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Kurzinfo
Bei einem ölgefüllten 160-kVA-/11-kV-Transformator für kleine Photovoltaik- oder Windkraftanlagen handelt es sich um eine hermetisch gekapselte Dreiphaseneinheit. Sie transformiert die Ausgangsspannung des Wechselrichters oder der Turbine (0,4 kV bzw. 0,69 kV bei Windkraft) auf 11 kV für den Netzanschluss hoch und regelt die Spannung im Inselbetrieb (netzunabhängiger Betrieb) von 11 kV auf 400/230 V herunter. Im Solar- und Windkraftbetrieb dominieren die Leerlaufverluste gegenüber den Lastverlusten: Der Transformator steht das ganze Jahr über (8.760 Stunden) unter Spannung, während eine PV-Anlage nur einen Kapazitätsfaktor von 12–20 % aufweist; somit machen Leerlaufverluste rund 60 % der jährlichen Energieverluste aus. Empfohlen wird eine Ausführung mit niedrigen Leerlaufverlusten (S22, GB 20052-2024 Klasse 1), der Schaltgruppe Dyn11 und einem hermetisch dichten Wellwandkessel.
Produktübersicht
Es handelt sich um einen ölgefüllten Dreiphasen-Transformator (50/60 Hz) mit einer Nennleistung von 160 kVA, ausgestattet mit einer 11-kV- und einer 0,4-kV-Wicklung. Er ist bidirektional einsetzbar: entweder als Aufwärtstransformator zur Einspeisung von 11 kV (von der Wechselrichter- oder Turbinenseite) oder als Abwärtstransformator zur Versorgung von 400/230-V-Lasten im Inselbetrieb. Beide Wicklungen bestehen aus Kupfer. Das Aktivteil ist in einem Stahlkessel mit Wellwandung untergebracht und kommt ohne Ausdehnungsgefäß aus; dadurch kommt das Isolieröl nicht mit Luft in Berührung, sodass über die geplante Lebensdauer von 25 Jahren weder Probenahmen noch Filtration oder Nachfüllen erforderlich sind.
Der Transformator ist für kleine Anlagen im Bereich erneuerbarer Energien konzipiert: Freiflächen- und Aufdach-PV-Anlagen bis ca. 150–200 kWp, einzelne mittelgroße Windkraftanlagen und kleine Windparks, PV-Batterie-Mini-Grids, hybride Solar-Diesel-Systeme (für Dörfer, landwirtschaftliche Betriebe, Farmen und Telekommunikationsstandorte) sowie netzunabhängige Verbraucher wie Bewässerungspumpen und Wasseraufbereitungsanlagen. Der Standardlieferumfang umfasst eine Öl-Temperaturüberwachung mit Alarm- und Abschaltkontakten sowie eine RS485/Modbus-RTU-Schnittstelle; optional ist eine 4G- oder LoRa-DTU erhältlich, die es dem SCADA-System der Anlage oder einem Cloud-Dashboard ermöglicht, Öl- und Wicklungstemperatur, Laststrom sowie Spannung auszulesen. Auslegung und Prüfung erfolgen gemäß IEC 60076-1/-2/-3/-5/-10 (bei Windkraftanwendungen zusätzlich nach IEC 60076-16); die Energieeffizienz entspricht der Norm GB 20052-2024; die Fertigung erfolgt nach ISO 9001, ISO 14001 und ISO 45001.
Warum sich Betreiber von Solar- und Windparks für hermetisch gekapselte Öltransformatoren statt für Trockentransformatoren entscheiden
Unsere Empfehlung: Für Photovoltaik-Freiflächenanlagen, Windparks oder hybride Mini-Grids sollten hermetisch gekapselte Öltransformatoren spezifiziert werden. Gießharz-Trockentransformatoren sind hingegen für elektrische Betriebsräume in Gebäuden, Standorte in Hochlagen (über ca. 3.000 m) sowie für Einsatzorte vorgesehen, an denen Brandschutz- oder Umweltauflagen den Einsatz von Mineralöl untersagen.
Ausschlaggebend hierfür ist das Lastprofil. Die Einspeisung aus erneuerbaren Energien unterliegt Schwankungen – bei PV durch wechselnde Bewölkung, bei Wind durch Böen. Da Öl eine weitaus größere thermische Masse besitzt als Luft, puffert der Transformatorkessel Lastspitzen ab, ohne dass die Temperatur an der heißesten Stelle der Wicklung (Hotspot) übermäßig ansteigt. Zudem eliminiert der hermetisch gekapselte Kessel zwei spezifische Risikofaktoren an Standorten für erneuerbare Energien: Kondenswasserbildung in der Nacht (bei Abkühlung des Kessels und offener Niederspannungsseite) sowie den regelmäßigen Wartungsaufwand für das Öl, der an abgelegenen Standorten oft nur schwer zu bewältigen ist.
