Umsatzrückgänge von 15 Prozent
In einem Solarkraftwerk in Südwestdeutschland werden trafolose Zentralwechselrichter zum Netzanschluss verwendet. Bei einigen Zentralwechselrichtern kam es zu Ausfällen von EMV-Filtern. Durch Messungen vor Ort konnte an fast jedem zweiten eingesetzten Wechselrichter eine starke Überlagerung der DC-Spannung mit AC-Anteilen festgestellt werden. Die DC PV-Leistung war dabei um ca. 30% verringert. Die morEnergy GmbH wurde beauftragt, die Ursache für den leistungsreduzierten Betrieb zu finden und diese zu lösen.
Netzimpedanz und Power Quality
Vor Ort wurden Messungen zur Bestimmung der frequenzabhängigen Netzimpedanz und Power Quality jeweils bei einem Wechselrichter ohne signifikante AC-Anteile in der DC-Spannung sowie einem Wechselrichter mit hohen AC-Anteilen in der DC-Spannung während des einspeisenden Betriebs vorgenommen. Es traten keine hohen AC-Anteile auf, sodass ein Problem der Regelung und Steuerung des Wechselrichters ausgeschlossen werden konnte. Auffällig während der Impedanzmessungen war, dass die Parallelresonanzen auf einem breiten Frequenzband eine unterschiedliche Güte aufwiesen. Diese Abweichungen konnten nur durch Unterschiede in den Filtern erklärt werden, welche daraufhin im Betrieb untersucht wurden.
Filter
Durch Überlegungen kam die Vermutung auf, dass sich die AC-Anteile auf der DC-Seite durch Filterkapazitäten über Erde auf die DC-Seite einkoppeln. Aus den Messergebnissen ging hervor, dass die Kapazität zwischen zwei Außenleitern bei allen Wechselrichtern ähnlich ist. Allerdings unterschied sich die Kapazität zwischen Außenleiter und Erde von problembehaftetem zu nicht problembehaftetem Wechselrichter um den Faktor 1000, was die unterschiedlichen Netzimpedanzverläufe erklärte. Aus diesen unterschiedlichen Erdkapazitäten ergab sich nur eine plausible Erklärung, warum einige Wechselrichter, problemlos betrieben werden können und andere nicht – das Alter.
Wechselrichter und ihre Eigenschaften
Wechselrichter sind elektrische Schaltungen die aus Gleichstrom Wechselstrom machen können. Dieser Wechselstrom ist aber im Vergleich zum 50 Hz Wechselstrom im Netz stark verzerrt. Dies reduziert die Spannungsqualität des Netzes, weshalb Filter in jedem Wechselrichter eingesetzt sind. Stand der Technik sind es passive Filter, die aus einem elektrischen Netzwerk mit Kondensatoren und Spulen bestehen. Diese Bauteile sind einem Alterungsprozess unterworfen. Wenn z.B. Kondensatoren altern, kommt es in den meisten Fällen zu einem Absinken der Kapazität, bis keine Kapazität mehr vorhanden ist und die Kondensatoren vollständig isolierend wirken. Diese Alterungsprozesse können für Anlagen gefährlich sein, da im Laufe der Jahre die Filterparameter sich verschieben und hierdurch die Anlagen nicht mehr richtig geschützt werden.
Die morEnergy-Lösung
Um zu verhindern, dass sich AC-Anteile auf die DC-Seite von Wechselrichter einkoppeln, sollte der AC-Hauptfilter und ein AC-Nebenfilter modifiziert bzw. gegen neue Filter ausgetauscht werden. Dabei war zu beachten, dass Filter eingesetzt wurden, die keine oder nur sehr geringe Kapazitäten gegenüber Erde aufweisen. Als kurzfristige Sofortmaßnahme kam ein Abklemmen eines Filters in Frage. Dadurch wurden die kapazitiven Erdströme und damit die verstärkte Kopplung von EMV-Störungen von der AC-Seite zur DC-Seite reduziert. Die Erdkapazitäten des AC-Hauptfilters mussten jedoch auch beseitigt werden, um das Problem vollständig zu beheben. Nach den Empfehlungen durch morEnergy konnte der Solarpark wieder mit 100% Leistung betrieben werden, was einen signifikanten Wiederanstieg der Einnahmen zur Folge hatte.
morEnergy bietet seinen Kunden präventive Messungen im Rahmen von DGUV V3 oder anderen Kontrollmessungen an, um fehlerhafte Bauteile zu erfassen. Dies kann mit der von morEnergy entwickelten ONIS-Technology im laufenden Betrieb geschehen und ist zur Zeit weltweit einzigartig.