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Überprüfung der Blindleistungserzeugung durch Wechselrichter PV-Anlagen durch Stromfee.AI
Einleitung
Wechselrichter spielen eine zentrale Rolle in modernen Energiesystemen, insbesondere im Bereich der erneuerbaren Energien. Sie wandeln Gleichstrom in Wechselstrom um und ermöglichen so die Einspeisung von Solarstrom ins Stromnetz. Neben dieser grundlegenden Funktion wird Wechselrichtern zunehmend die Fähigkeit zugeschrieben, Blindleistung zu erzeugen und damit zur Stabilität des Stromnetzes beizutragen.
In diesem Artikel werden wir die folgenden Behauptungen überprüfen:
Wechselrichter können Blindleistung erzeugen, indem sie den Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom verschieben.
Sie wirken dann wie eine Kapazität oder Induktivität, je nachdem, ob sie induktive oder kapazitive Blindleistung erzeugen sollen.
Funktionsweise von Wechselrichtern
Wechselrichter bestehen aus elektronischen Schaltungen, die Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln. Sie nutzen dazu Halbleiterbauelemente wie Transistoren, die den Stromfluss steuern und die Polarität der Spannung in schneller Folge wechseln . Durch die gezielte Ansteuerung dieser Schalter kann die Form der Ausgangsspannung und -stromstärke beeinflusst werden.
Moderne Wechselrichter sind in der Lage, die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom zu regeln. Dies geschieht durch eine komplexe Steuerungselektronik, die den Schaltzeitpunkt der Transistoren präzise anpasst. Durch die Verschiebung des Phasenwinkels kann der Wechselrichter entweder induktive oder kapazitive Blindleistung erzeugen.
Blindleistung und ihre Bedeutung
Blindleistung ist ein Bestandteil der elektrischen Leistung, der nicht direkt für die Verrichtung von Arbeit genutzt werden kann. Sie entsteht durch Energiespeicher in elektrischen Schaltungen, wie Kondensatoren (kapazitive Blindleistung) und Spulen (induktive Blindleistung).
Im Stromnetz wird Blindleistung benötigt, um die Spannung zu stabilisieren und den Transport von Wirkleistung zu ermöglichen. Ein Mangel an Blindleistung kann zu Spannungsabfällen und Instabilität im Netz führen.
Erzeugung von Blindleistung durch Wechselrichter
Die Fähigkeit von Wechselrichtern, Blindleistung zu erzeugen, basiert auf ihrer Fähigkeit, den Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom zu beeinflussen.
Induktive Blindleistung: Um induktive Blindleistung zu erzeugen, muss der Strom der Spannung nacheilen. Der Wechselrichter steuert die Transistoren so, dass der Stromfluss etwas später als die Spannungsänderung einsetzt. Stellen Sie sich vor, die Spannung ist wie ein Dirigent, der den Takt vorgibt, und der Strom ist das Orchester, das dem Takt folgt. Bei induktiver Blindleistung spielen die Instrumente (der Strom) etwas verzögert im Vergleich zum Dirigenten (der Spannung).
Kapazitive Blindleistung: Um kapazitive Blindleistung zu erzeugen, muss der Strom der Spannung voreilen. Der Wechselrichter schaltet die Transistoren so, dass der Stromfluss etwas früher als die Spannungsänderung beginnt. In unserem Orchesterbeispiel würden die Instrumente (der Strom) dem Dirigenten (der Spannung) etwas vorgreifen.
Durch die gezielte Erzeugung von Blindleistung können Wechselrichter dazu beitragen, das Stromnetz zu stabilisieren und die Qualität der Stromversorgung zu verbessern. Es ist wichtig zu beachten, dass die Erzeugung von Blindleistung den Wirkleistungsbedarf des Wechselrichters nicht unbedingt erhöht .
