Ein Photovoltaik-Entwickler, der Ihnen den einlinigen Schaltplan für einen 50 MW Solarpark gibt, übersieht oft den entscheidendsten Teil des Systems: den Solartransformator der zwischen den Wechselrichtern und dem 33 kV Sammelnetz wirkt. Die Funktion des Solartransformator besteht darin, die Niederspannung vom Wechselrichter zu nutzen und sie auf die Spannung zu erhöhen, die für den Netzanschluss geeignet ist. Das Design des Transformators beeinflusst die Menge an Energie, die für die Einspeisung ins Netz zur Verfügung steht, wie der Solarpark mit der Erde verbunden wird und ob das Versorgungsunternehmen die Verbindung genehmigt oder nicht. Der Artikel behandelt die Definition und die Arbeitsprinzipien des Solartransformators sowie seine Unterschiede zum üblichen Verteilungstransformator und die Kosten in Anlagen verschiedener Größenordnungen.
Was ist ein Solartransformator?
A Solartransformator ist ein spezieller Transformator für Solarenergieanlagen. Der Wechselstrom wird von Photovoltaik-Wechselrichtern mit Niederspannung erzeugt, normalerweise bei 0,4 kV (400 V) im Falle von String-Photovoltaik-Wechselrichtern und bei 0,8–1 kV im Falle von zentralen Wechselrichtern. Der Anschlusspunkt zum Netz arbeitet auf unterschiedlichen Spannungsniveaus, normalerweise bei 33 kV, 35 kV, 66 kV oder 110 kV. Der Zweck des Solartransformators ähnelt dem eines Hochspannungstransformators, da er die Spannung des Ausgangsstroms von niedrig auf mittel umwandelt, gemäß den ingenieurtechnischen Entscheidungen zur Installation des Solarparks. Er ist unter den Namen PV-Transformator, Solarstromtransformator oder Wechselrichtertransformator bekannt. Im Gegensatz zum Verteilungstransformator, der zur Verbindung mit variablen Lasten verwendet wird, verbindet der Solartransformator mit einem konstanten Übersetzungsverhältnis, während er nur mit der intermittierenden Last verbunden wird.
Wie ein Solartransformator funktioniert
Der Betriebsmechanismus ist typische Transformatorphysik: Der Niederspannungs-Wechselstrom vom Wechselrichter gelangt in die Primärwicklung und induziert einen Wechselstromfluss im laminierten Kern, wodurch Spannung in der Sekundärwicklung gemäß dem Übersetzungsverhältnis erzeugt wird. Wenn der Wechselrichter eine Ausgangsspannung von 0,8 kV liefert und die Sammelspannung 33 kV beträgt, liegt das Übersetzungsverhältnis bei etwa 1 zu 41, und der Sekundärstrom beträgt ungefähr 1/41 des Primärstroms. Die kVA-Bewertung des Transformators basiert auf der Kapazität des Wechselrichterclusters: 2 MW Wechselrichterstationen gehen normalerweise mit 2-2,5 MVA Transformatoren (um die Überlastmarge und Verluste zu berücksichtigen). Die Installation funktioniert nur tagsüber, wobei die Ausgangsleistung von null bis zum Maximalwert und wieder zurück variiert, während die Zeit vergeht, sodass der Kernfluss, die Isolierung und die Kühlung auf diesem Profil basieren, im Gegensatz zu einem stationären Betriebsreaktor für die Verteilung durch Versorgungsunternehmen.
Warum die Solarpflicht sich von der Verteilungspflicht unterscheidet
| Aspekt | Solar (PV) Transformator | Konventioneller Verteilungstransformator |
|---|---|---|
| Richtung des Energieflusses | Unidirektional (LV zu HV) | Bidirektional oder lastfolgend |
| Lastprofil | Intermittierend, sonnenverfolgend, tägliches Zyklen | Kontinuierlich mit saisonalen Spitzen |
| Schaltzyklen | Tägliches Verbinden/Trennen des Wechselrichters | Selten |
| Überlastbetrieb | Mittagspeaks nahe der Volllast bei hoher Umgebungstemperatur | Gelegentlich, durch das Design festgelegt |
| Harmonische | Mäßig, durch Wechselrichterumschaltung | Allgemein niedrig |
| Typische Vektorgruppe | Dyn11, YNd11 (netzcodeabhängig) | Dyn11, Dyn5 |
| Integration | Oft als Skid-/Box-Typ mit MV-Schaltanlagen | Eigenständige Einheit |
Die Einheit muss in der Lage sein, tägliche thermische Zyklen zu überstehen, ohne die Isolierung zu beschädigen, Temperaturspitzen unter wüstenähnlichen Bedingungen standzuhalten und gemäß den Netzanforderungen angeschlossen zu werden. Verschiedene Netzcodes geben vor, dass die LV-Wicklung delta-verbunden und die HV-Wicklung stern-verbunden mit einem geerdeten Neutralleiter (Vektorgruppe wie YNd11) sein sollte, was die Anforderungen an die Erdung des Sammelnetzes als Ganzes bestimmt.
