Stromspeicher Schwarzstart (Black start): Hybrid-Wechselrichter wie Energiespeicher schwarzstartfähig? Gegen temporären Stromausfall und Blackout

Die meisten Wechselrichter sind nicht schwarzstartfähig. Bei einigen Wechselrichtern ist es möglich, diese zu schwarzstarten, indem man die separate Batterie auflädt, bevor man den Wechselrichter einschaltet. Allerdings ist dies nicht immer möglich und hängt von der Art des Wechselrichters ab.

Die neue schwarzstartfähige Hybrid-Wechselrichter Generation verfügt über eine Umschalteinrichtung für Ersatzstrom, sodass ausgewählte Verbraucher bei Netzausfall weiterhin mit Notstrom versorgt werden können. Dieser „Ersatzstrom“ ermöglicht es dem Hybrid-Wechselrichter schwarzstartfähig zu sein. Auch ist solares Nachladen gegeben, bei dem während dem Netzausfall die Batterie weitergeladen wird, um Verbraucher mit Strom zu versorgen.

Fronius Prim GEN24 Plus Hybrid-Wechselrichter Serie

Die Fronius Prim GEN24 Plus Hybrid-Wechselrichter Serie ist schwarzstartfähig – Bild: Xpert.Digital / Sergey Nivens|Shutterstock.com

Die Fronius Prim GEN24 Plus Hybrid-Wechselrichter Serie ist schwarzstartfähig.

GoodWe Hybrid Wechselrichter 5-10KW ET Plus Serie

Hybridwechselrichter für Haus und Stromspeicher – von GoodWe – Bild: Xpert.Digital / Sergey Nivens|Shutterstock.com

Die GoodWe Hybrid Wechselrichter 5-10KW ET Plus Serie mit Hochvolt Notstromfunktion (UPS). Im Falle eines Stromausfalls gelingt ein Umschalten innerhalb von 10 Millisekunden, um eine unterbrechungsfreie Stromversorgung für angeschlossene Verbraucher zu garantieren.

Die dreiphasigen Hybrid-Wechselrichter der GoodWe ET-Plus-Serie wurden entwickelt, um einen stabilen Stromfluss für angeschlossene Verbraucher zu garantieren. Diese Geräte verfügen über dreiphasigen Notstromausgang mit Drehstrom und einem Leistungsbereich von 5 kW, 6,5 kW ,8 kW und 10 kW .

Der breit gefächerte Batteriespannungsbereich von 180 V bis 550 V ermöglicht die flexible Kompatibilität mit mehreren Lithium Batteriesystemen auf dem Markt.

Die eingehende PV-Generatorleistung kann bis zu 30% über der Nennleistung liegen. Dadurch ergibt sich eine bessere Energieausbeute an heißen und sehr kalten Tagen. Die UPS (Notstrom) Funktion ermöglicht im Falle eines Stromausfalls ein Umschalten innerhalb von 10 Millisekunden. Der Wechselrichter hat zudem eine offene Batteriemanagement-Schnittstelle, was den Anforderungen einiger Energieversorger entgegenkommt.

Der GoodWe Hybrid-Wechselrichter ist mit einem Hochvolt-Batterie-Anschluss und zwei getrennt unabhängigen MPP-Trackern ausgestattet und bietet somit ein vollständiges Paket. Dieses Gerät kann über die GoodWe PV Master App auf dem neuesten Stand gehalten werden und die Daten werden über die integrierte WiFi-Schnittstelle an das gratis GoodWe SEMS Portal übermittelt.

Sind HUAWEI Wechselrichter notstromfähig?

Nein, im Moment ist uns darüber nichts bekannt, ob und wann diesbezüglich was kommt.

Ist die Enphase Solaranlagen-Technologie mit Mikrowechselrichter notstromfähgig?

Im Unterschied zu einem Stringwechselrichter, das alle angeschlossenen Solarmodule (zentral) erfasst, wird bei einer dezentralen Solaranlage jedes Solarmodul mit einem Enphase Mikro-Wechselrichter kombiniert.

