Netzbildende Wechselrichter gelten als Schlüsseltechnologie für ein Energiesystem mit hohem Anteil erneuerbarer Energien. Sie können künftig nicht nur Strom einspeisen, sondern aktiv zur Netzstabilität beitragen – etwa durch schnelle Reaktionen auf Frequenz- und Spannungsschwankungen oder durch die Bereitstellung von Momentanreserve.
Im Interview mit Michael Krappel, Head of R&D, Volker Dietrich, Product Lifecycle Manager und Jonathan Ritter, Development Engineer Certification and Test Automation bei KACO New Energy sprechen wir darüber, wo der Markt heute steht, welche Rolle Regulatorik, Standardisierung und Cybersecurity spielen und warum der Wechselrichter sich vom passiven Umrichter zum aktiven Netzbaustein entwickelt.
Wo steht der Markt für netzbildende Wechselrichter heute wirklich – noch in der Pilotphase oder schon im breiteren Rollout?
Michael Krappel:
Der Markt nimmt deutlich Fahrt auf. Wir sehen immer mehr Projekte und Anwendungsfälle, auch wenn von einem breiten Rollout in der Masse noch nicht die Rede sein kann. Die Dynamik unterscheidet sich zudem regional. Wichtig ist: Es handelt sich längst nicht mehr nur um eine akademische Diskussion. Der Bedarf entsteht zunehmend auch aus dem Markt heraus.
Volker Dietrich:
Das können wir aus eigener Erfahrung bestätigen. Wir haben bereits vor gut einem Jahr ein Forschungsprojekt abgeschlossen, in dem netzbildende Funktionen nicht nur im Labor, sondern auch im Feld erprobt wurden. Entscheidend für die weitere Skalierung wird aus unserer Sicht vor allem die Regulatorik sein.
Jonathan Ritter:
Auf europäischer Ebene steht mit dem RfG 2.0 ein neuer regulatorischer Rahmen an, der erste Anforderungen an netzbildende Eigenschaften enthält. In Deutschland geht die Entwicklung teilweise schneller voran: Im Höchstspannungsbereich werden netzbildende Eigenschaften bereits über die VDE-AR-N 4130 adressiert, und auch für Hoch- und Mittelspannung wird darüber diskutiert. Treiber sind vor allem die Bundesnetzagentur und die Übertragungsnetzbetreiber, weil neue Anlagen möglichst früh so ausgelegt werden sollen, dass sie diese Funktionen später nicht aufwendig nachrüsten müssen.
Jonathan Ritter:
Für die höheren Spannungsebenen ist klar erkennbar, dass netzbildende Eigenschaften kommen und voraussichtlich zum Standard werden. In der Niederspannung, insbesondere im Residential-Bereich, ist die Situation differenzierter. Dort werden in vielen Ländern weiterhin Anforderungen an die Inselnetzerkennung gestellt, die netzbildenden Eigenschaften teilweise entgegenstehen können. Grundsätzlich geht es darum, dass Wechselrichter künftig schneller und eigenständiger auf Frequenz- und Spannungsänderungen reagieren. Parallel wird der Markt für Momentanreserve aufgebaut, damit das Vorhalten von Leistung und Regelreserve auch wirtschaftlich abgebildet werden kann.
Jonathan Ritter:
Ein wesentlicher Treiber werden Energiespeicherprojekte sein. Die Zahl solcher Projekte wächst stark, und mit zunehmender Größe werden netzbildende Funktionen für Kunden und Netzbetreiber attraktiver.
Michael Krappel:
Dabei geht es nicht nur um kleine Heimspeicher, sondern vor allem um große Battery Energy Storage Systems, also BESS. Diese Anlagen können gezielt auf Netzanforderungen reagieren und damit Systemdienstleistungen bereitstellen.
Volker Dietrich:
Wir sehen großes Potenzial bei Batteriewechselrichtern, die Momentanreserve und netzstützende Trägheit bereitstellen. Ein weiterer wichtiger Anwendungsfall sind Backup-Funktionen. Reine Inselsysteme stehen für uns weniger im Vordergrund; relevanter ist der abgesicherte Betrieb bei Netzausfällen oder in kritischen Situationen.
Michael Krappel:
Darüber hinaus werden auch größere Parks mit erneuerbaren Energien – etwa Solar- und Windparks – solche Eigenschaften zunehmend benötigen. Der Wechselrichter muss dann mehr leisten als reine Energieeinspeisung.
Jonathan Ritter:
Für eine 24/7-Energieversorgung mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien sind Stabilität, Lastmanagement und Momentanreserve zentrale Themen. Batterien müssen sinnvoll geladen und entladen werden, Lastspitzen müssen abgefedert und Netzereignisse stabilisiert werden.
Netzbildende Wechselrichter können dazu beitragen, die Auswirkungen von kritischen Netzereignissen zu reduzieren – zum Beispiel bei starken Frequenzänderungen oder einer Trennung von Netzbereichen. Sie reagieren schneller und können Schwankungen im System abfangen. Im Backup-Fall können sie außerdem dazu beitragen, Anlagen vom Netz zu trennen und lokal weiterzuversorgen.
