Netzeinbindung Photovoltaik

18. März 2010, Bayreuth

Nachbericht

Cluster-Forum „Netzeinbindung Photovoltaik"

Starker Anstieg regenerativer Energien
Netzausbau und neue Technologien erforderlich
Gemeinsames Forum von Bayerns Cluster Energietechnik und dem Spitzencluster Solarvalley Mitteldeutschland

Über 180 Teilnehmer führte das Cluster-Forum „Netzeinbindung Photovoltaik" am 18. März 2010 im Transmar Travel Hotel Bayreuth zusammen, um von Experten aktuellste Informationen über die zukünftigen Anforderungen an Übertragungs- und Verteilnetzen zu erhalten und diese zu diskutieren.

Das Leitszenario des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), geht von einem Anteil von 30 Prozent Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien bis zum Jahr 2020 aus. Um diese Vorgabe zu erfüllen werden neben der Biomasse vor allem die Windkraft und die Photovoltaik ausgebaut.
Diese Zielsetzung gilt es gerade auch in der aktuellen Diskussion bezüglich Förderung der Solarenergie nicht außer acht zu lassen, so Prof. Josef Nassauer in seiner Einführung. Der Cluster vertritt den Standpunkt einer moderaten Senkung der Förderung, um die PV-Branche nicht zu gefährden. Diese Einstellung wird vom Freistaat Bayern geteilt. Das ist wichtig, denn nach Dr. Frey vom Spitzencluster Solarvalley ist man zuversichtlich, durch weitere Prozessverbesserungen bei PV-Zellen und Modulen die Kosten weiter zu senken und bereits 2013 grid-parity zu erreichen.

Wind- und Solarenergie sind durch eine stark fluktuierende Stromeinspeisung gekennzeichnet. Heutige Stromnetze können diese lastunabhängige dezentrale Einspeisung nur noch begrenzt aufnehmen. Ein Ausbau der Netze sowie der Einsatz neuester Lösungen aus den Bereichen Leistungselektronik und Speicher sind unumgänglich. Da der Einsatz dieser Technologien sowohl auf Anlagenseite als auch auf Netzseite zum Einsatz kommt, ist eine dynamische partnerschaftliche Kooperation zwischen Anlagen- und Netzbetreibern wichtig.

Aus diesem Grund konzipierte der Cluster Energietechnik zusammen mit dem Spitzencluster Solarvalley aus Mitteldeutschland das Forum „Netzeinbindung Photovoltaik". Der Spitzencluster verfügt über ein starkes Netzwerk an produzierender Photovoltaikindustrie während der Cluster Energietechnik, Systemhäuser, Anlagenplaner sowie Netzbetreiber mit einbrachte. Somit schließt sich der Kreis der Wertschöpfungskette zu einem breit aufgestellten Forum, um die jetzt anstehenden Herausforderungen anzugehen.

Der nachfolgende Text ist wie folgt gegliedert:

Entwicklungen bezüglich Energie-Netze
Speicherung, Wechselrichter, Blindleistung
Planung, Kosten für Anlagen und Netzanbieter
Internationale Marktchancen für Solarstrom, z. B. USA

Aktuelle Entwicklungen bezüglich Energie-Netze

Im Jahr 2009 ist der Ausbau von Photovoltaikanlagen von 6 GWp auf 9 GWp regelrecht explodiert. Diese Steigerung von 50 Prozent ist für die Photovoltaikbranche sehr erfreulich, führt jedoch bei den Netzbetreibern zu neuen Anforderungen. Der starke Zuwachs bei den Photovoltaikanlagen fand in erster Linie in ländlichen Regionen statt, wo naturgemäß die Verteilnetze schwächer ausgebaut sind als in Ballungsräumen und Industrieregionen. Mit der derzeit installierten Photovoltaikleistung, die in Bayern mittlerweile einen Anteil von 3 Prozent am Strommix erreicht hat, kommen die Netze bereits heute an ihre Grenzen. Herrmann Wagenhäuser, Vorstand Technik/Netz der E.ON Bayern berichtete von aktuellen Herausforderungen. Allein im vergangenen Jahr wurden über 35.000 Photovoltaikanlagen an das Stromnetz von E.ON angebunden. Dies war nur mit einer signifikanten Erhöhung der Mitarbeiterzahl zu bewältigen. Über 300 Mitarbeiter bei E.ON sind mittlerweile mit der Projektabwicklung im Bereich Netzanbindung von Photovoltaikanlagen betraut. Neben rein organisatorischen Herausforderungen sind auch vielfältige technische Fragen zu lösen.

Problematisch ist vor allem die Einhaltung der maximalen Spannungserhöhung von derzeit 2 Prozent im Versorgungsnetz.
Aktuelle Untersuchungen von Professor Witzmann und seinem Team an der Technischen Universität München zeigen, dass die maximale installierte Photovoltaikleistung pro Haushalt in Stadt- und Vorstadtnetzen zwischen 10 und 17 KWp nicht übersteigen darf. Anderenfalls werden ein Ausbau der Netze sowie der Einsatz von Steuerelementen und Leistungselektronik erforderlich. Hier zeigt sich eine Divergenz zum Erneuerbaren Energien-Gesetz (EEG), das Photovoltaikanlagen auf Hausdächern bis zu 30 KWp besonders fördert. Trafostationen bilden Knotenpunkte zwischen Mittelspannungs- und Verteilnetzen. Ihre Regelung kann zu mehr Flexibilität und der Einhaltung von Qualitätskriterien beitragen, so Professor Witzmann.
Anlagenseitig gibt es die Möglichkeit über die Wechselrichter durch die Einspeisung von Blindleistungen die Netzkriterien zu erfüllen. In seinem Beitrag berichtete Dr.-Ing. Martin Braun über den Einsatz neuer Wechselrichtertechnologien und Forschungsprojekte an dem neu gegründeten Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik in Kassel.

