Forschende der Bukarester Wirtschaftsuniversität verglichen netzbildende (GFM) und netzfolgende (GFL) Wechselrichter in einem modellierten Photovoltaik- und Speichersystem für ein Wohngebäude. Ihre Analyse ergab, dass die GFM-Technologie in Simulationen von Netzstörungen besser abschnitt und unter den Annahmen der Studie günstigere finanzielle Ergebnisse erzielte.

Das Team modellierte eine 5-kW-Solaranlage in Kombination mit einer 10-kWh-Lithium-Eisenphosphat-Batterie. Beide Wechselrichtertypen wurden unter gleichen Bedingungen mithilfe elektromagnetischer Transientensimulationen in MATLAB/Simulink getestet. Dazu gehörten eine Laststeigerung um 1,2 kW sowie ein Spannungsabfall von 20 %, der 200 Millisekunden andauerte.

Mit GFM sank die maximale Frequenzänderungsrate im Vergleich zu GFL von 18,99 Hz/s auf 6,34 Hz/s. Die maximale Frequenzabweichung verringerte sich von 0,62 Hz auf 0,18 Hz, und die Frequenz-Einschwingzeit verkürzte sich von 7,5 Sekunden auf 3 Sekunden. Die Simulationen zeigten außerdem, dass die maximale Spannungsabweichung von 0,20 auf 0,08 per unit sank, während sich die Spannungswiederherstellungszeit von fünf auf zwei Sekunden verkürzte.

Die Forschenden erklärten, dass GFL-Systeme auf das Netz als Referenz für Spannung und Frequenz angewiesen sind, während GFM-Wechselrichter diese Referenzwerte selbst festlegen können. Dadurch können sie das Netz stützen und im Inselbetrieb arbeiten, sodass die Versorgung bei Stromausfällen möglicherweise aufrechterhalten werden kann.

Die finanzielle Bewertung ging von einer Projektlaufzeit von 15 Jahren und einem Abzinsungssatz von 6 % aus. Die Anfangsinvestition wurde für GFL auf 7.000 € und für GFM auf 8.500 € festgelegt. Das Modell berücksichtigte Betriebskosten, Einsparungen durch Eigenverbrauch, Einnahmen aus Netzeinspeisung und Energiearbitrage sowie Schätzungen zu Systemdienstleistungen, vermiedenen Ausfallkosten, Batteriealterung und einer geringeren Abregelung erneuerbarer Energien.

Unter diesen Annahmen erzielte GFM einen jährlichen Netto-Cashflow von 1.142 €, verglichen mit 615 € bei GFL. Der Kapitalwert lag bei 2.591 € und die interne Rendite bei etwa 10,4 %; die entsprechenden Werte für GFL betrugen minus 1.027 € und etwa 3,7 %. Obwohl die herkömmlichen Stromgestehungskosten für GFM höher waren – 0,206 €/kWh gegenüber 0,174 €/kWh –, sanken sie auf bereinigter Basis auf 0,118 €/kWh, wenn die Vorteile von Flexibilität und Resilienz berücksichtigt wurden. Die Forschenden schätzten, dass sich die zusätzlichen Investitionskosten von 1.500 € in etwa 2,85 Jahren amortisieren würden.

Die Sensitivitätsanalysen der Studie ergaben, dass GFM in allen untersuchten Szenarien zu Strompreisen, Einnahmen aus Systemdienstleistungen und Batteriekosten wirtschaftlich tragfähig blieb. Die Forschenden wiesen darauf hin, dass die Rentabilität vom Zugang zu Flexibilitätsmärkten und davon abhängt, wie Netzdienstleistungen bewertet werden. Zudem erklärten sie, dass die Annahmen anhand saisonaler Betriebsdaten weiter geprüft werden müssten.

Die Ergebnisse wurden im Journal of Energy Storage in einer Studie mit dem Titel „Können sich netzbildende Wechselrichter auszahlen? Eine technoökonomische Analyse von Photovoltaik- und Batteriesystemen in Stromnetzen mit geringer Trägheit“ veröffentlicht.

Quellen: pv magazine.