Hybrid - Speichersysteme


Die DC und AC-gekoppelte, 3-phasige Speicherlösung für

neue und bestehende Photovoltaik- und 

   Windanlagen. Zukunftssicher, innovativ &

von der Merycur-new-energy GmbH.

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Das MNE - Speichersystem

                                           Betriebsmodus des GHSS-Hybridsystems mit MNE-Speicher 

1.           GHSS Serie Hybrid-Speichersystem                            GHSS-Funktionsprinzip

   

                                      Statt mit hochwertigen Lithium - auch mit preiswerteren Bleibatterien lieferbar.
                                                                             Technische Daten

GHSS Serie / Zusammenfassung

LiFePO4 Batterie:    längerer Lebenszyklus & Sicherheit garantiert   Lokaler Support   : Professionelles Service-Team & Verfügbarkeit auf Lager   Zuverlässigkeit: über 6000 Anwendungen   All-in-one Version    Ökonomische Version

Notstrom:            automatische Notstrom-Umschaltung, stellt die Versorgung bei einem Netzausfall sicher   Hohe Effizienz: Hochspannung-Batterie, 8% höher als 48V System   3-Phasen: Eigenverbrauch maximieren, 3 phasige Notstromversorgung

1. GHSS-Serie bei Netzbetrieb：

• Am Tag:

Bei ausreichendem Tageslicht wird die von den PV-Modulen erzeugte Energie zuerst direkt im Haus verbraucht und dann in den Batterien gespeichert. Der überschüssige Strom wird ins öffentliche Stromnetz eingespeist und zum Einspeisetarif vergütet.

• Nachts oder bei zu geringem Sonnenschein:

Das System stellt Energie aus den Batterien zur Verfügung. Sollte die Kapazität der Batterie nicht ausreichen, wird zusätzlich Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen, um den Strombedarf zu decken.

2. Bei Netzausfall：

• Automatische Umschaltung auf Notstrom;

      Bei Netzausfall trennt sich das System vom öffentlichen Netz ab und schaltet automatisch auf die Notstromfunktion
      um. So können die elektrischen Verbraucher über das Batteriesystem versorgt werden.

• Automatische Umschaltung auf Netzbetrieb:

          Bei Netzwiederkehr schaltet das System automatisch auf die normale Betriebsart um.

Bei Inselanlagen wird die gewonnene Energie in Speichern, meist Akkumulatoren, gepuffert. Die deutlich häufigeren Verbundanlagen speisen den erzeugten Strom direkt in das Verbundnetz ein, wo er sofort verbraucht wird. Photovoltaik wird so zu einem Teil des Strommixes.

Bei Inselanlagen müssen die Unterschiede zwischen Verbrauch und Leistungsangebot der Photovoltaikanlage durch zusätzliche Energiespeicher ausgeglichen werden. Beispielsweise um elektrische Verbraucher auch während der Nachtstunden oder bei ungenügender Sonneneinstrahlung betreiben zu können. Die Speicherung erfolgt aufgrund der kleinen Leistungen meistens über einen Gleichspannungszwischenkreis mit Akkumulatoren, welche die elektrische Leistung bei Bedarf an den Verbraucher abgeben können. Neben den meist noch üblichen und kostengünstigen Bleiakkumulatoren kommen auch neuere Akkutechnologien mit besserem Wirkungsgrad wie Lithium-Titanat-Akkumulatoren zur Anwendung. Mittels Wechselrichter wird daraus die übliche Netzwechselspannung mit 230 V und 50 Hz gebildet.

Anwendung finden Inselanlagen beispielsweise in entlegenen Gebirgsregionen, für die sich ein direkter Anschluss an das öffentliche Netz aufgrund der langen Leitungslängen nicht rechnet. Darüber hinaus ermöglichen autonome photovoltaische Systeme auch die Elektrifizierung einzelner Gebäude (wie Schulen oder Ähnliches) oder Siedlungen in „Entwicklungsländern“, in denen kein flächendeckendes öffentliches Stromversorgungsnetz vorhanden ist.

