spitzenzeiten unter 10 A fällt
• 3|Das Gerät am Mastkörper und nicht am Leiter montiert wird
• 2|Sie das System installieren, bevor die Leitung in Betrieb genommen wird
• 1|Eine Fehlerüberwachung zum Anwendungsfall gehört (Stromversorgung bei Leitungsausfall erforderlich)

Wählen Sie ausschließlich Solarenergie, wenn:

• Es ist keine Energiegewinnung per Stromwandler möglich (Leitungen mit sehr geringer Stromstärke, Gleichstromleitungen)
• Ausschließliche Montage am Turm ohne Zugang zum Leiter
• Das Überwachungssystem ist stromsparend (LoRa, durchschnittlich <0,5 W)

Unser Gerät zur Überwachung von Seildurchhängen, das WD Galloping Monitoring Device, ist beispielsweise ausschließlich solarbetrieben und verfügt über eine 3,7-V-/6-Ah-Batterie sowie eine drahtlose LoRa-Verbindung – denn Überwachungsgeräte für Seildurchhänge werden am Turm und nicht am Leiter montiert, und der geringe Stromverbrauch von LoRa macht die Energiegewinnung per Stromwandler überflüssig.

Checkliste für das Datenblatt vor der Bestellung

Bestätigen Sie diese Parameter mit Ihrem Anbieter des Überwachungssystems, bevor Sie sich für eine Energiearchitektur entscheiden:

• Minimaler und maximaler Leiterstrom (Jahresbereich, nicht nur der Spitzenwert)
• Verfügbare Montagefläche für das Solarmodul (Abmessungen, Ausrichtung)
• Erforderliches Leistungsbudget des Überwachungssystems (Durchschnitts- und Spitzenwert)
• Erforderliche Batterielaufzeit (wie viele Tage ohne Energieertrag muss das System überstehen?)
• Häufigkeit und Dauer von Vereisung bzw. Schneebedeckung am Einsatzort
• Leistungsaufnahme des Kommunikationsprotokolls (LoRa im Vergleich zu 4G und Satellit – der Unterschied beträgt das Zehnfache)
• Ob eine Installation unter Spannung erforderlich ist (beeinflusst die Auswahl der Montagehardware)

Wenn Ihr Anbieter diese Fragen nicht mit konkreten Zahlen beantworten kann, ist das ein Warnsignal. Die Stromversorgung ist die häufigste Fehlerquelle bei der Überwachung von Freileitungen – stellen Sie sicher, dass sie funktioniert, bevor Sie sich Gedanken über Sensorgenauigkeit oder Datenanalyse machen.

Was als Nächstes zu tun ist

Holen Sie Ihre Daten aus der Leitungsaufnahme hervor. Ermitteln Sie den minimalen Leiterstrom über ein ganzes Jahr hinweg – nicht den Durchschnitt, sondern das Minimum. Liegt er zuverlässig über 20 A, funktioniert ein Hybrid mit primärseitigem Stromwandler. Sinkt er über einen längeren Zeitraum unter 10 A, benötigen Sie Solarenergie als primäre Quelle.

Senden Sie uns anschließend Ihre Leitungsparameter – den Strombereich des Leiters, die Einschränkungen bei der Turmmontage und die gewünschte Leistung des Überwachungssystems. Wir entwickeln die JK-Plattform zur Stromversorgung von Freileitungen gezielt mit konfigurierbaren Kombinationen aus Stromwandler, Solarenergie und Batterie, da keine zwei Einsatzorte identische Strombedingungen aufweisen. Wir bestätigen die Kompatibilität und empfehlen die passende Energiearchitektur, bevor Sie sich für die Hardware entscheiden.

Wenn Sie sich noch in der frühen Evaluierungsphase befinden, umfasst unsere Kollektion kleiner Solarmodule Module von 0,1 W bis 25 W – viele davon werden in Anwendungen zur Überwachung von Stromleitungen eingesetzt. Für nicht standardisierte Formfaktoren oder gekrümmte Oberflächen kann unser Service für kundenspezifische Solarmodule die Modulgeometrie an das Gehäuse Ihres Geräts anpassen.