Technische Anforderungen & Cybersicherheit
PV-Anforderungen, Sicherheit, Netzstabilität.
Für einen stabilen Netzbetrieb in Österreich müssen PV-Anlagen definierte technische und sicherheitsrelevante Anforderungen erfüllen. Durch die zunehmende Internetanbindung von Wechselrichtern spielt dabei auch die Cybersicherheit eine wichtige Rolle.
Technische Anforderungen:
In Österreich gibt es eine Vielzahl an Anforderungen für Stromerzeugungsanlagen. Für einen reibungslosen und stabilen Betrieb des Stromnetzes sind Anlagenbetreiber*innen verpflichtet diese zu erfüllen. Nachfolgend eine Aufstellung jener Sicherheitsanforderungen, die durch netzgekoppelte PV-Anlagen erbracht werden müssen.
Cybersicherheit:
Die Internetanbindung von Wechselrichtern bietet viele Vorteile für Überwachung und Optimierung von PV-Anlagen, bringt jedoch auch erhöhte Anforderungen an die Cybersicherheit mit sich. Ein sicherer Betrieb erfordert daher geeignete technische und organisatorische Schutzmaßnahmen, die nachfolgend beschrieben werden.
Technische Anforderungen
Freigabe jeder PV-Anlage durch den Netzbetreiber
Der Netzbetreiber gibt für jede einzelne PV-Anlage vor, wieviel PV-Strom in das Stromnetz maximal eingespeist werden darf. So wird verhindert, dass es im Regelbetrieb zu Überlastungen im Stromnetz kommt. Daran müssen sich alle Anlagebetreiber*innen halten.
Netzstützung durch jede PV-Anlage
Wechselrichter müssen (gem. TOR Stromerzeugungsanlagen), das Stromnetz kontinuierlich abtasten. Bei Abweichungen vom Soll-Zustand, wie Über-/Unterspannung oder Frequenzfehlern, wird die Einspeisung der PV-Anlage automatisch angepasst. So unterstützt die PV-Anlage aktiv bei der Spannungsstabilisierung (indem Blindleistung bereitgestellt wird, Q(U)-Kennlinie; indem die Wirkleistung reduziert wird, P(U)-Kennlinie) und Frequenzstabilisierung (indem die Wirkleistung der PV-Anlage angepasst wird, P(f)-Kennlinie). Diese abtastende Betriebsweise des PV-Wechselrichters ist damit ein netzstützendes bzw. netzfolgendes Verhalten und trägt so maßgeblich zur Netzstabilität bei.
Eigenständiger Not-Aus-Schalter
Jede PV-Anlage besitzt eine Entkupplungsstelle (auch Netz- und Anlagenschutz genannt). Diese kann intern im Wechselrichter oder extern verbaut sein. Bei groben Abweichungen des Stromnetzes vom Soll-Zustand (bspw. der Spannung oder der Frequenz) trennt die Entkupplungsstelle die PV-Anlage unverzüglich vom Netz, um die PV-Anlage vor Schäden aber auch das Netz vor Instabilitäten zu schützen.
Steuerbarkeit für Notfälle
Netzbetreiber haben in Notfällen das Recht, steuernd einzugreifen und die Wirkleistung der PV-Anlage zu reduzieren, sodass kein Strom mehr in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Somit hat die PV-Anlage keinen Einfluss aufs Stromnetz und damit ist ein sicherer Stromnetzbetrieb auch in Notfällen gewährleistet. Für Anlagen > 250 kW ist die Steuerbarkeit bereits seit Jahren eine etablierte Vorschrift. Für Anlagen < 250 kW wurde der Roll-Out der Steuerbarkeit bereits in einigen Bundesländern gestartet. Bei Anlagen < 250 kW wird dies Wirkleistungsvorgabe (WLV) genannt.
