Bemessung von Verteilungstransformatoren für Solar- und Speicherprojekte

Warum erneuerbare Energieprojekte anders sind

Ein Verteilungstransformator in einer Fabrik oder einem Gewerbegebäude läuft einen Großteil des Tages nahe seiner Nennleistung. Ein Transformator auf einem Solarpark tut das nicht. Die Leistung steigt morgens an, erreicht um die Mittagszeit ihren Höhepunkt und fällt abends wieder ab, sodass die Einheit einen großen Teil ihrer Betriebsstunden deutlich unter der Nennleistung liegt. Für PV-Anlagen werden üblicherweise Zahlen genannt, die eine durchschnittliche jährliche Auslastung von weniger als der Hälfte der Nennleistung angeben.

Batteriespeicher verhalten sich wieder anders. Ein Speichersystem wird im Laufe des Tages wiederholt geladen und entladen, sodass sein Transformator mehr Betriebszyklen und eine höhere durchschnittliche Auslastung erfährt als eine PV-Einheit gleicher Nennleistung.

Beide Fälle führen zu derselben Schlussfolgerung für die Spezifikation: Die Einheit ist weit mehr Stunden unter Spannung als sie voll belastet ist. Der Verlust, der rund um die Uhr anfällt, ist der Leerlaufverlust im Kern, nicht der Lastverlust in den Wicklungen.

Beginnen Sie beim Wechselrichter oder beim PCS, nicht beim Transformator

Die Niederspannungswicklung muss mit dem AC-Ausgang des Wechselrichters oder des Leistungsumwandlungssystems übereinstimmen. Das sind üblicherweise 0,4 kV bei String- und mittelgroßen Wechselrichtern, während 0,69 kV und 0,8 kV bei größeren Zentralgeräten verwendet werden. Die Hochspannungswicklung entspricht dem Sammelsystem der Anlage, das je nach Anlagengröße und lokaler Praxis üblicherweise 10 kV, 20 kV oder 35 kV beträgt.

Zwei Details werden oft zu spät geklärt. Das erste ist die Vektorgruppe und die Neutralleiteranordnung: Die Erdungskonfiguration des Transformators muss mit dem Erdungskonzept der Anlage übereinstimmen. Das zweite ist, was passiert, wenn Einheiten im Parallelbetrieb betrieben werden. Wenn mehrere Transformatoren einen Einspeisekreis speisen oder mehrere Wechselrichter einen Transformator speisen, müssen Impedanz und Vektorgruppe übereinstimmen, und das ist eine Spezifikationsentscheidung und kein Detail, das vor Ort behoben werden kann.

Für welche Verlustangabe Sie tatsächlich bezahlen

Leerlaufverluste treten auf, wann immer der Transformator unter Spannung steht. Die Lastverluste variieren mit dem Quadrat der Belastung. In einer Anlage, die mit niedriger durchschnittlicher Last betrieben wird, können die Leerlaufverluste den größeren Anteil an den Energiekosten über die Lebensdauer ausmachen — weshalb ein Kern mit geringeren Verlusten manchmal beim Kauf mehr kostet und über die Projektlaufzeit weniger.

Viele Ausschreibungen handhaben dies über die kapitalisierte Verlustbewertung: Auf jede Verlustzahl wird ein Geldwert pro Watt angewendet und vor dem Vergleich der Angebote zum Kaufpreis addiert. Wenn Ihre Ausschreibung keine kapitalisierten Verluste verwendet, sollten Sie bedenken, dass der niedrigste Kaufpreis nicht automatisch die niedrigsten Gesamtkosten bedeutet.

Bedingungen, die das Design verändern

Umgebungstemperatur. IEC 60076-1 betrachtet normale Betriebsbedingungen als maximale Umgebungstemperatur von 40 °C, mit einem 24-Stunden-Durchschnitt von 30 °C und einem Jahresdurchschnitt von 20 °C. Standorte, die dies überschreiten, erfordern eine Leistungsreduzierung des Geräts oder eine Bestellung für eine höhere Umgebungstemperaturklasse.

Höhenlage. Normale Betriebsbedingungen werden bis 1.000 m angegeben. Darüber nimmt die Luftisolationsfestigkeit ab und die Kühlung ist weniger wirksam, sodass sowohl die Isolationspegel als auch der Temperaturanstieg korrigiert werden müssen.

Oberschwingungen. Der Ausgang von Wechselrichtern und PCS enthält Oberschwingungsanteile, für die ein herkömmlicher Verteilungstransformator nicht ausgelegt ist. Zusätzliche Oberschwingungsverluste erhöhen die Wicklungstemperatur und können eine Leistungsreduzierung erforderlich machen. Wenn Ihr Wechselrichter-Datenblatt einen Wert für die Stromverzerrung angibt, geben Sie diesen bereits in der Anfragephase an den Transformatorlieferanten weiter.

Standortbedingungen. Wüsten- und Standorte mit hoher Einstrahlung kombinieren hohe Umgebungstemperatur mit solarem Wärmeeintrag. Bei containerisierten oder Innenraum-Trockentransformator-Installationen muss der Luftströmungsweg geplant werden, bevor das Gerät spezifiziert wird. Bei Küstenprojekten muss die Korrosionsklasse für Kessel und Armaturen frühzeitig festgelegt werden, da sie sowohl die Lieferzeit als auch den Preis beeinflusst.

Was vor der Bestellung zu bestätigen ist

· Nennleistung und das Niederspannungs-/Hochspannungsverhältnis

· Anzapfbereich, typischerweise ±2 × 2,5 %

· Vektorgruppe und Neutralleiteranordnung

· Impedanz und ob Einheiten parallel geschaltet werden

· Leerlauf- und Lastverlustwerte sowie die angewendete Umgebungs- / Höhenkorrektur

· Bei Trockentyp: Kühlungsklasse (AN oder AF) und Nennleistung bei Zwangskühlung

· Umfang der Tests und ob eine Inspektion durch Dritte erforderlich ist

· Erforderliches Energieeffizienzniveau im Zielmarkt, sofern reguliert

Zum letzten Punkt: Wenn das Projekt in der Europäischen Union angesiedelt ist, reicht die Einhaltung der IEC 60076 allein nicht aus. Die Verordnung (EU) 2019/1783 der Kommission legt Höchstverlustwerte für kleine, mittlere und große Leistungstransformatoren fest, die auf dem EU-Markt in Verkehr gebracht werden, wobei die Normenreihe EN 60076 als harmonisierte Normen gilt. Das erforderliche Verlustniveau sollte von Anfang an in der Spezifikation angegeben werden, da es das Kern-Design und nicht die Ausführung verändert.