Phasenverwirrung

In der letzten Ausgabe hatten wir die Marktübersicht Speichersysteme abgedruckt. Bei der Recherche hatte sich gezeigt, dass bei einem Punkt die Verwirrung besonders groß ist: wie ein Speichersystem mit Verbrauch und Einspeisung auf den einzelnen Stromphasen umgeht. Dabei ist das bei der Optimierung des Eigenverbrauchs entscheidend.

Das Stromnetz hat die drei Phasen L1, L2 und L3, in denen die Wechselspannung jeweils um eine drittel Periode verschoben ist. Wenn ein einphasiger Batteriespeicher an der Stromphase L1 angeschlossen ist und eine Herdplatte an L2, liefert das einphasige Batteriesystem den Strom nicht auf der richtigen Phase. Es kann aber im Prinzip auf Phase L1 genau die Leistung einspeisen, die der Herd benötigt. Wenn sogenannte über Phasen saldierende Zähler eingebaut werden, bleibt der Stromzähler in diesem Fall stehen (siehe photovoltaik 03/2011, Seite 76). Das ist inzwischen nach Aussage von SMA-Experte Martin Rothert, Abteilungsleiter des Produktmanagements im Bereich Off-Grid Solutions, auch in den Richtlinien VDE-AR-N 4400 und VDE AR-N 4105 verankert. Das Batteriesystem erfüllt damit seinen Zweck: Der Stromverbrauch des Herdes wird nominell vom Speichersystem gedeckt. Dazu muss die Leistung des Speichersystems aber so geregelt sein, dass der Summenstrom über alle drei Phasen null beziehungsweise möglichst klein ist.

Um den Summenstrom regeln zu können, muss er allerdings auch bekannt sein. „Man kommt nicht umhin, alle Energieströme zu messen“, sagt Matthias Vetter, Leiter der Abteilung PV Off-Grid Solutions and Battery System Technology am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg. Nach Aussage von Martin Rothert ist es möglich, die Zählerschnittstelle D0 von den Smartmetern zu nutzen. Ansonsten seien drei Stromsensoren und drei Spannungsmessungen nötig. In der Marktübersicht gibt zum Beispiel Nedap an, dass mit einem optional erhältlichen Sensor das Gerät auf den Summenstrom regeln könne.

Ein Grund dafür, dass nicht alle Hersteller über den Summenstrom optimieren, ist, dass die Richtlinien an dieser Stelle noch nicht detailliert genug sind und Netzbetreiber unterschiedlich handhaben, ob die Regelung über den Summenstrom erlaubt ist.

Null- vs. Volleinspeiser

Die Antwort auf diese Frage ist eng damit verknüpft, ob ein Gerät ein sogenannter Null- oder Volleinspeiser ist. Einige Experten sehen hierin den wesentlichen Unterschied. In der Marktübersicht verwenden wir diese Begriffe so, dass Nulleinspeiser überhaupt nicht in das Netz einspeisen dürfen, im Gegensatz zu sogenannten Volleinspeisern. Auch auf die Frage, ob ihr System ein Null- oder ein Volleinspeiser ist, haben die Unternehmen sehr unterschiedlich geantwortet.

Das SMA Sunny Backup-System M ist nach Aussage von Martin Rothert nach der DIN VDE 0126-1-1/A1 auch für den Einspeisebetrieb aus der Batterie ins Netz zertifiziert. Diese Norm regelt die „selbsttätige Schaltstelle zwischen einer netzparallelen Eigenerzeugungsanlage und dem öffentlichen Niederspannungsnetz“ und wurde im Zuge des 50,2-Hertz-Problems eingeführt. „Das System S tut dies nicht im gleichen Maße und ist hierfür auch nicht zertifiziert. Deshalb speisen wir mit diesem System nicht ins Netz ein“, sagt Rothert.

Streng genommen ist es auch eine Einspeisung, wenn ein Gerät den Summenstrom über alle drei Phasen auf null regelt, um den Eigenverbrauch zu optimieren. Denn in diesem Fall fließt Leistung auf einer Phase ins Netz, während sie auf der anderen verbraucht wird. „Sollte es hier Probleme mit dem Netzbetreiber geben, kann der Installateur das System M so umstellen, dass dieser Strom ins Netz verhindert wird“, sagt Rothert. Die Batterie kann dann nur entladen werden, wenn auch wirklich der Verbrauch auf der Phase des Backup-Systems entsteht. Dafür verteilen die Installateure die einzelnen Verbraucher im Haushalt so um, dass Spülmaschine, Waschmaschine, Trockner, Licht und Fernseher auch auf der Phase des Backup-Systems liegen. „Dies wiederum führt dazu, dass in diesen Systemen in der Regel 50 bis 60 Prozent des Verbrauchs auf nur einer Phase stattfindet, was vom Verteilnetzbetreiber zwar nicht so gern gesehen, aber auch nicht verhindert wird“, sagt Rothert.

Allerdings darf man das Problem auch nicht zu hoch hängen. „Aktuell ist mir in Deutschland noch kein Fall bekannt, in dem ein Verteilnetzbetreiber den Anschluss eines Sunny Backup-Systems nicht zugelassen hätte oder auch nur die Rückspeisung auf einer Phase nicht erlaubt hätte“, sagt Rothert.

Es gibt einige Geräte, die das Problem der Einspeisung umgehen. Zum Beispiel die kleinen Batteriesysteme von Prosol Invest. Die Geräte Basic bis L trennen sich automatisch vom Netz, wenn sie auf Batteriebetrieb umschalten. Einphasige Geräte werden dann so geschaltet, dass sie automatisch alle drei Phasen des Hausnetzes versorgen. Das funktioniert für alle Verbraucher, die wie der Herd keinen „echten Drehstrom“ benötigen, bei dem die drei Phasen phasenverschoben sein müssen. Steigt bei dieser Lösung der Verbrauch über die Maximalleistung des Batteriesystems, muss er allerdings wieder zu 100 Prozent aus dem Netz gedeckt werden.

