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Sicherheitsrisiko: aleo solar warnt vor mangelhaften Anschlussdosen bei Solarmodulen

  Oldenburg, 08. Oktober 2014 - Wichtige Sicherheitswarnung! Der Solarmodulhersteller aleo solar AG i.L. (in Liquidation) warnt vor mangelhaften Anschlussdosen an bestimmten Solarstrommodulen: Bei abgebrochenen Steckverbindungen oder abgefallenen Dosendeckeln liegen elektrische ...

Top-Thema | Mittwoch, 8 Oktober 2014 | Kommentare

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Österreich: Preise von Solarstromanlagen gegenüber dem Vorjahr um 22 Prozent gesunken

Triefenstein, 02. April 2014 – Das Unternehmen PhotovoltaikZentrum – Michael Ziegler hat in Kooperation mit dem Beratungsunternehmen Dachgold e.U, bereits zum zweiten Mal die durchschnittlichen Preise von Photovoltaikanlagen in Österreich ...

Marktentwicklung | Mittwoch, 2 April 2014 | Kommentare

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Gehaltsstudie: Gehälter und Löhne der Solarbranche erstmalig veröffentlicht

Triefenstein, 17.10.2013 - Das Marktforschungsunternehmen PhotovoltaikZentrum - Michael Ziegler veröffentlicht erstmals die Daten der jährlich erscheinenden Gehaltsstudie "Das verdient die Solarbranche wirklich". Bisher konnte die Studie ausschließlich kostenpflichtig erworben werden ...

Marktentwicklung | Donnerstag, 17 Oktober 2013 | Kommentare

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Photovoltaik aktuell - Die TOP-Headlines der Woche!

-- Marktbelebung: Defibrilator-Hersteller entdecken Solarunternehmen als neue Zielgruppe -- -- Langeweile: Wechselrichter sucht neuen Wirkungsgrad -- -- Vermarktungszwang: BDEW wegen unheilbarer Neurose in Psychiatrie eingeliefert -- -- Hoch, runter, links rechts, ja was ...

Top-Thema | Montag, 30 September 2013 | Kommentare

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Photovoltaikstudie: Gehälter leicht gestiegen, Stimmung bei Arbeitnehmern auf dem Tiefpunkt

Triefenstein, 04. Juni 2013 – Die Gehälter in der Photovoltaikbranche sind gegenüber dem Vorjahr nur um 1,63% gestiegen. Die Beschäftigten sind im Vergleich zum Vorjahr unzufriedener mit ihrem Gehalt und ...

Marktentwicklung | Dienstag, 4 Juni 2013 | Kommentare

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Gehälter in der Solarbranche: Wie erfolgsversprechend sind variable Entgeltbestandteile überhaupt?

Triefenstein, 21. Mai 2013, Wie aus den aktuellen Daten der Gehaltsstudie des Unternehmens PhotovoltaikZentrum - Michael Ziegler hervorgeht, gehen immer mehr Solarunternehmen über auf variable Entgeltbestandteile. Machte das Grundgehalt eines ...

Marktentwicklung | Dienstag, 21 Mai 2013 | Kommentare

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Neue Photovoltaikstudie: Die bekanntesten Wechselrichterhersteller Deutschlands

Triefenstein, 02. Mai 2013, Die populärsten Wechselrichterhersteller in Deutschland sind laut einer aktuellen Studie des Marktforschers PhotovoltaikZentrum – Michael Ziegler die SMA Solar Technology AG, die Fronius International GmbH und ...

Marktentwicklung | Donnerstag, 2 Mai 2013 | Kommentare

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Wartung und Service bei Photovoltaikanlagen: Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser

Berlin/Triefenstein, 05. April 2013, Der Online-Marktplatz Milk the Sun und das Marktforschungsunternehmen PhotovoltaikZentrum - Michael Ziegler stellen erste Ergebnisse ihrer Marktstudie zum Thema Wartung, Instandhaltung, Pflege und Betrieb einer Photovoltaik-Anlage, ...

Marktentwicklung | Freitag, 5 April 2013 | Kommentare

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PhotovoltaikZentrum - Michael Ziegler ermittelt erneut den Bekanntheitsgrad von Wechselrichterherstellern

Triefenstein, 12. Dezember 2012, Das PhotovoltaikZentrum - Michael Ziegler wiederholt nach über drei Jahren die Onlinebefragung, bei der der Bekanntheitsgrad von Wechselrichterherstellern in Deutschland ermittelt werden soll. Neben dem Bekanntheitsgrad ...

