Hoe kunt u de limieten voor ‘driefasenongelijkwicht’ beheren in industriële installaties die voldoen aan de Duitse norm VDE-AR-N 4105?

De Duitse laagspanningsnetnorm: VDE-AR-N 4105

Duitsland is de thuisbasis van een van de meest geavanceerde en streng gereguleerde elektriciteitsnetten ter wereld. Naarmate het land vorderingen boekt met zijn Energiewende (energietransitie), moet de integratie van gedistribueerde zonne-energie in het laagspanningsnet zorgvuldig worden beheerd om de veiligheid en betrouwbaarheid van het systeem te waarborgen. De basis technische code die deze aansluiting regelt, is de VDE-AR-N 4105-norm, getiteld ‘Op het laagspanningsdistributienet aangesloten generatoren’. Deze norm stelt strenge eisen aan de kwaliteit van het opgewekte vermogen, ondersteuning van het net en veilig gedrag waaraan alle opwekinstallaties moeten voldoen. Voor Duitse bedrijfsleiders van industriële installaties, elektrotechnische ingenieurs en B2B-zonnepanelenontwikkelaars is het beheersen van driefasenonbalans (ook wel Schieflast genoemd) een van de belangrijkste nalevingsvereisten krachtens VDE-AR-N 4105. Indien het systeem niet in balans wordt gehouden, kan de lokale distributiesysteembeheerder (DSO) de aansluiting weigeren of direct de verbinding met het net verbreken.

Deze handleiding legt uit wat driedraads onbalans is, waarom VDE-AR-N 4105 deze beperkt en hoe u uw industriële zonnestroomsystemen succesvol kunt beheren en configureren met geavanceerde JYINS-omvormers en slimme regelaars.

Ontleding van driedraads onbalans (Schieflast)

In een gebalanceerd driedraads wisselstroomnet (AC) hebben de spanning- en stroomgolven van alle drie de fasen (L1, L2 en L3) gelijke amplitudes en zijn zij exact 120 elektrische graden ten opzichte van elkaar verschoven. Driedraads onbalans treedt op wanneer de elektrische belastingen of opwekkingscapaciteiten niet gelijkmatig over de drie fasen zijn verdeeld.

Waarom netbeheerders onbalans beperken:

• Transformatoroververhitting: On gelijke fasestromen veroorzaken een nulstroom die terugvloeit naar de nutsvoorzieningstransformator. Deze stroom veroorzaakt oververhitting in de neutrale wikkelingen van de transformator, waardoor de levensduur afneemt en vroegtijdig uitval kan optreden.
• Spanningsvervormingen: Een hoge stroom op een enkele fase veroorzaakt een lokale spanningsdaling op die fase, terwijl de andere fasen een spanningsstijging ondervinden. Deze ongelijke spanning kan gevoelige driefasige industriële motoren en elektrische apparatuur beschadigen.
• Aardlekbeveiligingsschakeling: Ernstige onbalans kan aardlek- of neutraalstroom-overbelastingsbeveiligingsrelais op lokale onderstations activeren, wat leidt tot lokale stroomonderbrekingen.

Om deze problemen te voorkomen, bepaalt VDE-AR-N 4105 dat het maximale toegestane actieve vermogensverschil tussen twee fasen niet meer mag bedragen dan 4,6 kVA. Deze limiet geldt voor het gemeenschappelijk aansluitpunt (PCC), waar de industriële installatie is aangesloten op het openbare nutsnet. Of de onbalans wordt veroorzaakt door eenvasige verbruikerslasten of door ongelijke eenvasige PV-opwekking, de netto-onbalans moet onder deze drempel van 4,6 kVA blijven.

Strategieën voor het verminderen van fasenonbalans in industriële installaties

Het beheren van fasenongelijkwicht in grote industriële installaties vereist een combinatie van strategisch ontwerp, evenwichtige belastingverdeling en slimme keuze van omvormers:

• Gebruik van driefasige stringomvormers: De eenvoudigste en meest effectieve manier om opwekkingsgebaseerd ongelijkwicht te voorkomen, is het gebruik van speciale driefasige stringomvormers, zoals de JYINS commerciële serie. Een driefasige omvormer balanceert zijn vermogensafgifte van nature, waardoor gelijke hoeveelheden actief vermogen worden ingevoerd in L1, L2 en L3. Aangezien het vermogen symmetrisch is, draagt de omvormer zelf geen bijdrage aan het fasenongelijkwicht van de installatie.
• Symmetrische toewijzing van eenvoudige fase-omvormers: In kleinere systemen waar eenvoudige fase-omvormers moeten worden gebruikt, moeten deze in groepen van drie worden geïnstalleerd. Door gelijke capaciteiten van eenvoudige fase-omvormers aan L1, L2 en L3 aan te sluiten, blijft de totale opwekking gebalanceerd. Als echter één omvormer door een storing uitschakelt, ontstaat er onmiddellijk een onbalans in het systeem. Om te voldoen aan VDE-AR-N 4105 moeten deze omvormers met elkaar communiceren, zodat wanneer één eenheid uitschakelt, de andere twee automatisch hun vermogen terugbrengen om de onbalans onder de 4,6 kVA te houden.
• Fasebalansering van industriële belastingen: Industriële installaties zijn vol met eenvoudige fase-kantoorapparatuur, verlichting en gespecialiseerde machines. Elektrotechnisch ingenieurs moeten de installatie inventariseren en deze belastingen zo evenwichtig mogelijk over de drie fasen verdelen. Symmetrische belasting tijdens de ontwerpfase minimaliseert de basis-onbalans waarmee het zonnestroomsysteem moet omgaan.

De rol van JYINS-omvormers en externe slimme meters

Hoewel driefasenomvormers het ongelijkwicht in de opwekking oplossen, is het werkelijke ongelijkwicht op het aansluitpunt bij het elektriciteitsnet het nettoresultaat van zowel opwekking als verbruik. Als een industrieel bedrijf ongebalanceerde belastingen heeft, kan zelfs een symmetrische driefasenzonnepanelomvormer dit niet corrigeren zonder intelligente regeling.

Om dit op te lossen ondersteunen moderne JYINS-driefasenhybride omvormers dynamische fasencompensatie en integreren zij met externe slimme meters:

• Real-time bewaking: Een hoogwaardige slimme meter (zoals een VDE-compatibele Janitza- of JYINS-meter) wordt geïnstalleerd op het hoofdaansluitpunt bij het elektriciteitsnet. Deze meter bewaakt continu de stroom en het actieve vermogen op L1, L2 en L3, met meerdere metingen per seconde.
• Dynamische vermogensverdeling (fase-onafhankelijke regeling): Standaard driefasige omvormers moeten gelijk vermogen op alle fasen afgeven. Geavanceerde hybride omvormers van JYINS daarentegen beschikken over onafhankelijke fasevermogensregeling. Als de slimme meter detecteert dat L1 5 kW uit het net haalt, terwijl L2 en L3 in evenwicht zijn, kan de JYINS-omvormer zijn interne schakeling aanpassen om meer vermogen in L1 te injecteren en de uitvoer op L2 en L3 te verminderen. Deze actieve fasencompensatie balanceert dynamisch de netto stroomopname bij de nutsmaatschappijmeter.
• Integratie van batterijopslag: Tijdens perioden van extreme belastingsonbalans kan de hybride JYINS-omvormer energie uit de batterijbank halen om specifieke, zwaar belaste fasen van stroom te voorzien, waardoor de netto onbalans op het net blijft onder de VDE-AR-N 4105-limiet van 4,6 kVA.

Inbedrijfstelling en documentatie voor Duitse nutsmaatschappijen

Voordat een commerciële zonne-energie-installatie in Duitsland mag worden goedgekeurd voor gebruik, voert de lokale DSO (zoals Westnetz, Netze BW of Bayernwerk) een grondige beoordeling uit op het gebied van netcompatibiliteit. Ontwikkelaars moeten duidelijke documentatie verstrekken die aantoont dat is voldaan aan VDE-AR-N 4105:

• Conformiteitscertificaat (Einheitenzertifikat): Dit document bewijst dat de JYINS-omvormer is getest en gecertificeerd door een geaccrediteerd Europees testinstituut en aan alle vereisten van VDE-AR-N 4105 voldoet.
• Elektrisch schema: Een gedetailleerd schema waarin de driefasenaansluitingen, veiligheidsrelais en de locatie van de externe slimme meter zijn weergegeven.
• Configuratielogboeken: Afgedrukte logboeken van de software voor het inbedrijfstellen van de omvormer, waaruit blijkt dat het Duitse netprofiel is geselecteerd, de actieve fasencompensatie is ingeschakeld en de parameters voor veilige communicatie volledig operationeel zijn.

Door samen te werken met JYINS en onze hoogwaardige, volledig gecertificeerde driefasenomvormers en hybride energieopslagsystemen te selecteren, kunnen B2B-zonnepanelendistributeur en EPC’s hun goedkeuringsprocedures bij nutsbedrijven stroomlijnen en uiterst efficiënte, conformerende en duurzame industriële energieoplossingen leveren in heel Duitsland.