Stromqualität – Auswirkungen des PV-Eigenverbrauchs

Photovoltaik-Anlagen verursachen begrenzte Störungen in der Elektroinstallation welche hauptsächlich durch den Betrieb der Photovoltaik-Wechselrichter verursacht werden.

Diese sind:

• Oberschwingungen
• Unsymmetrie
• DC-Ableitstrom

Photovoltaik-Anlagen sind Stromerzeuger auf Wechselrichterbasis. Sie bestehen aus Photovoltaik-Modulen, die Gleichstrom (DC) erzeugen, und einem Wechselrichter, der den Gleichstrom kontinuierlich in Wechselstrom (AC) umwandelt. Dieser Wechselrichter ermöglicht den Anschluss der Photovoltaik-Anlage an eine Wechselstrom-Elektroinstallation.

Da die Photovoltaik-Anlage aus einer Gleichstromquelle und elektronischen Geräten besteht, kann sie in der Tat die Ursache einiger Probleme mit der Netzqualität sein, wie z. B. DC-Ableitstrom und Oberschwingungen. Ihre Integration in die Elektroinstallation kann, wenn sie nicht richtig durchgeführt wird, auch eine Ursache für Unsymmetrie oder Verschlechterung des Leistungsfaktors sein.

Oberschwingungen

Photovoltaik-Wechselrichter erzeugen Oberschwingungen, die in der Regel auf ein für die Elektroinstallation des Gebäudes akzeptables Niveau begrenzt sind.

Wie alle anderen elektronischen Geräte speisen Photovoltaik-Wechselrichter Oberschwingungen in die Elektroinstallation ein. Um den von den Photovoltaik-Modulen erzeugten Gleichstrom in geregelten Wechselstrom umzuwandeln, verwenden Photovoltaik-Wechselrichter die pulsweitenmodulierte Schaltung. Diese Methode ermöglicht die Steuerung der Größe und der Frequenz des Wechselrichterausgangs und eliminiert Oberschwingungen niedriger Ordnung. Andererseits erzeugt es hochfrequente Oberschwingungen.

Um die Einspeisung dieser Oberschwingungen zu begrenzen, sind Photovoltaik-Wechselrichter mit Filtern ausgestattet, so dass der Gesamtklirrfaktor (THD) ihrer Ausgangsleistung in der Regel auf für die Anlage akzeptable Werte begrenzt ist.

Trotzdem kann der Gesamtklirrfaktor in der Elektroinstallation höher sein, da die von den Photovoltaik-Wechselrichtern eingespeisten Oberschwingungen sich mit denen der Verbraucher addieren.

Es wird empfohlen, die Oberschwingungen in der Installation zu überwachen (und bei Bedarf zu reduzieren)

Es wird empfohlen, den Gesamtoberschwingungspegel in der Elektroinstallation zu messen. Überschreitet er die zulässigen Grenzwerte, können Oberschwingungsminderungsmaßnahmen wie aktive oder passive Filter eingesetzt werden.

Abb. K74 – Screenshot eines Energieüberwachungssystems, das auf der Grundlage von Echtzeitmessungen einen Status zu den wichtigsten Störungen der Netzqualität liefert

Unsymmetrie

Einphasige PV-Wechselrichter können Unsymmetrien erzeugen, wenn sie nicht gleichmäßig über die drei Phasen verteilt sind

Unsymmetrie kann entstehen, wenn einphasige Photovoltaik-Wechselrichter an eine dreiphasige Elektroinstallation angeschlossen werden. Um Unsymmetrien zu vermeiden, empfiehlt es sich, die Photovoltaik-Wechselrichter gleichmäßig über die drei Phasen zu schalten, wie im folgenden Beispiel gezeigt.

Abb. K75 – Empfohlener Anschluss von einphasigen Photovoltaik-Wechselrichtern in einer dreiphasigen Elektroinstallation zur Vermeidung von Unsymmetrien

• 
• 

DC-Ableitstrom

Photovoltaik-Wechselrichter können DC-Ableitstrom erzeugen

Eine mögliche Störung der Netzqualität aufgrund der PV-Erzeugung ist das Vorhandensein einer Gleichstromkomponente im Wechselstromkreis.

Photovoltaik-Wechselrichter können einen Strompfad bereitstellen, durch den DC-Ableitstrom zur Wechselstromseite der elektrischen Anlage geleitet werden kann. Dies hängt von der Wechselrichtertechnologie hinsichtlich der galvanischen Trennung ab:

• Wechselrichter mit Isolierung zwischen der DC-Seite und der AC-Seite speisen keinen DC-Ableitstrom auf der AC-Seite ein.
• Wechselrichter ohne Isolierung können DC-Ableitstrom auf die AC-Seite leiten, es sei denn, der Hersteller ergreift besondere Maßnahmen, um diesen Fluss zu verhindern.

Die meisten auf dem Markt erhältlichen Photovoltaik-Wechselrichter verfügen nicht über Transformatoren und bieten daher keine Isolierung zwischen der DC-Seite und der AC-Seite. Daher ist das Vorhandensein von DC-Ableitstrom in Anlagen mit Photovoltaik-Erzeugung nicht unwahrscheinlich.

Wählen Sie den passenden Fehlerstromschutzschalter (RCD) für Photovoltaik-Anwendungen

Es müssen geeignete Schutzmaßnahmen ergriffen werden, um Schäden an Geräten zu vermeiden und vor allem Sicherheitsrisiken zu vermeiden.

Insbesondere müssen Fehlerstromschutzschalter (RCDs), die auf der Wechselstromseite der Photovoltaik-Anlage installiert sind, gemäß IEC 60364-7-712 vom Typ B sein, wenn nicht:

• eine Trennung zwischen der AC- und der DC-Seite besteht, oder
• Die Anweisungen des Wechselrichterherstellers weisen darauf hin, dass Typ B nicht erforderlich ist.

RCDs vom Typ B werden in Fällen verwendet, in denen die Anwendung einen glatten Gleichfehlerstrom erzeugen oder Frequenzen von mehr als 50 Hz enthalten kann. Weitere Hintergrundinformationen zu RCD-Typen finden Sie unter Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen_(RCDs)

Abb. K76 – Beispiele FI-Schutzschalter Typ B

• 

  Fehlerstromschutzschalter Typ B

• 

  Fehlerstromrelais Typ B zur Verwendung mit ComPacT NSX-Leistungsschaltern