Netzintegration intelligenter Wechselrichter für resiliente Energiesysteme

Mit dem rasanten Ausbau der Photovoltaik wachsen die Anforderungen an Wechselrichter: Sie müssen Strom nicht mehr nur effizient umwandeln, sondern auch für die Stabilität des Energiesystems sorgen. Das EU-Projekt »IN.SPIRE« entwickelt und demonstriert zwei Prototypen intelligenter Wechselrichter für Nieder- und Mittelspannung, die von innovativer Leistungselektronik und netzbildender Regelung bis hin zu neuartigen Reflexfunktionen im Rahmen der Cybersicherheit reichen. Dreizehn Partner aus Industrie und Forschung realisieren damit zukunftsweisende Lösungen. Diese machen PV-Anlagen technisch leistungsfähiger, kompatibler und ressourcenschonender, um eine sichere europäische Energiewende zu ermöglichen.

Ausgangslage

Der rasante Ausbau der Photovoltaik stellt Netze und Anlagenbetreiber vor wachsende Herausforderungen, insbesondere an Wechselrichter als zentrale Schnittstelle zwischen PV, Speicher und Netz. Viele heutige Systeme arbeiten noch überwiegend netzfolgend und können die Stabilität des Stromnetzes nur begrenzt aktiv unterstützen. Bei großen PV-Anlagen begrenzen heutige 1.500-V-Architekturen zudem Leistungsdichte und Materialeinsparungen. Ausfälle, thermische Belastung und schwer auswertbare Betriebsdaten treiben den Wartungsaufwand und die Ertragsverluste in die Höhe, während zusätzliche Kommunikationsschnittstellen gleichzeitig neue Cyberrisiken mit sich bringen.

Ziel

Ziel von »IN.SPIRE« ist die Entwicklung, Erprobung und Demonstration zweier marktnaher Prototypen: einen skalierbaren Niederspannungs-Hybridwechselrichter für Gewerbe und Industrie sowie einen 3-kV-Mittelspannungswechselrichter mit 3 MVA für große PV-Anlagen. Ergänzend entwickeln wir Lösungen, die den sicheren und stabilen Betrieb im gesamten Netzlebenszyklus gewährleisten, von der Regelungstechnik über die Zustandsüberwachung bis hin zur IT-Sicherheit. Deren Leistung und Netzkonformität werden mithilfe praxisnaher Testverfahren im Labor und im Feld bis zu einem TRL 6–7 verifiziert. Damit sollen Kosten, Materialeinsatz und Ausfallzeiten sinken sowie Ertrag und Netzstabilität steigen.

Lösungsansatz

Die Umsetzung der Prototypen erfolgt in einem stufenweisen Entwicklungs- und Testprozess: Simulationsmodelle unterstützen die Auslegung, bevor Komponenten, Firmware und Regelung zusammengeführt und im Labor validiert werden. Das Fraunhofer ISE entwickelt für den Mittelspannungs-Wechselrichter die übergeordnete Regelung. Sie überführt künftige Netzanforderungen in Regelungsstrategien und umfasst Reflexfunktionen, die externe Befehle vor ihrer Ausführung mit lokalen Messwerten und den Betriebsgrenzen des Wechselrichters abgleichen. Der Prototyp wird anschließend in der Mittelspannungs-Testinfrastruktur des Instituts unter simulierten Netzereignissen erprobt.

• Th!nk E
• Katholieke Universiteit Leuven
• Solar Power Europe
• CE+T
• Silicon Austria Labs GmbH 
• Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek
• Infinion Technologies AG
• Dresden University of Technology 
• SMA Solar Technology AG
• Zelena Energetska Zadruga Za Usluge ZEZ 
• SolarDefend
• 3E

Das Projekt »IN.SPIRE« wird von der Europäischen Union gefördert.