Kurze Definition
Der Power Factor, auf Deutsch Leistungsfaktor, beschreibt das Verhältnis der Wirkleistung PP zur Scheinleistung SS:
Für die Bewertung wird häufig der Betrag ∣P∣/S|P|/S betrachtet. Ein Betrag von 1 bedeutet, dass die gesamte Scheinleistung als Wirkleistung übertragen wird. Ein niedrigerer Wert kann durch Blindleistung, Oberschwingungen oder eine Kombination aus beiden entstehen. Ein angezeigtes Vorzeichen lässt sich nur anhand der jeweiligen Mess- und Gerätekonvention eindeutig interpretieren.
Power Factor bei PV-Anlagen auf einen Blick
- PV-Wechselrichter speisen hauptsächlich Wirkleistung ein, können jedoch häufig auch Blindleistung bereitstellen oder aufnehmen.
- Bei annähernd sinusförmigen Spannungen und Strömen entspricht der Power Factor weitgehend dem Verschiebungsfaktor cos φ. Bei Oberschwingungen können sich beide Werte unterscheiden.
- Die verfügbare Wirk- und Blindleistung wird durch die Scheinleistungsgrenze und weitere Betriebsgrenzen des Wechselrichters bestimmt.
- Ein niedriger Power Factor weist nicht automatisch auf einen Anlagenfehler hin, insbesondere wenn die Wirkleistung sehr gering ist.
Wie entsteht der Power Factor einer PV-Anlage?
Wirkleistung beschreibt die übertragene elektrische Energie pro Zeit, die beispielsweise von Verbrauchern aufgenommen oder durch eine PV-Anlage in das Netz eingespeist wird. Blindleistung pendelt dagegen zwischen Erzeugern, Verbrauchern und Netz. Sie verrichtet keine Wirkarbeit, kann aber unter anderem zur Spannungshaltung beitragen.
PV-Wechselrichter speisen im normalen Betrieb überwiegend Wirkleistung ein. Je nach Gerät, Konfiguration und Anlagenanforderung können sie zusätzlich Blindleistung bereitstellen oder aufnehmen. Typische Vorgaben sind:
- ein fester cos-φ-Wert,
- eine von der Wirkleistung abhängige Kennlinie Q(P),
- eine von der Netzspannung abhängige Kennlinie Q(U),
- ein direkter Blindleistungssollwert.
Bei sinusförmigen Spannungen und Strömen beschreibt cos φ die Phasenverschiebung zwischen beiden Größen. Der Power Factor berücksichtigt darüber hinaus mögliche Verzerrungen der Stromform. Messgeräte können deshalb zwischen dem Power Factor und dem Displacement Power Factor beziehungsweise cos φ unterscheiden.
Auch die Bezeichnungen „induktiv“, „kapazitiv“, „leading“ und „lagging“ sowie positive und negative Vorzeichen werden nicht von allen Herstellern einheitlich verwendet. Vorzeichenkonvention, Energieflussrichtung und Messrichtung müssen deshalb projektspezifisch geprüft werden.
Wofür wird der Power Factor überwacht?
Die Überwachung erfüllt bei PV-Anlagen mehrere Aufgaben:
- Kontrolle definierter Vorgaben: Messwerte am relevanten Anschlusspunkt zeigen, ob vorgegebene Wirk- und Blindleistungswerte eingehalten werden.
- Prüfung der Wechselrichterregelung: Soll- und Istwerte können verglichen werden, um die Umsetzung einer cos-φ- oder Blindleistungsvorgabe zu bewerten.
- Inbetriebnahme und Fehleranalyse: Auffällige Werte können auf eine falsche Parametrierung, eine ungeeignete Messrichtung oder Kommunikationsprobleme hinweisen.
- Bewertung kombinierter Energiesysteme: Bei PV, BESS, Verbrauchern und Kompensationsanlagen lässt sich deren gemeinsame Wirkung untersuchen.
Wie lässt sich der Power Factor richtig bewerten?
Ein korrekt überwachter Power Factor schafft Transparenz über den Blindleistungsaustausch und unterstützt die Prüfung definierter Wirk- und Blindleistungsvorgaben. Für eine vollständige technische Bewertung sollten zusätzlich Wirkleistung, Blindleistung, Scheinleistung, Spannung und bei Bedarf Strom- und Spannungs-THD betrachtet werden.