Bei im Verbundnetz betriebenen Anlagen kann zwar die lokale Energiespeicherung entfallen – der Ausgleich der unterschiedlichen Verbrauchs- und Angebotsleistungen erfolgt über das Verbundnetz. Eine Zwischenspeicherung ist jedoch theoretisch nur dann nicht notwendig, wenn das momentane Gesamtangebot aus Photovoltaik nicht über der momentanen Last im Stromnetz liegt. Währenddessen muss die Produktion in regelbaren Kraftwerken zurückgefahren werden, was jedoch höhere Betriebskosten der Kraftwerke und deren geringere Effizienz bewirkt.

Bei kleineren Anlagen wird so viel elektrische Leistung von der Photovoltaikanlage mittels Wechselrichter in das Verbundnetz abgegeben, wie entsprechende Sonneneinstrahlung vorhanden ist. Fehlt sie, beispielsweise in der Nacht, wird elektrische Leistung aus dem Verbundnetz von anderen Erzeugern des Energiemixes bezogen. Bei größeren Photovoltaikanlagen kommt, wie bei allen größeren Kraftwerken, noch eine zusätzliche Leistungsregelung über eine Fernsteuerung hinzu, die es erlaubt, je nach Bedarf weniger Leistung in das Netz abzugeben als möglich wäre, um einen stabilen Betrieb des Versorgungsnetzes zu gewährleisten.

Da auch in einem großen Verbundnetz Verbrauchsschwankungen kurzfristig ausgeglichen werden müssen, erfolgt die Speicherung von überschüssiger elektrischer Energie beispielsweise in dedizierten Speicherkraftwerken, wie es Pumpspeicherkraftwerke darstellen. Diese speichern die elektrische Energie in Form von potentieller Energie mit Speicherwirkungsgraden von rund 80 % und können diese Energie bei Verbrauchsspitzen kurzfristig als elektrische Energie in das Verbundnetz abgeben. Die erreichbaren Spitzenleistungen liegen je nach Größe des Speicherkraftwerkes im Bereich von einigen 100 MVA. Diese Energiespeicherung gewinnt durch die Photovoltaik an Bedeutung, dient jedoch schon seit langem dem allgemeinen Leistungsausgleich innerhalb eines Verbundnetzes. Da Pumpspeicherkraftwerke nicht dezentral errichtet werden können, erfordern sie ein ausgebautes Stromnetz.

Akkumulatoren in Form größerer Anlagen im Verbundnetz kommen wegen der hohen Kosten nicht zur Anwendung. Das größte auf Akkumulatoren basierende Speicherkraftwerk im westeuropäischen Verbundnetz mit einer Speicherfähigkeit von 14,4 MWh und einer Spitzenleistung von 17 MVA wurde im Jahre 1994 in Berlin wegen Unwirtschaftlichkeit außer Betrieb genommen.^[46] Das dezentrale Zwischenspeichern in Fahrzeugakkumulatoren (z.B. Elektrofahrzeuge in Parkhäusern) ist aufgrund fehlender Infrastruktur meist noch nicht möglich.

Weitere Speichermöglichkeiten sind zum Beispiel adiabatisch arbeitende oder die Wärme zwischenspeichernde Luftdruckkraftwerke oder die Elektrolyse von Wasser und nachfolgende Nutzung des entstehenden Wasserstoffs in Brennstoffzellen, Gaskraftwerken oder Motoren. Diese Verfahren sind derzeit in der Entwicklung und/oder sie haben noch eine geringe Effizienz.

Eine große Bedeutung für regenerative Energien haben jedoch intelligente Netze, die bestimmte Verbraucher (z.B. Kühlanlagen, Warmwasserboiler, aber auch Wasch- und Spülmaschinen) so steuern, dass sie bei Erzeugungsspitzen automatisch zugeschaltet werden.

