Kompakter Allround-Wechselrichter macht die „Kleinen“ ganz groß

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Windkraftanlagen stellen besondere Anforderungen an Wechselrichter

„Zuvor wurden für die Montana-Anlagen Solar-Wechselrichter modifiziert und diesen eine Generatorkennlinie einprogrammiert“, so der Fortis-Chef. Augrund der windbedingten unterschiedlichen Betriebszustände stellen Windkraftanlagen aber besondere Anforderungen an die Wechselrichter. Zwar gebe es auch andere, explizit für diesen Anwendungsbereich konzipierte Lösungen. Erfahrungsgemäß bestehen diese jedoch ebenfalls aus mehreren Komponenten, was abgesehen vom Montage- und Inbetriebnahmeaufwand auch mehr Platz im Anschlussraum erfordert. Die Auslesung der aufgezeichneten Leistungsdaten der Anlage erfolgt über die Verbindung zu einem Computer. Beim Aeocon hingegen kann der integrierte Datenlogger wie die Informationen zum Betriebszustand bequem über das Grafik-Display am Gerät direkt ausgelesen werden.

Umrichter hinterlegen Leistungs-Frequenz-Kennlinien der Turbine

„Neben der Montage- und Bedienerfreundlichkeit bietet der Aeocon aber auch Leistungsvorteile im Hinblick auf die Energieausbeute“, so Kuikman. In diesem Zusammenhang spielt die Systemabstimmung mit der Eingabe der passenden Generatorkennlinie für den Wirkungsgrad der Windkraftanlage eine wichtige Rolle. Die klassische Suche nach dem aktuell maximalen Spannungspunkt – durch das Maximum Power Point Tracking (MPPT) wird insbesondere im Teillastbereich der bestmögliche Wirkungsgrad erreicht – ist für Windkraftanwendungen im Hinblick auf spontan auftretende Böen zu langsam; diese sind nicht zu nutzen. Um die passende Generatorkennlinie eingeben zu können, sind neben Angaben zum Generator auch möglichst genaue Angaben zu Errichtungsort, Masthöhe sowie potenziell Turbulenzen verursachenden Hindernissen im direkten Umfeld nötig. Die Kennlinie im Wechselrichter muss die tatsächliche Kennlinie der KWEA widerspiegeln, um eine maximale Energieausbeute und einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, dass Hersteller von Windturbinen deren Leistungskennlinien oft nur theoretisch ermitteln, aber keine Messdaten vorliegen haben. Die Realität weicht dann oft 50 Prozent ab, und die Turbinen erreichen nicht den gewünschten Wirkungsgrad. Bei Umrichtern des Lüne-burger Herstellers können die Leistungs-Spannungs- oder Leistungs-Frequenz-Kennlinien der Turbine hinterlegt werden, um diese im optimalen Arbeitspunkt zu halten. Das „Gehirn“ der Umrichter, die explizit auf die Anforderungen von Kleinwindenergieanlagen abgestimmte Steuerung, regelt unter Berücksichtigung der Anlagenkennlinie die variierenden Betriebszustände bei unterschiedlichen Windverhältnissen entsprechend. Die Regelgeschwindigkeit entspricht den hohen Anforderungen dieses Anwendungsbereichs. Zusammen mit der direkten Nutzung des Rotor-Drehzahlsignals aus der Generatorfrequenz und den acht Stützstellen, die zur Feinjustage der Regelkennlinie dienen, erzielt der Umrichter eine besonders hohe Regelgüte. Mit dem weiten Eingangsspannungsbereich ist eine Einspeisung bereits bei niedrigen Windgeschwindigkeiten – und daher deren effektive Nutzung – möglich. So lässt sich auch im Teillastbereich, in dem KWEA häufig laufen, ein überdurchschnittlicher Wir-kungsgrad erzielen, was sich entsprechend auf den Energieertrag auswirkt.

Wechselrichter schützt Generator vor Überspannung

Der Wechselrichter hat auch die Aufgabe, den Generator vor Überspannung zu schützen. Zu viel Windleistung kann anstehen bei starken Böen oder wenn der Strom nicht in das Netz abfließen kann. Konventionell wird ein Überspannungsschutz vorgeschaltet; beim aeocon ist ein Überlastsicherheitssystem mit externem Bremswiderstand im Gerät enthalten. Der Einspeiseumrichter aktiviert bei Überlast die integrierte Lastwiderstandsregelung und führt überschüssige Energie bis 5 kW über Heizstäbe ab; diese Wärme kann beispielsweise zur Heizungsunterstützung weiterverwertet werden. Weil sich die Zusatzleistung im Bremswiderstand auffangen lässt, kann die Anlage bei stärkerem Wind länger im optimalen Arbeitspunkt fahren. Der beim Anlaufen und als Überspannungsschutz notwendige, schaltbare externe Lastwiderstand wird direkt vom Einspeiseumrichter aeocon angesteuert und kann somit zur optimalen Anlagensteuerung unterstützend eingesetzt werden.

Die Nennleistung des einphasig am 230-V-Netz anzuschließenden Gerätes ist den beiden aktuell verfügbaren Baureihen 3600 und 4600 entsprechend mit 3 bis 4 bzw. 4 bis 5 kW spezifiziert. Die integrierte galvanische Trennung ermöglicht eine Parallelschaltung der Geräte, sodass auch dreiphasig einspeisende Kleinwindenergieanlagen bis einer Leistung von 15 kW mit den Einspeiseumrichtern ausgerüstet werden können. Dies ist bei Fortis im Gespräch, um auch die Alize-Modelle mit Aeocon-Geräten auszustatten.

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