Wie wählt man die Spannung für eine Windturbine?

Wenn eine 5-kW-Windturbine an einen Deye-Wechselrichter angeschlossen wird, sollte die Spannung auf 240 V oder 380 V eingestellt werden? Kürzlich stellte sich ein Kunde aus den Philippinen dieses Problem.

Dieser Kunde installiert das Wind-Solar-Hybridsystem für sein Kühlraum-Projekt. Er verfügt über einen Deye-Wechselrichter und muss eine Windturbine sowie deren Regler von uns erwerben, um diese dann mit seinem Wechselrichter zu verbinden. Die von uns basierend auf seinen tatsächlichen Installationsbedingungen vorgeschlagene Lösung besteht aus einer 240-V-Windturbine und dem zugehörigen Regler. Andere Lieferanten empfahlen jedoch die Verwendung einer 380-V-Windturbine. Daher zögert der Kunde bei der Auswahl der Spannung.

Technisch gesehen sollte die Spannungseinstellung für eine 5-kW windturbinengenerator 240 V betragen, was sinnvoller ist als 380 V.

1. MPPT-Wirkungsgrad und dynamische Anpassung: Festlegung des „optimalen Punkts“

Der MPPT-Betriebsbereich des Deye-5-kW-Wechselrichters liegt bei 150 V – 425 V (die Hardware-Begrenzung beträgt 500 V). Wenn die Spannung der Windturbine auf 240 V eingestellt ist, liegt die gleichgerichtete Gleichspannungs-Ausgangsspannung des Wechselrichters bei Nenn-Drehzahl bei etwa 240 V – 320 V. Dieser Spannungsbereich liegt genau im „optimalen Arbeitspunkt“ des Wechselrichters (d. h. im effizientesten Bereich der Kennlinie) und stellt sicher, dass dieser unter 80 % der typischen Windbedingungen die maximale Leistung verfolgen kann.

Allerdings, wenn die windturbinengenerator spannung 380 V beträgt, wird bei Nennwindgeschwindigkeit oder starken Böen sehr wahrscheinlich ein Überschreiten von 425 V eintreten. In diesem Fall versagt die MPPT-Verfolgungsfunktion des Wechselrichters und begrenzt die Leistungsabgabe. Steigt die Spannung bis zur Hardware-Grenze von 500 V an, wird sofort der Überspannungsschutz (OVP) ausgelöst und der Wechselrichter abgeschaltet – oder es kommt zu einer dauerhaften Beschädigung der internen IGBT-Komponenten. Daher bietet die 380-V-Lösung nahezu keine Toleranz für Fehler.

2. Effektive Stromerzeugungszeit: Einschalt-Schwelle bei 150 V

Die Philippinen weisen ein typisches Inselklima auf, wobei die Stromerzeugungskapazität von Windturbinen weitgehend von der „Anlaufdauer“ bei mäßigen bis niedrigen Windgeschwindigkeiten abhängt.

Wenn die Spannung des windkraftanlage 240 V beträgt, entspricht dies der Anlaufspannung von 150 V von Deye. Dadurch kann die Turbine bereits bei niedrigeren Windgeschwindigkeiten früher starten und anschließend mit der Einspeisung von Strom ins Netz beginnen. Im Vergleich zum 380-V-System kann so die tägliche effektive Stromerzeugungszeit um 15 % bis 20 % gesteigert werden.

Zwar behaupten Wettbewerber, dass ihre Leitungsverluste geringer seien; doch benötigen 380-V-Windturbinen bei niedrigen Windgeschwindigkeiten länger, um die Nennspannung zu erreichen. Wichtiger noch: Ihre Spannungstoleranz ist enger, was dazu führen kann, dass der PWM-Regler bei hohen Windgeschwindigkeiten häufig die Bremsfunktion „Lastabwurf“ auslöst – dadurch wird die Stromerzeugung unterbrochen und es entsteht unnötiger mechanischer Verschleiß.

3. Strukturelle Stabilität – Das primäre Kriterium für Kühlhausprojekte

Wir sind ein professioneller Anbieter maßgeschneiderter Lösungen für erneuerbare Energien. Bevor wir für unsere Kunden eine Lösung entwerfen, verstehen wir in der Regel gründlich den Projekt-Hintergrund und die tatsächlichen Anforderungen der Kunden. Bei diesem Kühlraum-Projekt stand bei unserer ersten Überlegung die Kompatibilität zwischen der Spannung der Windturbine und dem Wechselrichter des Kunden im Vordergrund, um einen langfristig stabilen Betrieb sicherzustellen. Daher ist die Verwendung eines 240-V-Windturbinengenerators in Kombination mit einem entsprechenden Regler als zusätzliche Stromversorgung die am besten geeignete Lösung.

Diese Lösung berücksichtigt umfassend die langfristige Stabilität des gesamten Stromversorgungssystems. Sie bietet ausreichend „Sicherheitspuffer“ für den PWM-Entkopplungs-Lastregler (wodurch die Bremsspannung auf 420 V eingestellt werden kann), sodass das gesamte System bei starkem Wind überschüssige Energie reibungslos über Widerstände ableiten kann, anstatt den Wechselrichter in einen Sicherheits-„Trip“-Zustand zu zwingen. Durch den Zusatz der 240-V-5-kW-Windturbine kann das gesamte photovoltaische und windenergiebasierte komplementäre System kontinuierlich und stabil Strom für die Kühlzelle bereitstellen.

Die Wettbewerber hingegen stellen die Windturbinenspannung auf 380 V ein, was sich ausschließlich auf den theoretischen Leitungsverlust konzentriert und die Kompatibilität mit den MPPT-Parametern des Wechselrichters ignoriert. Dadurch ist es nicht möglich, eine stabile Stromversorgung für die Kühlzelle des Kunden sicherzustellen.

Abschließend möchten wir betonen, dass die Stromerzeugungsausrüstung spezielles Fachwissen und besondere Fertigkeiten erfordert. Wir werden Effizienz und Sicherheit der Stromerzeugung in Einklang bringen und unseren Kunden den aufrichtigsten Rat geben.