Umfragen | Mittwoch, 12 Dezember 2012 | Kommentare

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PV MARKETING: Das Marketing-Magazin für die Solarbranche erscheint in der 6. Ausgabe

Bereits in der 6. Ausgabe erscheint das Marketingmagazin PV MARKETING. Die 6. Ausgabe des Magazins ist ab sofort erhältlich. In dieser Ausgabe widmen wir uns dem dritten und letzten Reihe ...

Produktneuheiten | Freitag, 30 November 2012 | Kommentare

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Blindleistung

Blindleistung – Technische Anforderungen an die Erzeugungsanlagen

In den letzten Jahren und insbesondere in 2011 sind die Anforderungen an Erzeugungsanlagen im Bereich Erneuerbare Energien hinsichtlich ihrer technischen Eigenschaften massiv und notwendigerweise gestiegen. Ein Begriff der dabei immer wieder fällt ist die Blindleistung. Da stellt sich die Frage, was ist das und welche Bedeutung hat sie. (Hinweis an die Techniker: Hier soll ein Versuch gemacht werden den komplexen Sachverhalt der Blindleistung in Zusammenhang mit der Spannungshaltung zu verdeutlichen. Es wird kein Anspruch auf eine vollständig wissenschaftlich korrekte Darstellung gelegt. Bitte seht es dem Autor nach.) Man kann die Frage eigentlich ganz kurz beantworten, Blindleistung wird durch den Wechselstromtransport verursacht und wird dafür aber auch benötigt und das alles hat am Ende Einfluss auf die Spannung bei uns zu Hause an der Steckdose.

Warum ist die Spannungshaltung so wichtig?Warum ist die Spannungshaltung so wichtig?

Technisch sind die meisten elektrischen Geräte für eine bestimmte Spannung entwickelt. Als einfaches Beispiel nehme man die Glühlampe. Bei zu hoher Spannung leuchtet diese heller, wird aber eine geringere Lebensdauer haben. Bei zu niedriger Spannung leuchtet die Lampe dunkler. Gleiche Anforderungen gelten für die meisten Verbraucher. Daher gibt es technische Richtlinien und Gesetze, die für Energieversorger eine Spannungshaltung von +/-10% vorschreiben.

Um jetzt Wechselspannung im elektrischen Netz zu verstehen, muss man sich dessen Struktur ansehen.

Klassische Stromerzeugung

Deutschland und die meisten Ländern auf der Welt hatten und haben einen klassischen Ansatz für eine elektrische Stromversorgung und diese basiert auf großen zentralen Erzeugungseinheiten, die den Strom zu den Verbrauchern über lange Kabelstrecken bringen. Dies geschieht über verschiedene Netzebenen, wie die folgende Abbildung anschaulich zeigt.  

Netzebenen in einem klassischen Netz (Quelle: EWE Netz)

Abbildung 1: Netzebenen in einem klassischen Netz (Quelle: EWE Netz)

In solchen Netzen hat man ein relativ einfach zu regelndes System, da die erzeugte Leistung in ein bekanntes System fließt. Der zeitliche Verlauf der benötigten Leistung kann sehr gut vorhergesagt werden. Zudem ist der Lastfluss (wohin fließt die Leistung) immer nur in eine Richtung und zwar von der höheren in die niedrigere Netzebene (Spannungsebene).

Netze mit zentralen und dezentralen Erzeugungsanlagen

Mit der dezentralen Stromproduktion über Photovoltaik-Anlagen, Windenergieanlagen, BHKWs (Blockheizkraftwerke), Biomasseanlagen ändert sich dies. Dezentrale Anlagen sind in verschiedenen Netzebenen angeschlossen, sowohl in den Hoch- und Höchstspannungsebenen aber auch in den Niederspannungsortsnetzen. Weiterhin speisen viele dezentrale Erzeugungsanlagen (Windstrom und Solarenergie) unstetig und je nach Wind und Sonneneinstrahlung ein. Dies hat zur Folge, dass erstens der Lastfluss aus höheren in niedrigere Spannungsebenen abnimmt und sich sogar umkehrt. Soll heißen, dass Strom z.B. vom Ortsnetz in das Mittelspannungsnetz fließt. Ebenso kann erzeugter Strom aus den Mittelspannungsebenen in die Übertragungsnetze fließen.