| Bewertungskriterium | Gekapselt, ölgefüllt (dieses Produkt) | Gießharz-Trockentyp (cast resin) | Auswirkung auf eine Solar- / Windanlage |
| Nachtbetrieb im Leerlauf | Leerlaufverluste 170 W (S22); der gekapselte Tank hält feuchte Luft beim Abkühlen fern | Höhere Leerlaufverluste; offene Wicklungen nehmen Tau und Staub auf | Die gekapselte Ölausführung beseitigt sowohl die Leerlaufverluste als auch das Kondensationsrisiko |
| Aussetzende Last | Die thermische Trägheit des Öls dämpft Wolkenübergänge und Böenspitzen | Geringere thermische Trägheit, schnellerer Anstieg der Hotspot-Temperatur | Öl passt besser zu Solar- und Windlastzyklen |
| Installation im Freien | Kabelkästen IP54, Freiluftanlage, mit Ölauffangwanne | Benötigt einen Raum oder ein Gehäuse | Öl überzeugt bei Freiflächenstandorten |
| Brandschutz und Umwelt | Brennbares Öl; Ester-Option oder Auffangwanne wo gefordert | Selbstverlöschend, kein Öl | In Wald- oder Wassernähe Trockentyp oder Esteröl wählen |
| Kosten pro kVA | Am niedrigsten | Typischerweise 10–15 % höher | Öl eignet sich für kleine, capex-sensible Projekte |
| Höhe über dem Meeresspiegel | Leistungsreduzierung oder Sonderausführung über 1.000 m | Kommt besser mit Höhe zurecht | Trockentyp für Hochplateau-Standorte über 3.000 m |
| Geräusch | ≤ 55 dB(A), geräuscharme Ausführung ≤ 50 dB(A) | Etwas leiser | Bei abgelegenen Erneuerbaren-Anlagen selten ausschlaggebend |
Energieeffizienzklassen und die Betriebskosten über 20 Jahre
Bei Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien steht der Transformator deutlich länger unter Spannung, als die Anlage tatsächlich Strom erzeugt. Eine Photovoltaikanlage weist einen Kapazitätsfaktor von 12 bis 20 % auf, während der Transformator – auch nachts – das ganze Jahr über (also während aller 8.760 Stunden) unter einer Spannung von 11 kV steht. Daher sind es die Leerlaufverluste und nicht der Anschaffungspreis, die über die Kosten der nächsten 20 Jahre entscheiden; aus diesem Grund ist die gewählte Effizienzklasse hier von größerer Bedeutung als bei einem konventionell belasteten Verteiltransformator.
| Effizienzklasse GB 20052-2024 | Modell | Leerlaufverluste P0 | Lastverluste Pk (75 °C) | Jahresverluste — Solarbetrieb | Jahresverluste — Windbetrieb | Kosten über 20 Jahre — Solar | Kosten über 20 Jahre — Wind |
| Klasse 3 | S13-M-160/11 | 200 W | 2,310 W | ≈ 2,780 kWh | ≈ 4,034 kWh | ≈ USD 6,672 | ≈ USD 9,682 |
| Klasse 2 | S20-M-160/11 | 180 W | 1,850 W | ≈ 2,400 kWh | ≈ 3,405 kWh | ≈ USD 5,760 | ≈ USD 8,172 |
| Klasse 1 | S22-M-160/11 | 170 W | 1,650 W | ≈ 2,223 kWh | ≈ 3,119 kWh | ≈ USD 5,335 | ≈ USD 7,486 |
Der Wechsel von Klasse 3 zu Klasse 1 führt über einen Zeitraum von 20 Jahren zu einer Einsparung von rund 11.140 kWh bei einer PV-Anlage und etwa 18.300 kWh bei einer Windkraftanlage – bei einem Preis von 0,12 USD/kWh entspricht dies etwa 1.340 USD bzw. 2.200 USD; dies übersteigt den Preisunterschied zwischen den beiden Ausführungen meist um ein Vielfaches. Dabei ist die Aufteilung zu beachten: Beim Einsatz in PV-Anlagen machen allein die Leerlaufverluste etwa 63 % der jährlichen Gesamtverluste aus; eine Auslegung, die lediglich die Lastverluste optimiert, ist für diesen Anwendungsfall daher nicht geeignet.
Netzgekoppelt vs. Inselbetrieb: Was sich ändert
Der Transformator an sich ist bidirektional und erfordert beim Wechsel zwischen den beiden Betriebsarten keine Anpassung. Geändert werden müssen hingegen die Erdung, das Schutzkonzept sowie – bei schwachen Einspeiseleitungen – der Regelbereich (Stufenschalterbereich).