Arten von Solartransformatoren
- Erhöhungstransformatoren, die auf Fundamenten oder Skids montiert sind und für verteilte Wechselrichterstationen mit einer Kapazität von 1 bis 5 MVA verwendet werden und in Kombination mit MV-Schaltanlagen installiert sind.
Containerartige Photovoltaik-Umspannwerke, auch als containerisierte Einheiten bezeichnet, bestehen aus kastenförmigen Transformatoren, MV-Schaltanlagen, LV-Panels und Überwachungssystemen in einem einzigen Gehäuse für eine schnelle Installation im Einsatzbereich.
Ölgetauchte Erhöhungstransformatoren, die in Hauptkraftwerken und Anwendungen im Versorgungsmaßstab verwendet werden, mit einer Kapazität von 2 bis über 50 MVA, einschließlich Transformatoren der Art 66 bis 110 kV.
Trockenbau-Transformatoren für den Einsatz in Bereichen, in denen Brandgefahr besteht, und kostengünstigen kommerziellen Installationen.
Servicetransformatoren, die in den PV-Umspannwerken installiert sind, um Energie für die erforderlichen Geräte wie Beleuchtung und Überwachungssystem bereitzustellen.
| Typ | Nennleistung | Formular | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|
| Pad-montiert / Skid-Erhöhung | 1–5 MVA | Skid mit MV-Schaltanlage | Verteilte Wechselrichterstationen |
| Box-Typ PV-Umspannwerk | 1–10 MVA | Container/Skid integriert | Schnelle Feldinstallation |
| Ölgetauchte Erhöhung | 2–50+ MVA | Eigenständig oder gebündelt | Zentrale Stationen, 66–220 kV |
| Trockenbau | Bis zu 2 MVA | Gießharz, innen | Dach, Innenbereich gewerblich |
| Station Service | 50–500 kVA | Öl- oder Trockenbau | Anlagentechnik |
PV-Anlagenarchitektur: Wo der Transformator sitzt
Eine reguläre netzgebundene Anlage hat normalerweise String-Wechselrichter, die ein Sammelnetz speisen. Wenn wir das verteilte Layout betrachten, hat eine Wechselrichterstation von 1-3 MW einen individuellen Hochtransformator, der die Spannung von 0,4-0,8 kV auf 33 kV erhöht. Nach Erreichen von 33 kV geht der Sammler zur Hauptunterstation, wo sich ein großer Hochtransformator (oder Bank) befindet, der die Spannung auf 110 kV oder 220 kV anhebt. Das Layout der zentralen Station impliziert, dass alle Wechselrichter die Niederspannungsbusbars von demselben Ort speisen, während ein großer Transformator die Hochtransformatoroperation durchführt. Der Standort eines Transformators definiert seine Nennleistung, Vektorgruppe und Schutz, da der Transformator durch Transformator-Schutzmaßnahmen (Überstrom- und Differenzschutz für große Maschinen, Temperatur- und Gasrelais) sowie Wechselrichter-Schutz gemäß den Anforderungen des Netzbetreibers gesichert ist.
| Anlagengröße | Wechselrichterstation | Benötigte Skid-Einheiten | Hauptstationstransformator |
|---|---|---|---|
| 5 MW | 2× 2,5 MVA | 2 | 5 MVA, 33/110 kV (optional) |
| 20 MW | 8× 2,5 MVA | 8 | 20 MVA, 33/110 kV |
| 50 MW | 20× 2,5 MVA | 20 | 50 MVA, 35/220 kV (oder 33/110 kV) |
| 100 MW | 40× 2,5 MVA | 40 | 2× 60 MVA, 35/220 kV |
Vektorgruppen und Erdung in Solar-Anlagen Typische SpezifikationenAnwendungen
Die Vektorgruppe wird durch die Kombination von Netzcode und Erdungskonzept bestimmt, nicht durch Erfahrung oder Brauch. Für den Wechselrichterteil ist die LV-Wicklung normalerweise als Delta verbunden, um zirkulierende Ströme zu vermeiden und einen klaren Weg für Harmonische zu schaffen, die MV/HV-Wicklung — als Stern mit dem Neutralleiter, der zur Erde geführt wird und eine feste Verbindung zum Netz bietet. Die Standardgruppen sind Dyn11 (LV Delta, MV Stern mit Neutralleiter) und YNd11 (HV Stern mit Neutralleiter, LV Delta), abhängig von der Seite, die mit dem Netz verbunden ist. Die neutrale Erdung in Bezug auf das Netz kann fest, durch Verwendung eines Erdungstransformators oder durch den neutralen Erdungswiderstand erfolgen, gemäß den Praktiken für Fehlerströme im jeweiligen Elektrizitätsversorgungsunternehmen. Überprüfen Sie die Verpflichtungen des Netzcodes, bevor Sie die Ausrüstung bestellen — die falsche Vektorgruppe führt zu einem Fehlschlag der Netzanschlussstudie und kann monatelange Verzögerungen bei der Inbetriebnahme oder Probleme mit der Ausrüstung verursachen.