Was zeichnet eine gute Solarbatterie aus? Auf welche technischen Daten kommt es bei einer Solarbatterie an? Da Batteriespeicher noch relativ neu auf dem Markt sind, haben sich bislang noch keine einheitlichen Richtlinien (z.B. für Datenblätter) durchgesetzt, was die Einzelbewertung und den Vergleich verschiedener Speicher erschwert. Die Photovoltaik Fachzeitschriften "Photon" (Ausgabe 08/2011) und "photovoltaik" (10/2012) haben als erste Publikationen überhaupt Marktübersichten zu Batteriespeichern erarbeitet, aus denen wir im folgenden die grundlegenden technischen Daten / Kennzahlen für Batteriespeicher zusammentragen wollen.

Kennzahlen einer Solarbatterie: technische & praktische Bezugsgrößen

Die Beschäftigung mit technischen Daten einer Solarbatterie beginnt ganz grundsätzlich bereits mit der Frage, was für Strom eine Solarbatterie überhaupt speichert: Gleichstrom oder Wechselstrom? Wissen Sie es? Es ist Gleichstrom. Und dies ist nur die einfachste in einer Reihe von vielen weiteren Grundlagen die man braucht, um Batteriespeicher für Photovoltaikanlagen verstehen und bewerten zu können. Bis dato haben sich folgende Daten und Größen herauskristallisiert, um das Leistungs­vermögen und Leistungsverhalten einer Solarbatterie zu beschreiben:

• Batterietechnologie
  
  Batteriespeicher arbeiten entweder auf Blei-Basis (Blei-Säure, Blei-Gel) oder mit Lithium-Ionen. Blei-Akkus sind wirtschaftlich erprobt und länger im Einsatz als Lithium-Ionen-Speicher. Der Wirkungsgrad von Lithium-Ionen-Akkus ist jedoch höher als bei Blei-Akkus.  
• Speicherkapazität  / Batteriekapazität (Nennkapazität)
  
  Die Speicherkapazität einer Solarbatterie gibt an, wieviel Strom sie mit einer vollen Aufladung speichern kann. Die Speicherkapazität ist eine technische Angabe des Herstellers und wird in Kilowattstunden angegeben (kWh). Die Nennkapazität sollte mit einem Herstellerhinweis versehen sein, für welche PV-Leistung die Solarbatterie empfohlen wird. 
• Entladetiefe (DoD)
  
  Eine Solarbatterie kann nicht zu 100% entladen werden. Diese sog. Tiefenentladung schädigt die Batterie. Deshalb kann eine Solarbatterie nur bis zur Entladetiefe entladen werden. Diese variiert je nach Hersteller. Zwischen 50% und mehr als 90% der gespeicherten Strommenge kann bei einem Entladevorgang deshalb (nur) entnommen werden.
• Nutzbare Speicherkapazität / Batteriekapazität
  
  Die technische Speicherkapazität einer Solarbatterie ist nur theoretischer Natur, da die Entladetiefe berücksichtigt werden muss. Die wirkliche praktische Kapazität einer Solarbatterie gibt deshalb erst die nutzbare Speicherkapazität an. Beispiel: hat eine Solarbatterie eine Speicherkapazität von 9 kWh und eine Entladetiefe von 80%, so kann die Batterie praktisch "nur" 7,2 kWh speichern (80% von 9 kWh).
• Vollzyklus
  
  Eine Solarbatterie einmal bis zur Entladetiefe zu entladen und anschließend vollständig wieder aufzuladen ist ein Vollzyklus. Dieser Gebrauch wird theoretisch einer Solarbatterie zugrunde gelegt.
• Kleinstzyklus
  
  Eine Solarbatterie wird nur geringfügig entladen und anschließend wieder aufgeladen. Welche Auswirkung dies auf die Alterung einer Solarbatterie hat ist bislang nicht ausreichend erforscht.
• Maximale Lade / Entladeleistung & C-Rate
  
  Waschmaschinen oder andere größere technische Geräte benötigen kurzzeitig viel Strom und erzeugen damit so genannte Lastspitzen. Ob diese Lastspitzen mit dem Batteriespeicher vollständig abgedeckt werden können, lässt sich an der maximalen Entladeleistung (in kW) ablesen. Wie schnell die Solarbatterie dabei entladen wird im Verhältnis zur Speicherkapazität, gibt die C-Rate an. Entlädt sich ein Batteriespeicher binnen einer Stunde völlig, so liegt der Wert bei 1C. Wie schnell der Batteriespeicher anschließend wieder aufgeladen werden kann, gibt im Umkehrschluss die maximale Ladeleistung an. 
• Zyklenlebensdauer / Anzahl der Vollzyklen
  
