Einspeisebegrenzung und Nulleinspeisung
PV-Anlagenbetreiber sind daran interessiert den Eigenverbrauch zu erhöhen, weil dieser aufgrund der kontinuierlich sinkenden Einspeisevergütung günstiger ist, als der Bezug aus dem Netz. Dieser Trend wurde bereits vor einiger Zeit von vielen in der Branche tätigen Herstellern erkannt und durch ein umfangreiches Angebot an Energiespeichersystemen, Anlagenoptimierern sowie Mess-und Steuereinheiten Rechnung getragen.
Es ist jedoch nicht ganz einfach ein passendes Produkt zu finden, das alle Anforderungen zur Einspeisesbegrenzung in verschiedenen Ländern erfüllen kann. Nun ist die Frage, wie erkennt die Anlage, welche Leistung tatsächlich ins Netz eingespeist bzw. aus dem Netz entnommen wird und wie werden dann die Wechselrichter dem entgegensteuern? Wie reagieren die Wechselrichter, wenn die zulässige Grenze für die Einspeiseleistung überschritten wird bzw. wenn gar keine Einspeisung erlaubt ist? Was passiert mit der erzeugten Energie? Wie wird der maximale Eigenverbrauch im Haushalt oder einer kommerziellen Anlage optimal geregelt?
Die Firma Solutronic Energy hat mit dem, für die Solutronic Wechselrichter und Hybridwechselrichter angepassten Mess- und Regelsystemen eine Lösung auf den Markt gebracht, die ein geeignetes Verhältnis zwischen Einspeiseleistung und Eigenverbrauch gewährleisten kann. Bestandteil dieser Lösung ist der ‚GridManager‘ – so benannt nach dem Energieversorgungsnetz (Englisch ‚Grid‘) und Einspeiseoptimierung (Englisch ‚optimizing‘ oder ‚managing‘). Das Messgerät erfasst die Energie in Echtzeit am Netzeinspeisepunkt und kommuniziert die Werte zugleich mit allen installierten Solutronic Energy Wechselrichtern. Alle verbundene Wechselrichter werden in Abhängigkeit vom Eigenverbrauch und voreingestellten Einspeisebegrenzungen entsprechend geregelt, sodass die produzierte Energie direkt verbraucht werden kann oder die Energieerzeugung Millisekunden schnell reduziert wird.
Genauso gut lässt sich auch die Null-Einspeisebegrenzung realisieren, die in manchen Ländern und Regionen zwingend erforderlich ist (gesetzliche Regelung, Einspeisekosten oder Vermeidung von Transformatorüberlast). Dabei wird der GridManager so konfiguriert, dass die produzierte Energie niemals ins Netz eingespeist wird. D.h. der GridManager misst die Erzeugungsleistungen des oder der Wechselrichter unter der Berücksichtigung des Eigenverbrauchs und vermeidet durch die ständige Kommunikation mit den Wechslerichtern die Einspeisung ins Netz. Der Wechselrichter selbst regelt die Erzeugungsleistung in Echtzeit, damit es nicht zu Netzeinspeisungen kommt. Erleben Sie Licht in neuer, farbiger Vielfalt. Mit dem DALI Gateway Colour für KNX steuern Sie DALI-Leuchten zentral und flexibel, individuell und vielseitig, um das Wohlbefinden gezielt zu steigern und eine besondere Atmosphäre zu schaffen. ‣ weiterlesen
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Der oder die Wechselrichter – es können bis zu 200kWp-Anlagen (15 Wechselrichter) sein, produzieren dann genauso viel Energie wie in diesem Moment direkt verbraucht werden kann. Zum Verbrauch gehört hier auch die Ladung von Speicherbatterien. Ein besonderes Merkmal des GridManagers ist die Echtzeitkommunikation zwischen dem Wechselrichter und dem Gerät selbst. Zwei verschiedene Typen von GridManagern werden für die Messungen bis zu 64A und mit externen Klappkernstromwandler, bis zu 250A pro angeschlossene Phase angeboten. Dank des intergrierten Mikrokontrollers werden die Messdaten in Millisekunden übertragen und somit eine fast gleichzeitige Umsetzung der Leistungsregelung in den Wechselrichtern gewährleistet.
Praktische Erfahrungen
Der GridManager findet überall seine Anwendung, wo die Anforderungen zur Leistungsreduzierung, Null-Einpeisung oder hohem Eigenverbrauch gewünscht wird bzw. erforderlich ist – unabhängig davon, ob er in einem ein- oder dreiphasigen Netz angeschlossen wird. Wechselrichter mit einem GridManager wurden bereits in den Ländern Deutschland, Österreich, Schweiz, Dänemark, Südafrika, Großbritannien, Irland und Nordirland installiert. Dabei zeigte sich, dass unterschiedliche Netze auch unterschiedliche Anforderungen haben. Relativ einfach ist es bei dreiphasigen Netzen, wie in Mitteleuropa. Die 60-prozentige Einspeisebegrenzung, erforderlich im Zusammenhang mit Energiespeichern und der KfW275-Förderung in Deutschland, wird so realisiert.
