Was ist ein Dreiphasen-Wechselrichter und wie funktioniert er?

Nach der Diskussion über den Split-Phase-Wechselrichter werden wir heute ein Schlüsselelement in großen Solaranlagen analysieren: den Dreiphasenwechselrichter.

Der Übergang von einem dreiphasigen elektrischen System von herkömmlichen einphasigen Systemen erhöht die Effizienz und eröffnet Möglichkeiten für eine überlegene Stromverteilung. Das Verständnis der Grundlagen der Dreiphasenleistung ist grundlegend, um ihre Anwendungen in Solaranlagen zu schätzen.

 

 

Was ist Drehstrom?

Dreiphasenwechselstrom ist eine Art der elektrischen Energieübertragung, die drei sinusförmige Wellenformen umfasst, die jeweils um ein Drittel des Zyklus phasenverschoben sind, oder 120 Grad auseinander. Es ist eine gängige Methode, die in der elektrischen Energieerzeugung, -verteilung und -nutzung verwendet wird.

Die Spannungsstandards für dreiphasige Stromsysteme können je nach regionalen Vorschriften, Netzanforderungen und Branchenpraktiken variieren.

 

Dreiphasenwechselstromspannung von Europa

Zum Beispiel hält das europäische dreiphasige Stromversorgungssystem typischerweise an standardisierten Spannungen fest, wie 380V/400V/415V, mit möglichen Variationen zwischen den Ländern.

Die 3-Phasen-Stromversorgung nutzt ein 4-Draht-System, mit drei Drähten, die als Phasen- oder Leitungsdrähte bezeichnet werden, und dem vierten Draht als Neutralleiter. Die Spannung zwischen irgendwelchen zwei Leitungsdrähten wird als 380V, 400V oder 415V bezeichnet, was als Phasen-zu-Phasen / Leitungs-Spannung bezeichnet wird.

Die Phasen-zu-Null / Phasenspannung, gemessen zwischen jedem Außenleiter und dem Neutralleiter, beträgt 220/230/240V. Dieser Standard erstreckt sich über industrielle und geschäftliche Kontexte hinaus und findet auch in Wohnbereichen Anwendung.

 

Dreiphasenwechselstromspannung von Nordamerika

In den Amerikas weisen Dreiphasenstromsysteme unterschiedliche Spannungsstandards auf, mit gängigen Werten von 208V, 240V oder 480V, die durch spezifische Anwendungen und lokale Vorschriften bestimmt werden.

Zum Beispiel verfügen dreiphasige Stromsysteme, die in US-Gebäuden verbreitet sind, typischerweise über eine 120/208V Konfiguration mit vier Drähten. Industriebetriebe bevorzugen eine dichtere und leistungsstärkere 277/480V dreiphasige Anordnung, die entweder bei demselben Strom eine erheblich größere Stromversorgung bietet.

 

Dreiphasenwechselspannung von Ozeanien

In Ozeanien stimmen Australien und Neuseeland mit globalen Praktiken überein und übernehmen 400V-Standards für dreiphasige Solarsysteme.

 

Dreiphasenwechselstromspannung von Asien

Der Umzug nach Asien, China wählt 380V oder 400V, und Japan folgt lokalen Normen wie 200V oder 400V. Im Nahen Osten, exemplifiziert durch Saudi-Arabien, herrscht ein einheitlicher Standard von 400/690V.

 

Dreiphasenwechselstromspannung von Afrika

Wenn man sich Afrika zuwendet, hält Südafrika an den 400V-Standards fest, während Nigeria und andere afrikanische Nationen sich an europäischen Normen orientieren und 400V für Drehstromsysteme verwenden. Nordafrikanische Länder wie Ägypten spiegeln den Nahen Osten mit 400/690 V-Standards wider.

 

Was ist ein Drehstromwechselrichter

Ein Dreiphasenwechselrichter ist ein Gerät, das Gleichstrom in drei unterschiedliche Wechselstromwellenformen umwandelt, die um 120 Grad phasenverschoben sind, um einen synchronisierten Dreiphasenwechselstromausgang zu erzeugen.

