Forum: Haus & Smart Home PV-Wechselrichter Grundlagen


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von Richard M. (richard-os)


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Hallo,
folgende Grundlagenfrage zu PV-Wechselrichtern beschäftigt mich:
Wenn die Solarmodule volle Leistung liefern und andererseits das äußere 
Stromnetz ebenfalls praktisch unbegrenzt liefern könnte und wenn im Haus 
Verbraucher eingeschaltet werden, wie sorgt dann der WR dafür, dass die 
Leistung vom Dach und nicht aus dem Netz kommt?
Weiter sollte ein Überschuss eingespeist werden: Wie drückt der WR die 
Leistung ins Netz?
Grüße Richard

von H. H. (Gast)


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Der Wechselrichter hat da einen Trick: er kennt das Ohmsche Gesetz und 
die Kirchhoffschen Regeln.

von Achim M. (minifloat)


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Richard M. schrieb:
> wie sorgt dann der WR dafür, dass die Leistung vom Dach und nicht aus
> dem Netz kommt?

Es kommt nur darauf an, in welche Richtung die Leistung im 
Übergabepunkt, sprich Zähler, fließt. Da die Spannung durch das Netz 
vorgegeben ist, wird die Richtung der Leistung über den Strom 
eingestellt.

Richard M. schrieb:
> Wie drückt der WR die Leistung ins Netz?

Es kommt nur darauf an, in welche Richtung die Leistung im 
Übergabepunkt, sprich Zähler, fließt. Da die Spannung durch das Netz 
vorgegeben ist, wird die Richtung der Leistung über den Strom 
eingestellt.

mfg mf

von Richard M. (richard-os)


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Hallo,
ja, die kenne ich auch. Hier gibt es aber zwei Stromquellen, die 
PV-Anlage und das Netz. Beide sind parallel zu den Verbrauchern 
geschaltet. Der WR kann das Netz nicht abschalten. Regelt er seine 
Spannung höher?
Grüße Richard

von Hans W. (Firma: Wilhelm.Consulting) (hans-)


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Richard M. schrieb:
> Regelt er seine
> Spannung höher?

Jain. Es wird der Strom geregelt.
Dafür braucht er aber im einfachsten Fall eine höhere/niedrigere 
Spannung als die positive/negative Scheitelspannung des Sinus.

Bei deiner Betrachtung solltest du eine reale Spannungsquelle für das 
Netz (also mit Innenwiderstand) nehmen und den Wechselrichter als 
Stromquelle sehen.

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von Flip B. (frickelfreak)


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Das Netz gibt die Spannung und frequenz vor. Der Wechselrichter arbeitet 
als Stromquelle (NICHT Spannungsquelle) somit ergibt sich am 
wechslrichter eine leicht höhere spannung, die den Leitungswiderstand 
überwindet und daher Leistung ins Netz speist.

Achtung: im gegensatz zu Ansynchrongeneratoren gibt es hier im 
Normalfall KEINE Phasenverschiebung, auch wenn das einige altgelehrte 
hier häufiger mangels verständnis postulieren.

ein vebraucher zwischen zähler und WR verringert allenfalls die 
einspeiseleistung richtung netz, davon bekommt der WR aber nichts mit, 
solange er keine Messeinrichtung am Hausanschluss/Zähler besitzt.

: Bearbeitet durch User
von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Flip B. schrieb:
> Phasenverschiebung,

Die Phasenverschiebung beträgt ungefähr bis zu 3 Grad. Das liegt daran, 
dass nach dem Nulldurchgang ein Mittelwert aus sinusförmiger Stromquelle 
und sinusförmiger Ausgangsspannung leicht über der Netzspannung mit 
einer geringfügig höheren Frequenz, als die aktuelle Netzfrequenz, 
moduliert wird. Somit ist in der Regel die Halbwelle etwas früher zu 
Ende (dabei ist die Netzspannung im Bereich von 10...20V vom Nullpunkt 
entfernt) und es wird wieder auf den nächsten Nulldurchgang gewartet. 
Wenn jetzt das Netz weggefallen sein sollte, dann würde duch die 
früheren Nulldurchgänge die Frequenz pro Halbwelle um ungefähr ein 
Prozent steigen und bei Erreichen der maximalen Netzfrequenz abschalten.

Eine Phasenverschiebung gibt es, aber die ist unterschiedlich zur SM und 
ASM.

Was anderes wären 4-Quadranten-Sinus-Wechselrichter, die auch kapazitive 
und induktive Blindleistung erzeugen, sowie als aktives Oberwellenfilter 
fingieren.

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


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Richard M. schrieb:
> Wie drückt der WR die Leistung ins Netz?

Erstmal: es gibt verschiedene Wechselrichter, je nach Einsatzzweck.

Deins ist ein netzgeführter Wechselrichter, der liefert STROM, und zwar 
positiven Strom wenn die Netzwechselspannung am steigen ist und 
negativen Strom wenn sie am fallen ist. Er erhöht also nicht einfach die 
Spannung, sondern versucht die Phase zu verschieben in Richtung 
schneller.

