Zusammenfassung

Mit der zunehmenden Verbreitung von Photovoltaik (PV)-Systemen in gewerblichen und industriellen Umgebungen liegt der Schwerpunkt zu Recht verstärkt auf der finanziellen Rendite und den präzisen Leistungserwartungen. Ein häufig übersehener Aspekt des Einsatzes von Solarenergie ist jedoch die umfassende Bewertung der Netzqualität (PQ) – sowohl vor als auch nach der Installation. Durch die Identifizierung bestehender Netz- oder Anlagenprobleme und die Bewertung der Auswirkungen von PV-Systemen auf die Stromqualität können die Beteiligten die Infrastruktur schützen, die Leistung verbessern und die Garantie- und Compliance-Standards einhalten. In diesem Whitepaper werden die strategischen Vorteile von PQ-Bewertungen bei Solaranlagen untersucht, wobei Einblicke in den Betrieb vor Ort und in Testdaten gewonnen werden, die beispielsweise bei der Standortbewertung in Xalapa, MX, erfasst wurden.

Verständnis der Stromqualität im Zusammenhang mit der Solarenergie

Die Netzqualität bezieht sich auf die Stabilität und Reinheit der elektrischen Energie, die an eine Anlage geliefert oder über ein Netz verteilt wird. Sie umfasst Faktoren wie Spannungsregelung, Oberschwingungen, Flicker und Transienten. All diese Faktoren können die Leistung von Geräten beeinträchtigen oder auf systemische Probleme hinweisen.

Für Solaranlagen geltende Normen

Diese PQ-Standards für die Einhalten und Überwachung gelten für alle PV-Anlagen:

• IEEE 1547.1 – 2020
• IEC 61000-4-30
• IEEE 519

IEEE 1547, eine weit verbreitete Norm für die Zusammenschaltung von dezentralen Energieressourcen (DERs) mit Stromnetzen, muss berücksichtigt werden, und alle PV-Anlagen müssen ihr entsprechen. Eine kürzlich erfolgte Änderung, IEEE 1547.1 – 2020, definiert Konformitätstests und verlangt, dass IEC 61000-4-30 Klasse A-konforme PQ-Messgeräte für Spannungs- und Stromverzerrungen und andere Bewertungen verwendet werden.

PV-Systeme sind zwar vorteilhaft, können aber auf komplexe Weise mit dem Netz interagieren. Wechselrichter und Verbindungspunkte können Oberschwingungen oder Spannungsschwankungen verursachen. Ausserdem können Netzbedingungen, die ausserhalb der erwarteten Parameter liegen, den Betrieb von Wechselrichtern verhindern, was sich negativ auf die Produktion der PV-Anlage auswirkt und möglicherweise teure Komponenten beschädigt.

Ohne PQ-Prüfungen vor und nach der Installation kann es schwierig sein, die Quelle von PQ-Problemen zu identifizieren, die durch die PV-Anlage, das bereits vorhandene Netz oder eine Wechselwirkung zwischen den beiden Systemen verursacht werden. Ausserdem können Anomalien unbemerkt bleiben, was zu vermeidbaren und kostspieligen Ineffizienzen oder Ausfällen des Systems führen kann.

Einblicke in die reale Welt: Lektionen aus dem Standort Xalapa

Kürzlich wurde eine Bewertung einer auf dem Dach einer Pergola montierten PV-Anlage in Xalapa, Mexiko, durchgeführt. Die Anlage kann 16 kW AC / 16,35 kW DC mit zwei einphasigen Wechselrichtern von 10 kW und 6 kW erzeugen. Der Zweck der Bewertung war die Durchführung eines «Gesundheitschecks» und die Demonstration der Vorteile einer PQ-Studie für ein PV-System. Die Ingenieure vor Ort setzten sowohl PV- als auch PQ-Instrumente ein, um die Leistung des Systems und die Interaktion mit dem Netz zu bewerten. Die verwendeten Messgeräte waren:

• Seaward PV210 IV-curve tracer, ein Tool, das speziell entwickelt wurde um zu überprüfen, ob die Solarmodule auf einem gleichmässigem Niveau arbeiten
• Dranetz HDPQ Xplorer Plus, ein tragbares PQ-Gerät nach IEC 61000-4-30 Klasse A

Beobachtungen und Erkenntnisse

PV-Leistungsprobleme identifizieren

Die Verfolgung von IV-Kurven ist eine Methode zur Prüfung von Solarmodulen und -anlagen, um ihre Leistung zu bewerten und mögliche Probleme zu erkennen. Dabei wird das Verhältnis von Strom (I) und Spannung (V) des Moduls aufgezeichnet. In diesem Fall zeigten die vom Seaward PV210 erfassten I-U-Kurven-Daten einen Defekt bei einem der drei getesteten Solarstrings. Die Ursache, die ein Problem wie Verschmutzung, Abschattung oder ein Hardwarefehler sein könnte, musste weiter untersucht werden, um sie festzustellen. Ohne diese Testdaten wäre der Defekt jedoch möglicherweise unbemerkt geblieben, was möglicherweise zu langfristigen Leistungsproblemen geführt hätte.

