Strenge Grid Codes, schwankende Netzspannung und ungleiche Sonneneinträge sind Herausforderungen für mittlere und große PV-Anlagen. Der ECOTAP® VPD® regelt auch das.
Der Stromhunger wächst weltweit. Rund um den Globus sprießen in den Sonnenregionen Solarkraftwerke aus dem Boden. Zehntausende mittelgroße und große PV-Anlagen (Photovoltaik-Anlagen) produzieren heute schon günstigen Sonnenstrom. Tausende weitere sind für die nächsten fünf Jahre geplant. Waqas Hussain, Global Account Manager bei Reinhausen, erstaunt dabei vor allem eines: „Obwohl der rONT (regelbarer Ortsnetztransformator) gerade im Zusammenspiel mit Wechselrichtern überzeugende Vorteile bringt, ist er in diesem Einsatzbereich noch weitestgehend unbekannt.“
Vor seinem Einstieg bei Reinhausen hat Hussain fünf Jahre im Nahen Osten als Projektentwickler für mittlere und große PV-Anlagen sowie PV-Aufdachanlagen im gewerblichen, industriellen und privaten Bereich gearbeitet. In vielen Projekten waren Spannungsschwankungen und strenge Grid Codes zwei der Herausforderungen. Doch der Optimierungsschwerpunkt lag ausschließlich auf der DC-Seite der Anlage, erinnert sich der PV-Spezialist, und ergänzt: „Dass sich mit einem geregelten Inverter-Stationstransformator in PV-Anlagen viele Probleme kostengünstig und technisch zuverlässig lösen lassen, ist in der PV-Branche noch weitgehend unbekannt. Das möchte ich ändern!“
Ein geregelter Transformator holt mehr aus Solaranlagen heraus:
<2
Jahre Amortisationszeit*
~3,5%
Mehrertrag der Jahresproduktion*
8%
weniger Wechselrichter*
*Die Zahlen basieren auf der Fallstudie der TU Braunschweig.
2.100 TWH Sonnenstrom
PV ist mittlerweile zum Motor der globalen Energiewende geworden und die am schnellsten wachsende Energiequelle. Das sagen auch die Spezialisten von Ember, einem der führenden Think Tanks, die sich auf die Untersuchung der Energiewende spezialisiert haben. In nur drei Jahren hat sich nach deren Erhebungen der erzeugte Sonnenstrom verdoppelt und lieferte 2024 weltweit über 2.100 Terawattstunden in die Stromnetze.
Wie Hussain aus eigener Erfahrung weiß, stehen Entwickler und Betreiber von mittleren und großen PV-Anlagen weltweit vor dem gleichen Problem: Auch modernste Wechselrichter geraten an ihre Grenzen, wenn Netzspannung oder Sonneneinstrahlung schwanken und dabei noch strenge Grid Codes erfüllt werden müssen. In den meisten Fällen wird dieses Problem über die Installation zusätzlicher Wechselrichter oder durch den Einsatz zusätzlicher Kompensationsanlagen für Blindleistung gelöst. „Das ist kostenintensiv und führt zu größeren Verlusten, denn die Anlage kann ihre volle Leistung nicht mehr abgeben und Ertrag geht verloren“, erklärt PV-Spezialist Hussain.
„Mit einem geregelten Inverter-Stationstransformator reduzieren wir Abschaltungen, minimieren Leistungsverluste und sorgen für eine bessere Auslastung der Wechselrichter.“
Waqas Hussain, Global Account Manager, Reinhausen
Genau hier setzt der ECOTAP® VPD® an: Ein kompakter, regelbarer Laststufenschalter (OLTC), direkt im Transformator zwischen Wechselrichter und Mittelspannungsnetz beziehungsweise zwischen Wechselrichter und Leistungstransformator. Seine Aufgabe ist so simpel wie wirkungsvoll: Die Spannung auf der Niederspannungsseite wird stabilisiert, und die Wechselrichter können ihre Nennleistung auch dann halten, wenn das Mittelspannungsnetz „zappelt“.
Der Wechselrichter wird quasi von den Schwankungen der Netzseite entkoppelt, und auf der Wechselrichterebene herrscht eine stabilere Spannung, die in einem Bereich von plus/minus zwei Prozent geregelt werden kann. Da Wechselrichter für mindestens plus/minus zehn Prozent zertifiziert sind, lässt sich jetzt der Betriebspunkt dynamisch anpassen. Hussain erklärt: „So können wir zu Spitzenzeiten die Spannungsversorgung des Wechselrichters erhöhen und den Leistungsdurchsatz steigern und damit Clipping-Verluste reduzieren. In Zeiten mit geringer Einstrahlung können wir den DC-MPP-Bereich, also den Bereich, in dem der Wechselrichter optimal arbeitet, deutlich erweitern.“
Das Ergebnis: Es tritt praktisch keine Unterspannung mehr auf, was bedeutet, dass bis zu zehn Prozent weniger Wechselrichter mit zugehörigen Verkabelungen und Transformatoren nötig sind, um die Netzcode-Anforderungen zu erfüllen und die gleiche Wirk- und Blindleistung der Wechselrichter bereitzustellen. Auf der anderen Seite gibt es keine Überspannung mehr, sodass immer die höchste Leistung erzielt wird.