DENA - Die Spannungsebenen im deutschen Verbundnetz

Abbildung 2: Netz mit Erzeugern aus erneuerbaren Energien (Quelle: DENA)

Ein wenig Theorie! (und endlich zum Thema)

Um das Verhalten der Spannung in den Netzen zu verstehen müssen einige elektrische Eigenschaften beachtet werden.

Zum Ersten gilt, dass es einen Spannungsabfall vom Erzeuger hin zum Verbraucher gibt, dies gilt umso mehr je mehr Verbraucher vorhanden sind, je weiter diese vom Erzeuger entfernt sind und je ‚dünner‘ die Kabel sind, die zum Verbraucher führen. Dieser hier erwähnte Spannungsabfall wird durch elektrische Widerstände der elektrischen Komponenten, wie Kabel, Transformatoren, Schalter, Anschlüsse etc., im Netz verursacht.

Die elektrischen Widerstände in Wechselstromsystemen sind nun von verschiedener Natur.

Ohmscher Anteil

Da ist der rein ohmsche Anteil, also der Widerstand, der durch ‚Reibung‘ der Elektronen in den elektrischen Leitungen verloren geht. Hier gilt je höher die Last und je länger die Wege, umso höher der Spannungsabfall.

Induktiver Anteil

Der induktive Anteil der Leitungswiderstände beruht auf dem Hintergrund, dass ein Magnetfeld um die Leiter aufgebaut wird. Dieses benötigt aber Energie und resultiert darin, dass die Spannung dem Strom vorauseilt. In einem Wechselstromsystem ändern sich die Vorzeichen von Strom und Spannung und dieses Magnetfeld wird 50-mal pro Sekunde auf- und abgebaut. Bei diesem induktiven Anteil spricht man auch von induktiver Blindleistung.

Kapazitiver Anteil

Der kapazitive Anteil wird durch die kapazitiven Eigenschaften von Leitungen verursacht. Man kann sich jeden Leiter als Zylinderkondensator mit extremer Höhe (=Kabellänge) vorstellen. In einem Kondensator fließt solange ein Strom, bis die Spannung vollständig aufgebaut ist, soll heißen hier läuft der Strom der Spannung voraus. Auch hier passiert dies alles 50-mal pro Sekunde. Der kapazitive Anteil wird auch als kapazitive Blindleistung bezeichnet.  

Blindleistung: Wechselstrom - Leistung und Arbeit (Quelle elektroniktutor.de)

Abbildung 3: Blindleistung: Wechselstrom - Leistung und Arbeit (Quelle elektroniktutor.de)

Wichtig bei der oben gemachten Betrachtung ist, dass all diese Widerstände natürlich leistungsabhängig sind.

In einem realen System haben all diese Anteile je nach Aufbau des Netzes und der vorhandenen Erzeuger und Verbraucher Einfluss auf die Spannung. Als kleine Zusammenfassung kann man festhalten:

  • Lange Kabelstrecken verursachen einen Spannungsabfall auf Grund des ohmschen elektrischen Widerstandes.
  • Je höher die übertragene Leistung in einem Kabel, umso höher der Spannungsabfall.
  • Erzeuger heben das Spannungsniveau an.
  • Kapazitive Komponenten (hauptsächlich lange Kabelstrecken) verursachen einen entsprechenden kapazitiven Belag. Dieser nimmt zu, je weniger Leistung über diese Leitung übertragen wird. Dies liegt daran, dass der auch vorhandene induktive Anteil abnimmt.
  • Induktive Komponenten (hauptsächlich Transformatoren oder auch Asynchrongeneratoren und Motoren) verursachen einen induktiven Belag. Dieser nimmt mit zunehmender übertragener Leistung zu.

Um ein paar Zahlen zu nennen. Das deutsche Netz hat ca. 1,8 Millionen km Leitungslänge und eine bedeutende Anzahl von Transformatoren in den verschiedenen Spannungsebenen. Hinzu kommen Millionen von Verbrauchen und mit dem massiven Ausbau der Erneuerbaren Energien, 23.000 Windenergieanlagen und >1 Million PV Anlagen, auch sehr viele Erzeuger. Zudem gilt gerade bei den erwähnten Erzeugern, dass diese keine stetige Produktion liefern. PV Anlagen werden hauptsächlich in den bisher wenig ausgeregelten Ortsnetzen installiert. Der Zubau der Erzeuger erfordert weiterhin zusätzliche Kabelstrecken und insbesondere auch Transformatoren.

