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Für einen sicheren und angepassten Betriebszustand

Der Test vernetzter PV-Wechselrichter

23. März 2012, 10:39 Uhr | Volker Kersbaum

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Last-Simulation und Netz-Interaktion

Unter normalen Betriebsbedingungen speist der Ausgang des Solar-Inverters die Last, die üblicherweise vom Stromnetz versorgt wird. Vernetzte Inverter speisen jedoch zusätzlich den überschüssigen Strom zurück ins Netz. Dabei müssen alle Funktionen während des Tests und Betrieb, die im Verbund geschalteten Produkte den Vorschriften nach IEEE 1547 entsprechen. Um einen Inverter in geeigneter Weise zu testen, ist die Kopplung der Inverter zu simulieren, angefangen bei den verteilten Energiequellen (DR) wie Solarpanels bis zum öffentlichen, elektrischen Versorgungssystem (electric power system, EPS). Die Test-Simulation muss in der Lage sein, anormale Vernetzungs-Bedingungen und –Situationen zu erzeugen, die notwendig sind, damit die Wechselrichter tatsächlich die Anforderungen des Standards erfüllen (Bild 3).

Beispielsweise kann, wenn die Kopplung nicht korrekt ausgeführt ist, ein Problem auftreten, das „Islanding“ oder „Inselnetzbetrieb“ genannt wird. Dies ist der Zustand, wenn im abgeschalteten Stromnetz oder bei einem Stromnetzausfall durch Wechselwirkungen zwischen Verbrauchern und Erzeugern eine Inselnetzbildung entstehen kann, die dem PV-Wechselrichter ein funktionierendes Stromnetz vorgaukelt. Deshalb muss bei einem Stromausfall das Hausnetz vom öffentlichen Netz getrennt werden, um sicher zu gehen, dass die PV-Anlage nicht mehr Strom in das öffentliche Netz einspeisen kann. Aus diesem Grund müssen die Wechselrichter über eine „Anti-Islanding“-Funktion verfügen, die diesen Abschaltvorgang bewirkt. Das gilt natürlich auch für die Testsysteme, die prüfen müssen, ob der Wechselrichter diese Funktion richtig ausführt.

Da in den meisten industrialisierten Ländern das öffentliche Stromnetz Verzerrungen in Höhe von 3…5 % haben können, und zudem täglich Spannungsänderungen sowie Spitzen von über 10 % entstehen, ist für diese Tests eine alternative Speisequelle erforderlich. Außerdem sollte diese unbedingt programmierbar sein, um auch globale Produkte entsprechend den nationalen Stromnetz-Gegebenheiten testen zu können. Um die Kopplung des Wechselrichters mit dem Solarpanelfeld simulieren zu können, eignet sich eine Speisequelle (Senke), die programmierbar ist und bidirektional arbeitet. Ein solches Gerät kann die Änderungen des öffentlichen Stromnetzes simulieren (Spannung, Frequenz, harmonische Verzerrung), um die Fähigkeit von Wechselrichtern zu prüfen, in geeigneter Weise Energie in die PV-Anlage einzuspeisen. Zusätzlich muss damit ein dynamischer Test möglich sein, um die „Anti-Islanding“-Funktion des Wechselrichters zu prüfen. Ein weiterer Vorteil dieses Ansatzes ist, dass ein erheblicher Teil der Energie, die für den Test des Wechselrichters benötigt wird, wieder ins Netz zurückgeführt werden kann. Das Bild 4 zeigt einen kompletten Simulationsaufbau einer Photovoltaik Anlage.