PV-Kraftwerke & Oberschwingungen: Was Messungen zeigen

Oberschwingungen sind Stromanteile mit Vielfachen der Netzfrequenz von 50 Hz, die PV-Wechselrichter beim Umwandeln von Gleich- in Wechselstrom erzeugen. Echte Netzmessungen zeigen: Bei Volllast sind moderne Anlagen meist sauber – kritisch wird es bei Teillast, an schwachen Netzknoten und bei Resonanzen.

Miss du an einem PV-Kraftwerk mit einem Netzanalysator, siehst du drei wiederkehrende Muster. Erstens: Bei voller Einspeisung liegt die Stromverzerrung (THD-I) moderner Wechselrichter typisch im niedrigen einstelligen Prozentbereich – die Anlage hält die Vorgaben ein. Zweitens: Bei wenig Sonne, also im Teillastbetrieb, steigt der relative Verzerrungsanteil deutlich an, weil der Grundstrom klein wird, die Störströme aber nicht im gleichen Maß sinken. Drittens: Was am Netz ankommt, hängt weniger vom einzelnen Wechselrichter ab als von der Netzimpedanz am Anschlusspunkt – am schwachen Netz wird aus demselben Störstrom eine höhere Störspannung.

Der Wechselrichter formt den Gleichstrom der Module über schnell schaltende Leistungshalbleiter (IGBT/MOSFET) in einen 50-Hz-Sinus. Dabei entstehen keine perfekten Sinuskurven, sondern ein Grundschwingungsstrom plus Vielfache: die 3., 5., 7., 11. und 13. Oberschwingung (150 Hz, 250 Hz, 350 Hz …). Ungeradzahlige Ordnungen dominieren. Ein LC-Filter im Gerät glättet den Großteil davon – deshalb sind heutige Anlagen bei Nennleistung meist unkritisch. Restanteile bleiben aber immer, und genau die machst du mit einer Messung sichtbar.

Das ist der wichtigste Punkt, den reine Datenblätter verschweigen. Die THD-I wird prozentual auf den aktuellen Grundstrom bezogen. Fließen mittags 100 % Nennstrom, ist der Störanteil relativ klein. Morgens, abends oder bei Bewölkung speist die Anlage vielleicht nur 10–20 % ein – der Grundstrom schrumpft, ein Grundsockel an Störströmen bleibt aber bestehen. Ergebnis: Der relative THD-I-Wert kann in Teillast ein Vielfaches des Volllastwerts erreichen. In absoluten Ampere ist der Beitrag oft klein, im Prozentwert sieht er dramatisch aus. Deshalb solltest du Messungen immer über den Tag mitteln und nicht nur den Mittags-Peak bewerten.

Für den Anschluss gelten in Deutschland die VDE-Anwendungsregeln: VDE-AR-N 4105 in der Niederspannung, VDE-AR-N 4110 in der Mittelspannung. Sie begrenzen die Oberschwingungsströme, die eine Erzeugungsanlage ins Netz einspeisen darf. Für die resultierende Netzspannungsqualität ist die DIN EN 50160 maßgeblich – sie definiert zulässige Pegel einzelner Oberschwingungsspannungen und der Gesamt-THD. Die Gerätezertifizierung stützt sich zusätzlich auf die IEC-61000-Reihe. Belastbar ist eine Messung nur, wenn dein Analysator nach IEC 61000-4-30 (Klasse A) arbeitet – sonst sind die Werte nicht vergleichbar.

Ein einzelner Wechselrichter ist selten das Problem. Kritisch wird die Summierung: Speisen viele Anlagen im selben Netzabschnitt ein, können sich gleichphasige Oberschwingungen addieren. Zusammen mit Kabelkapazitäten und Transformatoren entstehen Resonanzstellen, die eine bestimmte Ordnung überhöhen – dann misst du an einem Punkt weit mehr, als jede Anlage einzeln liefert. Ein neueres Messthema sind Supraharmonische im Bereich 2–150 kHz aus den schnellen Schaltvorgängen. Sie liegen oberhalb der klassischen Oberschwingungen und werden von Standard-Analysatoren oft gar nicht erst erfasst.

Setz einen Klasse-A-Netzanalysator am Anschlusspunkt (nicht nur an den Wechselrichterklemmen), erfasse Spannungs- und Stromoberschwingungen getrennt und protokolliere mindestens einen vollständigen Sonnentag, besser eine Woche mit wechselndem Wetter. Halte fest, ob du Störstrom (THD-I, Verursacher-Sicht) oder Störspannung (THD-U, Netz-Sicht) bewertest – das wird oft verwechselt. Notiere die Netzimpedanz oder Kurzschlussleistung am Punkt, sonst lässt sich der Störspannungspegel nicht einordnen. Ohne diese Randdaten ist ein THD-Wert allein wenig aussagekräftig.

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