(Quelle: Kaco New Energy GmbH)
Der Ausbau regenerativer Energien schreitet voran. Immer mehr Blockheizkraftwerke, Photovoltaik- oder Windkraftanlagen gehen ans Netz. Allein die installierte Gesamtleistung der Photovoltaikanlagen in Deutschland hat im letzten Jahr bereits 17 GW erreicht. So entsteht derzeit eine Energieversorgung mit einer Vielzahl kleiner, dezentraler Kraftwerke. Der Wandel der Energieversorgung weg von einer zentralen Struktur mit großen Grundlast- und Spitzenlastkraftwerken erfordert neben dem Ausbau der Netze auch eine neue Betriebsführung des Stromnetzes – das intelligente Netz oder Smart Grid. Wechselrichter sitzen an der Schnittstelle zwischen Solargenerator und Netz und spielen daher eine wichtige Rolle beim Umbau der Stromnetze.
Verteilten bislang Großkraftwerke den Strom von oben nach unten, fließt Energie künftig zwischen den Netzen unterschiedlicher Spannungsebenen in alle Richtungen. Besonders das Niederspannungsnetz, an dem über 98% aller Photovoltaikanlagen angeschlossen sind, steht dabei vor großen Herausforderungen. Zunehmend bestimmt die Energieerzeugung den Verbrauch. Bis dato war es umgekehrt.
Auch auf die schwankende Energieproduktion aus erneuerbaren Energien müssen sich die Netzbetreiber einstellen. Steigt der Anteil der erneuerbaren Energien, muss der Einsatz konventioneller Energie reduziert werden. Deshalb erfordert die Vielzahl dezentraler Kraftwerke ein optimales Netzmanagement zwischen Erzeugung, Speicherung, Verteilung und Verbrauch. Zahlreiche Forschungsprojekte entwickeln derzeit Konzepte für eine solche intelligente Stromversorgung.
Vom Lieferanten zum Netzmanager
Die neue Generation blindleistungsfähiger Wechselrichter trägt zur Steigerung der Aufnahmefähigkeit der Netze bei. In den intelligenten Netzen übernehmen diese Geräte Funktionen, die bislang verboten waren. Erzeugungsanlagen werden als Kraftwerke betrachtet, die bei Netzstörungen stabilisierend reagieren müssen, anstatt sich vom Netz zu trennen. Verteilnetzbetreiber erhalten die Möglichkeit, bei Netzüberlastung die Leistung von PV-Anlagen abzuregeln. So hat der Wechselrichter-Hersteller Kaco New Energy seine Geräte und großen Datenlogger aufgerüstet, damit diese die Signale eines Rundsteuerempfängers auswerten und als Stellvorgabe an die Wechselrichter weitergeben.
Zur Netzunterstützung reduzieren die Wechselrichter die Wirkleistung in Abhängigkeit von der Netzfrequenz. Sie fahren nach Fehlerabschaltung langsam wieder an und schalten sich versetzt zu. Um dem Netzbetreiber ein geordnetes Hochfahren des Netzes nach einem Fehler zu ermöglichen, ist es notwendig, dass die Einspeiseleistung langsam gesteigert wird.
Die Leistungsabregelung und eine zentrale Steuerung der einzelnen Einheiten waren ohne größeren Entwicklungsaufwand in die bestehenden Wechselrichter-Topologien zu integrieren. Dagegen erfordert die Bereitstellung von Blindleistung durchweg digitale Steuerungen. Blindleistung entsteht, wenn Strom und Spannung phasenverschoben sind. Je nachdem, in welche Richtung die Phasen gegeneinander verschoben sind, spricht man von induktiver respektive kapazitiver Phasenverschiebung. Während Wirkleistung nutzbare Energie ist, mit der sich elektrische Geräte betreiben lassen, kann Blindleistung keine Arbeit verrichten. Stattdessen pendelt sie im Stromnetz hin und her. Durch die Kompensation vorhandener Blindleistung lässt sich das Netz entlasten bzw. die Aufnahmekapazität erhöhen. Darüber hinaus kann über die Einspeisung von Blindleistung die Netzspannung reguliert werden. Denn eine kapazitive Phasenverschiebung erhöht die Spannung, eine induktive Phasenverschiebung senkt sie.
Seit dem 1. April 2011 sollen Wechselrichter das Netz zudem dynamisch stützen. Sie müssen bei Spannungseinbrüchen und Kurzschlüssen am Netz bleiben und einen definierten Blindstrom einspeisen. Photovoltaikwechselrichter mit netzstabilisierenden Eigenschaften schaffen so die Voraussetzung für ein stabiles Netz und damit für den Zubau der Solarstromerzeugung.