Lightning Transients and Protection for Renewable Energy System
Gefahren für Solar- und Windkraftwerke
Dass die Natur den erneuerbaren Energieerzeugern nicht immer wohlgesinnt ist, ist durch Hagelschäden an PV-Anlagen hinlänglich bekannt. Aber auch die in Gewittern entstehenden Blitze können punktuell grosse Schäden an Solar- und Windanlagen verursachen. Welche Mechanismen zu diesen Blitzschäden führen, erläutern hier fünf junge Wissenschaftler aus China.
Der erste Teil ist den PV-Anlagen gewidmet. Zunächst wird erklärt, wie ein in den Boden neben einer PV-Anlage einschlagender Blitz in den Kabeln der Anlage einen starken Strom induziert, der durch die entstehende hohe Spannung die Bypass-Diode oder den Umrichter beschädigen kann. Das Thema wird gründlich durchgerechnet: Mit Ersatzschaltkreisen der Panelrahmen werden beispielsweise die magnetischen Flüsse berechnet, die durch den im Rahmen fliessenden Strom erzeugt werden. Diese wiederum werden verwendet, um die auf den PV-Modulen induzierten Spannungen zu ermitteln, die beispielsweise zur Zerstörung der Bypass-Dioden führen können.
Anschliessend wird eine neue Crossover-Verdrahtung für PV-Module vorgestellt, bei der sich die durch Blitzeinschläge induzierte Überspannung teilweise in den Modulen kompensiert. Das Schöne an dieser Lösung ist die Tatsache, dass sie ohne zusätzliche Schutzgeräte implementiert werden kann. Das gleiche Prinzip wird dann auf die interne Verdrahtung von Solarzellen angewendet. Ein weiteres Kapitel erläutert, wie sich Wirbelströme auf PV-Module auswirken, die durch elektromagnetische Felder von Blitzen entstehen.
Der zweite Teil des Buchs beschäftigt sich mit Windturbinen. Es wird mit einer Statistik erläutert, welche Komponenten von Windkraftwerken am ehesten durch Blitze beschädigt werden – nämlich die Steuerungselektronik und die Rotorblätter – und welche konkreten Schäden dabei auftreten. Dann werden unter anderem diverse Schutzmethoden für spezifische Komponenten vorgestellt.
Das in holprigem Englisch verfasste Buch sensibilisiert für die vielen Gefahren, denen Solar- und Windkraftwerke durch Blitze ausgesetzt sind. Manchmal geschieht dies fast zu detailliert, beispielsweise wenn die Moleküldynamik der Materialzerstörung beim Blitzeinschlag erläutert wird. Positiv ist aber, dass man Phänomene und entsprechende Schutzmassnahmen kennenlernt, die man sonst nicht beachtet hätte.