Wichtige Aspekte bei der Auswahl von Spannungserhöhungs-Transformator in netzgekoppelten PV-Anlagen

In Netzverbund-Photovoltaik-(PV)-Energieerzeugungssystemen ist der Spannungstransformator ein kritischer Bestandteil. Die Optimierung der Transformatorauswahl zur Minimierung inhärenter Verluste und zur Steigerung der Effizienz ist entscheidend für die Verbesserung der Gesamtsystemleistung. Dieser Artikel beschreibt wichtige Überlegungen zur richtigen Auswahl eines Spannungstransformators in PV-Systemen.

• Transformator-Kapazitätsauswahl
  Die erforderliche Transformatorkapazität wird berechnet als: Scheinleistung = Wirkleistung / Leistungsfaktor. Die Anforderungen an den Leistungsfaktor variieren je nach Region – typischerweise 0,85 für Bau- und kleinindustrielle Lasten und 0,9 für große industrielle Lasten. Zum Beispiel erfordert eine 550 kW-Last bei einem Leistungsfaktor von 0,85 550 / 0,85 = 647 kVA, daher ist ein 630 kVA-Transformator geeignet. Die Gesamtlast sollte nicht mehr als 80 % der Nennkapazität des Transformators ausmachen.

• Transformator-Spannungsauswahl
  Die Primärwicklungs-Spannung sollte mit der Quellenspannung übereinstimmen, während die Sekundärspannung mit dem angeschlossenen Gerät übereinstimmen muss. Für die Niederspannungs-Dreiphasen-Vierleiter-Verteilung sollten geeignete Spannungsebenen (z.B. 10 kV, 35 kV oder 110 kV) basierend auf den Anforderungen der Primärseite ausgewählt werden.

• Transformator-Phasenauswahl
  Wählen Sie zwischen Einphasen- und Dreiphasenkonfigurationen gemäß den Anforderungen der Energiequelle und der Last.

• Transformator-Wicklungsverbindung-Gruppenauswahl
  Dreiphasen-Wicklungen können in Stern (Y), Delta (D) oder Zickzack (Z) verbunden werden. Die weltweit bevorzugte Verbindung für Verteilungstransformatoren ist Dyn11, die mehrere Vorteile gegenüber Yyn0 bietet:

• Harmonische Unterdrückung: Die Delta (D)-Verbindung unterdrückt effektiv höhere harmonische Oberschwingungen.

• Harmonische Zirkulation: Dritte harmonische Ströme zirkulieren innerhalb der Delta-Wicklung, neutralisieren den dritten harmonischen Fluss auf der Niederspannungsseite.

• Harmonische Eindämmung: Das dritte harmonische EMF in der Hochspannungswicklung bleibt innerhalb des Delta-Kreises eingeschlossen, verhindert so die Einspeisung ins öffentliche Netz.

• Niedrigere Nullfolgenimpedanz: Dyn11-Transformatoren weisen signifikant niedrigere Nullfolgenimpedanzen auf, was beim Abklingen von Niederspannung-Einphasen-Erdschlüssen hilfreich ist.

• Bessere Neutralstrombelastbarkeit: Fähig, Neutralströme zu handhaben, die über 75 % des Phasenstroms hinausgehen, was sie ideal für ungleichmäßige Lasten macht.

• Kontinuität bei Phasenverlust: Wenn eine Hochspannungssicherung durchbrennt, können die verbleibenden beiden Phasen mit Dyn11 weiterbetrieben werden, im Gegensatz zu Yyn0.

Daher wird die Verwendung von Dyn11-verbundenen Transformatoren empfohlen.

Lastverlust, Leerlaufverlust und Impedanzspannung
Aufgrund des Tagesbetriebsmusters von PV-Systemen entstehen Transformatoren immer Leerlaufverluste, wenn sie energisiert sind, unabhängig vom Ausgang. Die Minimierung von Lastverlusten ist entscheidend; falls es zu nächtlichem Betrieb kommt, sind auch geringe Leerlaufverluste wichtig.

Diese Auswahlstrategie gewährleistet einen effizienten Transformatorbetrieb in PV-Systemen, reduziert die Gesamtverluste und verbessert die Leistungsfähigkeit der Stromerzeugung.