Zum Verständnis folgendes:

Bisher wurden z.B. Ortsnetztransformatoren so ausgelegt, dass auch der am entferntesten liegende Verbraucher im gesetzlich vorgeschriebenen Toleranzfenster für die Spannung liegt. Dazu wurde die Spannung am Trafo so eingestellt, dass der erste Verbraucher entsprechend der Toleranz eine höhere Spannung hat, sagen wir statt 230V eben 240V. Auf Grund der Kabelstrecke und der dazwischen liegenden Verbraucher senkt sich die Spannung bis zum letzten Verbraucher weiter ab. Trotzdem bleiben wir auf Grund der Spannungsüberhöhung am Trafo in der Toleranz, obwohl die Spannung dort vielleicht nur 220V ist. Wenn jetzt aber Erzeuger in diesem Ortsnetz hinzukommen, findet eine Spannungsanhebung statt. Dies kann bei der entsprechenden Einstellung am Trafo dazu führen, dass der erste Verbraucher eine Spannung höher als die erlaubten 253V sieht. Der Trafo muss also entsprechend heruntergestuft werden. Wenn diese Erzeuger aber Schwankungen, wie im Falle der PV, unterliegen, muss der Trafo je nach Erzeugungsleistung nachgeregelt werden.

Wie kann dies nun erfolgen? Grundsätzlich bestehen mehrere Möglichkeiten.

  • Einsatz von Stelltrafos mit Regelung. Dies erfordert Netzmessung und die entsprechende Kommunikation hin zum Trafo.
  • Reduktion der eingespeisten Leistung. Das wird sicher niemand wollen.
  • Blindleistungsregelung an den Erzeugern, oder am Trafo. Dies bedeutet ebenfalls zusätzliche Messungen und Regelungen.

Wenn man sich die oben genannten Punkte ansieht, kann die Lösung nur sein, dass intelligente Netze geschaffen werden, die sich selbst je nach Verbrauch und Erzeugung ausregeln.

Wie sieht dies nun in den Verteil- und Übertragungsnetzen aus?

Die Spannungsschwankungen werden natürlich, wenn keine Kompensation stattfindet, in die oberen Netzebenen übertragen. Je nach Netzbeschaffenheit mehr oder weniger. Nun kann man dem entgegenwirken, indem man den Netzausbau vorantreibt, oder man nutzt auch hier eine intelligente Spannungsregelung. Auch hier kann man sowohl eine Spannungsregelung über Stelltrafos als auch über die Blindleistung realisieren. Hier muss man aber noch eins erwähnen. Die Spannungsreglung am Trafo verhindert aber nicht das Fließen von Blindstrom. Das Problem dabei ist, das Blindleistung einen Blindstrom verursacht, und dieser Blindstrom ist leider so, dass er in den Leitungen fließt und diese daher blockiert. Da man aber Leitungen für den Transport von Wirkstrom benötigt (eine Lösung wäre ein Netzausbau), versucht man die Blindleistung zu kompensieren. Dies kann an den Übergabepunkten passieren, an Erzeugungsanlagen (Vorgaben des Netzbetreibers) oder in der übergeordneten Netzebene. Dabei muss man noch beachten, dass Blindleistungsbezug oder auch das Einspeisen ökonomische Aspekte hat, da Netzbetreiber dafür zur Kasse bitten.

Ein wichtiger Aspekt bleibt noch. Und zwar besteht die Möglichkeit mehr Leistung über ein Kabel zu transportieren, indem die Spannung angehoben wird. Diese Spannungsanhebung wird von den Übertragungsnetzbetreibern über Einspeisung von Blindleistung realisiert. Auch hier werden natürlich die darunterliegenden Netzebenen beeinflusst. Eine hohe kapazitive Blindleistung in den oberen Netzebenen belastet natürlich die darunterliegenden Netze, insbesondere, wenn dort wiederum viele Erzeuger einspeisen.

Zusammenfassend und zum Abschluss kommend, kann festgehalten werden, dass die Anforderungen an die Regelbarkeit der Blindleistung und damit der Spannung aus dem komplexen Zusammenspiel zwischen Erzeugern, Verbrauchern, Übertragungssystemen und elektrischen Komponenten resultieren.

Und für alle die diesen Artikel zu komplex finden eine einfache Erklärung für Blindleistung (Quelle: ip-symcon.de)

Blindleistung - Einfach und verständlich grafisch dargestellt (Quelle: ip-symcon.de)