Probleme mit der Stromqualität bei Photovoltaikprojekten und -lösungen

Da die Nachfrage nach erneuerbaren Energien weltweit weiter steigt, sind Photovoltaik-Projekte (PV) zu einem wesentlichen Bestandteil des Energiemixes geworden. Solarenergie bietet zwar erhebliche Vorteile für die Umwelt, bringt jedoch bei der Integration in das Netz mehrere Herausforderungen in Bezug auf die Stromqualität mit sich. In diesem Blog werden wir die häufigsten Probleme mit der Stromqualität untersuchen, die bei PV-Projekten auftreten, und Lösungen zur Abmilderung ihrer Auswirkungen bereitstellen, um einen stabilen und effizienten Netzbetrieb sicherzustellen.

Häufige Probleme mit der Stromqualität bei Photovoltaikprojekten

1. Spannungsschwankungen und Flackern: Eine der größten Herausforderungen bei PV-Systemen ist die Variabilität der Solarstromerzeugung, die von den Sonneneinstrahlungsbedingungen abhängt. Plötzliche Veränderungen der Wolkendecke können zu schnellen Schwankungen der Leistungsabgabe und damit zu Spannungsinstabilitäten führen. Dieses Problem tritt besonders deutlich in Regionen mit häufigen Wetteränderungen auf. Spannungsschwankungen wiederum können zu Flimmern, einer wahrnehmbaren Änderung der Helligkeit von Beleuchtungssystemen, führen und zu Betriebsstörungen bei empfindlichen Geräten führen.
2. Oberwellenverzerrung: Harmonische Verzerrungen sind ein großes Problem in PV-Systemen, insbesondere aufgrund der Verwendung von Wechselrichtern. Wechselrichter sind dafür verantwortlich, den von Solarmodulen erzeugten Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) für die Netznutzung umzuwandeln. Während dieses Umwandlungsprozesses können Wechselrichter jedoch Oberschwingungsströme einführen, bei denen es sich um höherfrequente Komponenten handelt, die von der standardmäßigen Sinuswellenform abweichen. Übermäßige harmonische Verzerrungen können zu Überhitzung der Geräte, Transformatorverlusten und Fehlfunktionen von Schutzgeräten führen.
3. Niedriger Leistungsfaktor:In PV-Anlagen kann der Leistungsfaktor insbesondere unter Teillastbedingungen niedriger als optimal sein. Ein niedriger Leistungsfaktor weist darauf hin, dass das System mehr Blindleistung (kVAR) als Wirkleistung (kW) verbraucht. Diese Ineffizienz bei der Stromübertragung führt zu einer erhöhten Belastung des Netzes und kann zu höheren Betriebskosten für Versorgungsunternehmen führen.
4. Frequenzabweichungen: Wechselrichterbasierte Systeme wie PV-Anlagen müssen sich mit der Netzfrequenz synchronisieren. Allerdings kann jede Schwankung der Netzfrequenz dazu führen, dass die Wechselrichter Strom mit falschen Frequenzen erzeugen. Diese Frequenzabweichungen können sich negativ auf die Stabilität des Stromnetzes auswirken, insbesondere in Fällen, in denen eine hohe Durchdringung dezentraler Energiequellen wie PV vorliegt.
5. Spannungsunsymmetrie: Spannungsunsymmetrie tritt auf, wenn die Spannungshöhe oder die Phasenwinkel des dreiphasigen Stromsystems ungleich sind. Dies kann bei PV-Systemen passieren, die unausgeglichen an das Netz angeschlossen sind, wodurch das Stromsystem weniger effizient arbeitet und möglicherweise Geräte beschädigt werden.

