Zukunftskraftwerk PV – Konzept für Wechselrichter-Regler in PV-Kraftwerken

In abgelegenen Regionen werden Industrieanlagen und Haushalte oft in isolierten Netzen mittels Dieselgeneratoren mit elektrischer Energie versorgt. Durch die Integration von PV-Kraftwerken in diese Microgrids kann Diesel eingespart werden. Aufgrund des hohen Dieselpreises sowie des enormen Aufwands für den Transport, können enorme Kosten eingespart, aber auch der CO₂ Ausstoß reduziert werden. Allerdings ist der Anteil der Energie, der durch PV-Kraftwerke ersetzt werden kann, aufgrund der technischen Eigenschaften der heutigen Photovoltaik-Wechselrichter und Dieselgeneratoren auf Werte von 30-40 % begrenzt. Im Projekt »Zukunftskraftwerk PV« wird ein Kraftwerkskonzept in Kombination mit Speichern entwickelt, das es erlaubt den Anteil an PV-Energie auf Werte von über 90 % zu steigern.

Heutige Photovoltaik-Wechselrichter haben am Stromnetz das Verhalten einer Stromquelle, sie stützen deshalb die Netzspannung nur sekundär im stationären Bereich durch die Bereitstellung von Blindleistung. Es bedeutet weiterhin, dass sie nur dann Energie ins Netz einspeisen können, wenn auch eine Netzspannung vorhanden ist. In abgelegenen Inselnetzen, die mit Dieselgeneratoren betrieben werden, wird die Spannung durch Synchrongeneratoren erzeugt. Diese haben ein Spannungsquellenverhalten und regeln sowohl im dynamischen als auch im statischen Bereich die Spannung. Des Weiteren stellen sie durch die synchron mit der Netzfrequenz rotierende Masse eine sogenannte Momentan-Reserve zur Verfügung. Indem sie bei Leistungsüberschuss im Netz Energie in Form von Rotationsenergie aufnehmen und diese bei Leistungsmangel wieder abgeben, wirken sie stabilisierend auf die Netzfrequenz. Im Projekt »Zukunftskraftwerk PV« wird ein Kraftwerkskonzept entwickelt, das durch die Integration von Speichern und fossilen Erzeugern diese Eigenschaften ersetzen kann. Diese Kraftwerke sind nicht nur für die Verwendung in Inselnetzen geeignet, sondern erlauben auch die Bereitstellung von Systemdienstleistungen, etwa im europäischen Verbundnetz, die bis jetzt nur durch konventionelle Kraftwerke, sogenannte »must run units«, erbracht werden. Hierfür entwickeln die Experten des Fraunhofer ISE neue Regler-Konzepte für die in diesen Kraftwerken verwendeten Wechselrichter. Mit diesen Regelalgorithmen stützen die Wechselrichter die Netzspannung und -frequenz. Die netzbildenden Eigenschaften werden im Projekt in realen Wechselrichtern im Megawattbereich implementiert und durch Labor- und Feldversuche nachgewiesen.