In Solar-Anwendungen spielt der Wechselrichter eine entscheidende Rolle, indem er solarer Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, um eine nahtlose Integration mit dem Netz oder dreiphasigen Geräten zu ermöglichen, insbesondere in hybriden Systemen, die eine effiziente Energieumwandlung erfordern.

 

Wie funktioniert ein Dreiphasenwechselrichter in einem Solarkraftwerk?

Umwandlung von DC in AC

Typischerweise besteht Drehstrom aus vier Leitungen, wobei drei als aktive Phasen und eine zusätzliche Neutralleitung dienen, die am Schaltkasten geerdet ist.

Zum Beispiel gewährleistet der PowMr SunSmart L3 Serienwechselrichter (8kw, 12kw) einen AC-Ausgang über L1, L2, L3 und N, mit einer einstellbaren Phasenspannung von 200 bis 240Vac (230Vac Standard). Darüber hinaus bietet der Wechselrichter Flexibilität mit einer einstellbaren Leitungs- spannung zwischen 350 und 415V, mit einer Standardeinstellung von 400Vac. Diese Anpassungsfähigkeit kommt sowohl einphasigen Geräten als auch dreiphasigen Geräten zugute, was ihn zu einer vielseitigen Wahl für Wohn- und Gewerbeanwendungen macht.

 

Regulierung von Gleichstrom aus Solarpanel (DC zu DC)

Um den hohen Energiebedarf zu decken und die Unabhängigkeit des Dreiphasensystems vom Netz sicherzustellen, werden Energiespeicherbatterien häufig integriert. Dies ermöglicht es dem System, autonom zu arbeiten und dient als Backup während Netzstörungen. Um die Solarenergie effizient zu nutzen, integrieren Dreiphasenwechselrichter Maximum Power Point Tracking (MPPT) Solar-Laderegler.

Zum Beispiel ist der PowMr SunSmart L3 8kw Dreiphasenwechselrichter mit doppelten MPPT-Ladereglern ausgestattet, von denen jeder einen breiten Eingangsspannungsbereich von 200 bis 650Vdc unterstützt, mit einer maximalen Solarplatten-Eingangsleistung von 6000W pro Kanal. Dies stellt sicher, dass die Solarpanels mit maximaler Effizienz arbeiten, was die Gesamtleistung des Systems verbessert und die Energieernte maximiert.

 

Umwandlung von AC in DC

Nach der Integration eines Energiespeicherbatterie verbessert die Umwandlung von Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) die Flexibilität des Elektrizitätssystems. Die nahtlose Kombination von AC zu DC und DC zu AC optimiert den Energieverbrauch und die Interaktion mit dem Stromnetz.

Diese dynamische Funktionalität gewährleistet nicht nur eine stabile Stromversorgung, sondern ermöglicht es dem System auch, von Niedriglastzeiten zu profitieren und die Stromkosten zu minimieren. Im Kontext von dreiphasigen Solarsystemen werden die Vorteile des Peak Shaving und Valley Filling verstärkt, insbesondere in industriellen Umgebungen, in denen die Spitzenlast ausgeprägter ist.

Der PowMr Dreiphasenwechselrichter akzeptiert einen Phasenspannungsbereich von 170 bis 280V und einen Leitungsspannungsbereich von 305 bis 485V während der AC-zu-DC-Umwandlungsphase. Mit Zeitslot-Lade-/Entladeeinstellungen nutzt er Spitzen- und Tal-Tarife, um die Kosten zu minimieren. Ideal für dreiphasige Solarsysteme, insbesondere in industriellen Umgebungen, glänzt er in Anwendungen zur Spitzenlastreduktion und Talauffüllung und sorgt für eine stabile Stromversorgung und effiziente Netzinteraktion.

 

Synchronisation mit dem Netz

In hybriden Solarkraftsystemen ist eine präzise Synchronisation mit dem Stromnetz, was bedeutet, Harmonie in Ausgangsfrequenz, Wellenform, Phase und Spannung zu erreichen, entscheidend für eine nahtlose Integration und für einen reibungslosen Stromtransfer. Der Dreiphasenwechselrichter wird für diese Aufgabe verantwortlich sein.

Veranschaulicht durch PowMr Dreiphasenwechselrichter, bietet es Frequenzoptionen von 50 oder 60Hz, was zu einer synchronisierten und stabilen Verbindung zum Netz beiträgt. Darüber hinaus liefert es einen reinen Sinuswellenausgang, der die Qualität und Zuverlässigkeit der erzeugten Energie verbessert.