Studie belegt nutzen
Insgesamt führt das zu einer höheren Energieausbeute, wie die Technische Universität Braunschweig im Rahmen einer Fallstudie ermittelt hat: Mithilfe der DigSILENT Power Factory wurden die Auswirkungen von Laststufenschaltungen auf den Jahresertrag einer 105-MVA-Anlage in El Paso, Texas, simuliert. Die Studie, basierend auf dem Projektdesign mit einem DC/AC-Verhältnis von 1,25, zeigt, dass dieser Ansatz zu deutlich geringeren Investitionskosten für beispielsweise Wechselrichter oder Verkabelung führt. Gleichzeitig beträgt der Mehrertrag rund 10 Gigawattstunden, das entspricht etwa plus 3,5 Prozent der Jahresproduktion.
Die Amortisationszeit der Investitionskosten für den OLTC beläuft sich auf weniger als zwei Jahre –bei einer Anlagenlaufzeit von 25 bis 30 Jahren. Ein alternatives Design berücksichtigte den Einsatz von höher bewerteten 4,6‑MVA-Wechselrichtern (Betrieb bei 690 Volt) mit OLTC anstelle der in der Region typischerweise verwendeten 4,2‑MVA-Zentralwechselrichter (Betrieb bei 630 Volt) und zeigte, dass die gleiche Anlagenleistung und der gleiche Ertrag durch den Einsatz von bis zu 8 Prozent weniger Wechselrichtern erreicht werden könnten.
Der ECOTAP® VPD® bietet eine einfache, aber wirkungsvolle Lösung für ein Problem, das jede PV-Anlage kennt: Spannungsschwankungen. Die Kombination aus höherem Ertrag, reduzierten Investitionskosten und stabiler Netzqualität macht sie zu einem Werkzeug, das künftig in immer mehr PV-Projekten weltweit zum Einsatz kommen dürfte.
Alles Wichtige auf einen Blick
Grid Codes: Netzkonforme Integration erneuerbarer Energien
Mit dem steigenden Anteil erneuerbarer Energien wird die Einhaltung der Netzanschlussrichtlinien (Grid Codes) immer wichtiger. Diese technischen Vorgaben sichern die Stabilität und Zuverlässigkeit des Stromnetzes auch unter extremen Bedingungen. Sie legen Anforderungen an Wirk- und Blindleistungsregelung, Spannungs- und Frequenzbereiche, Netzqualität sowie das Verhalten bei Netzfehlern fest.
Ein zentraler Punkt ist die Dimensionierung der Wechselrichter, insbesondere hinsichtlich Spannungsbereichen sowie aktiver und reaktiver Leistungsfähigkeit am Netzanschlusspunkt. OLTCs im Wechselrichter-Stationstransformator können den Bedarf an zusätzlicher Blindleistungskompensation reduzieren; in Leistungstransformatoren sind sie oft durch Grid Codes vorgeschrieben, um die Spannung zu regeln. Dennoch genügen OLTCs allein nicht, um alle Anforderungen an die Netzqualität zu erfüllen.
Störungen wie Oberschwingungen, Flicker, Resonanzen oder Spannungsschwankungen erfordern projektspezifische Lösungen. MR bietet hierfür ein breites Portfolio – von statischen Systemen mit Kondensatoren zur Blindleistungskompensation und Filterung bis zu dynamischen Lösungen mit Leistungselektronik wie aktiven Filtern, SVCs und STATCOMs, die schnelle Reaktionen auf Netzstörungen ermöglichen und so die Einhaltung der Grid Codes sichern.
ECOTAP® VPD® — das Prinzip
Man kann sich den ECOTAP® VPD® wie ein Automatikgetriebe vorstellen: Egal, ob bergauf oder bergab — er sorgt dafür, dass der Motor stets im optimalen Drehzahlbereich läuft. Übertragen auf PV heißt das: Die Wechselrichter arbeiten immer im besten Punkt, unabhängig davon, wie sich die Netzspannung verändert. Das bedeutet mehr Energie, weniger Stillstand, längere Lebensdauer.
Nutzen für Betreiber
- Mehr Energieausbeute dank optimaler Wechselrichterauslastung.
- Weniger Hardwarebedarf (Wechselrichter, Kabel, Trafos) bei gleicher Leistung.
- Kürzere Amortisationszeiten — besonders attraktiv für große und mittelgroße Projekte.
- Mehr Leistung aus denselben Komponenten:
- Mittags: Spannung leicht erhöhen → Clipping-Verluste reduzieren.
- Morgens/abends: Spannung leicht senken → Wechselrichter starten früher und laufen länger.
- Im Jahresverlauf: Volle Blindleistungsbereitstellung nach Grid Code ohne Überdimensionierung der Inverter.
Effizientere PV-Anlagen
Geregelte Inverter- und Netzverbindungstransformatoren bieten überzeugende Vorteile für mittlere und große PV-Anlagen. Zusammen mit den Produkten von MR Power Quality sorgt Reinhausen für mehr Effizienz durch bessere Stromqualität.
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W.Hussain@ae.reinhausen.com
