SMA Wechselrichter als Netzmanager
Die Netzmanagement-Funktionen der SMA Wechselrichter im Überblick
Juni 2010
In Deutschland fiel der Startschuss im Januar 2009, in Frankreich bereits 2008: Große PV-Anlagen müssen sich seitdem am Netzmanagement beteiligen und zunehmend sogenannte Netzdienstleistungen erbringen. Die Notwendigkeit dieser Maßnahmen ist unter Fachleuten unbestritten. Denn die installierte PV-Leistung nimmt kontinuierlich zu, wobei auch immer größere Einzelprojekte realisiert werden. Zunehmende Größe und Leistung bedeuten aber auch mehr Verantwortung für das Stromnetz, zumal nur ein stabiles Netz den unbegrenzten Ausbau erneuerbarer Energien erlaubt. Grund genug für SMA, sich hier von Beginn an stark zu engagieren. Inzwischen ist SMA als technologisch führender Hersteller von Solar-Wechselrichtern auch Vorreiter, wenn es um das Thema Netzmanagement geht.
Umfassende Netzmanagement-Funktionen
So war die SMA Power Reducer Box die erste marktreife Lösung für das in §6 des deutschen EEGs* verankerte Erzeugungsmanagement – und ist zudem mit nahezu allen SMA Wechselrichtern einsetzbar. Wechselrichter mit einer automatischen Leistungsreduktion bei Überfrequenzen leisten einen wertvollen Beitrag zur Stabilisierung der Netzfrequenz, wenn mehr Energie erzeugt als verbraucht wird. Blindleistungsfähige Wechselrichter helfen die Netzspannung konstant zu halten, lassen sich aber auch zur Kompensation unerwünschter Phasenverschiebungen einsetzen. Und die Funktionen zur dynamischen Netzstützung stützen das Netz im Fehlerfall und können damit die weitere Ausbreitung eines Fehlers verhindern oder zumindest eingrenzen.
*Erneuerbare-Energien-Gesetz
Netzmanagement-Funktionen von SMA Wechselrichtern
1. Erzeugungs- und Netzsicherheitsmanagement
Sechzig Sekunden: So lange hat ein Wechselrichter in Deutschland Zeit, um eventuelle Vorgaben des Netzbetreibers zum Erzeugungsmanagement umzusetzen. Denn für den Fall, dass ein Abschnitt des Transportnetzes kurzfristig überlastet wird, darf und muss der Netzbetreiber dezentrale Erzeugungsanlagen ferngesteuert in ihrer Leistung begrenzen. Die Anlagen leisten damit einen wichtigen Beitrag zur Stabilität des Netzes, das mit dem schnellen Ausbau der erneuerbaren Erzeugungsleistung in einigen Fällen kaum Schritt halten kann. Die Power Reducer Box von SMA übersetzt die eingehenden Sollwert-Vorgaben des Netzbetreibers in Steuerbefehle für die Sunny WebBox. Diese leitet die Befehle per Feldbus an die angeschlossenen Wechselrichter weiter und protokolliert gleichzeitig die externe Sollwertvorgabe – wichtig für die gesetzlich verankerte Entschädigung für die eventuellen Ertragsausfälle.
2. Automatische Wirkleistungs-Frequenz-Regelung
Die Frequenz in Wechselstromnetzen wird in engen Grenzen konstant gehalten – typischerweise bei exakt 50 Hz oder 60 Hz. Wird dem Netz mehr Energie entnommen als die Erzeuger einspeisen, sinkt die Frequenz. Bei einem Energieüberschuss passiert das Gegenteil, die Netzfrequenz steigt. SMA Wechselrichter können darauf mit einer automatischen Wirkleistungsreduktion reagieren: Je höher die Frequenz über dem Sollwert liegt, desto stärker drosseln sie die abgegebene Wirkleistung. So stabilisieren sie das Netz und verhindern damit das massenhafte Abschalten von Anlagen aufgrund einer zu hohen Netzfrequenz.
Die Netzebenen im Wechselstrom-Verbundnetz
3. Statische Spannungshaltung durch Blindleistung
Zum Schutz der angeschlossenen Verbraucher muss die Spannung innerhalb definierter Grenzen gehalten werden – das gilt insbesondere für das Verteilnetz. Mit ihrer Fähigkeit, kontrolliert induktive oder kapazitive Blindleistung bereitzustellen, können PV-Wechselrichter dabei helfen, die in der EN 50160 geforderte Spannungsqualität zu gewährleisten. Hintergrund: Durch die zunehmende Einspeisung auf Nieder- und Mittelspannungsebene kann es dort zu Spannungsanhebungen kommen, die für die bisherige Betriebsweise des Netzes (Energiefluss vom zentralen Erzeuger zu dezentralen Verbrauchern) problematisch sind. Mithilfe von Blindleistung können PV-Wechselrichter die unerwünschte Spannungsanhebung aber deutlich reduzieren. Auch zur Kompensation einer vorhandenen Phasenverschiebung lassen sich blindleistungsfähige Wechselrichter einsetzen. Getreu dem Motto „Auch Blindströme verursachen Wirkverluste!“ kann damit die Netzinfrastruktur entlastet werden, deren Aufnahmekapazität stellenweise bereits an ihre Grenzen stößt. Typische „Verursacher“ von Phasenverschiebungen sind Transformatoren, große Motoren oder auch einfach längere Kabelstrecken.
Für die Einstellung des Blindleistungsanteils gibt es mehrere Möglichkeiten: Entweder der Anlagenbetreiber verwendet feste Sollwerte des Netzbetreibers. Alternativ können verschiedene Blindleistungswerte anhand eines vereinbarten Zeitplans eingestellt oder über die SMA Power Reducer Box aus der Ferne vorgegeben werden. Dritte Möglichkeit: Die Regelung des Blindleistungsanteils über eine Kennlinie – abhängig von der am Anschlusspunkt gemessenen Netzspannung oder der abgegebenen Wirkleistung des Wechselrichters.
4. Dynamische Netzstützung
Bislang mussten sich Solar-Anlagen auch bei kurzen Einbrüchen der Netzspannung unverzüglich vom Netz trennen. Die Folge: Bei Netzstörungen schalteten sie sich reihenweise ab und brachten das Netz damit noch stärker aus dem Gleichgewicht. Wechselrichter mit Funktionen zur dynamischen Netzstützung greifen hier innerhalb von Millisekunden unterstützend ein und tragen so dazu bei, dass sich die Netzstörung nicht weiter ausbreitet: Die sogenannte eingeschränkte dynamische Netzstützung sorgt dafür, dass der Wechselrichter unmittelbar nach einem Netzspannungseinbruch weiter einspeisen kann. Geräte mit vollständigem LVRT- bzw. FRT-Verhalten (Low-Voltage- bzw. Fault Ride Through) sind darüber hinaus auch in der Lage, während des Netzspannungseinbruchs Blindstrom in das Netz zu speisen. LVRT wird von der neuen Sunny Central CP-Baureihe unterstützt – in Deutschland ist es erst ab Januar 2011 vorgeschrieben.
Mit SMA Technologien für die Zukunft gerüstet
Anbieter von dezentralen Netzdienstleistungen und eine intelligente Schnittstelle zum Versorgungsnetz: Das ist der Solar-Wechselrichter der Zukunft. Auch auf Seiten der Netzbetreiber hat man erkannt, dass Wechselrichter für die anstehenden Netzmanagementaufgaben geradezu prädestiniert sind – und fordert diese Systemdienstleistungen in zunehmendem Maße ein. SMA leistet dazu mit seinen Produkten einen wichtigen Beitrag.