 

Vorteile von Dreiphasenwechselrichtern gegenüber einphasigen Wechselrichtern

Erhöhte Leistungsdichte
Dreiphasenwechselrichter ermöglichen die Bereitstellung von äquivalentem Strom mit kleineren Leitungen, wodurch die gesamte Leistungsdichte in Verteilungssystemen erhöht wird.

Effizienzsteigerung
Im Vergleich zu einphasigen Stromkreisen bieten dreiphasige Systeme nahezu die doppelte Leistung bei demselben Strom, was zu einer verbesserten Effizienz in der Stromverteilung führt.

Platzoptimierung
Die kompakte Nutzung von mehr Leistung auf weniger Raum reduziert die Verkabelungskosten und verzögert Investitionsausgaben, was zur allgemeinen Raumnutzung beiträgt.

Anwendbarkeit
Besonders vorteilhaft in leistungsintensiven Umgebungen wie hochdichten IT-Installationen, Rechenzentren, Lagerräumen, Fertigung und Produktionsindustrien.

 

Fazit - Wann Dreiphasenwechselrichter notwendig sind

Es ist wichtig zu beachten, dass für Wohnanwendungen mit kleineren Solaranlagen ein einphasiger Solarwechselrichter ausreichend sein kann. Die Wahl zwischen einphasigen und dreiphasigen Wechselrichtern hängt von den spezifischen Anforderungen der Installation und den Merkmalen des lokalen Stromnetzes ab. Im Folgenden sind die häufigsten Szenarien aufgeführt, in denen die Vorteile der dreiphasigen Stromverteilung für eine optimale Leistung und Integration entscheidend sind.

 

Industrielle Anwendungen

Branchen mit schweren Maschinen und hohem Leistungsbedarf profitieren erheblich von Drehstromwechselrichtern. Die höhere Leistungskapazität und Stabilität, die von Drehstromsystemen bereitgestellt werden, sind entscheidend für die Aufrechterhaltung industrieller Abläufe ohne Unterbrechungen.

 

Große kommerzielle Installationen

Gewerbliche Einrichtungen mit erheblichen Energieanforderungen, wie Einkaufszentren, Rechenzentren und große Bürokomplexe, benötigen Drehstromwechselrichter. Diese Wechselrichter können die vielfältigen und anspruchsvollen Lasten, die in solchen Umgebungen auftreten, effizient bewältigen.

 

Häuser mit hohem Energieverbrauch

In Wohnhäusern, in denen energieintensive Geräte wie elektrische Wassererhitzer, HVAC-Systeme und Küchengeräte verbreitet sind, kann ein Dreiphasenwechselrichter eine ausgewogenere und stabilere Stromversorgung bieten. Dies ist besonders relevant in größeren Häusern mit mehreren gleichzeitig betriebenen Hochleistungsgeräten.

 

Solarparks

In großflächigen Solarfarmen, die weite Flächen abdecken, sind dreiphasige Wechselrichter unverzichtbar. Ihre Fähigkeit, Strom über lange Strecken mit minimalen Verlusten zu übertragen, gewährleistet eine effiziente Energieübertragung von entfernten Solaranlagen zum Netzanschlusspunkt.

 

Elektrofahrzeuge (EVs)

Elektrofahrzeuge verwenden häufig Dreiphasenwechselrichter in ihrer Leistungselektronik, um Gleichstrom aus der Hochvolt (HV) Batterie in Wechselstrom umzuwandeln, um den Elektromotor anzutreiben. Dreiphasensysteme bieten einen reibungsloseren und effizienteren Betrieb für den Antrieb von Elektrofahrzeugen.

 

Netzanschluss

In Regionen, in denen das Stromnetz dreiphasig ist, sorgt die Verwendung eines dreiphasigen Solarwechselrichters für eine nahtlose Integration mit dem Netz. Dreiphasensysteme werden häufig in städtischen Gebieten und an Standorten mit hohem Strombedarf eingesetzt. Die Verwendung eines dreiphasigen Wechselrichters hilft, die Stromverteilung über die drei Phasen auszugleichen.