Exkurs Wirkleistungsvorgabe: Wichtig ist festzuhalten, dass eine Abschaltung oder Reduktion lediglich in einer äußersten Notsituation durchgeführt werden darf. Die Eingriffe müssen durch den Netzbetreiber dokumentiert und Informationen über diese an Anlagenbetreiber*innen auf Anfrage übermittelt werden. Es handelt sich bei der WLV um keine präventive Maßnahme die gesetzt wird, um einer vorhersehbaren und regelmäßigen Überlastung entgegenzuwirken (z.B. Reduktion jeden Sonntag aufgrund hoher Erzeugung und wenig Verbrauch). Als Verband engagieren wir uns aktiv im Bereich der WLV, lesen Sie dazu unseren Zwischenbericht.
Fahrpläne für den Netzbetrieb
Betreiber*innen von PV-Anlagen haben dem Übertragungsnetzbetreiber (APG) ab einer PV-Leistung von 250 kW Echtzeitdaten, sowie ab 1 MW zusätzlich Fahrplandaten (für den aktuellen sowie den Folgetag) und Verfügbarkeitsdaten (für den aktuellen sowie den Folgetag, die Folgewoche und das Folgejahr) zu übermitteln. Damit wird sichergestellt, dass Netzengpässe frühzeitig erkannt und Einspeisebeschränkungen (Fahrplanänderungen) geregelt ausgerollt werden können.
Batteriespeicher schaffen konstantere Energiebereitstellung
Durch den Ausbau von Batteriespeichern und dazugehörenden Energiemanagement-Systemen können zusätzlich PV-Erzeugungsspitzen zu Mittag und generelle Verbrauchsspitzen am Abend reduziert werden, wodurch eine konstantere Energiebereitstellung und damit Netzauslastung erreicht wird.
Und im Blackout-Fall?
Im Blackout-Fall kann die Stromversorgung mit PV-Anlagen einfacher wiederhergestellt werden. Dies liegt unter anderem daran, dass es in solchen Situationen besonders kompliziert ist, große Atom- und Kohlemeiler wieder hochzufahren und gleichzeitig Stromangebot und Stromnachfrage in Balance zu halten. Das Wiederhochfahren der großflächigen Versorgung funktioniert am einfachsten in kleinen Schritten: etwas mehr Angebot, etwas mehr Nachfrage, etwa indem ein kleines PV-Kraftwerk ans Netz gebracht und ein Stadtteil wieder versorgt wird.
Exkurs Iberian Peninsula Blackout: Eine internationale und unabhängige Expertenkommission bestätigte, dass das Blackout durch ein Ursachenbündel und Fehler in der Netzführung ausgelöst wurde. Entgegen früherer Vermutungen waren PV- und Windanlagen nicht die Ursache, sondern halfen aktiv dabei, das Netz schnell wieder zu normalisieren. Zu wenige Anlagen wurden zur Systemstabilisierung bereitgehalten und drüber hinaus haben diese kontrahierten Anlagen nicht oder falsch reagiert. Die Spanische Aufsichtsbehörde prüft ebenso, ob es sich um bereits länger andauernde Verstöße von Stromversorger, Kernkraftwerke und Kombikraftwerke handelt, die den Stromnetzbetrieb beeinträchtigt haben könnten und möglicherweise Verwaltungsdelikte darstellen. Keines davon ist eine PV-Anlage.
Die technischen und normativen Vorgaben für PV-Anlagen sorgen somit in Summe für einen dauerhaft reibungslosen Betrieb des Stromnetzes, auch in kritischen Situationen und Notfällen.
Cybersicherheit
Wechselrichter im Internet
Wechselrichter können mit dem Internet verbunden werden, um PV-Anlagen und deren Stromspeicher in Echtzeit per App zu verfolgen, zu steuern, auf Preissignale zu reagieren, den Eigenverbrauch zu optimieren und zu warten. Dadurch lassen sich Optimierungspotenziale und Mindererträge erkennen, Software- und Firmwareupdates durchführen und der Wartungsaufwand reduzieren. Seine eigentliche Aufgabe, nämlich die Umwandlung von erzeugter Energie in Wechselstrom, kann der Wechselrichter auch ohne Internet erfüllen. In diesem Fall wird der Datenaustausch über das Internet eingeschränkt und die oben beschriebenen Vorteile sind möglicherweise nicht nutzbar. Dies stellt jedoch einen wirksamen Schutz vor Zugriffen über das Internet aus der Ferne dar.
