Oberschwingungen großer PV-Kraftwerke: Was Messungen zeigen
Du willst wissen, wie stark große Solarparks das Netz mit Oberschwingungen belasten. Kurz: Bei Volllast bleiben moderne Anlagen meist im grünen Bereich – die Überraschungen zeigen sich bei Teillast und in Resonanzen.
Feldmessungen an großen PV-Kraftwerken zeigen ein klares Muster: Bei hoher Einspeisung liegt der Oberschwingungs-Strom (THD_i) moderner Wechselrichter typisch niedrig und die Netzvorgaben werden eingehalten. Der relative THD_i steigt aber bei Teillast (morgens, abends, bei Bewölkung) deutlich an – weil die Oberschwingungs-Ströme absolut fast gleich bleiben, während der Grundschwingungsstrom einbricht. Genau in diesen Schwachlastphasen misst man oft die höchsten prozentualen Verzerrungen.
In Messungen tauchen zwei Gruppen auf: klassische niederfrequente Ordnungen (vor allem 5. und 7., teils 11./13.) sowie höherfrequente Anteile rund um die Schaltfrequenz der Wechselrichter. Zunehmend relevant sind Supraharmonische im Bereich 2–150 kHz, die von der Puls-Weiten-Modulation stammen. Klassische Netzanalysatoren bis zur 50. Ordnung übersehen diese – deshalb brauchst du für ein vollständiges Bild eine Messung, die den kHz-Bereich mit erfasst.
Ein großer Park besteht aus vielen parallelen Wechselrichtern. Deren Oberschwingungen sind nicht exakt phasengleich, sondern streuen (Diversität). In Summe löschen sich Anteile teilweise aus, sodass der Gesamt-THD am Netzverknüpfungspunkt niedriger liegt als die Summe der Einzelgeräte. Verlass dich aber nicht darauf: Bei baugleichen Geräten mit synchroner Regelung kann die Auslöschung schwach sein und sich Oberschwingungen sogar addieren.
Das größere Problem ist selten die Emission selbst, sondern Resonanz. Die Kapazität langer Mittelspannungskabel bildet mit den Induktivitäten von Transformatoren und Netz einen Schwingkreis. Fällt eine emittierte Ordnung nahe die Resonanzfrequenz, wird sie stark verstärkt – Messungen zeigen dann lokale Spannungs-THD-Spitzen, obwohl die Ströme unauffällig wirken. Bei der Netzanschlussplanung großer Parks gehört deshalb eine Resonanz- bzw. Frequenzgang-Analyse dazu.
Für den Nachweis gelten in Deutschland die VDE-AR-N 4110 (Mittelspannung) und 4120 (Hochspannung), international ist IEEE 519 verbreitet. Bewertet werden Spannungs-THD am Verknüpfungspunkt sowie einzelne Ordnungspegel, gemittelt über definierte Zeitfenster (typisch 10-Minuten-Werte nach IEC 61000-4-7/-4-30). Wichtig für die Interpretation: Ein Teil der gemessenen Verzerrung stammt aus der Netz-Vorbelastung, nicht aus der Anlage – sauber trennen kannst du das nur mit einer Vorher-/Nachher-Messung oder Referenzmessung ohne Einspeisung.
Praktisch heißt das: Miss über einen vollen Tageszyklus (nicht nur bei Volllast), erfasse den Supraharmonischen-Bereich mit, und prüfe die Resonanzlage deines Kabelnetzes. Auffälligkeiten lassen sich meist durch Wechselrichter-Parametrierung, passive Filter oder das gezielte Verstimmen von Resonanzen entschärfen. So vermeidest du Ärger bei der Netzabnahme und Stress mit dem Netzbetreiber – ohne teure Nachrüstung im Nachhinein.