Blindstrom entsteht bei PV-Anlagen, sobald die Wechselrichter den Gleichstrom der Solarmodule in Wechselstrom umwandeln. Da sich Blindströme nur bei Wechsel- oder Drehstrom-Netzen bilden, tritt dieses Phänomen bei den Leitungen, die die Module miteinander verbinden, und den String-Leitungen, die die Strings mit dem Wechselrichter verbinden, nicht auf. Die DC-seitige Verkabelung von PV-Modulen ist also von Blindstrom, der auch als reaktiver Strom bezeichnet wird, nicht betroffen.
Blindstrom kurz erklärt
Blindstrom ist ein Begriff aus der Elektrotechnik und beschreibt den Teil des elektrischen Stroms, der in einer Wechselstromsystem keine Nutzarbeit verrichtet bzw. nicht von einem Verbraucher umgewandelt wird. Nach dem Wechselrichter einer PV-Anlage gibt es demnach zwei Stromarten: Wirkstrom, der tatsächlich genutzte Strom, der Arbeit verrichtet, und Blindstrom, der keine Arbeit verrichtet, aber notwendig ist, um das elektrische und magnetische Feld aufzubauen und aufrechtzuerhalten.
Er entsteht durch induktive und kapazitive Lasten, wie sie in Spulen (Induktivitäten) und Kondensatoren (Kapazitäten) vorkommen. Gebraucht wird er durch den ständigen Feldaufbau des Wechselstroms, der in Europa mit einer Frequenz von 50 Hz oszilliert. Kommt es dabei zu Phasenverschiebungen zwischen Strom und Spannung oder durch eine hohe Anzahl verbauter Spulen und Kondensatoren, wächst der Anteil des Blindstroms.
PV-Anlagen müssen Blindstrom bereitstellen
Obwohl Blindstrom im Grunde eine zusätzliche Belastung für das Gesamtsystem darstellt, ist er bei PV-Anlagen, die an das öffentliche Stromnetz angeschlossen werden, obligatorisch. Solche Anlagen müssen sich an der Netzstützung durch eine statische Spannungshaltung bzw. durch eine sog. Blindleistungsbereitstellung beteiligen. Entscheidend sind dabei die Wechselrichter.
Geregelt wird dies für PV-Anlagen ab 135 kW durch die VDE-AR-N 4105 von November 2018. Die Anwendungsregel besagt, dass der jeweilige Netzbetreiber dem Anlagenbetreiber vier unterschiedliche Möglichkeiten zur Bereitstellung von Blindleistung vorgeben kann.
- Blindleistungs-Spannungskennlinie Q(U)
- Kennlinie Blindleistung als Funktion
- Blindleistung mit Spannungsbegrenzungsfunktion
- fester Verschiebungsfaktor cos phi
Manche Verteilnetzbetreiber verlangen auch Kombinationen dieser Maßgaben. Damit nämlich die genauen Vorgaben des Netzbetreibers eingehalten werden können, misst eine Messeinheit ständig die Istwerte der Spannung, Wirkleistung und des Blindstroms am Netzanschlusspunkt. Die Sollwerte übermittelt dann ein Regler an die Wechselrichter. Betreiber größerer PV-Anlagen kommen daher in fast allen Fällen nicht ohne Fernwirktechnik aus. Im Zusammenspiel der einzelnen Komponenten wird die Blindleistung ständig optimal angepasst und so der Leistungsfaktor der Gesamtanlage erhöht.
Wechselrichter regulieren den Blindstrom von PV-Anlagen
Durch den gestiegenen Anteil dezentraler Energieerzeuger wie PV- und Windkraftanlagen lässt sich die Blindleistung im Netz nicht mehr zentral steuern, wie es noch durch einzelne große Kohle- und Atomkraftwerke möglich war. Daher übernehmen nun Wechselrichter diese Aufgabe und müssen mithilfe von Kondensatoren und Spulen kapazitive und induktive Blindleistung bereitstellen, was auch zur Spannungsregelung im Netz beiträgt. Dies ist besonders wichtig für Netze mit extremen Spannungs- und Frequenzniveaus. Mittels der Komponenten der Fernwerktechnik geben die Wechselrichter immer die optimale und maximale AC-Ausgangsleistung als Scheinleistung an, während die von den PV-Modulen erzeugte Leistung Wirkleistung darstellt.
Blindstrom bei PV-Anlagen ist unvermeidlich, aber kontrollierbar und teilweise nützlich
Blindstrom spielt eine wesentliche Rolle bei der Integration von PV-Anlagen in das öffentliche Stromnetz. Obwohl er keine Nutzarbeit verrichtet, ist er notwendig für den Aufbau und die Aufrechterhaltung elektrischer und magnetischer Felder in Wechselstromsystemen. Blindstrom ist bei PV-Anlagen, die an das Netz angeschlossen sind, unvermeidlicher, aber kontrollierbarer Bestandteil des Betriebs.
Aufgrund des gestiegenen Anteils dezentraler Energieerzeuger wie PV- und Windkraftanlagen ist eine zentrale Steuerung der Blindleistung nicht mehr möglich. Wechselrichter übernehmen daher diese Aufgabe und stellen die notwendige kapazitive und induktive Blindleistung bereit, die auch zur Spannungsregelung im Netz beiträgt. Dies ist besonders wichtig für Netze mit extremen Spannungs- und Frequenzniveaus.
Die Bereitstellung und optimale Anpassung von Blindleistung durch Wechselrichter und Fernwirktechnik sind entscheidend, um den Leistungsfaktor der PV-Anlagen zu erhöhen und die Vorgaben der Netzbetreiber zu erfüllen. Insgesamt trägt dies wesentlich zur Stabilität und Effizienz des Stromnetzes bei.