Um die gesteckten Klimaziele zu erreichen und dem Klimawandel entgegenzuwirken ist eine Erhöhung der Einspeisung durch dezentrale Erzeugungsanlagen wie PV Anlagen, Blockheizkraftwerden, Kleinwindenergie, Wasserkraftanlagen und Brennstoffzellen ein wichtiger Faktor. Jedoch führt das zu Herausforderungen nicht nur in Bezug auf die Quantität der eingespeisten Energie sondern auch in Bezug auf die Qualität der Netze. Bislang konnte die Menge des einspeisten Stroms genau geregelt und an den Bedarf angeglichen werden. Mit der Vergrößerung des Anteils von eingespeistem Strom aus erneuerbaren Energien wird dies immer schwieriger. Aufgrund der Schwankungen bei der Erzeugung der Energie kann es zu Problemen in der Netzstabilität kommen. Daher muss neben dem Anteil der Erneuerbaren Energien die Netzstabilität erhöht werden.

Dynamische Netzstützung

Bislang haben die einspeisenden Anlagen schon auf sogenannte Netzwischer reagiert, d.h. auf kurzzeitige Spannungsschwankungen. Ein Kupplungsschalter hat in diesen Fällen die Anlage vollständig vom Netz getrennt und so für mehr Instabilität im Netz gesorgt. Die technischen Regeln für den Anschluss von Kundenanlagen an das Niederspannungsnetz und deren Betrieb sind in der VDE AR N 4105 festgelegt. In der Überarbeitung der Norm wird nun die sogenannte dynamische Netzstützung gefordert. Dies bedeutet, dass neu errichtete Erzeugungsanlagen bei kurzen Spannungseinbrüchen (<150 ms) am Netz bleiben und es so stützen müssen. Kupplungsschalter müssen bei Unterspannung bis zu drei Sekunden gestützt werden, um Netzwischer auszugleichen.

In dieser Zeit wird die Spannung parallel zum Netz synchronisiert, so dass die Anlage bei einem Netzwischer nicht vom Netz getrennt wird, sondern sofort weiter einspeisen kann. Neben der Erhöhung der Netzstabilität, hat dies auch eine Erhöhung der Rentabilität der Anlage zur Folge.

Hausbox für eine Insellösung bei privaten PV-Anlagen

Bei PV Anlagen, die auf Eigenheimen installiert sind, stellt sich noch eine weitere Problematik im Fall eines Stromausfalls. Die einspeisenden PV Anlagen werden bei Stromausfall abgeschaltet. Sie können daher auch den Haushalt nicht weiter versorgen. Abhilfe schafft hier eine sogenannte Hausbox oder Netzschaltbox. Sie wird zwischen Batteriewechselrichter und Speicher geschaltet. Bei einem Stromausfall trennt die Hausbox die angeschlossene Photovoltaik-Anlage und die Verbraucher sicher vom Netz. Der Haushalt funktioniert als Insellösung, nur die PV Anlage und der Speicher stellen den Strom zur Verfügung. Sobald das Netz wieder zur Verfügung steht, wird es zugeschaltet.

In der Hausbox muss neben den Überwachungseinheiten und dem Schütz, der die Anlage vom Netz trennt, ein Puffernetzgerät integriert sein, das den Schütz im Fall eines Stromausfalls versorgt und somit die Trennung ermöglicht.

AC CAPTEC zur sicheren Versorgung

Das Puffernetzgerät AC CAPTEC 2401 von J. Schneider Elektrotechnik stellt eine optimale Versorgung für die beiden beschriebenen Anwendungen dar. Es übernimmt nach der VDE 4105 AR N die Absicherung des Kupplungsschalters oder versorgt in der Hausbox den Schütz.

So stellt es den Strom bereit, den der Schütz für den Schaltvorgang benötigt, nämlich dauerhaft  geregelte 24 V 1,3 A. Die in der kompakten Stromversorgung integrierten Ultrakondensatoren haben eine Energieinhalt von 0,6 kJ, mit dem die geforderte Pufferung von 3 Sekunden realisiert beziehungsweise sogar übertroffen werden kann. Um kurzzeitige Überlasten zu stützen oder induktive Lasten zu versorgen kann das AC CAPTEC 2401  5 A für 100 ms oder 10 A für 10 ms bereitstellen.

Sicherheit und Langlebigkeit

Zur Erhöhung der Sicherheit werden die Betriebs- und Ladezustand des AC CAPTEC ständig überwacht und über LED’s und Meldekontakte kommuniziert.

Liegt ein dauerhafter Kurzschluss an, versucht dasAC CAPTEC 10 mal neu zu starten. Anschließend wird das AC CAPTEC abgeschaltet. Die LED Störung / Fault leuchtet und die LED Betrieb / Operation ist erloschen.

Ein Neustart erfolgt nach Abschalten und Zuschalten der Eingangsspannung. Die LED Störung / Fault blinkt die LED Betrieb / Operation erlischt, wenn dasAC CAPTECbereit zum Zuschalten der Eingangsspannung ist. Die Signalisierung der LED’s kann sich um bis zu 2 Minuten verzögern.

Durch das Mikrocontroller gestützte Lade- und Entlademanagement werden die wartungsfreien Ultrakondensatoren schonend geladen und damit ihre Lebenszeit verlängert. Der weite Eingangsspannungsbereich und der weite Temperaturbereich machen das geregelte Netzteil zu einem universell einsetzbaren Puffer-Netzgerät