Was das Haus an Strom verbraucht, nimmt es sich, der Rest geht ins Netz.

Würde es ihm gelingen, die Spannung signifikant anzuheben oder die 50Hz 
signifikant zu beschleunigen schaltet der WR sofort ab um 
Inselnetzbildung zu verhindern.

Um Blindstrom und Phasenverschiebung der Lasten mit ungleichmässiger 
Stromaufnahme (crest faktor) kümmert er sich nicht, das macht alles das 
Stromnetz, aber weil Stromzähler über mehr als 1 Sinuswelle integrieren, 
gibts den dazu nötigen Strom aus dem Netz gratis, wenn in derselben Zeit 
der WR nur genug Strom in Summe geliefert hat.

von Richard M. (richard-os)


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Hallo,
erstmal Danke, dass hier meine Fragen ernst genommen werden.
Auch an die Phasenverschiebung bzw. leichte Frequenzerhöhung hatte ich 
gedacht, weil ja die Frequenz das Maß für die Netzzustandsqualität ist.
Aber Eure Erläuterungen helfen meinem Verständnis.
Im Fall meiner Anlage (ein Mikrowechselrichter pro Modul, zwei 
dreiphasige Strings und kleiner Steuerrechner, "Enphase") gibt es 
Messkoppler an den PV-Strings und direkt am Zähler (Intelligente 
Messeinrichtung).
Nach der ersten knappen Antwort hatte ich auch an den Innenwiderstand 
des Netzes gedacht, wusste aber nicht weiter.
Grüße Richard
Jetzt (22:56) sind noch weitere Beiträge aufgelaufen. Danke auch dafür.

: Bearbeitet durch User
von Flip B. (frickelfreak)


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Michael B. schrieb:
> Deins ist ein netzgeführter Wechselrichter, der liefert STROM, und zwar
> positiven Strom wenn die Netzwechselspannung am steigen ist und
> negativen Strom wenn sie am fallen ist. Er erhöht also nicht einfach die
> Spannung, sondern versucht die Phase zu verschieben in Richtung
> schneller.

Und was macht er mit all der Leistung, die vom Dach aus der PV kommt, 
wenn er den ganzen Tag nur Blindleistung einspeist?

10x Widerhohlen macht das nicht Wahrer...

1-2% Frequenzabweichung zur einhaltung der Normgerechten Abschaltzeiten 
bei Netzausfall sind ein anderes Thema, da gehe ich mit. Besonders da 
die mit jedem Nulldurchgang wieder wegsynchronisiert werden. Ebenfalls 
Computersimulerte Massenträgheit und Netzdienliche computergesteuerte 
Phasenverschiebung in modernen Wechselrichtern. Hat mit dem einspeisen 
nichts zu tun und könnte beides auch  in einem Separaten Gerät 
untergebracht werden.

Ein Netz, was rein aus rotierendem Synchrongenerator und phasenrichtig 
einspeisendem Wechselrichter besteht, würde dennoch bei 
Leistungsüberschuss in der Frequenz hochlaufen, aber lediglich aufgrund 
des vom Leistungsüberschuss beschleunigten Generators.

: Bearbeitet durch User
von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Flip B. schrieb:
> beschleunigten Generators.

Rund 4% wäre die benötigte Rotationsenergie der großen Generatoren um 
von der Nennfrequenz bis harten Regelungsgrenze hochzubeschleunigen. 
Wenn man allerdings weiss, dass die Rotationsenergie locker für über 
eine Minute für eine nennenswerte Abbremsung mit Nennleistung benötigt, 
sieht man stark die Massen Schwankungen im Netz dämpfen können. Wenn es 
zu wenig Massen im Netz werden, gibt es eine Herausforderung, die nicht 
ohne neuen Aufwand gelöst werden kann.

von Michael B. (laberkopp)


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Flip B. schrieb:
> 10x Widerhohlen macht das nicht Wahrer...

Oje wie hohl ist das denn.

> Und was macht er mit all der Leistung, die vom Dach aus der PV kommt,
> wenn er den ganzen Tag nur Blindleistung einspeist?

Er verhält sich klugerweise genau wie ein (rotierender Umformer) 
Generator, denn er ist ein Generator und sein Strom soll als solcher vom 
Zahler gezählt werden.

> 1-2% Frequenzabweichung sind ein anderes Thema, da gehe ich mit.

Das (Versuch der Erreichung des Nulldurchgangs kurz vor dem realen 
Nulldurchgang) führt genau zum selben Verhalten das ich beschrieben 
habe.

von Thomas R. (thomasr)


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Die Stromeinspeisung der WR führt letztlich zu einer Spannungserhöhung 
im Ortsnetz weil der Ortnetztrafo dann "überdimensioniert" ist (es 
fließt weniger Strom von der 20kV zur 400V Ebene weil die ganzen WR auf 
der 400Volt Seite die Spannung anheben).