Mehr dazu hier:

• Neu & innovativ: Dezentrale und modulare Plug & Play Solaranlage – anders als die anderen

Der IQ System Controller von Enphase ist im Moment in Deutschland noch nicht verfügbar. Soll aber dieses Jahr (2023) noch kommen. Es erkennt, wenn das Stromnetz ausfällt, und schaltet das Haus nahtlos von Netzstrom auf Reservestrom um.

Darüber hinaus ist mit dem neuen Enphase Mikrowechselrichter IQ8 die Solaranlage in der Lage, bei einem Stromausfall Notstrom zu liefern, ohne dass ein Batteriespeicher erforderlich ist.

Der Mikro-Wechselrichter ist in vier Versionen erhältlich: als Solar-Only-Variante ohne Notstromfunktion sowie als Sunlight-Backup-Variante mit der Fähigkeit zum netzunabhängigen Betrieb ohne Batteriespeicher. Zudem gibt es das System in Kombination mit einem kleinen Batteriespeicher in der Home-Essentials-Backup-Variante und mit großem Speicher als Full-Energy-Independence-Version. Alle drei letztgenannten Lösungen mit netzunabhängigem Betrieb müssen mit einem Enphase System Controller ausgestattet sein, um das Haus während eines Stromausfalls mit Solarstrom zu versorgen.

Unter einem Schwarzstart versteht man die Wiederherstellung des Betriebs eines Kraftwerks oder eines Teils eines Stromnetzes nach einer vollständigen oder teilweisen Abschaltung, ohne auf das externe Stromübertragungsnetz zurückgreifen zu müssen.

Die Energie für den Neustart eines Kraftwerks kann von einem Standby-Generator vor Ort stammen. Wenn eine große Strommenge benötigt wird, kann alternativ eine Verbindungsleitung zu einem anderen Kraftwerk genutzt werden, um die Anlage in Betrieb zu nehmen. Sobald die Haupterzeugungseinheiten in Betrieb sind, kann das Stromübertragungsnetz wieder angeschlossen und die elektrischen Lasten wiederhergestellt werden.

Schwarzstartstrom kann durch eine Vereinbarung sichergestellt werden, bei der ein bestimmter Energielieferant dafür bezahlt wird, dass er bei Bedarf Schwarzstartstrom bereitstellt. Nicht alle Kraftwerke sind für die Bereitstellung von Schwarzstartstrom für ein Netz geeignet.

Die Schwarzstartfähigkeit ist insbesondere bei einem flächendeckenden Stromausfall von Bedeutung, um das Energienetz wieder in Betrieb zu nehmen. Im Normalfall wird die erforderliche Leistung zum Start einer Energieerzeugungseinheit aus dem Netz entnommen. Die Energie schwarzstartfähiger Erzeugungseinheiten kann dann zum Anfahren nicht-schwarzstartfähiger Erzeugungseinheiten verwendet werden.

Anders als Wasserkraftwerke benötigen Wärmekraftwerke ein hohes Maß an (elektrischer) Energie als Eigenbedarf, bevor sie selbst elektrische oder thermische Leistung bereitstellen können. Stellt man einem Kohle- oder Kernkraftwerksblock eine schwarzstartfähige Einheit mit ausreichender Leistung zur Seite, so kann für das Gesamtsystem auch hier Schwarzstartfähigkeit erreicht werden. Meist handelt es sich dabei um Gasturbinen, die im Schwarzstart mit Energie aus Akkumulatoren oder Dieselaggregaten in Betrieb genommen werden. Dieselaggregate sind ohnehin aus Gründen der Redundanz in Kernkraftwerken oft vorhanden, da auch nach Reaktorschnellabschaltung im Notfall (oder auch einfach regulärer Abschaltung) noch Nachzerfallswärme anfällt, welche durch das Kühlmittel abgeführt werden muss. Der Ausfall dieses Systems war einer der Aspekte, der zum Reaktorunfall von Fukushima führte. In jedem Netz muss eine ausreichende Anzahl von Kraftwerken mit Schwarzstartfähigkeit ausgerüstet werden, um für eine schnelle Netzwiederanfahrt nach einem Netzzusammenbruch verfügbar zu sein.

