Beim Aufbau der Leistungselektronik in Solarparks gibt es zwei verschiedene Varianten. Einerseits können Zentralwechselrichter den Gleichstrom in netzkonformen Wechselstrom umwandeln. Hier kommen in der Regel große Geräte zum Einsatz. Doch auch eine dezentrale Lösung in möglich. Viele Stringwechselrichter – entweder verteilt im Solarpark oder konzentriert an einem zentralen Platz – werden in Generatoranschlusskästen zusammengefasst und dann gebündelt über eine Trafostation an das Netz angeschlossen. In diesem Falle ist die Solaranlage aus vielen kleinen Generatoren aufgebaut.
Gerade der Betrieb von vielen Wechselrichtern in einem Solarpark kann auch Probleme für das Netz verursachen. Neben Wechselrichtern spielen auch kraftwerksinterne Verkabelungen und Transformatoren eine entscheidende Rolle für die elektrischen Eigenschaften am Netzanschlusspunkt, betonen die Technikexperten am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE).
Stromqualität am Netzanschluss verbessern
Die Komplexität solcher Anlagen könne unter anderem zu unerwünschten Resonanzeffekten oder hohen Oberschwingungspegeln führen, die trotz umfangreicher Netzanschlussverfahren auftreten könnten. Die Folgen dieser Effekte reichen von erhöhten Verlusten über die Beeinflussung von Zählern bis hin zu Fehlfunktionen und Defekten. „Netzanschlussrichtlinien fangen diese Probleme bisher nicht gut ab. Wir wollen das mit unseren Ansätzen im neu gestarteten Forschungsprojekt ändern“, erklärt Sönke Rogalla, Abteilungsleiter Leistungselektronik und Netzintegration am Fraunhofer ISE.
Konkret geht es im Forschungsprojekt darum, wie sich die einzelnen Teile der Leistungselektronik und Verkabelung gegenseitig beeinflussen und welche Probleme diese am Netzanschluss und im Netz verursachen können. Grundsätzlich baut das Projekt auf einer Messmethode auf, die im Rahmen eines anderen Forschungsprojekts entwickelt wurde.
Analyse schon während des Kraftwerksbaus
Differentielle Impedanzspektroskopie nennt sich diese Methode, die allerdings bisher nur zur Bestimmung der Impedanz und der internen Oberschwingungsquellen von einzeln operierenden Wechselrichtern angewandt wurde. „Im Feld, wo viele Wechselrichter sowie weitere Komponenten zusammenkommen, beeinflussen sich die Geräte jedoch untereinander. Unser Projektkonsortium plant, die differentielle Impedanzanalyse als neues Verfahren zur Bewertung des Stabilitäts- und Oberschwingungsverhaltens auch für komplexe erneuerbare Kraftwerke und Netze zu erproben“, umreißt Sebastian Kaiser, Projektleiter am Fraunhofer ISE, das Ziel. „Unser Ansatz ist es, bereits während der Planung des Kraftwerks die eingesetzten Wechselrichter sowie den Netzanschlusspunkt zu analysieren. So können potenzielle Fehlerquellen schon im Vorfeld identifiziert und Abhilfemaßnahmen getroffen werden.“
Fehler schnell finden
Die zunächst im Labor entwickelten Messmethoden wollen die Forscher:innen durch konkrete Messungen in drei verschiedenen Solarparks erproben. Hier kommt neben einem mobilen Messcontainer der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg ein vom Messgerätehersteller Mor Energy neu entwickeltes mobiles Anlagenimpedanzmessgerät zum Einsatz. Zusammen mit Greentech, einem Betreiber von Photovoltaikkraftwerken mit Sitz in Hamburg, erproben die Wissenschaftler:innen des Fraunhofer ISE wird zudem eine Health Monitoring Methode. Hier geht es darum, die eventuellen Fehler mittels eines umfassenden Kontrollsystems frühzeitig zu erkennen und zu beheben.
Projektpartner gesucht
Für das Projekt sucht das Fraunhofer ISE noch Betreiber von bestehenden Solarparks, die ihren Kraftwerkspark für diese Feldmessungen zur Verfügung zu stellen. Für Kraftwerke mit Problemen bieten die Wissenschaftler:innen im Rahmen des Projekts eine kostenlose Analyse an. Interessant:innen können die Freiburger Forscher:innen über die Mailadresse erreichen, die auf der Projektwebseite angegeben ist. (su)
