Im ersten Teil unserer Serie zu netzbildenden Wechselrichtern haben wir erläutert, warum diese Technologie für das Stromsystem der Zukunft unverzichtbar ist. Anders als herkömmliche netzfolgende Wechselrichter können netzbildende Wechselrichter selbst Spannung und Frequenz vorgeben und damit zentrale Systemdienstleistungen übernehmen, die bislang überwiegend von konventionellen Kraftwerken erbracht wurden.

Doch wie weit ist die Technologie heute tatsächlich? Sind netzbildende Wechselrichter bereits marktreif? Wo kommen sie künftig zum Einsatz und welche Herausforderungen ergeben sich für Netzbetreiber, Hersteller und den regulatorischen Rahmen? Genau diesen Fragen widmet sich der zweite Teil unserer Serie. Er zeigt, warum die eigentliche Herausforderung inzwischen nicht mehr in der technischen Machbarkeit liegt, sondern darin, netzbildende Wechselrichter flächendeckend in das Stromsystem zu integrieren – und weshalb die richtigen politischen und regulatorischen Weichenstellungen darüber entscheiden werden, wie schnell dieser Wandel gelingt.

Wo kommen netzbildende Wechselrichter zum Einsatz?

Die „Roadmap Systemstabilität“ des BMWE sieht vor, dass zukünftig auch stromrichterbasierte Anlagen zur Netzstabilität beitragen müssen.  Die Roadmap plant für netzbildende Wechselrichter keine pauschale, sofortige Pflicht, sondern gibt eine stufenweise Einführung über die Technischen Anschlussregeln (TAR) vor, die gestaffelt nach Netzebenen erfolgt. Dieser Einführungsplan verläuft „top-down“: Die Verpflichtung durch entsprechende Mindestanforderungen greift zunächst in der Hoch- und Höchstspannung (angestrebt 2026), wird anschließend bis 2029 auf die Mittelspannung ausgeweitet und soll bis 2033 auch die Niederspannung (Massenmarkt) erreichen. Insgesamt sollen die verbindlichen TAR für netzbildende Stromrichter im Zeitraum zwischen 2027 und 2030 in Kraft treten, womit diese Technologie schrittweise über alle Spannungsebenen hinweg zur Pflicht wird

Die Roadmap sieht auch Tests vor, die dazu diene, mögliche Probleme (insbesondere in den Verteilnetzen) frühzeitig zu identifizieren. Aktuell laufen staatlich geförderte Forschungsprojekte und Pilotanlagen. Beispielsweise wird beim Fraunhofer ISE Institut im Projekt „SUREVIVE“  die Interaktion und Stabilität von NBWR im Verteilnetz unter realen Bedingungen untersucht. Roland Singer aus dem ISE-Forschungsteam erklärt, warum er netzbildende Wechselrichter für eine Schlüsseltechnologie hält:

Netzbildende Wechselrichter mit entsprechender Leistungs- und Energiereserve sind in der Lage ein Netz auch ohne konventionelle Kraftwerke stabil zu halten. Dabei handelt es sich bei einem Einsatz in Batteriespeichern um eine marktreife Technologie.
Dennoch herrscht vor allem beim Einsatz in Verteilnetzen oft weiterhin Unsicherheit bezüglich ungewollter Interaktionen angesichts der neuen Technologie. Dieser Unsicherheit kann durch Praxiserfahrung und deren Wissenschaftlichen Begleitung sowie detaillierte standardisierten Anforderungen entgegengewirkt werden.
Gleichzeitig bieten netzbildende Wechselrichter weitere Chancen für die Verbesserung der Versorgungsqualität in Verteilnetzen, etwa durch die lokale Kompensation von Oberschwingungen oder der lokalen Versorgung in Krisenfällen.

 Die gewonnenen Erkenntnisse aus dem Forschungsprojekt fließen in die Entwicklung und Nachschärfung der technischen Anschlussregeln (TAR) und Spezifikationen ein, um diese Technologie für einen “Plug & Play”-fähigen Massenmarkt tauglich zu machen. Bereits Ende des Jahrzehnts werden nicht mehr nur um einzelne Testanlagen in kleinen Netzbereichen erprobt. Geplant und erforderlich sind breit angelegte Feldversuche mit immer mehr Anlagen, die bis in den Gigawatt-Bereich reichen können. Mit jeder netzbildenden Anlage wird das Stromsystem robuster.

Wie verfügbar sind netzbildende Wechselrichter?

Netzbildende Wechselrichter sind heute grundsätzlich verfügbar und haben einen hohen technologischen Reifegrad erreicht. Nach Einschätzung verschiedener Forschungsinstitutionen bewegt sich die Technologie inzwischen überwiegend zwischen Technology Readiness Level (TRL) 7 und 9 – also Prototyp, sowie qualifizierte Systeme mit Nachweis der Funktionstüchtigkeit im Einsatzbereich. Das Fraunhofer ISE kommt im Projekt „GFM Benchmark“ zu dem Ergebnis, dass bereits ein relevantes Angebot marktreifer Geräte existiert. Teilweise sind bereits kommerzielle Produkte am Markt verfügbar. Bei Netzbetriebern wurden auch netzbildende Regelungsverfahren bereits erfolgreich unter realen Betriebsbedingungen demonstriert.