Ein schwarzstartfähiges Kraftwerk sollte über besondere Charakteristika verfügen:

• Es sollte schnell starten können: Wenn der Schwarzstart lange dauert, dann kann das Kraftwerk nicht beim Wiederhochfahren eines zusammengebrochenen Netzes mithelfen; andere Kraftwerke könnten ihm bereits beim Start aushelfen – seine Schwarzstartfähigkeit ist dann nutzlos.
• Es muss unabhängig von externen Stromquellen arbeiten können: Nicht nur der reine Stromerzeugungsprozess, sondern auch andere Nebenbedarfe müssen unabhängig vom Netz funktionieren (Kontrollzentrale, Telefon- und Kommunikationssysteme mit Netzbetreiber und -verwaltung, Umspannwerk …). Gegebenenfalls ist ein Inselbetrieb mit einem Teilnetz möglich (Versorgung wichtiger Verbraucher wie Polizei, Krankenhaus, Feuerwehr, THW).
• Zudem sollte ein schwarzstartfähiges Kraftwerk einem hohen Anlaufstrom standhalten können, falls es nicht möglich war, es zuvor vom Netz zu trennen.
• Es sollte ein flexibles Startverhalten aufweisen.

Beispiele für in Deutschland verwendete (direkt) schwarzstartfähige Kraftwerke sind

• Wasserkraftwerke, dazu zählen neben Laufwasserkraftwerke auch Speicherkraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke
  Gasturbinenkraftwerke, auch in Kombination mit anderen Kraftwerkstypen wie Kernkraftwerken oder Kohlekraftwerken.
  Gemäß Monitoring nach § 35 EnWG gibt es (Stand 2020) in Deutschland 174 schwarzstartfähige Anlagen (Kraftwerksblöcke bzw. Turbinen), die über eine Netto-Nennleistung von jeweils mindestens 10 MW verfügen.
• In Österreich gibt es in Summe 32 bestätigte schwarzstartfähige Kraftwerke und eine unbekannte Anzahl nicht bestätigter schwarzstartfähiger Kraftwerke. Bei vielen der bestätigten Kraftwerke ist aber nicht öffentlich bekannt, um welche Kraftwerke es sich im Konkreten handelt. Die bekanntesten und größten davon sind die Pumpspeicherkraftwerke Malta und Kaprun mit 850 bzw. 813 MW.

Nicht alle Stromerzeugungsanlagen sind für einen Schwarzstart geeignet. Windturbinen sind nicht immer für einen Schwarzstart geeignet, da der Wind möglicherweise nicht zur Verfügung steht, wenn er gebraucht wird. Windturbinen, Mini-Wasserkraftwerke oder Mikro-Wasserkraftwerke sind oft an Induktionsgeneratoren angeschlossen, die nicht in der Lage sind, Strom zur Wiederherstellung des Netzes zu liefern. Die Schwarzstartanlage muss auch stabil sein, wenn sie mit der großen Blindlast einer langen Übertragungsleitung betrieben wird. Viele Hochspannungs-Gleichstrom-Umrichterstationen (HGÜ) können auch nicht in ein „totes“ Netz einspeisen, da sie auf der Lastseite Kommutierungsenergie aus dem Netz benötigen. Ein auf Pulsweitenmodulation (PWM) basierendes HGÜ-System mit Spannungsquellenkonverter hat diese Einschränkung nicht.

Ein wesentlicher Hinderungsgrund, warum Wärmekraftwerke selten schwarzstartfähig sind, ist das Zusammenziehen und Verkürzen der Turbinenwelle, wenn sie von ihrer Betriebstemperatur auf Umgebungstemperatur abkühlt. Sie verklemmt dann im Gehäuse und kann weder drehen noch ausgebaut werden; für das Wiederanfahren des Kraftwerks muss sie erst vorgeheizt werden, um wieder freigängig drehen zu können, bevor sie vom heißen Dampf durchströmt werden kann.

Wird ein Wärmekraftwerk abgeschaltet, so wird mit dem Aufheizen der Turbinenwelle rechtzeitig begonnen, um das Kraftwerk zum geplanten Zeitpunkt auch wieder in Betrieb nehmen zu können.