Lösungenfür Fragen der Stromqualität bei Photovoltaikprojekten

1. Dynamische Blindleistungskompensation mit Static Var Generators (SVG): Eine der effektivsten Lösungen für Spannungsschwankungen und Blindleistungsprobleme ist die Installation von Static Var Generators (SVG) . SVG-Systeme bieten eine Blindleistungskompensation in Echtzeit, indem sie je nach Bedarf Blindleistung absorbieren oder in das Netz einspeisen. In PV-Systemen tragen SVGs zur Stabilisierung des Spannungsniveaus und zur Verbesserung des Gesamtleistungsfaktors bei, indem sie dafür sorgen, dass die Blindleistung optimal verwaltet wird. Dies trägt dazu bei, die Auswirkungen von Spannungseinbrüchen und -schwankungen zu reduzieren und so stabile Netzbedingungen aufrechtzuerhalten.
2. Aktive harmonische Filter (AHF):Harmonische Verzerrungen können mithilfe von aktiven harmonischen Filtern (AHF) wirksam behoben werden. Diese Geräte überwachen und unterdrücken dynamisch die von den Wechselrichtern erzeugten Oberschwingungsströme. Durch die Einspeisung von Gegenphasenströmen, die harmonische Frequenzen neutralisieren, tragen AHFs dazu bei, eine nahezu perfekte Sinuswellenform im Stromnetz aufrechtzuerhalten. Dadurch wird das Risiko einer Geräteüberhitzung erheblich verringert und die Lebensdauer kritischer Infrastruktur wie Transformatoren und Motoren verlängert. Durch die Integration von AHFs in PV-Systeme wird sichergestellt, dass diese den Standards für harmonische Verzerrungen entsprechen und ohne nennenswerte Störungen im Netz arbeiten.
3. Optimierte Wechselrichter-Steuerungsstrategien:Fortschrittliche Wechselrichter-Steuerungsalgorithmen sind der Schlüssel zur Minimierung von Problemen mit der Stromqualität in PV-Projekten. Wechselrichterhersteller haben erhebliche Fortschritte bei der Entwicklung von Steuerungsstrategien gemacht, die Spannungs- und Frequenzschwankungen automatisch und in Echtzeit anpassen können. Diese intelligenten Wechselrichter sind so konzipiert, dass sie innerhalb enger Stromqualitätstoleranzen arbeiten und so Probleme wie Spannungsschwankungen und Frequenzabweichungen mindern. Durch den Einsatz verbesserter MPPT-Algorithmen (Maximum Power Point Tracking) und Blindleistungssteuerung können Wechselrichter die Netzdynamik besser bewältigen und so eine gleichmäßigere Leistungsabgabe und eine verbesserte Netzintegration gewährleisten.
4. Integration von Energiespeichersystemen (ESS):Energiespeichersysteme (ESS) spielen eine entscheidende Rolle bei der Stabilisierung der Leistungsabgabe von PV-Anlagen. Durch die Speicherung überschüssiger Energie in Zeiten hoher Sonneneinstrahlung und deren Abgabe bei geringer Sonneneinstrahlung kann ESS Schwankungen in der Stromversorgung ausgleichen. Dies reduziert nicht nur Spannungsschwankungen, sondern trägt auch zur Aufrechterhaltung der Frequenzstabilität im Netz bei. Darüber hinaus bietet ESS den Netzbetreibern eine größere Flexibilität bei der Steuerung von Energieangebot und -nachfrage und verbessert so die Gesamtzuverlässigkeit des Stromsystems.
5. Dreiphasen-Ausgleichstechniken: Spannungsungleichgewichtsprobleme können durch sorgfältiges Design und Implementierung von Dreiphasen-Ausgleichstechniken gemildert werden. Durch den symmetrischen Anschluss der PV-Anlage über alle drei Phasen kann eine ungleichmäßige Spannungsverteilung vermieden werden. Darüber hinaus können intelligente Überwachungssysteme Ungleichgewichte dynamisch erkennen und korrigieren und so eine effizientere Stromverteilung im Netz gewährleisten.
6. Einhaltung und Standards des Netzkodex:Für die Aufrechterhaltung der Stabilität des Stromsystems ist es von entscheidender Bedeutung, dass PV-Projekte den lokalen Netzvorschriften und internationalen Stromqualitätsstandards entsprechen. Netzvorschriften definieren die akzeptablen Werte für Spannung, Frequenz und harmonische Verzerrung, die PV-Systeme einhalten müssen. Durch die Gestaltung von PV-Anlagen, die diesen Standards entsprechen, können Betreiber Strafen vermeiden und eine reibungslosere Integration in das Netz gewährleisten. Darüber hinaus stellt die Einhaltung von Standards wie IEEE 519 für Oberwellengrenzwerte und IEC 61000 für elektromagnetische Verträglichkeit sicher, dass das Stromnetz vor schädlichen Störungen geschützt ist.

Schlussfolgerung

Während Photovoltaikanlagen enorme ökologische und wirtschaftliche Vorteile bieten, birgt ihre Integration in das Stromnetz mehrere Herausforderungen in Bezug auf die Stromqualität. Spannungsschwankungen, harmonische Verzerrungen, niedrige Leistungsfaktoren und Frequenzabweichungen sind nur einige der Probleme, die beim Anschluss von PV-Anlagen an das Netz auftreten können. Allerdings mit der Verwendung von fortgeschrittenen Lösungen wie statischen Var-Generatoren (SVG) und aktiven harmonischen Filtern (AHF), Energiespeichersystemen und optimierten Wechselrichtersteuerungen können diese Probleme mit der Stromqualität effektiv bewältigt werden.

Durch die Bewältigung dieser Herausforderungen können PV-Anlagen zuverlässiger arbeiten und positiv zur Stabilität des Stromnetzes beitragen. Da der Sektor der erneuerbaren Energien weiter wächst, ist es für die Interessenvertreter der Branche von entscheidender Bedeutung, Lösungen für die Stromqualität zu priorisieren, um sicherzustellen, dass die Integration erneuerbarer Energiequellen wie Solarenergie die Leistung des gesamten Stromsystems nicht beeinträchtigt.