Gleichzeitig zeigen aktuelle Forschungsprojekte, dass die Technologie trotz ihrer grundsätzlichen Verfügbarkeit noch nicht als vollständig ausgereift betrachtet werden kann. Labor- und Feldtests verdeutlichen, dass sich verschiedene Herstellerlösungen insbesondere in komplexen Netzsituationen teilweise deutlich unterschiedlich verhalten. Untersuchungen des Fraunhofer ISE ergaben, dass bei klar definierten Anforderungen zwar vergleichbare Ergebnisse erzielt werden, in anderen Betriebszuständen jedoch erhebliche Unterschiede bestehen. Daraus ergibt sich weiterhin Bedarf an Standardisierung, Zertifizierung und praktischer Erprobung.

Der aktuelle Schwerpunkt der Forschung liegt daher weniger auf der grundsätzlichen Funktionsfähigkeit als auf dem großflächigen und interoperablen Einsatz in realen Stromnetzen. Projekte wie SUREVIVE oder die geplanten Feldversuche in Fuchstal untersuchen, wie netzbildende Wechselrichter unter realen Bedingungen miteinander interagieren, welche Auswirkungen hohe Durchdringungsraten auf die Netzstabilität haben und wie ein Wiederaufbau von Inselnetzen nach Netzausfällen erfolgen kann. Ziel ist es, belastbare Betriebserfahrungen für zukünftige Stromsysteme mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien zu gewinnen.

VNB und der Netzanschluss von netzbildenden Wechselrichtern

Insbesondere Verteilungsnetzbetreiber müssen zügig Erfahrung beim Netzanschluss von netzbildenden Wechselrichtern sammeln. Die Vorbereitungen auf den breiten Einsatz netzbildender Wechselrichter hätten bereits heute beginnen müssen. Die Technologie wird in naher Zukunft zentrale Systemdienstleistungen übernehmen müssen, die bislang von konventionellen Kraftwerken erbracht wurden. Diese Systemdienstleistungen wurden oft nur selten in den feineren Verästelungen des Verteilungsnetzte erbracht, z.B. der Hoch- und Mittelspannung. Dort werden aber die meisten Solarparks in Co-Location mit Batteriespeichern angeschlossen – und diese Anlagen werden netzbildend sein. Daher sind auch neue Netzanschlussregeln, Zertifizierungsverfahren und Betriebsstrategien erforderlich, sowie praxistaugliche Prozesse (Anpassung von Netzanschlussportalen, aktualisierte Software der Leitwarten der Netzbetreiber, etc.). Die Herausforderung besteht weniger in der Verfügbarkeit der Technologie als in ihrer systemweiten Integration und Skalierung. Innovationsausschreibung weiterentwickeln, statt abschaffen (Netzbildenden Wechselrichtern vorgeben)

Nach aktuellen Überlegungen des BMWE zum EEG 2027 sollte die Innovationausschreibung auslaufen. Dies wäre der Verlust eines wichtigen Instruments und sollte mit Blick auf die notwendige Einführung von netzbildenden Wechselrichtern überdacht werden. Eine Modernisierung der Innovationausschreibung brächte die Chance mit sich, sie auf Stärkung der Systemstabilität auszurichten. Durch die Vorgabe von netzbildenden Wechselrichten würden über die Ausschreibung in vielen realen Projekten (nicht bloß Pilotprojekten) bei vielen Netzbetreibern Projekte ausgelöst, die Netzanschlusskonzepte für netzbildende Wechselrichtern zu entwickeln. Allein dieser Aspekt rechtfertigt die Weiterführung der Ausschreibung.

Fazit

Netzbildende Wechselrichter werden eine zentrale Rolle im zukünftigen Stromsystem Deutschlands spielen. Während traditionell konventionelle Kraftwerke für Frequenzhaltung, Spannungsstabilität und weitere Systemdienstleistungen verantwortlich waren, können und müssen diese Funktionen zunehmend durch stromrichterbasierte Anlagen übernommen werden. Netzbildenden Wechselrichter sind ein Kernbestandteil der „Roadmap Systemstabilität“ des BMWE. Die Technologie hat bereits einen hohen Reifegrad erreicht und gilt als wesentliche Voraussetzung für ein Stromsystem mit sehr hohen Anteilen erneuerbarer Energien.

Die kommenden Jahre werden entscheidend sein, um Praxiserfahrungen zu sammeln, technische Standards zu etablieren und Netzbetriebskonzepte und insbesondere Netzanschlusskonzepte weiterzuentwickeln. Die eigentliche Herausforderung liegt daher nicht mehr in der technischen Machbarkeit, sondern in der systemweiten Integration. Hier kann eine weiterentwickelte Innovationsausschreibung im EEG ein Hebel sein, um bei vielen Netzbetreibern viele Anlagen mit netzbildenden Eigenschaften in die Netze zu integrieren. Netzbildende Wechselrichter sind damit nicht nur eine Ergänzung der Energiewende, sondern eine ihrer zentralen Voraussetzungen für ein stabiles, resilientes und klimaneutrales Stromsystem.