Leitfaden
Herausragendes Mitglied des technischen Personals – William Henry Merrill Society
Mikrogitter sind in der sich entwickelnden Energielandschaft als kritische Komponente hervorgegangen. Diese flexiblen Stromversorgungssysteme bieten das Potenzial, dringende Probleme in unserem aktuellen Energieparadigma anzugehen und den Einsatz erneuerbarer Energien und Energiespeicher zu ermöglichen. Mikronetze können Betreibern dabei helfen, die steigende Nachfrage nach einer zuverlässigen und widerstandsfähigen Energieversorgung bei extremen Wetterereignissen, Naturkatastrophen und Netzausfällen zu erfüllen. In abgelegenen oder ländlichen Gebieten, in denen der Zugang zum zentralen Netz schwierig ist, bieten Mikrogitter eine praktikable Option für die Elektrifizierung.
Obwohl Mikronetze als Alternative zu herkömmlichen, zentralisierten Netzverlässlichkeiten attraktiv sind, kann die Integration verschiedener Stromquellen Sicherheits- und Interoperabilitätsherausforderungen darstellen.
Der National Electrical Code® (NEC) definiert ein Mikrogitter wie folgt: „ein elektrisches Energiesystem, das miteinander verbundene Energiequellen enthält und als primäre Quelle unabhängig von einem Stromversorger agieren kann.“ Mikronetze können unter anderem Energiequellen wie Photovoltaikanlagen, Motorgeneratoren, Brennstoffzellensysteme, Windenergieanlagen, Energiespeichersysteme (ESSs) und Elektrofahrzeuge mit Leistungsexportfähigkeiten beinhalten. Ein Microgrid kann als eigenständiges System betrieben werden, bei dem es niemals mit einem Netz verbunden ist, oder als netzverbundenes System mit der Fähigkeit, sich vom Netz zu trennen und unabhängig zu arbeiten (Inselmodus). Microgrids können mit Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC) betrieben werden.
Die NEC enthält Anforderungen für Mikronetze, die hauptsächlich in Teil II von Artikel 705 für miteinander verbundene elektrische Energiequellen behandelt werden. Diese Anforderungen beziehen sich auf:
Zusätzlich zu Teil II von Artikel 705, Artikel 517 für Gesundheitseinrichtungen enthalten Artikel 700 für Notfallsysteme und Artikel 701 für gesetzlich vorgeschriebene Standby-Systeme spezifische Anforderungen für die Verwendung von Mikrogittern als Teil der Standby-Systeme, die in diesen Artikeln angesprochen werden. Andere Artikel, einschließlich Artikel 702 für optionale Standby-Systeme und Artikel 710 für eigenständige Systeme, würden gelten, wenn ein Mikrogitter als Teil dieser Systeme verwendet würde, aber keiner der Artikel enthält spezifische Anforderungen für Mikrogitter.
Selbst mit den aktuellen NEC-Bestimmungen können Elektroprüfer unsicher sein, ob diese Anforderungen für Mikronetze geeignet sind und wie komplexe Systeme zu bewerten sind. Zu den Herausforderungen, denen sich die Code-Behörden gegenübersehen, gehören:
Mehrere Faktoren tragen zur zunehmenden Komplexität von Microgrid-Systemen bei, darunter:
Microgrid-Systeme stellen viele Gefahren dar, die angegangen werden müssen, wie z. B. Interoperabilität und Leistungsqualität für AC- oder DC-Strom, der produziert und verteilt wird.
Wenn Mikrogitter an das Stromnetz angeschlossen werden, ist die Leistungsqualität stark reguliert. Im Inselbetrieb gelten keine Vorschriften für Stromversorger und es gibt keine durchsetzbaren, umfassenden Anforderungen, um eine angemessene Unterstützung der Leistungsqualität zu gewährleisten. Infolgedessen können Spannung und Frequenz außerhalb der sicheren Werte für die angeschlossene Nutzungsausrüstung abweichen.