Wenn ein Wechselrichter mit dem Internet verbunden ist, werden die Daten in der Regel in der Cloud des Herstellers gespeichert. Das bedeutet, dass Daten wie Mess- und Betriebsdaten (z.B. Stromproduktion, Leistung, Fehlercodes, Stammdaten, usw.) aufgezeichnet und gespeichert werden können. Cloud-Server befinden sich in Rechenzentren innerhalb der EU oder weltweit, je nach Anbieter. Nutzer können über Apps oder Webportale auf diese Daten zugreifen. Die jeweiligen Bedingungen unterscheiden sich von Hersteller zu Hersteller und sind direkt beim Hersteller zu erfragen. Dabei sind die Vor- und Nachteile einer Cloudnutzung, in Bezug auf den Schutz der Vertraulichkeit der Daten und der Verfügbarkeit der Daten bzw. des Services zu beachten.
Manche Wechselrichter-Systeme bieten auch lokale Speicherlösungen oder die Möglichkeit, die Daten auf einem eigenen Server (z.B. Home-Server oder lokaler Datenlogger) zu speichern.
Empfehlungen für einen sicheren Betrieb von PV-Anlagen
Falls der Wechselrichter mit dem Internet verbunden ist, können folgende Maßnahmen gegen Hackerangriffe oder unerwünschte Zugriffe Dritter hilfreich sein:
- Allgemeine Sicherheitsrichtlinien im Internet sind einzuhalten. Dazu gehören insbesondere die Verwendung starker komplexer Passwörter – sowohl im Heimnetzwerk als auch auf Onlineportalen. Passwörter sollten nicht mehrfach für verschiedene Dienste verwendet werden. Zusätzlich sollten Schutzmechanismen wie Zwei-Faktor-Authentifizierung bei Online-Accounts aktiviert werden.
- Wechselrichter und Systemkomponenten sollen in einem gesicherten Netzwerk betrieben werden. Die Kommunikationspfade von Wechselrichtern sind sicher (u.a. durch die Verwendung von starker Verschlüsselung, aktueller Zertifikate, Standards, technische und organisatorische Maßnahmen durch die Wechselrichter-Hersteller, damit auf die Geräte nicht unbefugt zugegriffen werden kann). Wichtig ist daher, keine zusätzlichen Einfallstore für Bedrohungen zu schaffen, etwa durch die Aktivierung von Portweiterleitungen am Internet-Router. Ein direkter Fernzugriff über das Internet sollte vermieden bzw. nur bei Bedarf, zum Beispiel für einen Service-Einsatz aktiviert Grundsätzlich empfiehlt sich der Einsatz moderner VPN-Lösungen oder die Nutzung sicherer, zertifizierter Fernzugriffslösungen.
- Alle mit dem Internet verbundenen Geräte sollten regelmäßig und zeitnah aktualisiert. Daher ist es wichtig, die Software oder Firmware von Geräten wie z.B. Internet- und WLAN-Router, Wechselrichter, usw. stets aktuell zu halten, da aktuelle Updates das Sicherheitsniveau erhöhen.
- Es sollten Wechselrichter verwendet werden, die nach internationalen und Cybersicherheits-Normen und Standards wie beispielsweise IEC 62443, ETSI EN 303645 oder anhand der Common Criteria geprüft und zertifiziert sind. Unternehmen sollten international anerkannte Sicherheitsstandards (z. B. ISO/IEC 27001:2022) erfüllen und die Betriebsdaten und Zugänge zu den Wechselrichtern in der EU hosten.
- Eine Firewall im Heimnetzwerk (z.B. beim Router) sollte aktiviert sein. Zusätzlich kann eine Netzwerksegmentierung sinnvoll sein. Dazu kann auch bei einigen Routern die Gast-WLAN Option genutzt werden und Wechselrichter und andere IoT-Geräte etc. in dieses Netzwerksegment angesiedelt werden.
Mehr zum Thema ElWG
Hier finden Sie weitere ausführliche Informationen zu Schwerpunkten des ElWG.