Stand: April 2012

Einführung und Hintergrundinfos

Das Thema Netzintegration spielt im Zusammenhang mit der erneuerbaren Stromerzeugung eine immer größere Rolle. Besonders die stark wachsende Gesamtleistung aller PV-Anlagen in Deutschland ist in den Fokus gerückt – und durchaus zu Recht: Nach den Daten der Bundesnetzagentur sind seit Ende 2011 knapp 25 Gigawatt installierte PV-Leistung am Netz. Unter idealen Einstrahlungsbedingungen leisten die PV-Anlagen damit mehr als 16 große Atomkraftwerke. Die optimale Integration dieser variablen und dezentralen Erzeugungsleistung in das bestehende, auf unidirektionale Leistungsflüsse ausgelegte Verteilnetz gehört daher zu den wichtigsten Aufgaben.

Wechselrichter als Netzmanager
Nachdem PV-Anlagen lange Zeit nur als „negative Verbraucher“ mit reiner Wirkleistungseinspeisung betrachtet wurden, wird die Photovoltaik seit 2009 zunehmend in die Netzregelung eingebunden. So existieren mit dem §6 des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) und der BDEW-Mittelspannungsrichtlinie1 für größere Anlagen diverse Systemanforderungen, die letztendlich alle auf eine bessere Integration dezentraler Erzeugungsanlagen in die Netze abzielen. Für das Niederspannungsnetz, das immerhin mehr als 70 Prozent der in Deutschland verfügbaren PV-Leistung aufnimmt, sind am 1. August 2011 grundlegend neue Anschlussregeln in Kraft getreten, die nun auch von kleinen und mittleren PV-Anlagen Systemdienstleistungen fordern. Als Markt- und Technologieführer im Bereich der PV-Systemtechnik hat sich SMA von Beginn an sehr für das Thema Netzintegration engagiert – einerseits durch Mitarbeit in den entsprechenden Gremien und Arbeitsgruppen, andererseits durch massive Entwicklungsanstrengungen. Mit Erfolg: SMA Wechselrichter gehörten zu den ersten, die den Anforderungen des §6 EEG sowie der stufenweise in Kraft getretenen Mittelspannungsrichtlinie vollständig entsprachen – inklusive der zusätzlich benötigten Kommunikationstechnik. Auch für die seit 1. Januar 2012 verbindliche VDE-Anwendungsregel 41052 bietet SMA eine breite Palette passender Produktlösungen.

Die Zukunft beginnt jetzt

Darüber hinaus gibt es bereits weitergehende Ansätze für eine optimale Netzintegration erneuerbarer Erzeugungsleistungen: Ein umfassendes Energiemanagement auf Haushaltsebene, die Einbindung von Solarstrahlungsprognosen und die Nutzung dezentraler Speichersysteme weisen den Weg zum intelligenten Netz, dem „Smart Grid“. Auch in diesem Bereich engagiert sich SMA – mit dem Sunny Home Manager, der Zusammenarbeit mit PV-Prognosediensten oder der Weiterentwicklung des bewährten Sunny Backup-Systems zu einer netzgekoppelten Speicherlösung. Egal ob die EPIA3, der Sachverständigenrat der deutschen Bundesregierung oder die Regierung selbst in ihrem Nationalen Aktionsplan für erneuerbare Energie: Nahezu alle Fachleute gehen von einem dauerhaften Anstieg des Solarstrom-Anteils im europäischen Energiemix aus. Neben der weiteren Senkung der Stromgestehungskosten ist die optimale Netzintegration der Photovoltaik daher von entscheidender Bedeutung. Wechselrichter als flexible, leistungselektronische Stellglieder können die damit verbundenen Systemmanagement-Aufgaben hervorragend übernehmen.

1 Richtlinie für den Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz des Bundesverbands der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW)

2 VDE-AR-N 4105: Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz – technische Mindestanforderungen für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz

3 European Photovoltaic Industry Association

Die Netzstruktur

Die Spannungsebenen im deutschen Verbundnetz
Abb. 1: Die Spannungsebenen im deutschen Verbundnetz

Die jeweils geltenden Regularien für den Netzanschluss dezentraler Stromerzeuger orientieren sich bislang am Aufbau des Verbundnetzes, der durch mehrere, hierarchisch angeordnete Spannungsebenen gekennzeichnet ist. Maßgeblich ist in der Regel die Spannungsebene, in die die jeweilige Erzeugungsanlage einspeist, wobei Höchst, Hoch-, Mittel- und Niederspannungsebene unterschieden werden.

Das Höchstspannungsnetz arbeitet mit 220 bis 380 kV und dient dem Ferntransport sowie der Anbindung ans internationale Verbundnetz. Die überregionale Energieübertragung erfolgt durch das Hochspannungsnetz mit einer Spannung von 60 bis 110 kV. Auch große Windparks und PV-Großanlagen speisen auf dieser Netzebene ein. Die Spannung im Mittelspannungsnetz liegt bei 6 bis 30 kV, hier wird die Energie an Großverbraucher sowie an Trafostationen des Niederspannungsnetzes verteilt. Städtische Heizkraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung, größere PV-Anlagen und einzelne Windkraftanlagen speisen die erzeugte Energie auf Mittelspannungsebene ins Netz.

Im Niederspannungsnetz liegt die Spannung schließlich bei 400 V (dreiphasig) oder 230 V  (einphasig). Es übernimmt die Verteilung der Energie an den Endverbraucher, doch auch der größte Teil der in Deutschland installierten PV-Anlagen speist auf diesem Spannungsniveau ein.

Richtlinien, Regeln und Gesetze

Momentan gibt es drei Regelwerke, in denen Anforderungen an PV-Anlagen zum Thema Netzintegration zu finden sind: Die seit 1. Januar 2009 gültige BDEW-Mittelspannungsrichtlinie ist für alle Erzeugungsanlagen verbindlich, die auf Mittelspannungsebene einspeisen (Ausnahme: Anlagen mit weniger als 100 kW Nennleistung). Die seit 1. August 2011 gültige und seit 1. Januar 2012 verbindliche VDE-Anwendungsregel 4105 betrifft alle PV-Anlagen, die ins Niederspannungsnetz einspeisen – und damit die überwiegende Mehrheit. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) stellt seit 2009 ebenfalls Anforderungen in Sachen Netzintegration, die mit der seit 1. Januar 2012 gültigen Fassung noch einmal deutlich erweitert wurden.

Den Zugang zu Hochspannungsanschlüssen regelt der Transmission Code. Aus ihm wurden einige Anforderungen in die Mittelspannungsrichtlinie übernommen, er steht allerdings vor der Ablösung durch eine entsprechende VDE-Anwendungsregel. Der erste Entwurf soll noch vor der Sommerpause 2012 zur Kommentierung freigegeben werden. Je nach der Anzahl der Einsprüche wird sie voraussichtlich Ende 2012 oder etwas später veröffentlicht.