Dann muß entweder:

der WR abgeregelt werden (ab 25kW Einspeiseleistung muß der WR vom VNB 
steuerbar sein)

der WR abschalten (per SW/FW eingestellte Grenzen werden überschritten)

der Ortsnetztrafo "runterschalten" (regelbare Trafos sind teuer und 
deswegen macht der VNB lieber die Abschaltung der WR)

Die Frequenz im Ortsnetz hat sich in der ganzen Zeit nicht geändert. Das 
kommt erst zum Tragen wenn schon im Höchstspannungsnetz etwas 
schiefläuft.

von Peter M. (r2d3)


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Hallo Michael B.,

Michael B. schrieb:
> Deins ist ein netzgeführter Wechselrichter, der liefert STROM, und zwar
> positiven Strom wenn die Netzwechselspannung am steigen ist und
> negativen Strom wenn sie am fallen ist. Er erhöht also nicht einfach die
> Spannung, sondern versucht die Phase zu verschieben in Richtung
> schneller.

Das bedeutet, dass der Wechselrichter im Nulldurchgang einmal eine 
positive und einmal eine negative Spannung abgibt. Ist das so?!

Es reicht ein geringfügiger Spannungsunterschied, und der Strom fließt 
ins Netz, so mein Verständnis des Ohmschen Gesetz.

Der Strom, den der Wechselrichter in das Netz gibt, den brauchen die 
anderen Kraftwerke nicht mehr abzugeben. Diese werden entlastet. 
Infolgedessen werden die Rotoren aller anderen Kraftwerke nicht mehr so 
stark abgebremst und die Netzfrequenz steigt.

Die Veränderung der Netzfrequenz erfolgt meiner Vermutung nach über den 
oben beschriebenen Effekt und nicht, weil die Wechselrichter den Phasen 
vorauseilen wollen.

> Was das Haus an Strom verbraucht, nimmt es sich, der Rest geht ins Netz.
>
> Würde es ihm gelingen, die Spannung signifikant anzuheben oder die 50Hz

Was bedeutet denn "signifikant" quantitativ?

> signifikant zu beschleunigen schaltet der WR sofort ab um
> Inselnetzbildung zu verhindern.

2012 war ich auf einem Vortrag der Stadtwerke Hameln zum Thema Blackout.

Die Stadtwerke benötigen jetzt Stelltransformatoren, weil z.B. die 
Bauern auf riesigen Flächen eine gewaltige Leistung in das Netz bringen 
und dadurch die Spannung im Niederspannungsbereich des Netzes anheben 
und zwar so stark, dass Handlungsbedarf besteht.

Normalerweise fällt die Spannung, je weiter man sich vom Transformator 
wegbewegt.

von Purzel H. (hacky)


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> Das bedeutet, dass der Wechselrichter im Nulldurchgang einmal eine
positive und einmal eine negative Spannung abgibt. Ist das so?!

Ein Wechselrichter hat eigentlich sowieso 3 Phasen... aber ja, so 
geht's. Der Strom fliesst.

von Obelix X. (obelix)


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Richard M. schrieb:
> Auch an die Phasenverschiebung bzw. leichte Frequenzerhöhung hatte ich
> gedacht, weil ja die Frequenz das Maß für die Netzzustandsqualität ist.

Wenn du dir mal überlegst, was würde passieren wenn dein Wechselrichter 
die Frequenz ändern würde. In der ersten Sinuswelle hast du eine ganz 
kleine Phasenverschiebung, in der zweiten Sinuswelle noch ein bisschen 
mehr Phasenverschiebung bis sie nach ein paar Wellen 90° beträgt. Du 
merkst, das würde nicht funktionieren.

von Lodda (ol_grumpy)


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Obelix X. schrieb:
> Wenn du dir mal überlegst, was würde passieren wenn dein Wechselrichter
> die Frequenz ändern würde. In der ersten Sinuswelle hast du eine ganz
> kleine Phasenverschiebung, in der zweiten Sinuswelle noch ein bisschen
> mehr Phasenverschiebung bis sie nach ein paar Wellen 90° beträgt.

Das wäre nur der Fall wenn ein WR ein starre Frequenz ausgeben würde.
Macht er aber nicht, er synchronisiert und versucht der Phase davon zu 
laufen, was aber das Netz nicht zulässt. Wieviel er voreilen will, wird 
einmal durch das Leistungsangebot der Panel und zum zweiten von seiner 
Strombegrenzung bestimmt.

Viele WR können auch dahingehend parametriert werden, daß der cos phi 
vorgegeben werden kann.

von Thomas R. (thomasr)


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Gestern erst fiel beim Nachbarn der Solis WR aus mit der Meldung "Netz 
Überspannung". Was war passiert:

Der ganze Schnee von vorgestern auf den PV Panels kam in der prallen 
Sonne plötzlich ins Rutschen und auf einen Schlag wollten alle WR im Ort 
mit maximaler Leistung einspeisen.

Dafür haben meine WR eine Parametrierung die solche Spitzen ignoriert.

: Bearbeitet durch User
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