Unser Stromnetz ist ein sehr sensibles Gebilde. Es muss genauso viel Strom produziert werden, wie wir alle verbrauchen. Doch wie soll so etwas funktionieren, wenn im Voraus nicht genau bekannt ist, wie viel Strom benötigt wird, fragt luckx – das magazin.
Bedingungen
Strom kommt aus der Steckdose. Was sich so einfach liest, ist doch sehr kompliziert. Bei unserem Haushaltsstrom, einem Wechselstrom, benötigen wir 230 Volt und 50 Hertz. Kurz zur Erinnerung an die Schulzeit: Volt ist die Spannung und Hertz ist die Frequenz, mit der der Wechselstrom die Richtung verändert. Sollte mehr Strom abgefordert werden, als verfügbar ist, kann sich sowohl die Spannung als auch die Frequenz reduzieren. Sollte weniger abgefordert werden als bereitgestellt wird, geht es in die andere Richtung. Beides ist für unsere Elektrogeräte nicht gut und kann diese beschädigen oder zerstören. Um das zu verhindern, besteht ein großes Netz nicht nur in Deutschland, sondern über fast ganz Europa. Haben wir früher Glühlampen und vielleicht mal Fön und Waschmaschine benutzt, werden heute PC im Dauerbetrieb, Klimaanlagen als auch Elektrofahrzeuge in den Stromkreis eingebunden. Das sorgt dafür, dass im viel größerem Maße mehr Strom benötigt wird. Aber auch, dass die Schwankungen durch nachhaltig erzeugter Energie durch Wind und Sonne eingespeist werden und damit zu Schwankungen in der Versorgung führen können. So werden heute schon netzbildende Wechselrichter verbaut. Diese lassen sich so programmieren, dass sie sich wie eine Spannungsquelle verhalten. Vergleichbar mit dem Verhalten von konventionellen Kraftwerken reagieren netzbildende Wechselrichter damit kurzfristig auf den Bedarf des Netzes und stellen Momentanreserven bereit.
Schlüsselkomponente
Netzbildende Wechselrichter sind eine Schlüsselkomponente, um den stabilen Betrieb der Stromnetze bei einer vollständigen Energieversorgung aus erneuerbaren Energiequellen zu gewährleisten. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat mit Unterstützung der vier deutschen Übertragungsnetzbetreibern im Projekt „GFM Benchmark“ ein Verfahren zur Bewertung dieser neuartigen Wechselrichter entwickelt und an Hand von Geräten verschiedener Hersteller erprobt. Die Ergebnisse zeigen den Stand der Marktreife der Technologie und fließen in nationale und europäische Normen ein.
Netzbildende Wechselrichter sind die Voraussetzung für eine Vollversorgung mit erneuerbaren Energien zu jeder Zeit. Da die Energiewende schnell voranschreitet und die Stromversorgung in manchen Ländern bereits jetzt zeitweise zu 100 Prozent von Erneuerbaren gespeist wird, gewinnt ihr Einsatz rasant an Bedeutung. Derzeit verlassen wir uns noch fast vollständig auf konventionelle Kraftwerke, wenn es um die Bildung der Frequenz und Spannung im Stromnetz geht. Zukünftig werden diese Systemdienstleistungen von netzbildenden Wechselrichtern übernommen werden müssen. Seit etwa 10 Jahren haben sich Netzbetreiber, Wechselrichterhersteller und Forschung in verschiedenen Forschungs- und Entwicklungsprojekten intensiv dieser Frage gewidmet. Die Lösung ist eine grundlegende Änderung der Regelungstechnik von Wechselrichtern: Weg vom reinen Einspeisen in ein bestehendes Netz und hin zu einem aktiven Beitrag zur Bildung der Netzspannung. Dafür wurden netzbildende Regelungen entwickelt, im Labor erprobt und Simulationen unterzogen. Da jedoch bisher eine einheitliche Definition und Regelung von „netzbildend“ fehlte, wurde das Projekt GFM Benchmark ins Leben gerufen. Ziel war es, über ein umfassendes Testverfahren, mit dem alle netzbildenden Eigenschaften eines Wechselrichters geprüft werden können, eine klare und anwendbare Definition für netzbildenden Wechselrichtern zu schaffen.
