Innovativer Spannungsregler erspart Ortsnetz-Ausbau. Wie sich unzulässige Spannungsanhebungen, in Netzausläufern mit großen PV-Anlagen, sicher verhindern lassen.

Die Einspeisung immer größerer Photovoltaik-Anlagen in die Ortsnetze stellt die Energieversorger vor besondere Herausforderungen. Durch Leistungsumkehr – bei Sonnenschein – kann die Spannung in Netzausläufern die obere Spannungstoleranz überschreiten, so dass Wechselrichter abgeschaltet werden müssen – ein Widerspruch zu Einspeiseregelungem wie dem deutschen EEG. In Zusammenarbeit mit den Stadtwerken Lippstadt hat AEG Power Solutions (AEG PS) eine Lösung entwickelt, um dieses Phänomen auszuregeln und gleichzeitig einen teuren Netzausbau zu ersparen.

Größere PV-Anlagen werden oft in ländlichen Regionen oder am Stadtrand installiert und über Stichleitungen  an das öffentliche Netz angeschlossen. Sobald die Sonne vom wolkenlosen Himmel scheint, besteht durch die eingespeiste Solarenergie das Risiko, dass die Spannungstoleranz im Ortsnetz für einige Stunden überschritten wird. Bisher gab es nur wenige, kostenintensive Optionen, um diesem Problem entgegenzuwirken. Entweder es galt, Trafostationen zu errichten, Netzabschnitte auszubauen oder starre Trafos gegen regelbare Trafos auszutauschen.

Stadtwerke Lippstadt startet Pilotprojekt
Vor einer solchen Aufgabe standen die Stadtwerke Lippstadt im Frühjahr 2012, als ein Landwirt die Einspeisung einer weiteren PV-Anlage mit zusätzlichen 150kW (Peak) beantragte. „Für uns als örtlichen Energieversorger galt es nun, die nach dem EEG geforderte unverzügliche Einspeisung sicherzustellen, um dem Betreiber nicht am Ende für einen entstehenden finanziellen Schaden haften zu müssen“, so Klaus Kauke, Leiter der Stromversorgung bei den Stadtwerken Lippstadt. „Da wir bereits einen Kontakt zu AEG Power Solutions hatten, sprachen wir die Spezialisten auf einen möglichen Lösungsvorschlag an. So entstand das gemeinsame Projekt. Einen kosten- und zeitintensiven Netzausbau in dem betroffenen Abschnitt wollten wir nach Möglichkeit vermeiden.“

Bei AEG PS hatte man zur gleichen Zeit bereits über eine Lösung nachgedacht, die möglichst flexibel einsetzbar ist und keine aufwendigen und kostenintensiven Netzausbauarbeiten notwendig macht. Was dann folgte, war eine sehr intensive und enge Zusammenarbeit mit den Stadtwerken Lippstadt, die es ermöglichte, alle Praxis-Anforderungen direkt in ein neues Produkt einfließen zu lassen. Entstanden ist eine Lösung, die AEG PS nun in Serie anbietet.

Flexible und kostengünstige Lösung
Die neue "Thyrobox VR" zeichnet sich äußerlich durch kompakte Abmessungen aus. Sie ist etwa so groß wie ein üblicher Kabelverteilerschrank und kann dadurch leicht an Gehwegen, Radwegen und Straßen positioniert werden. Der Vorteil dieser von der Trafostation getrennten Aufstellung liegt darin, dass die Lösung direkt in dem Netzsegment installiert werden kann, das am stärksten von zu erwartenden Spannungsschwankungen betroffen ist.

Die Besonderheit technischer Natur ist die kontinuierliche Spannungsregelung ohne Schaltvorgänge mit Hilfe der bereits seit vielen Jahren in der Industrie bewährten Thyristortechnik. Sobald sich durch PV-Einspeisung der Leistungsfluss umkehrt, regelt der voll digitalisierte Power Controller Thyro-P als zentrales Element der Thyrobox VR die Spannung dreiphasig in einem Bereich von 0 bis -8% herunter. Dieser Controller hat sich weltweit in vielen Anwendungen bewährt und sorgt auf Basis der robusten Thyristor-basierten Voltage Sequence Control (VSC) Technologie dafür, dass eine kontinuierliche Spannungsregelung ohne Flicker und ohne wesentliche Verursachung von Oberwellen entsteht. Mit einem Wirkungsgrad von größer 99 Prozent zeichnet sich die Thyrobox VR gleichzeitig durch höchste Effizienz aus.

Überzeugend, neben den Leistungsdaten, war für die Stadtwerke Lippstadt, dass die Thyristorregelung absolut verschleißfrei ist und ohne mechanische Schaltkomponenten auskommt. Dass eine Neuentwicklung auch in finanzieller Hinsicht auf Anhieb punkten kann, beweist die Thyrobox VR nach Aussagen von Klaus Kauke. „Die Kosten der Thyrobox belaufen sich auf die Hälfte dessen, was uns ein Netzausbau in diesem Abschnitt gekostet hätte.“

Keine Bedenken vor Elektronik
Kauke rechtfertigt seine – aus Sicht mancher Energieversorger – mutige Entscheidung für die Thyrobox VR auch damit, dass keine erhöhten Risiken durch die eingesetzte Elektronik entstehen, denn das Gerät wurde eigenfehlersicher konstruiert. Dies bedeutet, dass im sehr unwahrscheinlichen Fehlerfall der Thyro-P quasi einfach aus dem Regelungssystem fällt und alles läuft, als wäre das Regelelement überhaupt nicht vorhanden. Damit ist die Versorgungssicherheit auch im sehr unwahrscheinlichen Fehlerfall stets gegeben.

Fazit
Die Stadtwerke Lippstadt hatten dem Betreiber der PV-Anlage einen festen Termin zur Übernahme der Einspeisung zugesagt. „Wir hätten ein echtes Problem gehabt, wenn AEG PS das Projekt – und damit das neue Produkt – nicht in der knappen Zeit realisiert hätte. In einem solchen Fall wären wir dem Betreiber gegenüber schadensersatzpflichtig gewesen für einen potenziellen Schaden im vierstelligen Eurobereich – monatlich.“, sagt Klaus Kauke.
Das neue Produkt ist in der Lage, die stets ähnlichen Spannungsprobleme kontinuierlich zu regeln, wie sie bei weit verzweigten Stichleitungen in Ortsnetzen mit PV-Einspeisung auftreten. Durch die kompakten Abmessungen ist die Lösung überall einsetzbar und hilft damit, teuren Netzausbau zu vermeiden.