| Nennleistung (MVA) | Übersetzungsverhältnis | Vektorguppe | Impedanz | Kühlung |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 0,4 / 33 kV | Dyn11 | 6% | ONAN |
| 2.5 | 0,8 / 33 kV | Dyn11 | 6–8% | ONAN/ONAF |
| 5 | 0,8 / 35 kV | Dyn11 oder YNd11 | 8% | ONAF |
| 20 | 33 / 110 kV | YNd11 | 10–12% | ONAN/ONAF |
| 50 | 35 / 220 kV | YNd11 | 12–14% | ONAF/ODAF |
Die Entwurfskriterien beinhalten üblicherweise Bedingungen von 40-55°C für Umgebungstemperaturen (abgesenkt für heiße Standorte), Basislinie bei 1.000 m Höhe und Lebensdauer von 25 Jahren gemäß der erwarteten Betriebsdauer der PV-Anlage. Stellen Sie sicher, dass Sie die Temperaturanstiegsberechnung für den herausforderndsten Monat Ihres Standorts im Voraus überprüfen.
Kosten: Transformator, Skid und Lieferung
Der Transformator macht im Allgemeinen 1-3% der CAPEX eines Solarprojekts aus, ist jedoch ein wichtiger Bestandteil des Inbetriebnahmeprozesses. Die indikativen Preisbereiche im Jahr 2026 für verschiedene Modelle von Transformatoren sind: 1 MVA 0.4/33 kV Transformator – $8,000 – $15,000; 2.5 MVA Transformator – $12,000 – $22,000; 5 MVA Transformator – $18,000 – $32,000; 20 MVA Transformator 110 kV Klasse – $60,000 – $120,000; 50 MVA Transformator 220 kV Klasse – $150,000 – $350,000. Wenn man eine komplette Box-Typ PV-Umspannstation möchte, die einen Transformator sowie verschiedene Teile wie MV-Schaltanlagen, LV-Panel und Überwachung umfasst, wird der Preis bis zu 30-60 % höher sein als der Preis des Transformators allein und die Installationszeit wird kürzer sein. Auch die Transportkosten für große Transformatoren sind sehr hoch und der Zeitplan muss im Voraus organisiert werden, aufgrund der strengen Zeitlimits von Solarprojekten.
| Kostenposition | Indikativer Wert | Anmerkungen |
|---|---|---|
| Transformator als Anteil der CAPEX | 1–3% | Kleines, aber kritisches Element |
| Skid/Box-Typ-Prämie | +30–60% über das nackte Gerät | Beinhaltet Schaltanlagen, LV-Panel, Überwachung |
| Seefracht (mittelgroß) | 5–15% von FOB | Hafen zu Hafen, 2–6 Wochen |
| Einsparungen bei der Standortinstallation | Tage bis Wochen | Werkseitig getestete Skids reduzieren die Arbeiten vor Ort |
| Transformatorverluste über 25 Jahre | $50k–$200k typische Anlage | Verluste in der Anbieteranalyse kapitalisieren |
Wie man einen Solartransformator auswählt
Reparieren Sie die Konstruktion von Spannungsinstallationen. In Bezug auf den Wechselstrom des Wechselrichters, das Spannungsniveau, das vom Kollektor erzeugt wird, und den Punkt der Netzverbindung, wird die Menge und kVA pro Station erwähnt.
Berechnen Sie die Spannungsbewertung. Stellen Sie sicher, dass die Leistung des Transformators mit der des Clusters von Wechselrichtern mit einer Marge von 10%-30% übereinstimmt, um Verluste, klimatische Bedingungen und Upgrades zu berücksichtigen. Bitte beachten Sie, dass die Bewertungen von Niederspannungsschaltanlagen und Kabeln mit denen der Transformatoren übereinstimmen sollten.