Technische Lösungsansätze - Speicherung, Wechselrichter, Blindleistung

Aber allein mit Regelungstechniken wird der hohe Anteil an fluktuierender Stromeinspeisung nicht zu meistern sein. An Tagen mit hoher Sonneneinstrahlung oder starkem Wind werden Speichertechnologien eine Schlüsselrolle spielen. Eine Möglichkeit der Speicherung bilden Lithium-Ionen Batterien. Holger Schuh von der Firma Saft Batterien referierte über Batteriekonzepte für den häuslichen Gebrauch. Diese Batteriesysteme können 5 bis 15 KWh speichern und sind somit speziell für die Eigennutzung von Solarstom verwendbar. Das EEG fördert diese Art der Nutzung zukünftig besonders, bei der nur der vom PV-Generator erzeugte Strom in das öffentliche Netz eingespeist wird der nicht direkt selbst verbraucht wird wenn die Batterie vollständig geladen ist. Um diese Technologie zur Marktreife zu bringen wurde ein europäisches Projekt „Sol-ion" ins leben gerufen wo neben Saft Batterien und E.ON weitere deutsche und französische Unternehmen und Forschungseinrichtungen eingebunden sind.
Nicht nur auf Anlagenseite und im Versorgungsnetz sind Ausbaumaßnahmen und neue Technologien erforderlich. Auch die Mittelspannungsebene ist aufgrund der Einspeisung von großen Solarparks mit teilweise über 40 MWp Leistung betroffen. Dr. Jörg Jahn von der SMA Solar Technology stellte Wechselrichterkonzepte für Blindleistungsbereitstellung für das Mittelspannungsnetz vor. In der Vergangenheit wurden Erneuerbare Energien bei Netzstörungen vom Netz getrennt. Heute können sie Anforderungen zur Vermeidung von Netzfehlern übernehmen, z. B. durch Eingriffe in den Wirkleistungs- und Blindleistungshaushalt. In Zukunft werden sie durch den Einsatz von Speichern weitere Funktionen übernehmen.

Planung und Kosten der Anlagenbetreiber und Netzanbieter

Im Entwicklungs- und Planungsprozess sowie bei der Inbetriebnahme von PV-Anlagen müssen die Energieversorger von Beginn an umfassend in die Ablaufprozesse integriert werden. Nur in enger Abstimmung sind eine reibungslose Projektierung und Inbetriebnahme möglich. „Die Vorgaben der Netzeinbindung sind entscheidende Einflussgrößen für die Wirtschaftlichkeit einer PV-Anlage. Dazu zählt die Zuweisung des Einspeisepunktes durch das EVU, der Aufwand der MS-Trassenlänge sowie weitere Dienstbarkeiten der Netzbetreiber. Aufgrund der jährlich wachsenden Einspeiseleistungen müssen wir als Systemintegrator und Modulhersteller den umfangreicher werdenden Anforderungen der EVU gerecht werden", so Matthias Köhler von Bosch Solar Energy. Dabei spielen die rechtlichen Aspekte der Netzeinbindung ebenfalls eine entscheidende Rolle. Thorsten Müller, Leiter der Forschungsstelle Umweltenergierecht der Juristischen Fakultät an der Universität Würzburg sieht im EEG eine verlässliche Grundlage für die Netzeinbindung von Photovoltaik-Anlagen. Eine Gleichheit von PV-Produktions- und Strombezugskosten „grid-parity", wird im laufe dieser Dekade erwartet. Müller geht davon aus, dass die grid-parity mittelfristig keine Konsequenzen für die Netzeinbindung von Photovoltaik-Anlagen haben wird. Durch den Eigenverbrauch, der zukünftig stärker gefördert werden soll sei die Vergütung für „Überschussstrom" weiterhin notwendig für die Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaik-Anlage.

Internationale Marktchancen für Solarstrom, z. B. USA

Im Gegensatz zum europäischen Stromnetz, wo die Anbindung Erneuerbarer Energien bisher noch gut funktioniert, wird das im schwach ausgebauten amerikanischen Stromnetz eher schwierig. Professor Oliver Mayer von GE Global Research schilderte die dortige Situation. Aus den südwestlichen Regionen der USA mit hohem solaren Potenzial könnte der Strom bei derzeitiger Netzsituation kaum in die industriereichen Küstenregionen transportiert werden. Höchstspannungsleitungen mit Gleichstromtechnologie (HGÜ) wären eine Lösung. Die Technologie hierfür ist am Markt verfügbar und aktuell in China bereits im Einsatz.

Der amerikanische Markt wird sicher einer der wichtigsten Exportmärkte der Solarbranche auch für deutsche Technologien. Dies zeigt sich auch an der stetig steigenden Präsenz bayerischer Solarunternehmen auf der Intersolar in San Francisco, die dieses Jahr zum dritten Mal stattfinden wird. Der Cluster Energietechnik betreut bayerische Solarunternehmen vor Ort und schlägt somit die Brücke in die USA. Interessenten können sich gerne an das Management des Clusters Energietechnik wenden.

Das Cluster-Forum machte deutlich, wie wichtig das aufgegriffene Thema für die Branche ist, und wie wichtig es ist, Vertreter aus allen Bereichen der Wertschöpfungskette auf einem Forum zusammenzuführen. Die hohe Teilnehmerzahl und die regen Diskussionen bestätigten dies.

Ansprechpartner:
Dr. Robert Bartl
Dipl.-Ing. Constantin Schirmer