Stand: September 2011
Basiswissen zum Thema Blindleistung
In Wechselstromkreisen entsteht Blindleistung einerseits unabsichtlich und unvermeidbar aufgrund physikalischer Effekte. Sie kann aber auch bewusst bereitgestellt werden, um eine im Netz bereits vorhandene Phasenverschiebung zu neutralisieren. Zudem lässt sich mit ihrer Hilfe die Spannung in Wechselstromnetzen beeinflussen. Vor allem deshalb wird die Bereitstellung von Blindleistung durch PV-Wechselrichter auch in der neuen VDE-Anwendungsregel gefordert.
Begriffsübersicht
Wirkleistung, Formelzeichen P
Sie wird in Watt gemessen und meist in der Einheit kW angegeben. Wirkt sie über eine Stunde, ergibt sich eine entsprechende Energiemenge in Kilowattstunden (kWh), die über das EEG vergütet werden. Die abgegebene Wirkleistung einer PV-Anlage ist daher letztlich entscheidend für den Ertrag.
Blindleistung, Formelzeichen Q
Sie wird in var gemessen und meist in der Einheit kvar angegeben. Über die Zeit ergibt sich eine entsprechende Blindenergie, die aber nicht nutzbar ist und nicht vergütet wird.
Scheinleistung, Formelzeichen S
Sie wird in Voltampere (VA) gemessen und meist in der Einheit kVA angegeben. Scheinleistung ist die geometrische Summe aus Wirkleistung und Blindleistung (S2 = P2 + Q2). Wichtig ist, dass der Wechselrichter und die gesamte Netzinfrastruktur immer für die maximal anfallende Scheinleistung ausgelegt sein müssen. Aus diesem Grund wird die Leistung blindleistungsfähiger Wechselrichter auch nicht in kW, sondern in kVA angegeben.
Verschiebungsfaktor, Formelzeichen cos(φ)
Er wird angegeben als Zahlenwert zwischen 0 und 1 und beschreibt das Mengenverhältnis von Wirk- und Blindleistung. Ein Verschiebungsfaktor von 1 entspricht reiner Wirkleistung während 0 reine Blindleistung bedeutet. Der zugrundeliegende Winkel φ, der die Verschiebung zwischen Strom- und Spannungskurve beschreibt, wird dagegen kaum genutzt.
Abb. 1: Reine Wirkleistung: pulsierend, aber mit positivem Durchschnittswert.
Abb. 2: Reine Blindleistung: der Durchschnittswert der Wirkleistung ist null.
Berechnung
Wird vom Netzbetreiber ein bestimmter Verschiebungsfaktor gefordert, entspricht dies einem gewissen Blindleistungsanteil. Dabei gilt: Je kleiner der Zahlenwert, desto größer der Blindleistungsanteil an der insgesamt abgegebenen Leistung. Ein Verschiebungsfaktor von 0,90 entspricht also einem größeren Blindleistungsanteil als einer von 0,95. Geht man hingegen von der gegebenen Wirkleistung des PV-Generators aus um diese vollständig zu nutzen, kommt der erst im Wechselrichter entstehende Blindleistungsanteil quasi „oben drauf“.
Die geometrische Summe aus Wirk- und Blindleistung, die Scheinleistung, ist für die Dimensionierung des Wechselrichters entscheidend. Auf den ersten Blick benötigt man daher zusätzliche Wechselrichter-Leistung, wenn die Einspeisung mit einem Verschiebungsfaktor ungleich 1 gefordert wird. In der Praxis ist die etwas größere Scheinleistung des Wechselrichters aber oft schon durch das jeweils gewählte Auslegungsverhältnis abgedeckt, also das Verhältnis von Generator- und Wechselrichter-Leistung.
Beispiel 1 (Anlage > 3,68 kVA und < 13,8 kVA):
Bei einem Verschiebungsfaktor von 0,95 werden zur Netzeinspeisung von 4,4 kW Wirkleistung etwa 4,6 kVA Scheinleistung benötigt, das entspricht einem Aufschlag von rund 5 Prozent. Die entstehende Blindleistung beträgt etwa 1,45 kvar.
Beispiel 2 (Anlage > 13,8 kVA):
Bei einem Verschiebungsfaktor von 0,90 werden zur Netzeinspeisung von 15 kW Wirkleistung etwa 16,7 kVA Scheinleistung benötigt (rund 10 Prozent Aufschlag). Gleichzeitig entstehen etwa 7,2 kvar Blindleistung.
In beiden Fällen wird also etwas mehr Wechselrichter-Leistung als bislang benötigt, um Solarstrom mit einer gegebenen Wirkleistung ins Netz zu speisen. Allerdings kann die spannungssenkende Wirkung der Blindleistung auch dazu führen, dass sich an einem stark belasteten Netzanschlusspunkt deutlich mehr Solarstrom einspeisen lässt als ohne Blindleistung.
Abb. 3: Die geforderte Blindleistung entsteht zusätzlich im Wechselrichter.
Einen ausführlicheren Beitrag zum Thema Blindleistung gibt es in der SMA Knowledgebase.