Der Herausforderung bei solchen Systemen ist, dass bei der Netztrennung und der Rücksynchronisation aufs Netz nur die Phase, auf der sich der Batteriewechselrichter befindet, unterbrechungsfrei schalten kann und darf. Daher sollten sensible Geräte wie Computer an dieser Phase angeschlossen sein. Bei den beiden großen Geräten von Prosol Invest spielt das allerdings keine Rolle, denn diese arbeiten dreiphasig.

Lösung: dreiphasige Geräte

Eine Lösung des Phasenproblems ist nämlich, dass Geräte dreiphasig sind und unsymmetrisch arbeiten können, also auf jeder Phase genau die Leistung einspeisen, die verbraucht wird. Ein solches System bietet etwa Knubix an. Obwohl es sich nicht vom Netz trennen muss und dadurch Lastspitzen aus dem Netz gedeckt werden können, setzt Daniel Josepeit, Director IT bei dem Unternehmen, auf hohe Ausgangsleistungen. Hohe Spitzenleistungen lohnten sich im ländlichen Raum, wenn beispielsweise Pumpen nicht anlaufen können, da das Netz ausgefallen ist und keine Lastspitzen aus dem Netz entnommen werden können. Die Systeme funktionierten als Nulleinspeiser, da sie ja unsymmetrisch auf jeder Phase je nach dem Bedarf Leistung bereitstellten. Zurzeit liefen aber Tests mit einem Energieversorger, um in einen Smart Grid ferngesteuert einspeisen zu können, so dass aus dem Gerät ein gesteuerter Volleinspeiser werde. Die Umstellung sei durch eine Software-Änderung möglich.

Wenn dreiphasige Geräte allerdings nur symmetrisch arbeiten, also auf jeder Phase gleichzeitig die gleiche Leistung bereitstellen, muss das Netz auch als eine Art Phasenshifter herhalten. Dann wird es wieder wichtig, dass das System auf den Summenstrom über alle Phasen regelt. Das SMA Sunny Backup-System L ist zum Beispiel so programmiert. Es teilt die Summe des Verbrauchs symmetrisch auf alle drei Phasen auf und speist auf jeder die gleiche Leistung ins Hausnetz ein. Wenn also die Waschmaschine auf L3 zwei Kilowatt Strom verbraucht, würde das Speichersystem auf jeder Phase 666 Watt einspeisen, so dass der Zähler null Kilowattstunden zählt.

Entwarnung von Eon

Was dürfen Batteriesysteme aus Sicht eines Netzbetreibers? Uwe Thomas, beim Netzbetreiber Eon Bayern im Fachbereich Regulierungsmanagement tätig und zuständig für Feldversuche im Rahmen des Forschungsprojekts Sol-ion, sieht zurzeit keine großen Einschränkungen. Wenn Anlagenbetreiber heute Speichersysteme betreiben, haben sie meist ein Interesse an der Optimierung ihres Eigenverbrauchanteils. „Sie haben zurzeit keine Motivation, Batteriestrom in das öffentliche Netz einzuspeisen“, sagt er.

Bei einphasigen Batteriewechselrichtern wird dabei meist auf einer Phase eingespeist, was auf den anderen verbraucht wird. „Solange dabei die Schieflastvorgaben eingehalten werden, spricht nichts dagegen“, sagt Thomas. Im Zuge des Eigenverbrauchsbonus wurde das auch schon akzeptiert. Die Richtlinien für Eigenerzeugungsanlagen schreiben vor, dass einphasige Geräte nicht mehr als 4,6 Kilovoltampere einspeisen dürfen, um die Schieflast zwischen den drei Phasen zu begrenzen.

„Es gibt jedoch noch keine Richtlinie, die den Betrieb von Speichern klar regelt“, sagt Thomas. Die Richtlinien und Normen für Speichersysteme müssen erst noch erarbeitet werden.

Für Torsten Stiefenhofer, Geschäftsführer bei Prosol Invest, ist das einer der Gründe dafür, dass sein System mit dem Namen Sonnenbatterie in den Inselbetrieb wechselt, wenn die Verbraucher von der Batterie gespeist werden. „So sind wir auf der sicheren Seite“, sagt er. Durch ihr Vorgehen hätten sie sehr gute Erfahrungen gemacht, wie zum Beispiel Stadtwerke reagieren. Auch der Anschluss der Geräte sei dadurch einfach. „Der Installateur muss acht Kabel anschließen, das ist alles“, sagt Stiefenhofer. Das Gerät sitzt direkt hinter dem Stromzähler vor dem Hausnetz.

Taskforce tagt

Für die Erstellung der Normen in diesem Bereich ist das Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE zuständig. Nach einem ersten Workshop zum Thema Anfang September hat sich dort am 11. Oktober eine Gruppe aus der Taskforce Integration dezentrale Energie getroffen, um die Aufgaben zu strukturieren, die in Bezug auf Speicher vor ihnen liegen. Außer der Frage, wie Speichersysteme mit den Phasen umgehen sollen, besteht etwa Klärungsbedarf bei der Frage, wie es Speichersysteme mit der Einspeisung von Blindleistung halten.

Bis es neue Richtlinien dazu gibt, sollten Installateure und Betreiber von Solaranlagen auf jeden Fall im Vorfeld mit dem zuständigen Netzbetreiber die Modalitäten klären, nach denen das Batteriesystem angeschlossen und betrieben werden darf.

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