Prüfen Sie die Vektorgruppe und Erdung doppelt. Stellen Sie sicher, dass Sie den geltenden Netzcode recherchieren, um die Einzelheiten zur Konzeption der Spannungsproduktion und der Neutralerdung herauszufinden.
Analyse der klimatischen Bedingungen am Standort. Wenn die Umgebungstemperatur und die Höhe eine Herabstufung erfordern, stellen Sie sicher, dass Sie die entsprechenden Empfehlungen umsetzen. Zum Beispiel sollte eine Temperatur von 50 Grad in der Wüste zu einer viel kühleren Bewertung als auf Meereshöhe führen.
Bestimmen Sie die Integrationsmethode. Im Falle eines Bedarfs an schneller Installation mit Werkstests wählen Sie den Typ Skirt/Box; eigenständige Konstruktionen können verwendet werden, wenn dies durch das Anlagendesign oder lokale Inhaltsgesetze erforderlich ist.
Führen Sie eine IEC 60076-Konformitätsprüfung durch. Stellen Sie sicher, dass Sie die Isolationsniveaus, die akzeptable Temperaturerhöhung, Verluste und die Fähigkeit, Kurzschlüsse standzuhalten, überprüfen sowie einen vollständigen Prüfbericht anfordern.
Beenden Sie die Planung der Lieferzeit. Entscheiden Sie über die für die Lieferung erforderliche Zeit vor der Hauptlieferung der Stromversorgung der Anlage.
Top-Marken und Preisspannen
| Marke | Land | Fokus auf Solarprodukte | Indikative Preisspanne (US$) |
|---|---|---|---|
| ABB | Schweiz/Schweden | PV-Hochtransformatoren und Skid-Transformatoren | $10.000–$350.000 |
| Siemens | Deutschland | Solartransformatoren im Versorgungsmaßstab | $9.000–$320.000 |
| Schneider Electric | Optimierungsmaßnahmen in der Praxis | Box-Typ PV-Umspannwerke | $8.000–$150.000 |
| Hitachi Energie | Schweiz | Große Leistungstransformatoren für Solar | $15.000–$400.000 |
| Eaton | USA | Verteilte PV-Hochstufe-Einheiten | $8.000–$60.000 |
| Jiangsu Subian Electric Power | China | Solartransformatoren und Box-Typ PV-Umspannwerke | $8.000–$120.000 |
Die angegebenen Preise können je nach Klassifizierung, Spannungsbereich, Integrationsmenge und Marke variieren. ABB, Siemens, Schneider Electric, Hitachi Energy und Eaton haben ihre Produkte an einige der größten Solarparks der Welt geliefert und haben eine hervorragende Erfolgsbilanz ihrer Projekte. Kleine Entwickler, die dieselbe Zertifizierung gemäß IEC60076 auf kostengünstigere Weise benötigen, können Solar-Hochtransformatoren von Jiangsu Subian Electric Power Co., Ltd. sowie komplette Box-Typ Solar-Umspannwerke kaufen, bei denen Typen oder Bewertungen angepasst werden können, um mit den Spezifikationen von Wechselrichtern und Netz zu übereinstimmen. Subian ist bekannt für die Lieferung von Produkten für erneuerbare Energien an verschiedene Märkte weltweit. Erkunden Sie die Produktpalette für Solar auf dem Subian Electric-Website verfügbar.
Häufig gestellte Fragen
Ist ein Solartransformator einfach ein normaler Hochtransformator?
Obwohl das Konzept elektrisch dasselbe ist, wurde das Design für den Betrieb in Solar-Anwendungen entwickelt: Betrieb mit intermittierender Last durch Sonnenverfolgung, täglichen Ein-/Ausschaltzyklen, erhöhten Umgebungstemperaturen und Wechselrichtern, die harmonische Verzerrungen und Vektorgruppen-Spezifikationen bereitstellen, die durch alternative Energiequellen definiert sind. Ein regulärer Transformator zur Spannungsanhebung kann für die Photovoltaikanlage geeignet sein, jedoch werden die Parameter und die Kühltechnologie nicht für diese Anwendung angepasst und optimiert, was zu einem Verlust der Lebensdauer der Geräte oder zu höheren Spezifikationen führt, als erforderlich.
Welches Spannungsverhältnis ist typisch für einen Solartransformator?