Nutzungs- und Stromverteilungsgeräte werden auf der Grundlage der Annahme einer Spannungs- und Frequenzversorgung, die nicht über bestimmte Grenzwerte hinaus variiert, aufgeführt (zertifiziert). Versorgungsspannung und -frequenz außerhalb dieser Parameter können Sicherheitsprobleme wie Überhitzung, Isolationsausfall und unbeabsichtigten Betrieb verursachen.
Da Microgrids aus mehreren aufgelisteten (zertifizierten) DERs bestehen, um unabhängig zu arbeiten, ist es wichtig, dass diese Komponenten auch als System auf Interoperabilität bewertet werden.
Im Inselmodus oder in einem eigenständigen System müssen unerwartete gefährliche Bedingungen behoben werden. Ein Beispiel für einen gefährlichen Zustand ist das Potenzial für die Rückspeisung von Strom in unerwarteten Pfaden, die parallel arbeiten, wie z. B. mit einer Batterie/Wechselrichterquelle bei großen Lastschrittänderungen.
Cybersicherheit ist ein weiteres potenzielles Problem mit Mikronetzen. Das Aufkommen fortschrittlicher Software und eines KI-gestützten Energiemanagements (künstliche Intelligenz) hat Microgrid-Bedienern die Möglichkeit gegeben, anspruchsvollere Steuerungsprozesse zu entwickeln. Die inhärente Konnektivität, die für das autonome Management und das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) erforderlich ist, stellt jedoch einen Vektor für Cyberangriffe dar. Mit der Verbreitung von Mikrogittersystemen nehmen auch die Risiken der Infiltration durch Bedrohungsakteure zu.
Um potenzielle Gefahren anzugehen und den sicheren Einsatz von Mikrogittern zu fördern, hat UL Solutions Arbeiten an der Erstellung von Sicherheitsanforderungen eingeleitet. Dies führte zu einer Zusammenarbeit mit der Industrie, den Code-Behörden und anderen. Infolgedessen veröffentlichte UL Standards & Engagement am 24. April 2025 UL 3001, den Standard für verteilte Energieressourcensysteme. Heute ist es der nationale Standard für die Sicherheit dieser Systeme sowohl für die USA als auch für Kanada. Dieser Standard gilt für Mikronetze, die aus mehreren DERs bestehen, einschließlich solcher, die Unternehmenscampusse, Krankenhäuser, Universitäten und Gemeinden betreiben. UL 3001 bietet eine Möglichkeit, die Auswirkungen auf das Brand- und Stromschlagrisiko zu bewerten, die durch Interaktionen zwischen den verschiedenen Quellen und dem Betrieb des DER-Systems als Ganzes entstehen. UL 3001 verlangt, dass DER-Systeme vollständige Anweisungen für die Installation, den Betrieb und die Wartung des Systems erhalten. Die Installationsanleitung enthält eine detaillierte Beschreibung der Installation gemäß NEC und dem Canadian Electrical Code (CEC) CSA C22.1. Die Betriebsanleitung für das DER-System enthält ggf. Anweisungen zur Prüfung und Wartung des DER-Systems. Zusätzlich enthält die Betriebsanleitung eine Liste aller DER-Energieträger und kritischen Sicherheitssysteme und Komponenten, die im DER-System enthalten sind.
DER-Systeme, die gemäß UL 3001 bewertet wurden, können den Code-Behörden die erforderlichen Dokumente und Zertifizierungen bereitstellen, die sie benötigen, um die Installation gemäß NEC und CEC zu genehmigen.
Um kleinere Mikronetze für Wohngebäude und leichte gewerbliche Anwendungen anzugehen, entwickelt UL Solutions UL 3010, Sicherheit von Einzelstandort-Energiesystemen. Diese Untersuchungsübersicht wird für Mikronetze in Wohn- und Kleinbauten entwickelt, die sich in Einfamilienhäusern, kommerziellen Umgebungen oder anderen Einzelgebäuden befinden. Diese Anforderungen bieten das gleiche Maß an Sicherheit wie die größeren Systeme und liefern AHJs den Nachweis, dass das System nach nationalen Standards bewertet wurde.
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