Das Forschungsprojekt zur Entwicklung und Validierung eines Messwerkzeugs zur Erfassung der frequenzabhängigen Netzimpedanz als Beitrag zur Systemidentifikation von PV-Hybrid-Inselsystemen in der Niederspannung wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (ZIM) bewilligt.

Der wirtschaftliche Erfolg und Wohlstand einer Nation ist sehr stark mit dem Energieverbrauch verbunden. Die elektrische Energieversorgung trägt hierzu einen wesentlichen Beitrag. In wirtschaftlich entwickelten Staaten wurde im Laufe der Zeit aus einer anfänglichen Inselversorgung ein vermaschtes Energiesystem aufgebaut, das zuverlässig zur Verfügung steht. Anders sieht es z.B. in großen Teilen Afrikas aus, wo teilweise mehr als 90% der Bevölkerung keinen (zuverlässigen) Zugang zu elektrischer Energie haben. Teilweise wird die meist dezentrale elektrische Energieversorgung auf Basis von Dieselgeneratoren realisiert, günstig in der Anschaffung, ökonomisch und ökologisch ein Desaster. Diese gegen regenerative Erzeugung zu ersetzen wird mit PV-Diesel-Hybrid-Systemen versucht, entweder als Ergänzung von Dieselgeneratoren, welche weiterhin als Führungskraftwerk agieren, in modernen Systemen der beinahe komplette Ersatz der Dieselgeneratoren, mit einem Batteriesystem als Führungskraftwerk.

Diese Fälle stehen für große Herausforderungen: im Gegensatz zu rotierenden Generatoren bei Einsatz von Dieselgeneratoren werden bei PV-Systemen, Windkraftanlagen oder Batteriespeichern Frequenzumrichter eingesetzt, welche eine andere Charakteristik aufweisen wie konventionelle Generatoren: Ströme werden aktiv mit wesentlich höherer Bandbreite geregelt, um die Hardware im Fehlerfall zu schützen, die sinusförmigen Ausgangsgrößen werden über schnell getaktete Schalter nachgebildet. Solche Leistungselektronik ist bereits vielfach in netzgekoppelten Anwendungen eingesetzt, im Inselsystem ergeben sich weitere Anforderungen - auch sind die Bedingungen andere, beispielsweise können einzelne Lasten ähnlichen Leistungsgrößen wie einzelne Erzeuger aufweisen, mit hohen dynamischen Anforderungen an Erzeugung und Speicherung. Nichtlineare Verbraucher erzeugen Oberschwingungen im Strom, welche die Sinusform der Netzspannung und somit die Spannungsqualität negativ beeinflussen, mit Auswirkungen u.a. auf die Erzeugungs- und Speicheranlagen und deren Regelung. Auch sind aufgrund der dem Umrichtereinsatz geschuldeten reduzierten Kurzschlussleistung („schwache Inselsystem“) andere Anforderung an Regler-Parametern der einzusetzenden Umrichter gefordert, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten. Diese Herausforderungen stellen in der konkreten Umsetzung ein enormes wirtschaftliches Risiko dar, welches entweder in der geplanten Hardware eingepreist oder ggf. in der späteren Umsetzung realisiert werden muss, z.B. durch ein nicht zuverlässiges Gesamtsystem. Ein stabiler Inselbetrieb ist aber Grundvoraussetzung für den Umstieg von fossilen auf regenerativen Erzeugern in Kombination mit Speichern.

Die Anforderungen in einem großen Netzverbund sind andere, die im Markt verfügbaren Produkte sind aber im Wesentlichen für den großen Netzverbund entwickelt.

Diese beschriebene Effekte können zeitweise auftreten, abhängig vom jeweiligen Kundensystem, mit teilweise katastrophalen Folgen: Blackout, Hardwareschäden usw. Das PV-Hybrid-Inselsysteme Projekt wird einen mehrstufigen Ansatz umsetzen, um diesen Folgen vorzubauen. Seien Sie gespannt auf die ersten Ergebnissen des Projektes.