风力发电机的气候适应性监测解决方案

风力发电机组作为技术高度复杂的能量转换系统，它将风的动能转化为旋转机械能，最终经由发电机转换为电能，这一能量转换过程涉及大量的电子元件，这些设备遍布风机从机舱顶部至塔基底部的各个关键部位。因此，精准的热管理成为系统设计的重要课题。电子设备始终需要保持可靠的温度条件，既不能过热，也不能在低于允许温度范围的条件下运行。且冷凝水也会对电子设备造成严重损坏。此外，海上设施尤其会受到不利环境的影响，也需要加以考虑。

风力涡轮机的完美热管理

STEGO 的智能传感器 CSS 014可可靠地记录温度和湿度 ，并通过适当的接口传输数据，从而使操作人员始终能够可靠地了解风机的热条件和变化。传感器通过持续提供有关系统内部气候条件的精确信息，创造了更好的数据状况。在此基础上，可对空调组件进行精确控制，准确调节温度和湿度，确保理想的运行条件。

得益于优化的控制，组件所承受的压力更小，并可避免因冷凝或过热 造成的损坏。因此，延长了风机的使用寿命，减少了故障。更少的故障反过来又意味着更低的维护成本和更高的系统可用性，从而最终节约成本并确保利润。

STEGO 的CSS 014 智能传感器正是应风力涡轮机制造商的要求而开发，由于其高效性和全面的数字化，现已在许多其他行业中得到应用，包括电动汽车的充电基础设施（见方框）。

风力发电在不断增长

德国目前有 1566 台海上风力涡轮机，分布在北海和波罗的海沿岸的 29 个风力发电场。目前，这些风力涡轮机每年可产生 8465 兆瓦的额定功率（截至 2023 年）^*1 ，比十年前增加了 7000 多兆瓦。(在英国，这一数字已经达到 14.7 千兆瓦，在中国达到 37.3 千兆瓦）。

德国政府的目标是到2045 年 在德国水域安装至少 70 千兆瓦的 海上风能。这些扩张目标甚至以《海上风能法》（WindSeeG）修正案的形式获得通过。

目前，在德国可再生能源总发电量方面，海上风电虽然以 23.8 太瓦时的发电量位居第四，但陆上风电则以 120.9 太瓦时的发电量位居前列，与 2021 年相比增长了 30% 以上。^*2

然而，根据 EnBW 的数据，为了实现 2030 年的气候目标，还必须在这一领域增建 10,000 兆瓦的风力涡轮机。因此，风力发电是提供绿色电力能源的最重要支柱之一。风力发电的发展正取得越来越大的进步。

可靠的远程诊断确保系统安全运行

为确保安全、可靠地发电，必须对风力涡轮机中的敏感电子元件进行监控，并定期进行维护。这是一项昂贵的业务，特别是对于海上风机而言，因为它们通常难以接近、难以到达，而且公海上恶劣的天气条件也使在那里工作成为了一项挑战。

状态监测系统 用于远程诊断，以便对系统进行持续控制。因为电子设备的复杂性在不断增加。为了保护它们并防止技术故障，STEGO的CSS 014 智能传感器 成为系统的一部分。该传感器代表了电子元件热管理的数字化发展。它可测量 -40 °C 至 80 °C 的温度和 0% 至 100% RH 的相对湿度等重要参数，从而得出有关系统运行的重要结论。如果风力发电机的温度过高或过低，重要的部件和功能有失效的风险，设备就会发出需要采取措施的信号。通过所有测量数据的附加直方图，您可以始终对风机状态有一个可靠的概览。

通过 IO-Link 实现灵活、轻松的集成

STEGO 选择IO-Link 作为通信协议。这意味着智能传感器也可以通过 PC 上的接口软件轻松进行参数设置，以便在风机中使用。IO-Link 还能确保灵活性，使不同制造商生产的传感器和执行器都可以通过标准化接口 轻松集成。此外，由于 IO-Link 使用至少三芯的标准化非屏蔽电缆，因此布线工作量也降到了最低。安装简单，最终可减少时间和成本。

收集到的数据通过 IO-Link 传输到上一级系统控制器。除了纯粹的温度和湿度开关参数外，用户还可以使用其他可配置的 "事件" 。这里的关键词是增值数据。由于 IO-Link 可以访问扩展的诊断数据和设备参数，因此可以根据应用场景单独调整和优化监控和维护。设备的集中配置和参数化使调试和后续更改变得更加容易。

总之，IO-Link 集简单安装、灵活性、数据可用性和成本效益于一身。

在某些系统中，智能传感器还使用 4-20 mA 版本。多年来，STEGO 一直活跃在风电领域，致力于提供热管理产品，CSS 014 智能传感器完美地融入了由湿度调节器、过滤风扇、风扇加热器、恒温器和 LED 照明组成的产品组合中。

可持续电子保护解决方案

传感器装置本身的开发方式使其能够完美适应海上的恶劣的工作条件 。STEGO 的热管理专家对设备进行了热解耦，并采用圆周密封将其封装，从而实现了传感器区域的高抗震性和 IP57 防护等级。单片机、接口驱动器和 EMC 保护装置以热优化方式布置在 CSS 014 的漆涂保护电路板上，因此几乎消除了废热对测量值的影响。

不仅可以利用测量值进行可靠的远程诊断，还可以优化整个风机的控制，并可以根据需求控制 风扇、冷却装置或加热器等单个设备。上层控制系统利用传输的数据决定需要执行的操作。例如，可以精确地控制执行器，以达到所需的运行状态或确保所需的环境参数。

与传统两点控制相比的显著优势

与传统的两点控制器相比，通过温度和湿度传感器结合系统控制器对加热器和风扇等空调组件进行控制，具有显著优势：传统两点控制器只是在两种状态（开/关）之间切换，而传感器控制系统则能对空调进行更精确、更连续的调节。这样，这使系统控制器能根据实际需求更精确地调整空调组件的运行。避免了不必要的开关，从而降低了能耗，延长了部件的使用寿命。

总之，基于传感器的控制系统有助于提高组件运行的高效、高精确性和耐用性 。相应的维修也会减少，这是一个重要的成本因素，尤其是在公海上。当然，智能传感器 CSS 014 也适用于陆上风力涡轮机。其应用程序和功能保持不变。在海上领域，远程维护扮演着更重要的角色，这仅仅就公海上风力发电场的可达性而言。

^*1统计数据，Deutsche WindGuard 调查，"德国近海风能扩张现状"。

^*2BDEW、ZSW、联邦统计局调查，"2023 年能源供应 "年度报告

在电动汽车充电基础设施中的应用优势

STEGO 的智能传感器 CSS 014 具有极高的性价比优势，使其在小型应用场景中同样发挥重要价值。其中一个例子就是用于提高电动交通的充电基础设施。充电过程中会产生热量，从而导致充电站内部与外部温度之间的巨大温差。进而导致充电站内部形成冷凝水，在最坏的情况下会导致电子设备故障。充电过程中产生的废热或过低的环境温度（尤其是在冬季）也会损坏电子元件。

智能传感器 CSS 014 可确保在这些应用中实现理想的热管理。它可持续监测充电桩内部的温度和湿度参数。实现对充电站内的环境条件的精准监控，从而能够及时采取防护措施防止设备损坏。这一解决方案可显著降低故障发生率，降低运行成本，并大幅提升充电站的服务可用性。