| Position | Netzgekoppelt (grid-tied) | Inselnetz / Off-Grid |
| Leistungsfluss | 0,4 kV → 11 kV, Einspeisung ins Netz | In beide Richtungen: tagsüber 0,4 → 11 kV, 11 → 0,4 kV für die Verbraucher der Anlage |
| Neutralleiter und Erdung | Nach Vorgabe des Netzbetreibers | Der NS-Neutralleiter muss geerdet werden (TN-S oder TT) — Dyn11 stellt ihn bereit |
| Stufenschalterbereich | ±2×2,5 % normalerweise ausreichend | Größerer Bereich oder Lastumschalter (OLTC), wenn die Inselspannung schwankt |
| Spannungsanhebung | Lange Abgänge können ±5 % oder einen Lastumschalter erfordern | Nicht anwendbar |
| Kurzschlussleistung | Das Netz liefert den Fehlerstrom | Nur Wechselrichter — niedrig; Uk% beeinflusst die Schutzempfindlichkeit |
| Verhalten bei Nacht | Leerlauf, nur Leerlaufverluste | Kann mit dem Inselnetz abgeschaltet werden |
| Schutz | Netzanschluss und Inselnetzerkennung (Anti-Islanding) | Inselnetzschutz; kein Anti-Islanding erforderlich |
Hauptmerkmale
- Konzipiert für bidirektionalen Betrieb – Hochtransformierung von 0,4 kV auf 11 kV für die Netzeinspeisung und Heruntertransformierung von 11 kV auf 0,4 kV für Inselnetzlasten. Eine einzige Einheit deckt beide Betriebsarten eines hybriden Standorts (Solar, Wind und Batterie) ab.
- Geringe Leerlaufverluste, optimiert für den Einsatz mit erneuerbaren Energien – das S22-Design weist Verluste von 170 W auf (im Vergleich zu 200 W bei Klasse 3). Im PV-Betrieb machen die Leerlaufverluste etwa 63 % der jährlichen Gesamtverluste aus, da der Transformator 8.760 Stunden unter Spannung steht, während die PV-Anlage mit einem Kapazitätsfaktor von 12–20 % arbeitet.
- Hermetisch dichter Wellwandkessel – kein Ausdehnungsgefäß, kein Kontakt des Öls mit der Umgebungsluft. Während der geplanten Lebensdauer von 25 Jahren sind weder Ölprobenahmen noch Filtration oder Nachfüllen erforderlich; zudem wird beim Abkühlen des Kessels über Nacht (bei angeschlossener Niederspannungsseite) keine feuchte Luft angesaugt.
- Ausgelegt für intermittierenden Betrieb – die thermische Masse des Öls gleicht Leistungsschwankungen durch Bewölkung (bei PV-Anlagen) und Böenspitzen (bei Windkraftanlagen) aus, ohne die Temperaturspitzen („Hotspots“) in den Wicklungen übermäßig ansteigen zu lassen.
- Optimiert für die Signalformen von Wechselrichtern und Stromrichtern – das Wicklungsdesign berücksichtigt die Summe der Oberschwingungsströme der Wechselrichter gemäß IEEE 519 / IEC 61000-3-12 und IEEE C57.110 sowie die Gleichstromeinspeisung; Letztere führt ohne entsprechende Gegenmaßnahmen zu einer Vormagnetisierung des Kerns und erhöht somit Magnetisierungsstrom, Geräuschentwicklung und Leerlaufverluste.
Typische Anwendungsbereiche
- Freiflächen- und Aufdach-PV-Anlagen (bis ca. 150–200 kWp) mit Einspeisung in ein 11-kV-Netz
- Einzelne mittelgroße Windkraftanlagen und kleine Windparks mit 690-V-Generatorausgang
- Hybride Mini-Grids (PV + Batterie + Diesel) für Dörfer, landwirtschaftliche Betriebe, Ranches und Telekommunikationsstandorte
- Inselnetze (Off-Grid), Bergbau-Camps sowie Wasserpump- und Bewässerungsstationen
- Aufdach-Solaranlagen für Gewerbe und Industrie mit 11-kV-Einspeisung
- Mikronetze mit Solar- und Speichertechnologie sowie Projekte zur Elektrifizierung abgelegener Gebiete
- Anlagen für erneuerbare Energien in der Landwirtschaft und Meerwasserentsalzung (Wüsten- und Küstenklima)
Normen und Zertifizierungen
Entwickelt und geprüft gemäß IEC 60076-1 (Allgemeines), IEC 60076-2 (Erwärmung), IEC 60076-3 (Isolationspegel und dielektrische Prüfungen), IEC 60076-5 (Kurzschlussfestigkeit), IEC 60076-10 (Geräuschpegel) und IEC 60076-16 (Transformatoren für Windkraftanlagen) sowie der Normenreihe GB 1094 und GB/T 6451. Die Energieeffizienz entspricht standardmäßig der Klasse 2 (gemäß GB 20052-2024) bzw. der Klasse 1 bei der Ausführung S22. Auslegung hinsichtlich der Oberschwingungsbelastung durch Wechselrichter und Umrichter gemäß IEEE C57.110, IEEE 519 und IEC 61000-3-12. Fertigung nach ISO 9001, ISO 14001 und ISO 45001. CE-Konformität gegeben; Prüfberichte unabhängiger Stellen (CNAS-akkreditiertes Labor, KEMA oder gleichwertig) auf Anfrage erhältlich.

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