Michael Krappel:
Zunächst braucht es klare Standards. Normen wie die VDE-AR-N 4130 geben wichtige Orientierung, müssen aber in der Breite einheitlich angewendet werden. Gleichzeitig gewinnt Cybersecurity an Bedeutung: Je stärker Wechselrichter zur Netzstabilität beitragen, desto höher sind die Anforderungen an einen sicheren Betrieb. Marktseitig ist entscheidend, dass Systemdienstleistungen messbar und vergütbar werden. Heute sind viele dieser Leistungen technisch vorhanden oder werden erwartet, aber wirtschaftlich noch nicht immer eindeutig bewertet.
Jonathan Ritter:
Für Momentanreserve entstehen bereits Marktmechanismen. Schwieriger ist die rein netzbildende Funktion selbst: Wenn sie regulatorisch gefordert wird, wird sie nicht automatisch separat vergütet. Wichtig ist außerdem, dass Netzbetreiber – insbesondere im Verteilnetz – einheitliche Regeln schaffen. Projektierer und Hersteller brauchen Planungssicherheit, damit keine doppelten Zertifizierungs- und Entwicklungskosten entstehen.
Jonathan Ritter:
Beim Thema Momentanreserve gibt es bereits erste Preis- und Ausschreibungsmechanismen. Der Markt befindet sich aber noch im Aufbau, und es wird sich zeigen, wie tragfähig er langfristig ist. Die netzbildende Eigenschaft als solche ist eher eine Funktion, die künftig gefordert wird. Dafür gibt es nicht zwangsläufig eine eigene Vergütung. Deshalb braucht es klare regulatorische Vorgaben und einheitliche Anschlussbedingungen, insbesondere für Hoch- und Mittelspannung.
Jonathan Ritter:
Mit zunehmendem Anteil erneuerbarer Energien steigt auch die Bedeutung der Wechselrichter für die Stabilität des Energiesystems. Damit wird Cybersecurity automatisch relevanter. Ein Angriff auf einzelne Geräte ist etwas anderes als ein Angriff auf eine große Anzahl systemrelevanter Wechselrichter.
Michael Krappel:
Hinzu kommt, dass insbesondere große Batteriespeicher erhebliche Energiemengen bereitstellen können. Wenn solche Systeme falsch angesteuert würden, könnte das das Netz spürbar beeinflussen. Deshalb müssen Sicherheitskonzepte von Anfang an mitgedacht werden.
Wie entwickelt sich der Wettbewerb zwischen Grid-Forming- und Grid-Following-Wechselrichtern? Haben Grid-Forming-Systeme noch Kostennachteile und wovon hängt die Wahl der Projektierer ab?
Michael Krappel:
Die weitere Entwicklung hängt stark von der Normung ab. Wenn netzbildende Eigenschaften verbindlich gefordert werden, müssen Wechselrichter diese Anforderungen erfüllen. Das gilt dann für den gesamten Wettbewerb. Kostenseitig entsteht vor allem zusätzlicher Aufwand in der Entwicklung, insbesondere bei der Software und Regelungstechnik.
Jonathan Ritter:
Sollten künftig höhere Anforderungen an die Hardware gestellt werden – etwa an Überlastfähigkeit oder Robustheit –, kann sich das natürlich auch in den Produktkosten niederschlagen. Hinzu kommen Zertifizierungskosten, vor allem wenn übergangsweise netzfolgende und netzbildende Varianten parallel beherrscht werden müssen.
Volker Dietrich:
Für Projektierer ist heute vor allem der konkrete Anwendungsfall ausschlaggebend. Im Vordergrund stehen beispielsweise Backup-Funktionen oder Systeme mit mehreren parallel betriebenen Wechselrichtern, die im Insel- beziehungsweise Ersatzbetrieb höhere Leistungen bereitstellen können.
Michael Krappel:
Bei Leistungshalbleitern sehen wir seit Jahren kontinuierliche Verbesserungen – etwa bei Kompaktheit und thermischen Eigenschaften. Das ist allerdings ein genereller Technologietrend und nicht ausschließlich mit Grid-Forming verbunden. Für netzbildende Wechselrichter werden integrierte Sensorik, Diagnosefunktionen und prädiktive Wartung wichtiger. Entscheidend ist, Geräte im Betrieb besser zu überwachen und Servicefälle einfacher handhabbar zu machen. Softwareseitig stehen robuste Regelalgorithmen und Cybersecurity im Fokus. Wechselrichter müssen zuverlässig auf Netzereignisse reagieren und gleichzeitig sicher betrieben werden können. Auch Upgradefähigkeit wird wichtiger, damit Geräte auf künftige Anforderungen vorbereitet sind.
Jonathan Ritter:
Der Wechselrichter entwickelt sich vom eher passiven Umrichter, der dem Netz folgt und Strom einspeist, hin zu einem noch aktiveren Netzbaustein. Er wird stärker in Systemführungsaufgaben eingebunden, mit dem Netz, dem Markt und anderen Erzeugern interagieren und Teil der Netzregelungsebene werden.
Volker Dietrich:
Der Vortrag wird einordnen, wo wir heute beim Thema Grid-Forming stehen und wohin sich der Markt entwickelt. Es geht um die Bedeutung von Momentanreserve, künftige Anforderungen an Wechselrichterhersteller und darum, welche Rolle entsprechende Produkte in diesem Wandel spielen.
Jonathan Ritter:
Wir werden außerdem zeigen, warum Upgradefähigkeit wichtig wird. Die Branche befindet sich im Übergang von netzfolgenden zu netzbildenden Wechselrichtern. Hersteller müssen daher rechtzeitig vorbereitet sein, sobald neue Anforderungen verbindlich werden.