Der Zuwachs der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen ist ein zentraler Ansatz, um internationale energie- und umweltpolitische Zielsetzungen zu erreichen. Die Photovoltaik (PV) stellt einen wichtigen Baustein in einem zukunftsweisenden, nachhaltigen Stromszenario dar. In Europa sollen bereits 2020 12 % des Strombedarfs mittels Photovoltaik bereitgestellt werden. In Österreich ist die installierte Leistung in den letzten Jahren kontinuierlich angestiegen, mit Ende 2013 betrug die kumulierte elektrische Leistung aller netzgekoppelten Photovoltaik-Anlagen 612,9 Megawatt_peak.

Das „Photovoltaic Power Systems Programme“ (PVPS) der IEA ist seit 22 Jahren eine Plattform für angewandte Forschungsaktivitäten und Markteinführungsstrategien zum Thema Photovoltaik. Diese Technologieinitiative beschäftigt sich mit allen Aspekten eines PV-Systems. Mit derzeit 26 beteiligten Ländern und Verbänden ist ein breiter internationaler Erfahrungsaustausch möglich. Die Strategie 2013-2017 fokussiert auf eine größere Marktrelevanz, neue Geschäftsmodelle und den Abbau „nichttechnischer“ Hindernisse bei der Verbreitung dieser Technologie. Die Integration in bestehende Stromnetze, bauwerksintegrierte Photovoltaik und sogenannte „Solar Communities“ sind wesentliche Forschungsthemen.

Die Integration vieler dezentraler Photovoltaik-Anlagen in die Stromnetze stellt neue Anforderungen an den Netzbetrieb. In manchen Gebieten sind die Netzkapazitäten bereits ausgeschöpft und eine weitere dezentrale Einspeisung wäre nur mit Netzverstärkungsmaßnahmen möglich. Zentrale Herausforderung ist dabei die Spannungshaltung. Einen Lösungsansatz stellen „Smart Grids“-Konzepte dar, die auf bidirektionale Kommunikation zwischen Erzeugern, Verbrauchern und Speichern abzielen und ein nachhaltiges Energiemanagement ermöglichen. Intelligente Steuerungs- und Regelkonzepte sollen die technischen Voraussetzungen für eine verstärkte Einbindung von Photovoltaik in den Verteilnetzbetrieb schaffen.

Im Rahmen des von Österreich als „Operating Agent“ geleiteten IEA PVPS Task 14 analysieren nationale und internationale ExpertInnen aus 15 Ländern eine hohe Durchdringung von Photovoltaik-Anlagen in den elektrischen Netzen und erarbeiten Szenarien für die optimale Netzintegration von dezentralen Einspeisern. Mittels lokaler Netzmanagementmethoden, Zusatzdienstleistungen von PV-Wechselrichtern und neuartiger Planungs- und Betriebsmethoden soll auf Basis der bestehenden Netzinfrastruktur eine möglichst hohe Dichte an erneuerbarer dezentraler Erzeugung erreicht werden.

morePV2grid

Seit 70 Jahren erforscht das österreichische Unternehmen Fronius International GmbH neue Technologien zur Umwandlung elektrischer Energie. Die Sparte Solar Energy beschäftigt sich seit 1992 mit der elektronischen Steuerung von Photovoltaik-Anlagen und entwickelt unter anderem innovative Wechselrichtersysteme, die den Gleichstrom – der über die Solarmodule erzeugt wird – in gebrauchsfähigen Wechselstrom umwandeln. Im vom Klima- und Energiefonds geförderten Forschungsprojekt „morePV2grid“ wurde in Kooperation mit Netz Oberösterreich, AIT Austrian Institute of Technology und MEA solar ein Konzept zur Spannungsregelung durch PV-Wechselrichter entwickelt und erprobt. Untersucht wurde, wie viele verteilte Photovoltaik-Anlagen ohne übergeordnete System- und Kommunikationstechnik durch lokale und autonome Anpassung der Wirk- und Blindleistungen zur Spannungshaltung beitragen können. Die funktionale und effektive Validierung der Konzepte erfolgte durch eine mehrmonatige Feldtestreihe in einem realen Niederspannungsnetz mit erhöhter Dichte an PV-Anlagen. In diesem Testnetz waren die elektrischen Bedingungen für den Einsatz blindleistungsbasierter Spannungsregelungen relativ ungünstig, aber dem Stand der Technik entsprechend. Im Rahmen des Projekts konnte die einspeisebedingte Spannungsanhebung durch eine lokale Blindleistungsregelung um rund ein Drittel kompensiert und damit die Aufnahmefähigkeit des Netzes für dezentrale Einspeiser um ein Drittel erhöht werden. Zusätzlich wurde der Nachweis erbracht, dass der Einsatz einer spannungsabhängigen Wirkleistungsoptimierung die einspeisebedingte Spannungsanhebung zuverlässig auf einen höchstzulässigen Wert limitiert. Die Ergebnisse des Projekts zeigen auf, dass die Integration vieler verteilter Photovoltaik-Anlagen ins Verteilnetz durch lokal autonome, intelligente Regelungen mittels innovativer Wechselrichter – und damit völlig ohne Kommunikationsinfrastruktur – möglich und praxistauglich ist.