  Technische Angabe des Herstellers, für wie viele Vollzyklen die Solarbatterie ausgelegt ist. Heutige Batteriespeicher haben eine Zyklenlebensdauer bis zu 7.000 Vollzyklen. Bei Erreichen der Zyklenlebensdauer hat die Solarbatterie eine Kapazität von 80% ihrer ursprünglichen Nennkapazität (und kann theoretisch noch weiter benutzt werden).

 

• Kalendarische Lebensdauer
  
  Die kalendarische Lebensdauer ist ebenfalls eine theoretische Angabe des Herstellers. Wird der Batteriespeicher weder entladen noch geladen, so besitzt die Solarbatterie nach Ablauf der kalendarischen Lebenszeit noch 80% ihrer ursprünglichen Nennleistung. Einige Hersteller tauschen z.B. bei einer geringen kalendarischen Lebensdauer die Solarbatterie einmal kostenfrei aus. 
• Gebrauchsdauer
  
  Die Gebrauchsdauer ist ähnlich wie die nutzbare Speicherkapazität eine praktische Größe. Bei der Gebrauchsdauer wird zunächst angenommen, wie viele Vollzyklen ein Batteriespeicher pro Jahr praktisch machen wird. Die Photon hat hier z.B. angenommen, dass ein Batteriespeicher jährlich rund 200 mal vollständig entladen und geladen wird. Bei 7.000 Vollzyklen hätte die Solarbatterie eine Gebrauchsdauer von 35 Jahren.

 

• Systemwirkungsgrad
  
  Batteriespeicher sind elektrochemische Speicher und werden über elektronische Komponenten (Laderegler / Batteriewechselrichter) gesteuert. Aus diesem Grund ergeben sich wie bei allen technischen Anlagen Leistungsverluste von einigen Prozentpunkten. Die Herstellerangaben zum Systemwirkunsgrad einer Solarbatterie sind bis dato noch uneinheitlich. Entscheidend ist, dass sowohl der Zyklenwirkunsgrad des Akkus (Blei ca. 75%; Lithium-Ionen >90%) als auch die Teilwirkungsgrade der verschiedenen elektronischen Komponenten zum Systemwirkungsgrad hinzugezählt werden. 

• AC / DC gekoppelt
  
  Batteriespeicher können elektrisch entweder "nach" dem Wechselrichter der PV-Anlage im Wechselstromkreis des Hauses eingebunden werden (AC-gekoppelt) oder "vor" dem Wechselrichter im zwischengeschalteten Gleichstromkreis (DC-gekoppelt). Da eine Solarbatterie grundsätzlich Gleichstrom lädt, sind AC-gekoppelte Systeme zusätzlich mit einem Konverter (Batteriewechselrichter) ausgestattet, der den Wechselstrom zum Laden der Solarbatterie in Gleichstrom wandelt. Zum Entladen wird der Batterie-Gleichstrom wieder in Wechselstrom gewandelt. DC-gekoppelte Systeme benötigen diesen Konverter nicht, da sie direkt den erzeugten Gleichstrom der PV-Anlage laden. Hierdurch ergibt sich ein leicht höherer Wirkungsgrad, jedoch muss bei einer nachträglichen Installation der Wechselrichter der PV-Anlage getauscht werden, was bei AC-gekoppelten Systemen nicht der Fall ist und die Nachrüstung mit einem Batteriespeicher flexibler gestaltet.