Schwieriger wird es jedoch bei einphasigen Netzen, wie in England, Irland und Teilen von Italien. Das aktuellste Projekt wurde in Nordirland im einphasigen Netz realisiert. Der netzparallele Betrieb mit Null-Einspeisung war aufgrund der begrenzten Netztransformator-kapazität die Voraussetzung und wurde von der DNO (Distribution Network Operator) in Nordirland akzeptiert. Dabei wurde der GridManager, bei einer 5kWp PV-Anlage, mit einem einphasigen-Solutronic Wechselrichter eingesetzt, der nur den Eigenverbrauch des Hauses abdecken sollte. Der GridManager wurde zwischen den Verbraucher und dem Verbrauchszähler am Netzeinspeisepunkt installiert. Die zu überwachende Phase wird durch den entsprechenden Messwandlereingang des GridManagers durchgeführt. Alle Komponenten des Systems, Wechselrichter, PC (für die Parametrierung) und der GridManager, werden in einem lokalen Netzwerk zusammengeschlossen. Die Datenkommunikation wird via LAN-Kabel über Modbus TCP IP realisiert. Die Einstellungen zur Parametrierung erfolgen mithilfe der Solutronic Energy Solplus+ Software, dabei muss nur der Wechselrichter sowie der GridManager parametriert werden. Eingestellt wurden lediglich folgende Parameter:
- • welche Phase überwacht werden soll
- • die Mindestentnahme der Energie aus dem Netz
- • die Summenleistung der überwachten Phasen (in diesem Fall war es nur eine Phase)
Der Wert für den Parameter ‚Mindestentnahme aus dem Netz‘ setzt sich aus der Differenz ‚verbrauchte Energie minus erzeugte Energie des Wechselrichters‘ zusammen. Damit wird definiert, ob und wenn ja, wieviel Energie ins Netz eingespeist oder vom Netz bezogen werden soll. Die Regel hierfür ist recht einfach: Ist der Wert positiv, wird nie Energie ins Netz gespeist. Bleibt der Wert jedoch negativ, wird die definierte Einspeiseleistung ins Netz gespeist, solange nach Abzug des Eigenverbrauchs noch erzeugte Energie zur Verfügung steht. Die Erfassung der Messwerte im GridManager und anschließende Übertragung in den Wechselrichter erfolgt in wenigen Millisekunden, hierfür ist der integrierte Mikrocontroller im Gerät verantwortlich. Von der Messung am GridManager bis zur Umsetzung der Vorgaben am Wechselrichter werden weniger als 100ms benötigt. Dies ist mit den sonst üblich eingesetzten Stromzählern und Kommunikationszeiten zum Wechselrichter, ganz abgesehen von der erforderlichen Regelung im Wechselrichter, gar nicht möglich. Sollte der Verbraucher einmal keine Energie benötigen, so regelt sich der Wechselrichter die Leistung auf Null-Einspeisung herab, was im installierten Netzzähler sofort zu erkennen ist.
Zusammenfassung
Die ‚GridManager-Lösung‘ lässt sich optimal in den folgenden Applikationen verwenden:
- • In allen Ländern, die eine Anschlussleistungsbegrenzung am Netzübergabepunkt vorschreiben. Die eingespeiste Maximalenergie kann exakt eingestellt werden.
- • In allen Ländern, bei denen eine Netzeinspeisung bezahlt werden muss. Dies ist z.B. in einigen afrikanischen Ländern der Fall.
- • In allen Anwendungsfällen, bei denen es aufgrund der begrenzten Transformatorleistungen nicht erlaubt ist, die PV-Anlagen für den Eigenverbrauch größer zu dimensionieren.
- • In allen Anwendungsfällen, bei denen der Eigenverbrauch die maßgebliche Rolle spielt. Mit dem GridManager wird die Versorgung der angeschlossen Verbraucher gewährleistet und möglichst keine oder nur die überschüssige Energie ins Netz eingespeist.
- • Bei KfW275-Förderanlagen, bei denen die 60-prozentige Einspeisebegrenzung gefordert wird.
- • In netzparallel betriebenen Anlagen mit PV, Batterien und Generatoren, um den Generatorbetrieb, bei ausreichender PV Energieerzeugung und Batterienetzbeitrag, zu vermeiden.
