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Ja. Diese Grenze liegt bei 100 % der Haushalte mit „Photovoltaikanlagen für den Hausgebrauch“.
Wie Gary Meissner erwähnte, müssen diese Hausanlagen von den Netzbetreibern ordnungsgemäß kontrolliert werden, und neu installierte netzgebundene Wechselrichter müssen über diese Kontrollen verfügen.
Mit diesen Kontrollen kann ein zu 100 % aus erneuerbaren Energien bestehendes Netz stabiler, wirtschaftlicher und sauberer sein als herkömmlich betriebene Netze. Hier ist ein Artikel aus Australien, der sich mit diesem Thema befasst. Er ist mir erst heute Morgen über den Schreibtisch gelaufen.
Die für den Betrieb des Netzes oder des Übertragungsnetzes verantwortliche Stelle wird immer prüfen, ob vorgeschlagene Änderungen im Mix von Erzeugung, Last oder Übertragung zu Stabilitätsproblemen führen würden. Während eine einzelne PV-Anlage auf einem Haus nur geringe oder gar keine Auswirkungen hat, könnten, wie bereits erwähnt, großflächige PV-Anlagen in einem Gebiet Probleme mit der Stabilität oder der Netzfrequenz verursachen, die beide durch zusätzliche Anlagen oder Betriebsanforderungen oder -verfahren gelöst werden müssen. Auch andere potenzielle Probleme könnten auftauchen, wie z. B. der Bedarf an Betriebsreserven.
Die Antwort auf die Frage lautet also: Ja, es gibt eine Grenze, aber wie hoch diese Grenze ist, hängt von zu vielen Faktoren ab, um sie zu verallgemeinern.
PV-Anlagen können auch Vorteile für das Stromnetz bringen, das sind zwei Seiten einer Medaille.
Das ist vor ein paar Jahren in Deutschland und auf Hawaii passiert. Es wurde so viel Solarstrom installiert, dass die Kraftwerke anfingen, sich zu entladen. Die Frequenz stieg an, und die Solaranlagen schalteten sich aufgrund eines „Netzfehlers“ wegen der erhöhten Frequenz ab. Durch die Abschaltung der Solaranlagen stieg die Last der Stromerzeugungsanlagen sprunghaft an. In einigen Fällen führte dies zu einem Stromausfall, bis das Netz wieder stabilisiert werden konnte. Seitdem gibt es in vielen Gebieten neue Regeln, die für netzgebundene Solaranlagen befolgt werden müssen. Hier in Kalifornien gibt es die „Regel 21“, die alle neuen netzgebundenen Wechselrichter erfüllen müssen. Wenn die Frequenz ansteigt, müssen die Wechselrichter ihre Stromerzeugung sanft herunterfahren, um das Netz wieder in einen stabilen Zustand zu bringen. Außerdem müssen sie in einem größeren Bereich arbeiten, um kurzfristige Störungen auszugleichen. Außerdem wurden die Anforderungen an den Leistungsfaktor und die Verzerrung verschärft. In den meisten Fällen trägt die moderne Solarenergie nun dazu bei, das Netz stabiler zu machen. Das einzige große Problem, das bleibt, ist die „Entenkurve“. So nennt man die neue Stromnachfragekurve. Am frühen Morgen verbrauchen die Menschen Strom, wenn sie aufwachen und frühstücken, aber die Solarenergie ist noch nicht in Betrieb. Im Laufe des Tages steigt die Solarenergie an, der Verbrauch jedoch nicht. Viele Menschen gehen zur Arbeit, und zu Hause läuft nur noch sehr wenig, so dass der Großteil der Solarstromerzeugung in das Netz zurückgespeist wird. Ein großer Teil dieses Stroms wird in die lokale Wirtschaft eingespeist, aber das bedeutet, dass das Versorgungsunternehmen die Produktion zurückfahren muss. Es sieht so aus, als würden sie dadurch Geld sparen, aber das ist nicht der Fall. Sie müssen die Stromerzeugung in Bereitschaft halten, falls Wolken einziehen, und sie müssen möglicherweise ein „Spitzenkraftwerk“ anwerfen, das schnell in Betrieb gehen kann, aber möglicherweise mit Verlust arbeitet. Wenn die Menschen dann von der Arbeit nach Hause kommen, steigt die Nachfrage in den Haushalten, und die Solarstromproduktion fällt ab. Die Nachfrage des Energieversorgers steigt also wieder an, und er muss die Produktion hochfahren, um die Nachfrage wieder zu decken. Das ist ein wesentlicher Grund dafür, warum Menschen, die eine neue netzgekoppelte Solaranlage installieren, jetzt in ein „Time of Use“-Abrechnungssystem aufgenommen werden, bei dem sie einen höheren Tarif erhalten, wenn die Sonne am frühen Abend nicht scheint. Nachts fällt der Tarif zwar immer noch niedriger aus, aber der neue Spitzentarif gilt jetzt in der Regel zwischen 16 und 21 Uhr.
