Netzgebundene Photovoltaikanlage - Grid-connected photovoltaic power system

Eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage oder eine netzgekoppelte PV-Anlage ist eine Strom erzeugende Solar-PV-Anlage , die an das Versorgungsnetz angeschlossen ist . Eine netzgekoppelte PV-Anlage besteht aus Sonnenkollektoren , einem oder mehreren Wechselrichtern , einer Stromkonditionierungseinheit und Netzanschlussgeräten. Sie reichen von kleinen Dachsystemen für Privathaushalte und Gewerbe bis hin zu großen Solarkraftwerken im Versorgungsmaßstab . Im Gegensatz zu eigenständigen Stromversorgungssystemen enthält ein netzgekoppeltes System selten eine integrierte Batterielösung , da diese immer noch sehr teuer sind. Wenn die Bedingungen stimmen, liefert die netzgekoppelte PV-Anlage den überschüssigen Strom über den Verbrauch durch die angeschlossene Last hinaus an das Versorgungsnetz .

Betrieb

Wohn-, netzgekoppelter Dachsysteme , die eine Kapazität von mehr als 10 kW haben kann , um die Last der meisten Verbraucher erfüllen. Sie können überschüssigen Strom in das Netz einspeisen, wo er von anderen Benutzern verbraucht wird. Die Rückmeldung erfolgt über ein Messgerät zur Überwachung der übertragenen Leistung. Die Photovoltaikleistung kann unter dem Durchschnittsverbrauch liegen. In diesem Fall kauft der Verbraucher weiterhin Netzenergie, jedoch in geringerem Umfang als zuvor. Wenn die Leistung der Photovoltaik den Durchschnittsverbrauch erheblich übersteigt, liegt die von den Paneelen erzeugte Energie weit über dem Bedarf. In diesem Fall kann der überschüssige Strom Einnahmen bringen, indem er an das Netz verkauft wird. Abhängig von der Vereinbarung mit dem örtlichen Energieversorgungsunternehmen muss der Verbraucher nur die Kosten für den Stromverbrauch abzüglich des Werts des erzeugten Stroms bezahlen. Dies ist eine negative Zahl, wenn mehr Strom erzeugt als verbraucht wird. Zusätzlich werden in einigen Fällen vom Netzbetreiber Bargeldanreize an den Verbraucher gezahlt.

Der Anschluss der Photovoltaikanlage kann nur über eine Zusammenschaltungsvereinbarung zwischen dem Verbraucher und dem Versorgungsunternehmen erfolgen. In der Vereinbarung sind die verschiedenen Sicherheitsstandards aufgeführt, die während der Verbindung einzuhalten sind.

Eigenschaften

Elektrischer Strom aus Photovoltaikmodulen muss von einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden, wenn er für die Versorgung eines Stromnetzes vorgesehen ist. Der Wechselrichter befindet sich zwischen der Solaranlage und dem Netz und kann eine große eigenständige Einheit oder eine Ansammlung kleiner Wechselrichter sein, die als Wechselstrommodul an einzelnen Sonnenkollektoren angebracht sind . Der Wechselrichter muss Netzspannung, Wellenform und Frequenz überwachen. Der Wechselrichter muss einen Ausfall der Netzversorgung erkennen und darf das Netz nicht mit Strom versorgen. Ein Wechselrichter, der an eine fehlerhafte Stromleitung angeschlossen ist, trennt sich automatisch gemäß den Sicherheitsregeln, die je nach Gerichtsbarkeit variieren. Der Ort des Fehlerstroms spielt eine entscheidende Rolle bei der Entscheidung, ob der Schutzmechanismus des Wechselrichters aktiviert wird, insbesondere für ein niedriges und mittleres Stromversorgungsnetz. Ein Schutzsystem muss den ordnungsgemäßen Betrieb bei Fehlern außerhalb des Wechselrichters im Versorgungsnetz sicherstellen. Der Wechselrichter muss so ausgelegt sein, dass er seine Wechselstromfrequenz mit dem Netz synchronisiert, um die korrekte Richtung des Stromflusses sicherzustellen.

Anti-Islanding

Diagramm einer netzgekoppelten PV-Anlage für Privathaushalte

Inselbildung ist der Zustand, in dem ein verteilter Generator einen Standort weiterhin mit Strom versorgt, obwohl kein Strom aus dem Stromversorgungsnetz mehr vorhanden ist. Inselbildung kann für Versorgungsarbeiter gefährlich sein, die möglicherweise nicht erkennen, dass ein Stromkreis noch mit Strom versorgt wird, obwohl das Stromnetz keinen Strom liefert . Aus diesem Grund müssen verteilte Generatoren Inselbildung erkennen und sofort die Stromerzeugung einstellen. Dies wird als Anti-Islanding bezeichnet.