Wirkleistungsbedarf bei Blindleistungserzeugung
Es mag zunächst widersprüchlich erscheinen, dass Wechselrichter Blindleistung erzeugen können, ohne selbst Wirkleistung zu verbrauchen. Tatsächlich wird für die Erzeugung von Blindleistung im Wechselrichter selbst keine Wirkleistung benötigt . Die Blindleistung entsteht im Wechselrichter quasi zusätzlich, ohne dass dafür mehr Energie verbraucht wird.
Die für die Blindleistungserzeugung benötigte Wirkleistung wird nicht aus dem öffentlichen Netz bezogen . Der Wechselrichter behält die aufgenommene Wirkleistung in voller Höhe bei. Durch die Bereitstellung der notwendigen Blindleistung durch ein geeignetes Kompensationssystem kann die Wirkleistungsausbeute bei gleicher Scheinleistung sogar um 5 % steigen . Das bedeutet, dass der Wirkleistungsanteil am Netzbezug des Wechselrichters steigt und das Netz effizienter genutzt wird.
Vorteile separater Kompensationsanlagen
Obwohl Wechselrichter Blindleistung bereitstellen können, ist es oft vorteilhafter, diese Aufgabe separaten Kompensationsanlagen zu überlassen.
Maximale Wirkleistungseinspeisung: Wechselrichter haben eine begrenzte Scheinleistung. Wird ein Teil davon für die Blindleistungserzeugung genutzt, reduziert sich die mögliche Wirkleistungseinspeisung. Separate Kompensationsanlagen entlasten den Wechselrichter und ermöglichen die maximale Wirkleistungsausbeute .
Geringere Belastung des Wechselrichters: Die Blindleistungserzeugung erzeugt zusätzliche Wärme im Wechselrichter. Durch die separate Kompensation wird der Wechselrichter entlastet und seine Lebensdauer erhöht .
Flexiblere Regelung: Separate Kompensationsanlagen ermöglichen eine präzisere und schnellere Regelung der Blindleistung, da sie unabhängig vom Betriebszustand des Wechselrichters arbeiten .
Optimierung des Gesamtsystems: Netzbetreiber können Kompensationsanlagen strategisch im Netz platzieren, um die Spannungsqualität und die Netzeffizienz zu optimieren. So können auch Blindleistungsbedarfe außerhalb des Solarparks, z.B. durch lange Kabelstrecken, ausgeglichen werden .
Wirtschaftlichkeit: Die Investitionskosten für separate Kompensationsanlagen können durch die Einsparungen bei den Netzverlusten und die höhere Wirkleistungseinspeisung kompensiert werden .
Schlussfolgerung
Die Überprüfung der Behauptungen hat ergeben, dass Wechselrichter tatsächlich Blindleistung erzeugen können, indem sie den Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom verschieben. Sie können sowohl induktive als auch kapazitive Blindleistung erzeugen, indem sie die Schaltvorgänge der Transistoren entsprechend steuern. Diese Fähigkeit macht Wechselrichter zu einem wichtigen Werkzeug für die Stabilisierung und Optimierung von Stromnetzen, insbesondere im Zusammenhang mit der zunehmenden Einspeisung von erneuerbaren Energien.
Die Möglichkeit der Blindleistungserzeugung durch Wechselrichter hat weitreichende Auswirkungen auf die Stabilität und Effizienz von Stromnetzen. Durch die gezielte Bereitstellung von Blindleistung können Spannungsabfälle vermieden und die Übertragungskapazität des Netzes erhöht werden 1 . Dies ist besonders wichtig im Kontext der Energiewende, da die dezentrale Einspeisung von erneuerbaren Energien neue Herausforderungen für die Netzstabilität mit sich bringt. Wechselrichter mit Blindleistungskompensation tragen dazu bei, diese Herausforderungen zu bewältigen und eine zuverlässige Stromversorgung zu gewährleisten. Die Nutzung separater Kompensationsanlagen bietet dabei zusätzliche Vorteile in Bezug auf Wirkleistungseinspeisung, Lebensdauer der Wechselrichter und Flexibilität der Regelung.
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