Effektiv eingespeist

Spezial

Umrichter - Kleinwindenergieanlagen sind im Kommen. Dazu gibt es Netz-Wechselrichter, die den Strom einspeisen. Technik und Wirtschaftlichkeit spielen dabei gleichermaßen eine Rolle.

17. Februar 2011

Windstrom ist für private sowie gewerbliche Verbraucher eine preisgünstige Alternative, um ihren Energiebedarf zumindest anteilig zu decken. Bestehende Regelungen zur Einspeisevergütung und baulichen Regelung beziehen sich aber auf Großwindkraftanlagen und sind für kleine Windkraftanlagen eher eine Hürde. Dies soll sich durch neue Maßnahmen und erschwingliche Produkte ändern.

Gefragt für Kleinwindenergieanlagen (KWEA) sind zum Beispiel Einspeiseumrichter, wie die Aeocon-Reihe der Lüneburger Sieb & Meyer AG. Sie wandeln den vom Generator erzeugten dreiphasigen Drehstrom der Windkraftanlage in netzkonformen Strom um. Umrichter für kleine Anlagen werden meist in Kleinserien gefertigt, zum sicheren Betrieb sind oft weitere Geräte erforderlich. Der Aeocon vereint alle für den Betrieb erforderlichen Komponenten in einem Gehäuse.

Ein Anbieter von KWEA ist Fortis Wind Energy. Das niederländische Unternehmen hat sich auf die Konzeption und Fertigung von Kleinwindenergieanlagen in einem Leistungsbereich von 1,4 bis 10 Kilowatt spezialisiert. Für Privathaushalte mit hohem Stromverbrauch, Landwirte oder Kleinbetriebe eignet sich am besten die mittlere Baureihe Montana mit einem Ausstoß von fünf Kilowatt.

Montana-Ausführungen waren bisher mit Gleichrichter und vorgeschaltetem Überspannungsschutz sowie zwei 2,5-Kilowatt-Wechselrichtern ausgestattet, sagt Firmengründer und Geschäftsführer Johan Kuikman.

Jetzt hat Fortis auf den Aeocon der Baureihe 4600 umgerüstet und die Komponenten auf ein Gerät reduziert. Das strafft die Prozesse für Beschaffung, Montage und Inbetriebnahme. »Dafür brauchen wir jetzt nur noch ein Drittel der Zeit«, berichtet Kuikman. Anteil daran hat auch das funktionelle, in die Gerätefront integrierte Grafik-Display. Was dem Betreiber der Anlage für den regulären Betrieb dient, vereinfacht auch Einrichtung und Inbetriebnahme.

Da der Wind immer anders weht, stellen Windkraftanlagen besondere Anforderungen an die Wechselrichter. Explizit für diesen Anwendungsbereich konzipierte Lösungen bestehen erfahrungsgemäß ebenfalls aus mehreren Komponenten, was mehr Platz im Anschlussraum erfordert. Bei solchen Anlagen liest ein Computer die aufgezeichneten Leistungsdaten aus, beim Aeocon hingegen erfolgt das über einen integrierten Datenlogger übers Grafik-Display direkt am Gerät.

Zur Bestimmung des aktuell maximalen Leistungspunkts ermitteln die Hersteller von Windturbinen essentielle Kennlinien zu Leistung, Spannung oder Frequenz der Turbine nur theoretisch. Die Realität weicht dann oft bis zu 50 Prozent ab, und die Turbinen erreichen nicht den gewünschten Wirkungsgrad. Bei Umrichtern von Sieb & Meyer kann der Anwender solche Kennlinien hinterlegen, um diese im optimalen Arbeitspunkt zu halten. Die auf KWEA abgestimmte Steuerung regelt so variierende Betriebszustände bei unterschiedlichen Windverhältnissen. Mit dem weiten Eingangsspannungsbereich ist eine Einspeisung bereits bei niedrigen Windgeschwindigkeiten möglich. So ergibt sich auch im Teillastbereich, in dem KWEA häufig laufen, ein überdurchschnittlicher Wirkungsgrad.

Keine Angst vor Böen

Der Wechselrichter schützt die Turbine auch vor Überdrehzahl durch starke Böen oder wenn der Strom nicht ins Netz abfließen kann. Beim Aeocon ist ein Überlastsicherheitssystem mit externem Bremswiderstand im Gerät eingebaut. Der Einspeiseumrichter aktiviert dieses bei Überlast und führt überschüssige Energie bis fünf Kilowatt über einen externen Ballastwiderstand ab.

Weil sich die Zusatzleistung im Bremswiderstand auffangen lässt, kann die Anlage bei stärkerem Wind länger im optimalen Arbeitspunkt fahren. Der beim Anlaufen und als Überlastschutz notwendige externe Lastwiderstand wird zur optimalen Auslegung der Anlage direkt vom Aeocon angesteuert. Die KWEA sollte jedoch grundsätzlich mit einer Bremse ausgerüstet sein, denn auch wenn Kabel, Umrichter oder Generator versagen, darf der Rotor nicht unkontrolliert hochdrehen und zur Gefahr werden.

Außer den bislang verfügbaren Modellen 3600 und 4600 gibt es bald den Aeocon 4000 mit einer Netzeinspeiseleistung von vier Kilowatt und die Baugröße 5000 mit fünf Kilowatt. Beide Modelle besitzen eine gesteigerte Bremsleistung, die mehr Betriebssicherheit bietet. »Die Anlage lässt sich besser steuern, und man kann bei stärkerem Wind kurzzeitig mehr von der Anlage abnehmen«, erklärt Ralph Sawallisch, Produktverantwortlicher Einspeisetechnik bei Sieb & Meyer.

Ab Mitte 2011 liefert der Anbieter Gehäuse mit Schutzklasse IP 54 aus. Damit wird der Einsatz des Einspeiseumrichters im überdachten Außenbereich möglich sein. mk

Erschienen in Ausgabe: 01/2011