Blindleistung beansprucht damit einen Teil der Scheinleistungskapazität des Wechselrichters. Wird dessen maximale Scheinleistung erreicht, kann eine Blindleistungsanforderung die verfügbare Wirkleistung begrenzen. Bei Oberschwingungen oder Unsymmetrien reicht diese Beziehung zur vollständigen Beschreibung der Leistungsanteile jedoch nicht aus.
Die tatsächlich verfügbare Blindleistung wird durch die gerätespezifische P-Q-Kennlinie sowie durch Strom-, Spannungs- und Betriebsgrenzen bestimmt. Bei sinkender Wirkleistung kann innerhalb der Scheinleistungsgrenze grundsätzlich mehr Blindleistungsspielraum entstehen. Ob der Wechselrichter diesen bei geringer Einstrahlung oder nachts nutzen kann, hängt vom Gerät, seiner Energieversorgung und der Konfiguration ab.
Entscheidend ist zudem der Messpunkt. Transformatoren, lokale Verbraucher, BESS und Kompensationsanlagen können dazu führen, dass der Power Factor am Netzanschlusspunkt vom Wert eines einzelnen Wechselrichters abweicht. Bei sehr geringer Wirkleistung kann der Quotient außerdem stark schwanken. Alarmierungen sollten deshalb bei Bedarf Mindestleistungsschwellen und Zeitverzögerungen berücksichtigen.
Wie unterstützt EcoPhi die Überwachung?
EcoPhi kann Wirkleistung, Blindleistung, Scheinleistung und Power Factor aus Wechselrichtern oder Energiezählern erfassen, sofern die jeweiligen Datenpunkte über geeignete Schnittstellen verfügbar und eindeutig definiert sind. Die Werte können visualisiert, historisch ausgewertet und anhand projektspezifischer Grenzwerte überwacht werden.
Bei geeigneten Geräteschnittstellen kann EcoPhi projektspezifisch Blindleistungs- oder cos-φ-Sollwerte übertragen, koordinieren und deren Umsetzung überwachen. Ist für die Anlage ein EZA-Regler erforderlich, bleibt dieser für die netzanschlusskonforme Anlagenregelung zuständig. EcoPhi kann bei verfügbaren Schnittstellen Mess- und Sollwerte mit dem EZA-Regler austauschen, ersetzt ihn jedoch nicht. Die konkrete Funktionalität muss für jedes Projekt technisch geprüft werden.
Power Factor bei PV-Anlagen zusammengefasst
Der Power Factor beschreibt das Verhältnis von Wirk- zu Scheinleistung und unterstützt die Bewertung des Blindleistungsverhaltens einer PV-Anlage. Seine Aussagekraft hängt vom Betriebspunkt, Messort, Datenpunkt und der verwendeten Vorzeichenkonvention ab. Für eine belastbare Beurteilung sollten daher weitere elektrische Messgrößen einbezogen werden.
Häufig gestellte Fragen
Ist der Power Factor dasselbe wie cos φ?
Bei annähernd sinusförmigen Spannungen und Strömen stimmen beide Größen weitgehend überein. Bei Oberschwingungen kann der Power Factor vom Verschiebungsfaktor cos φ abweichen.
Warum kann der Power Factor trotz fehlerfreier PV-Anlage niedrig sein?
Ein niedriger Wert kann durch eine vorgesehene Blindleistungsbereitstellung oder eine sehr geringe Wirkleistung entstehen. Auch andere Komponenten zwischen Wechselrichter und Messpunkt können den Wert beeinflussen.
Kann Blindleistung die Wirkleistung begrenzen?
Ja, wenn der Wechselrichter seine maximale Scheinleistung erreicht. Wie viel Wirk- und Blindleistung gleichzeitig möglich ist, ergibt sich aus der gerätespezifischen P-Q-Kennlinie und den aktuellen Betriebsgrenzen.
Können PV-Wechselrichter nachts Blindleistung bereitstellen?
Einige Wechselrichter unterstützen diese Funktion, andere nicht. Die Nachtblindleistungsfähigkeit, Energieversorgung und möglichen Betriebsverluste müssen anhand der jeweiligen Herstellerdokumentation geprüft werden.