PQ-Oberschwingungsproblem indentifiziert

Mit Hilfe des HDPQ-Messgeräts konnten die Ingenieure vor Ort feststellen, dass die Oberschwingungen an den Wechselrichterausgängen sehr hoch waren und weit über den empfohlenen Grenzwerten der IEEE 519 lagen. Wie in Abbildung 1 unten dargestellt, betrug Vthd etwa 60 %, und es traten erhebliche Oberschwingungen gerader Ordnung auf, die in den meisten Stromsystemen nicht vorkommen. Oberschwingungen können zur Überhitzung von induktiven Geräten wie Transformatoren, Resonanzen, hohen Nullströmen und Überspannungsproblemen führen und letztlich die Abschaltung des Systems verursachen. Es mussten weitere Untersuchungen durchgeführt werden, um die Quelle der Oberschwingungen zu ermitteln.

Wie in Abbildung 2 dargestellt, weist der Gleichstromeingang der Wechselrichter einen Wert von etwa 11 V auf, der mit 120 Hz schwingt. Dies ist das Doppelte der Grundfrequenz von 60 Hz und höchstwahrscheinlich auf die oben beschriebenen erheblichen Oberschwingungen zweiter Ordnung (120 Hz) zurückzuführen.

Mit diesen bewerten Praktiken Ärger aus dem Weg gehen

Führen Sie PQ-Prüfungen vor und nach der Installation durch. Die PQ-Prüfung vor der Inbetriebnahme der PV-Anlage kann eine Ausgangsbasis für die Identifizierung von Altlasten liefern und den PV-Installateur von bereits bestehenden Problemen isolieren. Die Prüfungen nach der Inbetriebnahme können dann alle PQ-Störungen isolieren, die durch die PV-Anlage selbst verursacht wurden.

Dieser zweistufige Ansatz gewährleistet die Netzbereitschaft und stellt sicher, dass die PV-Integration die Stromqualität nicht verschlechtert hat. Für den Standort Xalapa ist es schwierig festzustellen, ob das Oberschwingungsproblem bereits vor der Inbetriebnahme der PV-Anlage bestand oder ob die PV-Anlage die Ursache ist.

Durchführung jährlicher PQ- und elektrischer Gesundheitsprüfungen

Durch die mindestens jährliche Prüfung der Netzqualität können Projektteams die Verantwortung für Fehler zuweisen, die Leistung validieren und die langfristige Zuverlässigkeit sicherstellen.

Korrelieren Sie die Systemleistung mit PQ-Metriken

Machen Sie die Durchführung von PQ-Tests und die Korrelation von PQ-Metriken mit der Systemleistung zu einem Teil Ihres Systemwartungsprozesses. Auf diese Weise können Sie Probleme erkennen, bevor sie zu Problemen werden, und erhalten einen tieferen Einblick in potenzielle Beeinträchtigungen und den Betriebszustand.

Einbeziehung der PQ-Ergebnisse in Abnahme- und Garantieprotokolle

Dies erhöht die Verantwortlichkeit aller Beteiligten, von den Lieferanten über die Installateure bis hin zu den Bauherren.

Spezifizieren und installieren Sie einen festen, permanenten PQ-Zähler

Eine dauerhafte Installation von PQ-Zählern ist zwar teurer, liefert aber auf einer konsistenten Basis weitaus mehr Daten zu PQ-Ereignissen. Ausserdem kann dies die beste Option für problematische Standorte sein.

Zusammenstellen von Garantie- und Konformitätsnachweisen Die Erstellung eines Papierprotokolls mit den Daten der elektrischen Leistungstests ist ein wichtiger Schritt zur Begründung von Garantieansprüchen. Darüber hinaus erfüllt es die gesetzlichen Anforderungen.

Das Endergebnis

Wie das Xalapa-Projekt gezeigt hat, kann ein strukturierter Ansatz für die PQ-Prüfung, der die Bewertung der Netzqualität in den Lebenszyklus von Solaranlagen einbezieht, dafür sorgen, dass die Anlagen länger in Betrieb bleiben, und – was noch wichtiger ist – dass Sie keine Probleme bekommen.

Weitere Ressourcen zur Stromqualität finden Sie auf unserer Seite Fallstudien.

Autor

Dranetz Technologies, Inc.

Quelle: https://www.dranetz.com/wp-content/uploads/2025/06/PQ-Solar-White-Paper-FINAL.pdf

Urheberrechte:

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