Diese neue Tarifstruktur macht einen Solarspeicher etwas interessanter, um die Kosten des Spitzentarifs zu senken. Die Idee ist, den zusätzlichen Strom, den die Solarmodule tagsüber erzeugen, zu speichern und diesen Strom dann zu nutzen, wenn die Sonne untergeht, wenn die Nachfrage und die Kosten am höchsten sind. In der Realität werden die Einsparungen wahrscheinlich nicht ausreichen, um die Batterie zu amortisieren, aber die Einsparungen, die Sie erzielen, könnten die Kosten für die Notstromversorgung im Falle eines Netzausfalls rechtfertigen. Die meisten netzgebundenen Systeme müssen bei einem Netzausfall vollständig abgeschaltet werden. Meine Batterie spart mir jeden Tag etwa 1,00 bis 2,00 $ von meiner Stromrechnung. Selbst wenn sie nur 1,00 $ pro Tag spart, sind das immer noch 365 $ pro Jahr und 3.650 $ in den 10 Jahren, die eine gute LFP-Batteriebank halten kann. Aber eine Batterie mit 10 KWH kostet im Moment wahrscheinlich über 6.000 $.
Richtig eingesetzt, können Batterien die meisten Probleme bei der Nutzung erneuerbarer Energien lösen. Das größte Problem bei Wind- und Sonnenenergie ist, dass sie von der Natur abhängig sind. Sie können Strom produzieren, wenn man ihn nicht braucht, und ihn nicht produzieren, wenn man ihn braucht. Wenn man also eine Batteriebank einsetzt und den zusätzlichen Strom speichert, wenn zu viel produziert wird, und die Batterie dann ins Netz einspeist, wenn Solar- und Windenergie nicht produzieren, der Bedarf aber hoch ist, helfen die Batterien auf beiden Seiten der Gleichung.
Das einzige Problem sind die Kosten und die Lebensdauer der Batterien. Sie werden immer besser, und in ein paar Jahren könnte ein Netz aus verteilten Speicherbatterien unser Stromnetz retten.
Die technische Grenze ist die Stabilität der langsamen Reaktionsregelung und der Mangel an Speichermöglichkeiten. Wenn das Netz intelligenter und wendiger wird, werden die trägen Reserven durch Batterien und Wechselrichter ersetzt, die auf Spannungs- und Frequenzinstabilitäten in Millisekunden und nicht in Minuten reagieren können. Wenn das Netz intelligenter wird, werden die Batterien und Wechselrichter über das gesamte Versorgungsgebiet verteilt und nicht mehr konzentriert sein. Diese Verteilung wird zu einer sehr lokalisierten Korrektur führen und viel stabiler und widerstandsfähiger sein. Es gibt keine technischen Beschränkungen außer den Unzulänglichkeiten des Modells der zentralen Stromerzeugung aus dem 19. Jahrhundert im derzeitigen Netz. Das wird sich schnell ändern. PV- und Windenergie können „gekürzt“ werden (Wind in Minuten und PV in Millisekunden). Aufgrund des geringen Kapazitätsfaktors (Zeitspanne, in der Wind oder Photovoltaik tatsächlich ihre Nennkapazität erzeugen) ist es wahrscheinlich, dass Wind und Sonne ein Vielfaches des Spitzenlastbedarfs des Netzes erzeugen können. Mit ausreichenden Speichermöglichkeiten ist dies durchaus machbar und ermöglicht eine 100 %ige Energieversorgung. Wenn man das Netz intelligenter macht und die Wärmespeicherung von Millionen von Warmwasserbereitern nutzt, die (in Millisekunden) gesteuert werden, um Unregelmäßigkeiten im Netz auszugleichen, könnte man einen Großteil des Problems kostengünstig lösen, und zwar auf lokaler Ebene.
Wir sprechen über die Kurzschlussleistung als Indikator für die Netzstabilität, und ja, irgendwann wird diese Zahl pro Anlage unter den Anforderungen des PV-OEM für einen stabilen Betrieb seiner Anlagen liegen, und dann müssen Sie das Netz verbessern, wenn Sie mehr PV-Anlagen hinzufügen möchten.