Häufige Spannungs-Kombinationen in Wechselrichterstationen sind 0,4/33 kV, 0,4/35 kV und 0,8/33 kV für verteilte Wechselrichteranlagen, während die üblichen Spannungsverhältnisse für zentrale Wechselrichteranlagen 33/110 kV und 35/220 kV betragen. Das genaue Verhältnis kann je nach Struktur der Anlage und dem Anschlusspunkt zum Netz variieren; die größeren Anlagen können auch ein mittleres Sammelspannungsniveau haben.
Benötige ich einen separaten Transformator für eine Solaranlage?
Ja. Die Ausgangsspannung, die von Wechselrichtern erzeugt wird, ist niedrig, während die Spannung des Netzanschlusses mittel oder hoch ist. Daher wird ein Transformator zur Spannungsanhebung benötigt. Im Falle von verteilten Anlagen ist für jede Wechselrichterstation ein Transformator erforderlich, während im Falle von zentralen Anlagendesigns ein Transformator für die gesamte Anlage ausreicht. Der Transformator liefert den Erdungsbezug, wie es der Netzcode verlangt.
Wie viel kostet ein Solartransformator?
Es ist ratsam zu sagen, dass die Preise für 1–2,5 MVA Skid-Einheiten zwischen US $8,000–$22,000 liegen, während eine 5 MVA Einheit zwischen US $18,000–32,000 kostet. Die Preise für eine leistungsstärkere 20 MVA 110 kV Einheit steigen auf $60,000–$120,000; während 50 MVA 220 kV Einheiten $150,000–$350,000 kosten. Eine boxartige Solarkraftstation wird 30–60% für alle integrierten Schalt- und Überwachungsgeräte hinzufügen, aber es würde helfen, die Installationskosten vor Ort zu senken. Verwenden Sie diese nützlichen Daten, um ein auf Ihr spezifisches Projekt zugeschnittenes Angebot anzufordern.
Kann Subian eine komplette PV-Umspannstation liefern?
Ja. Jiangsu Subian Electric Power hat Solar-Spannungsanhebetransformatoren und fertige boxartige Solarkraft-Umspannstationen, die aus dem Transformator, MV-Schaltanlagen, LV-Panels und Überwachung bestehen, alles zusammen auf einem werkseitig getesteten Skid und schnell installierbar. Das Unternehmen ist verantwortlich für die Inspektion durch Dritte und den Versand zum Standort des Projekts.
Referenzen
- IEC 60076-1 — Leistungstransformatoren: Allgemeines — der maßgebliche Standard für die Bewertung und Prüfung von Solartransformatoren.
- IEC 60076-3 — Isolationsniveaus und dielektrische Tests — definiert die Isolationsniveaus für die Sammel- und Übertragungs-Spannungsklassen.
- IEC 60076-5 — Fähigkeit zur Kurzschlussfestigkeit — Kurzschlussüberprüfung für die Spannungsanhebewicklungen.
- IEC 62271-212 — Kompakte Gerätebaugruppen (GIS und GIL) — relevant für boxartige und skid-integrierte PV-Umspannstationen.
- IEA — Solarenergie — globaler Kontext für die PV-Implementierung und die Nachfrage nach Geräten.
- Hitachi Energy — Transformatorprodukte — Referenzdokumentation für große Solartransformatoren.
Fazit
Der Solartransformator ist das unverzichtbare Bindeglied zwischen dem Wechselrichter und dem Netz: Er hebt die Niederspannungsausgabe der Anlage auf die Sammel- oder Übertragungs-Spannung an, bietet den Erdungsbezug, den der Netzcode verlangt, und muss einen Betriebszyklus überstehen — intermittierend, täglich wechselnd, heiß — den ein herkömmlicher Verteilungstransformator niemals sieht. Die richtige Spezifikation beginnt mit der Spannungsarchitektur und der Bewertung des Wechselrichterclusters, dann wird die Vektorguppe und die Erdung gemäß dem Netzcode festgelegt, die Leistung für das Standortklima reduziert, die Integrationsform gewählt und ein Lieferzeitplan festgelegt, der mit dem Inbetriebnahmedatum übereinstimmt. Jiangsu Subian Electric Power bietet IEC 60076-konforme Solartransformatoren und boxartige PV-Umspannwerke zu wettbewerbsfähigen Preisen, unterstützt durch Exporterfahrung und vollständige Werksprüfungen. Reichen Sie das einlinige Diagramm und die Lastdaten Ihrer Anlage über die offizielle Website ein, um ein auf die Spezifikation abgestimmtes Angebot für Ihr nächstes Solarprojekt zu erhalten.