 

• 1-phasig / 3-phasig
  
  Batteriespeicher speisen den geladenen Solarstrom entweder auf einer oder drei Phasen ins Hausnetz / öffentliche Stromnetz ein. 1-phasige Batteriespeicher können im Fall eines Stromausfalls Elektrogeräte mit 3-phasigem Anschluss nicht versorgen, so dass z.B. der Herd in der Küche nicht funktionieren würde. Ebenso müssen PV-Anlagen 3-phasig ins Stromnetz einspeisen (Ausnahmen gelten für Anlagen bis 4,6 kWp). Der Anschluss eines 1-phasigen Batteriespeicher sollte deshalb mit dem Netzbetreiber abgeklärt werden.  

 

• Volleinspeiser
  
  Volleinspeiser sind Batteriespeicher, die gespeicherten Solarstrom (Batteriestrom) direkt ins Netz einspeisen dürfen. AC-gekoppelte Batteriespeicher benötigen hierfür einen zusätzlichen Zähler um zu verhindern, dass Strom aus dem Netz geladen und als Solarstrom eingespeist wird.

 

• Notstromoption
  
  Eine Notstromoption ermöglicht es, dass bei einem Stromausfall die Solarbatterie im Bruchteil einer Sekunde die Stromversorgung des Hauses übernimmt und zusammen mit der PV-Anlage das Haus im Inselbetrieb versorgt. Hierbei kommt es u.a. darauf an, ob die Solarbatterie 1-phasig oder 3-phasig einspeist, damit auch sämtliche Elektrogeräte im Haus (3-phasige) funktionieren.

Kennzahlen, die im Alltag entscheidend sind 

Die zuvor genannten Daten beschreiben im Kern die technische Leistungsfähigkeit der Solarbatterie selbst. Wie gut die Solarbatterie im praktischen Betrieb abschneidet, um in Kombination mit einer PV-Anlage einen Haushalt möglichst weitgehend mit Strom zu versorgen, darüber geben die folgenden drei Größen Auskunft.   

• Eigenverbrauchsanteil
  
  Der Eigenverbrauchsanteil steht in Bezug zur erzeugten Strommenge der Photovoltaikanlage und sagt aus, wieviel Solarstrom aus der PV-Anlage selbst verbraucht werden kann im Haushalt durch den Einsatz der Solarbatterie. Ein möglichst hoher Eigenverbrauchsanteil hängt dabei von einer fachgerechten Planung und Auslegung beider Systeme ab.
• Autarkiegrad
  
  Der Autarkiegrad steht in Bezug zum gesamten Stromverbrauch des Haushalts und sagt im Unterschied zum Eigenverbrauchsanteil aus, wieviel des tatsächlichen Strombedarfs durch die Photovoltaik Solarbatterie Kombination gedeckt werden kann.
• Kosten pro gespeicherter Kilowattstunde
  
  Wie wirtschaftlich ein Batteriespeicher ist lässt sich daran festmachen, was eine gespeicherte Kilowattstunde umgerechnet kostet (in Cent). Diese lassen sich für einen Batteriespeicher wie folgt berechnen:
  1. Nennkapazität x Anzahl der Vollzyklen = theoretisch speicherbare Energiemenge
  2. theoretisch speicherbare Energiemenge in praktisch speicherbare Energiemenge umrechnen, indem die Entladungstiefe und der Systemwirkungsgrad prozentual abgezogen werden
  3. Investitionskosten / Endkundenpreis (für die gleiche technische Ausstattung) durch die praktisch speicherbare Energiemenge teilen ergibt den Preis pro gespeicherter Kilowattstunde Strom

 

 

Beispielrechnung für eine Solarbatterie:

4. Nennkapazität 8,1 kWh x 5.000 Vollzyklen = 40.500 kWh theroretische Speichermenge
5. 40.500 kWh im Verhältnis zu 70% Entladungstiefe und 90% Systemwirkungsgrad ergibt 25.515 kWh nutzbare Speichermenge
6. 13.900€ Endkundenpreis geteilt durch 25.515 kWh = 54 Cent pro gespeicherte kWh 

Diese Daten sollten Ihnen helfen, Batteriespeicher grundlegend verstehen und bewerten zu können. Für den Kauf einer Solarbatterie und die Auslegung mit einer Photovoltaikanlage wenden Sie sich in jedem Fall an einen Solarteur.