Wie werden troene Transformatoren in erneuerbaren Energiesystemen eingesetzt?

Während flüssigkeitsgekühlte Transformatoren traditionell den Versorgungssektor dominierten, trockengeschaltete Transformatoren haben eine bedeutende und stetig wachsende Nische innerhalb der erneuerbaren Energiewirtschaft besetzt. Ab 2026 hat sich ihre Rolle aufgrund der Dezentralisierung des Stromnetzes und des zunehmenden Bedarfs an „brandsicheren“ Stromumwandlungseinrichtungen, die innerhalb oder in unmittelbarer Nähe empfindlicher Gebäude installiert werden, ausgeweitet.

Im Folgenden wird dargestellt, wie Trockentransformatoren spezifisch in Photovoltaik-, Wind- und Energiespeichersysteme integriert werden.

1. Photovoltaik-Anlagen: Integration als Wechselrichtertransformator

In großskaligen Solarparks werden Trockentransformatoren häufig als Wechselrichtertransformatoren

• Hochsetzfunktion: Solarpanels erzeugen Gleichstrom (DC), den Wechselrichter in Niederspannungs-Wechselstrom (AC) umwandeln (typischerweise 600 V–800 V). Trockentransformatoren erhöhen diese Spannung auf Mittelspannung (11 kV–35 kV) für die Sammlung.

• Harmonische Belastungsresistenz: Wechselrichter erzeugen hochfrequente Oberschwingungen, die bei Standardtransformatoren zu Überhitzung führen können. Moderne Trockentransformatoren sind mit hohen K-Faktoren (z. B. K-13) ausgelegt, um diese nichtlinearen Lasten ohne Isolationsabbau zu bewältigen.

• Sicherheit bei Dachanlagen für Solarenergie: Für gewerbliche und industrielle (G&I) Solaranlagen auf Dächern sind Trockentransformatoren in vielen Rechtsordnungen zwingend vorgeschrieben, da sie das Risiko brennbarer Öllecks auf Gebäuden mit Aufenthaltsräumen ausschließen.

2. Windenergie: Installation im Maschinenhaus und im Turm

Windkraftanlagen stellen eine besondere technische Herausforderung dar: Der verfügbare Platz ist begrenzt und die Vibrationen sind konstant.

• Gondelmontierte Einheiten: Bei vielen modernen Turbinenkonstruktionen befindet sich der Transformator innerhalb der gondel (der Gehäuseeinheit an der Turmspitze). Trockentransformatoren werden hier bevorzugt, da sie leichter als ölgefüllte Geräte sind und keinerlei Brandrisiko für die mechanischen Komponenten der Turbine darstellen.

• Vibrationsschutz: Gießharz-Trockentransformatoren sind strukturell steif. Die feste Vergussisolierung der Wicklungen macht sie hochgradig widerstandsfähig gegenüber den mechanischen Belastungen und Schwingungen, die durch die Turbinenschaufeln erzeugt werden.

• Offshore-Anwendungen: Für Offshore-Windenergieanlagen werden spezielle Trockentransformatoren mit Korrosionsgeschützten Gehäusen der Schutzklasse C5-M im Turmfuß eingesetzt, um eine Korrosion des Kerns durch salzhaltige Luft zu verhindern.

3. Batterie-Energiespeichersysteme (BESS)

Der weltweite Anstieg der Energiespeicherung hat Trockentransformatoren zu einer „Standard“-Wahl für BESS-Container gemacht.

• Containerbasierte Lösungen: BESS-Einheiten sind im Wesentlichen Seecontainer, die mit Lithium-Ionen-Batterien gefüllt sind. Da diese Container kompakt sind und bereits ein hohes Brandrisiko aufweisen, ist die Zugabe entzündbarer Mineralöle häufig untersagt.

• Bidirektionaler Stromfluss: Trockentransformatoren in BESS-Anlagen müssen einen bidirektionalen Stromfluss bewältigen – sie transformieren die Spannung ab, um die Batterien zu laden, und transformieren sie hoch, um Energie ins Netz einzuspeisen.

• Kompakter Fußabdruck: Die hohe Leistungsdichte der Gießharztechnologie ermöglicht es diesen Transformatoren, in die engen Zusatzkompartiments eines BESS-Containers zu passen.

4. Wichtige Vorteile für erneuerbare Energien

5. Technische Herausforderungen und Innovationen 2026

Obwohl Trockenbau-Transformatoren äußerst effektiv sind, stellen sie im Bereich der erneuerbaren Energien spezifische Herausforderungen dar:

• Spannungsbeschränkungen: Trockenbau-Transformatoren sind im Allgemeinen auf 35kV beschränkt. Für die zentrale Umspannstation („Gateway“) zum Hochspannungsnetz (110 kV und höher) sind weiterhin ölgefüllte Transformatoren erforderlich.

• Kühlung in Wüstenregionen: In solarthermischen Umgebungen mit hohen Temperaturen benötigen Trockenbau-Transformatoren eine Zwangsluftkühlung (Lüfter), um ihre Effizienz aufrechtzuerhalten.

• Umweltfreundliche Harze: Eine Innovation aus dem Jahr 2026 umfasst den Einsatz von bio-basierte Harze zur Kapselung, wodurch der CO₂-Fußabdruck des Transformators selbst weiter gesenkt wird, um die „grüne“ Zielsetzung des Projekts zu unterstützen.

Zusammenfassung: Wann wählen Sie Trockentypen für erneuerbare Energien

Trockentransformatoren sind die bessere Wahl für dezentrale Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien bei denen Sicherheit, Platzbedarf und Umweltschutz im Vordergrund stehen. Sie fungieren als „Arbeitspferde“ in Windkrafttürmen, Solarcontainern und Batteriehäusern, während ölgefüllte Transformatoren nach wie vor als „Torwächter“ in den Netzbetriebsstellen eingesetzt werden.