Im Falle eines Stromausfalls in einer netzgekoppelten PV-Anlage liefern die Solarmodule weiterhin Strom, solange die Sonne scheint. In diesem Fall wird die Versorgungsleitung zu einer "Insel" mit Strom, die von einem "Meer" von nicht mit Strom versorgten Leitungen umgeben ist. Aus diesem Grund müssen Solarwechselrichter , die für die Stromversorgung des Netzes ausgelegt sind, im Allgemeinen über eine automatische Inselschutzschaltung verfügen. Bei einer absichtlichen Inselbildung trennt sich der Generator vom Netz und zwingt den verteilten Generator, den lokalen Stromkreis mit Strom zu versorgen. Dies wird häufig als Notstromversorgungssystem für Gebäude verwendet, die normalerweise ihren Strom an das Stromnetz verkaufen.

Es gibt zwei Arten von Anti-Insel-Kontrolltechniken:

  • Passiv: Die Spannung und / oder die Frequenzänderung während des Netzausfalls wird gemessen und eine positive Rückkopplungsschleife verwendet, um die Spannung und / oder die Frequenz weiter von ihrem Nennwert wegzuschieben. Frequenz oder Spannung dürfen sich nicht ändern, wenn die Last sehr gut mit dem Wechselrichterausgang übereinstimmt oder die Last einen sehr hohen Qualitätsfaktor aufweist (Verhältnis von Blindleistung zu Wirkleistung). Es gibt also eine Non Detection Zone (NDZ).
  • Aktiv: Bei dieser Methode werden Fehler in Frequenz oder Spannung injiziert. Wenn das Netz ausfällt, akkumuliert sich der Fehler und drückt die Spannung und / oder Frequenz über den zulässigen Bereich hinaus.

Vorteile

  • Systeme wie Net Metering und Feed-In Tarif, die von einigen Systembetreibern angeboten werden, können die Stromverbrauchskosten eines Kunden ausgleichen. An einigen Standorten können Netztechnologien jedoch die dezentrale Stromerzeugung nicht in das Netz einspeisen, sodass der Export von überschüssigem Strom nicht möglich ist und dieser Überschuss geerdet wird.
  • Netzgebundene PV-Systeme sind vergleichsweise einfacher zu installieren, da sie kein Batteriesystem erfordern.
  • Die Netzverbindung von Photovoltaik-Stromerzeugungssystemen (PV) hat den Vorteil einer effektiven Nutzung des erzeugten Stroms, da keine Speicherverluste entstehen.
  • Eine Photovoltaikanlage ist über ihre Lebensdauer kohlenstoffnegativ , da jede Energie, die über die zum Bau des Panels hinaus erzeugte Energie erzeugt wird, zunächst die Notwendigkeit der Verbrennung fossiler Brennstoffe ausgleicht. Auch wenn die Sonne nicht immer scheint, führt jede Installation zu einer vernünftigerweise vorhersehbaren durchschnittlichen Reduzierung des Kohlenstoffverbrauchs.

Nachteile

  • Eine netzgekoppelte PV kann Probleme mit der Spannungsregelung verursachen . Das traditionelle Netz arbeitet unter der Annahme einer Einweg- oder Radialströmung. In das Netz eingespeiste Elektrizität erhöht jedoch die Spannung und kann Pegel außerhalb der akzeptablen Bandbreite von ± 5% treiben.
  • Eine netzgekoppelte PV kann die Stromqualität beeinträchtigen . Die intermittierende Natur von PV bedeutet schnelle Spannungsänderungen. Dies verschleißt nicht nur die Spannungsregler durch häufiges Einstellen, sondern kann auch zu Spannungsflimmern führen.
  • Der Anschluss an das Stromnetz ist mit vielen schutzbezogenen Herausforderungen verbunden. Zusätzlich zur Inselbildung, wie oben erwähnt, führen zu hohe Niveaus von netzgekoppeltem PV zu Problemen wie Relais-Desensibilisierung, störender Auslösung, Interferenz mit automatischen Wiedereinschaltern und Ferroresonanz .

Siehe auch

Verweise

Externe Links