Ein Solarpark kann aus Hunderten einzelnen Anlagen bestehen. Jede liefert Strom über einen Wechselrichter ins Netz. Doch selbst wenn jedes Gerät für sich funktioniert, entsteht am gemeinsamen Anschluss ein neues elektrisches System: Leitungen, Transformatoren und Regelungen beeinflussen sich gegenseitig. Das kann zusätzliche Schwingungen verstärken. Forschende messen deshalb nicht nur einzelne Geräte, sondern auch ihr Zusammenspiel.
Die Entwicklung führt zu einer wichtigen Verschiebung: Je mehr Strom über elektronische Umrichter fließt, desto stärker zählt neben der Leistung eines einzelnen Geräts die Frage, wie es sich in seiner elektrischen Umgebung verhält. Zwei Forschungsansätze zeigen, wie sich das prüfen lässt: Messungen ganzer Solarparks und standardisierte Tests einzelner Wechselrichter.
Was ein Wechselrichter im Solarpark tut
Solarzellen liefern Gleichstrom. Das Stromnetz arbeitet dagegen mit Wechselstrom, dessen Richtung regelmäßig wechselt. Ein Wechselrichter verbindet beide Welten: Er wandelt die elektrische Energie um und regelt, wie sie ins Netz eingespeist wird. In einem großen Solarpark arbeiten viele solcher Geräte zusammen. Ihre Ausgänge sind über Kabel und Transformatoren mit einem gemeinsamen Netzanschluss verbunden.
Der Anschluss ist deshalb mehr als die Summe einzelner Datenblätter. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE beschreibt, dass die elektrischen Eigenschaften eines PV-Kraftwerks aus dem Zusammenspiel der Wechselrichter und der übrigen Komponenten entstehen. Das Institut nennt unerwünschte Resonanzen und hohe Oberschwingungspegel als Probleme, die trotz umfangreicher Anschlussverfahren auftreten können.
Wenn zur Grundwelle weitere Wellen kommen
Die Netzspannung lässt sich vereinfacht als gleichmäßige Welle darstellen. Oberschwingungen sind zusätzliche Anteile mit höheren Frequenzen, die sich dieser Grundwelle überlagern. Sie können die Form des Signals verändern. Wie stark sie am Anschluss auftreten, hängt nicht allein davon ab, was ein Gerät einspeist, sondern auch davon, wie die Umgebung auf diese Frequenzen reagiert.
Ein anschaulicher Vergleich ist eine Schaukel: Kleine Anstöße können sich verstärken, wenn ihr zeitlicher Verlauf zur Bewegung passt. Bei elektrischen Resonanzen geht es ebenfalls um das Zusammenspiel von Anregung und Eigenschaften des Systems. Die Analogie erklärt den Mechanismus; sie sagt nicht voraus, dass ein bestimmter Solarpark betroffen ist.
Für die Beurteilung nutzen Forschende unter anderem die Impedanz. Sie beschreibt vereinfacht, wie stark ein elektrisches System einer Wechselgröße bei einer bestimmten Frequenz entgegenwirkt. Weil dieser Wert mit der Frequenz variiert, reicht eine einzelne Zahl nicht aus. Ein Impedanzspektrum zeigt das Verhalten über einen Bereich von Frequenzen und hilft, kritische Kombinationen zu erkennen.
Vom Labor an den Netzanschluss
Im Projekt ImaStabil untersuchte Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern Methoden, um diese Eigenschaften für Solarkraftwerke zu erfassen. Im Labor wurden unter anderem Wechselrichter, Kabel und Transformatoren vermessen. Die Forschenden nutzten die Daten für Modelle und Simulationen; außerdem wurden Netzimpedanz und Oberschwingungen an Anlagen im Feld untersucht.
Nach Angaben des Instituts wurden zwei PV-Parks detailliert vermessen und simuliert. Die Forschenden überprüften dabei auch Verfahren zur Verbesserung der Stabilität. Ein mobiles Messgerät soll helfen, die Impedanz vorhandener Geräte und Anlagen zu bestimmen. Das Ergebnis ist kein pauschales Gütesiegel für jeden Solarpark: Es zeigt einen Weg, das konkrete Zusammenspiel an einem Standort genauer zu beurteilen.
Die Messung kann auch bei der Suche nach Abhilfe helfen. Das Institut nennt etwa die gezielte Gestaltung der Wechselrichterimpedanz. Vereinfacht soll die Regelung dann so reagieren, dass sie unerwünschte Schwingungen weniger verstärkt oder dämpft. Welche Einstellung geeignet ist, hängt vom jeweiligen Netz und den angeschlossenen Komponenten ab.
Ein anderer Test für eine andere Aufgabe
Neben der Stromqualität rückt eine weitere Eigenschaft in den Vordergrund: Manche Wechselrichter können die Netzspannung aktiv mitprägen. Solche netzbildenden Geräte sind unter anderem für Batteriespeicher interessant. Sie sollen bei Veränderungen im Netz schnell reagieren und zum stabilen Betrieb beitragen.
Wie unterschiedlich die Umsetzung sein kann, zeigte ein Fraunhofer-Test aus dem Jahr 2025. Sieben Unternehmen ließen Speicherwechselrichter unterschiedlicher Größe und Entwicklungsstufen untersuchen. Im Labor wurden neben dem Normalbetrieb auch schnelle Frequenzänderungen, Kurzschlüsse und Phasensprünge nachgestellt. Bei klar definierten Anforderungen verhielten sich die Geräte ähnlich; bei anderen zeigten sich deutliche Unterschiede.
Diese Tests beantworten eine andere Frage als die Untersuchung von Oberschwingungen im Solarpark. Sie prüfen, wie ein einzelnes Gerät auf vorgegebene Situationen reagiert. Die Impedanzanalyse schaut dagegen auf frequenzabhängige Eigenschaften und das Zusammenwirken am Anschluss. Beides ergänzt sich, ersetzt aber die Betrachtung des tatsächlichen Netzes nicht.
Warum das Zusammenspiel offenbleibt
Ein internationaler technischer Vorschlag des UNIFI-Konsortiums beschreibt die Herausforderung für netzbildende Wechselrichter: Regelungen verschiedener Anlagen können miteinander und mit dem Netz wechselwirken. Die Spezifikation nennt deshalb auch die Vermeidung und Dämpfung unerwünschter Resonanzen. Zugleich verweist sie darauf, dass örtliche Netzbedingungen und Grenzen der jeweiligen Energiequelle die Möglichkeiten beeinflussen.
Das bedeutet nicht, dass elektronische Stromerzeugung das Netz zwangsläufig instabil macht. Es bedeutet, dass ihre Eigenschaften geprüft und aufeinander abgestimmt werden müssen. Ein guter Gerätetest liefert dafür wichtige Daten. Ob ein konkreter Verbund stabil arbeitet, zeigt sich erst, wenn auch Leitungen, Transformatoren, andere Anlagen und die Bedingungen am Anschluss berücksichtigt werden.
Quellen
- Fraunhofer ISE: ImaStabil – Impedanzanalyse von PV-Kraftwerken
- Fraunhofer ISE: Testverfahren für netzbildende Wechselrichter, 2025
- UNIFI Consortium: Specifications for Grid-forming Inverter-based Resources, 2023
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