Technischen Standards
Parallel zum GFM Benchmark Projekt startete die Normierungsarbeit in Deutschland und auf europäischer Ebene für die technischen Standards der Komponenten sowie den Anschluss und Betrieb netzbildender Anlagen. Die Erfahrungen und Zwischenergebnisse aus dem Projekt waren für diesen Prozess sehr hilfreich, denn so konnten reale Erfahrungen aus der Vermessung netzbildender Wechselrichtern erbracht werden. In Deutschland gibt es nun seit Mai 2025 den VDE FNN Hinweis „Netzbildende Eigenschaften“, der erstmalig die Anforderungen und den Nachweis für netzbildende Einheiten regelt. Dieser Hinweis bildet nun auch die Grundlage für den aufkommenden Markt für die Bereitstellung von Momentanreserve. Auf europäischer Ebene geriet der Pfad zur Einführung netzbildender Wechselrichter leider ins Stocken. Es ist aber nur eine Frage der Zeit, bis normative Anforderungen kommen. Daher sind die Marktaussichten für netzbildende Wechselrichter spannend, und es gilt: Wer sich schnell bewegt, profitiert am meisten. Das nun etablierte Prüfverfahren für das Verhalten netzbildender Wechselrichter können Komponentenhersteller sowie Projektierer nun als Grundlage für ihre Entwicklung nutzen.
Die Einführung der notwenden Anzahl von netzbildenden Wechselrichtern steht auf einem 3-Säulen-Modell: Zunächst bauen die Übertragungsnetzbetreiber ihr eigenen Stromrichteranlagen, allen voran Hochspannungs-Gleichstromübertragungs-Systeme (HGÜs) und Blindleistungskompensationseinrichtungen (STATCOMS) inzwischen nur noch mit netzbildender Technologie. Zweitens startet in Deutschland ab 2026 ein sehr spannender Markt für die Bereitstellung von Momentanreserve. Es werden attraktive Konditionen für Großbatteriespeicher und große Wind- und PV-Parks mit netzbildenden Eigenschaften erwartet. Da der Bedarf an Momentanreserve derzeit hoch ist, ist damit zu rechnen, dass alle validen Angebote zum Zuge kommen. Die letzte Säule bilden dann die verpflichtenden netzbildenden Eigenschaften, die mit einem Zeithorizont von ca. 5 Jahren kommt.
Wo geht die Reise hin?
Deutschland gibt dank der Roadmap Systemstabilität, die 2023/2024 erstellt wurde und nun als Fahrplan gilt, ein gutes Tempo beim Einsatz der netzbildenden Technologie vor. Anders sieht es leider auf EU-Ebene aus: Die Verzögerung beim Beschluss der Network Codes „Requirements for Generators RfG 2.0“ (eng. RfG – Anforderungen für Stromerzeuger)“ ist problematisch – vor allem, da vom Zeitpunkt des Inkrafttretens eine mehrjährige Implementierungsphase auf den nationalen Ebenen folgt.
Zwar steht die Technologie, aber das systemische Finetuning folgt erst noch. Damit netzbildende Wechselrichter zum Branchenstandard werden können, müssen die ersten Pilotanlagen, die jetzt ins Netz gehen genausten monitoren und wissenschaftlich begleitet werden. Es ist zu analysieren, wie sich ihre Parametrierung auf die Systemstabilität auswirkt und davon für die nächste Generation der Anlagen und Richtlinien lernen. So ist z. B. auch zu untersuchen, wie netzbildenden Einheiten mit Schutzgeräten in Verteilnetzen harmonieren. Außerdem sollten diese Komponenten im Notfall lokale Netzinseln aufbauen können – dies stellt eine große Chance dar, bedarf aber auch einer Betrachtung der damit verbunden Risiken.