Stromüberschüsse aus Photovoltaik im Niederspannungsnetz - ein technisches Problem?

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1 Stromüberschüsse aus Photovoltaik im Niederspannungsnetz - ein technisches Problem? Hermann Laukamp Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Workshop Netzqualität Auswirkungen und Chancen der PV-Technik SMA Technologie Kassel, 3./4.5.06

2 Übersicht Kurzvorstellung Fraunhofer ISE AGr BSR Die Solarsiedlung»Am Schlierberg«Das Niederspannungsnetzwerk Messkampagne Ergebnisse

3 Fraunhofer ISE - Geschäftsfelder Stromüberschüsse aus PV im Niederspannungsnetz Gebäude und Technische Gebäudeausrüstung Solarzellen Netzferne Stromversorgungen Wasserstofftechnologie Regenerative Stromerzeugung im Netzverbund

4 Arbeitsgruppe Betriebsführung und Systemregelung - BSR Messtechnische Beurteilung und Monitoring von Energieversorgungssystemen Realisierung von Regelungs- und Monitoringsystemen für Energieversorgungssysteme Energiemanagement-Systeme für verteilte Erzeugung Kommunikations- und Vernetzungssoftware, Internetbasierte Systeme Simulation und modellbasierte Regelungssysteme

5 Steuereinheit für NS-Netze Modellversuch bei MVV BHKW Wetterdienst Mittelspannungs -netz 20 kv 0,4 kv Strom Wärme Kommunikation PCU PIB Netzleitstelle PV Brennstoffzelle Batterie

6 Technische Anforderungen zu Netzrückwirkungen»VDEW Anschlussrichtlinien«und»Grundsätze... Netzrückwirkungen«Spannungsanhebung pro EEA <= 2 % Spannungsschwankungen, Flicker Oberschwingungen Blindleistung Phasenunsymmetrie Spannungsqualität EN Netzschutz

7 Wieviel PV Leistung kann angeschlossen werden? Studien IEA task 5, 2002: P_PV >= Mindestlast TU Chemnitz, 2002: 2-3 kwp / WE Kapazitätsbegrenzend: die Anhebung der Spannung Felduntersuchung in einer Solarsiedlung in Freiburg, Stand 2003

8 Spannungsanhebung durch dezentrale Einspeisung bisher: Netz 20 kv 0,4 kv nur Verbraucher am 400 V Netz U/Un [%]

9 Spannungsanhebung durch dezentrale Einspeisung jetzt: Netz 20 kv 0,4 kv G G G G G zusätzlich Generatoren am 400 V Netz Erzeugung kann Verbrauch übersteigen U/Un [%]

10 Die Solarsiedlung 10 Häuserzeilen mit Niedrigenergiehäusern 1 Büroblock

11 Stromüberschüsse aus PV im Niederspannungsnetz

12 Netzplan Installierte PV 250 kwp 40 Anlagen 100 Wechselrichter verteilt auf zwei Abgänge Trafo S n : 400 kva S k : 10 MVA Kabel: 150 mm² Al 26 kwp Im Bau 22 kwp 27 kwp 29 kwp 33 kwp Strang 1 Strang 2 39 kwp 47 kwp 41 kwp 40 kwp 25 kwp

13 Messkampagne 26 kwp MP 3 39 kwp»alle«elektrischen Größen Messpunkte Transformator (MP 1) Abgang 2 (MP 2) Ende Abgang 2 (MP 3) Auswertung 10-Minuten Werte gemäss EN Mai/Juni 2003 MP 1 33 kwp Im Bau 22 kwp 27 kwp 29 kwp Strang 1 25 kwp 47 kwp 41 kwp 40 kwp Strang 2 MP 2

14 Leistungsfluss über Trafo Stromüberschüsse aus PV im Niederspannungsnetz MP 1, Trafo Gesamtleistung kurzzeitige Spitzenwerte Rückspeiseleistung bis 160 kw Wirkleistung [kw] Zeit

15 Leistungsfluss über Trafo MP 1, Einzelphasen Leistung 10 min Mittel unsymmetrische Verteilung der WR Stromüberschüsse aus PV im Niederspannungsnetz Wirkleistung [kw] P_L1 P_L2 P_L :00 06:00 12:00 18:00 00:00 Zeit

16 Leistungsfluss über Trafo Stromüberschüsse aus PV im Niederspannungsnetz MP 1, Einzelphasen Wirkleistung 0,5 s Werte fluktuierend Phasenunsymmetrie

17 Spannungserhöhung am Endverbraucher MP 3, Phase L2 Spannung kurzzeitige Spitzen Ausgeprägte Spannungserhöhung im Tagesgang Umax [V] Ueff_max, L Zeit

18 Spannungserhöhung am Endverbraucher MP 3, dreiphasig Spannung kurzzeitige Spitzen Unsymmetrische Verteilung der Phasenspannungen Ueff [%] Ueff max L1 Ueff max L2 Ueff max L3 Toleranzgrenze nach EN 60038, 243,8 V Ueff [V]

19 Spannungserhöhung am Endverbraucher MP 3, dreiphasig Spannung 10 min Mittel Spannung steigt mit der Einstrahlung Grenzwert 106 % wird nicht erreicht Spannung [ V ] EN Grenzwert L1 L2 L3 Einstrahlung [ W/m² ]

20 Oberschwingungen THD_U Stromüberschüsse aus PV im Niederspannungsnetz MP 1, alle Phasen Harmonische Verzerrung THD_U Mittelwerte THD_U [%] L1 L2 L3 Spitzen am Abend Zeit

21 Oberschwingungen, THD_I Stromüberschüsse aus PV im Niederspannungsnetz MP 1 Harmonische Verzerrung THD_I (in A) und Einstrahlung THD [A] THD I L1 [A] THD I L2 [A] THD I L3 [A] Einstrahlung [W/m^2] THD und Einstrahlung Einstrahlung [W/m^2] 0 03:50: :50: :50: :50: :50: :50: :50: :50: :50: :50: :50:

22 Oberschwingungen, THD_I Stromüberschüsse aus PV im Niederspannungsnetz MP 1, L3 Gesamtverzerrung THD_I als Funktion von Einstrahlung THD_ I ist von der Einstrahlung unabhängig THD [A] Korrelation Einstrahlung mit THD L Einstrahlung [W/m^2]

23 Interharmonische Verzerrungen TID_I MP 1 TID I L1 [A] TID I L2 [A] TID I L3 [A] TID und Einstrahlung Interharmonische Verzerrung TID_I (in A) und Einstrahlung TID [A] Einstrahlung [W/m^2] Einstrahlung [W/m^2] :50: :20: :50: :20: :50: :20: :50: :20:

24 Interharmonische Verzerrungen TID MP 1, L3 Interharmonische Verzerrungen TID_I als Funktion von Einstrahlung TID [A] Korrelation Einstrahlung und TID L3 keine Korrelation mit Einstrahlung TID_ I ist von der Einstrahlung unabhängig Einstrahlung [W/m^2]

25 Oberschwingungen Strom Stromüberschüsse aus PV im Niederspannungsnetz MP 1, L1 Stromoberschwingungen und Einstrahlung Pegel 2-5 fach unterhalb der VdEW Richtwerte Einzelne OS (n5, n7, n15) Harmonische stammen wahrscheinlich von den Wechselrichtern. n3 n5 n7 n9 n11 n13 n15 n19 n33 Einstrahlung [100W/m^2] 0:00 1:20 2:40 4:00 5:20 6:40 8:00 9:20 10:40 12:00 13:20 14:40 16:00 Tages-Zeit 17:20 18:40 20:00 21:20 22:40 Strom i

26 Stromüberschüsse aus PV - ein technisches Problem? Für die Solarsiedlung gilt: Die Spannungsqualität wird nur geringfügig beeinflusst: Spannungsschwankungen, Flicker Oberschwingungen, Zwischenharmonische Blindleistung Phasenunsymmetrie Netzschutz

27 Stromüberschüsse aus PV - ein technisches Problem? Für die Solarsiedlung gilt: Spannungsanhebung erreicht fast die Toleranzgrenzen Eine PV Kapazität von 6 kwp pro Wohneinheit kann aufgenommen werden Schwächere Netze bedürfen der Einzelfallprüfung!

28 Dank Ihnen, für Ihr Interesse! Der europäischen Kommission für die finanzielle Unterstüzung Kontakt Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Herr Dipl.-Ing. Hermann Laukamp Tel.: 0761/ Fax: www. ise.fraunhofer.de

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