Kommerzielle Energiespeicheranlagen mit Speicherfunktion

Eine Batterie-Energiespeicheranlage (BESS) ist eine elektrochemische Einheit, die Energie speichert und diese später wieder entlädt. Das Speichern von Energie in Lithium-Ionen-Batterien gilt als eines der effizientesten Verfahren.


Neue Lösungen, die sich zunehmender Beliebtheit erfreuen, sind kommerzielle Batteriespeicheranlagen, die Strom oder Netzdienstleistungen bereitstellen. Ihre wachsende Beliebtheit ist auf den zunehmenden Bedarf an flexiblen und stabilen Systemen und die Vorhersagbarkeit der Erzeugung aus erneuerbaren Energiequellen sowie auf den raschen Rückgang der Anschaffungskosten für die Batterietechnologie zurückzuführen. Infolgedessen hat die Rolle von BESS-Systemen in den letzten Jahren in Netzanlagen zunehmend an Bedeutung gewonnen. Und bereits jetzt, in diesem Stadium des Einsatzes von BESS-Systemen, können einige Fragen im Zusammenhang mit dieser Technologie angesprochen werden. Eine der Herausforderungen, denen sich die BESS-Technologie stellen muss, ist die Bereitstellung von Wirklast bei Stromausfällen, auf die später eingegangen wird.

Was ist BESS und warum wird es benötigt?

Batterie-Energiespeichersystem (BESS) ist eine elektrochemische Einheit, die Energie speichert und diese später wieder nutzt.
Das Speichern von Energie in Lithium-Ionen-Batterien gilt als eines der effizientesten Verfahren.

 

Neue Lösungen, die sich zunehmender Beliebtheit erfreuen, sind kommerzielle Batteriespeicheranlagen, die Strom oder Netzdienstleistungen bereitstellen.

 

Wofür ein BESS verwendet werden kann:

        • Im Falle eines Netzausfalls. Je nach Typ kann das BESS bei Änderungen oder Einbrüchen der Netzfrequenz und -spannung Strom liefern und auch bei unzureichender Netzversorgung zusätzliche Energie bereitstellen. Dies trägt dazu bei, die kostspieligen Investitionen zu vermeiden, die für den Wiederaufbau des Übertragungs- und Verteilungsnetzes erforderlich sind.
        • Der Energieausgleich senkt die Stromgesamtkosten auf der Verbraucherseite, indem Energie außerhalb der Spitzenzeiten, wenn die Energiepreise niedrig sind, gespeichert und zu Spitzenzeiten, wenn die Energiepreise hoch sind, verwendet wird.
        • Mit Solarnetzteil (VDE)
          Der Anteil der erneuerbaren Energien am Energiesystem des Landes wächst stetig. Aus diesem Grund werden immer strengere Anforderungen an die Vorhersagbarkeit der Produktion dieser Anlagen gestellt. Eine Möglichkeit ist die Ergänzung durch eine Solarstation, z. B. eine Energiespeicheranlage. Eine Energiespeicheranlage kann dazu beitragen, ein Gleichgewicht herzustellen und plötzliche Änderungen im Netz zu vermeiden.
        • BESS mit Speicherfunktion (netzunabhängig)
          Einsatz von BESS mit Speicherfunktion (netzunabhängig) an Orten mit häufigen Stromausfällen oder wo mehr Strom benötigt wird.
          Das BESS-Backup kann im Gegensatz zu einem Stand-Alone-System den Verbrauch mit Batteriestrom regulieren.

 

Lassen Sie uns nun einen genaueren Blick auf die Möglichkeiten der Nutzung von BESS mit Speicherfunktion werfen. Warum genau stellen wir BESS mit Speicherfunktion in eine separate Kategorie? Weil Energiespeicheranlagen nicht immer die Möglichkeit bieten, ohne Netzanschluss zu arbeiten. Auch eine Photovoltaikanlage kann ohne Netz keinen Strom erzeugen und ein Speicher-Betrieb ist nicht immer notwendig. Anlagen, die ohne Netz funktionieren, sind wesentlich teurer.

Ein weiterer Nachteil ist, dass es relativ wenige Systeme gibt, die nicht an ein Netz angeschlossen sind, da das Angebot an solchen Lösungen für den gewerblichen Sektor in der Vergangenheit begrenzt war. Industrielle Lösungen, die bereits in Betrieb sind, wurden speziell für die Bedürfnisse einzelner Produktionsanlagen konzipiert und hergestellt. Mit der Entwicklung und dem Aufkommen der Nachfrage nach Energiespeicheranlagen zur Lösung der Probleme im Wohnbereich beginnt auch der gewerbliche Sektor, dieses Potenzial und die Möglichkeiten ihrer Nutzung in größerem Maßstab zu erkennen.

 

Hersteller und Technologieentwickler haben damit begonnen, Energiespeicherlösungen mit der Möglichkeit der teilweisen oder vollständigen Trennung vom Netz anzubieten.
Was ist der Unterschied zwischen BESS im privaten Sektor, wo es üblich ist, und im kommerziellen Sektor? – Im Umfang und in der Verantwortung. Lösungen, die bereits im kommerziellen Sektor eingesetzt werden, stehen vor neuen Herausforderungen, die sich aus der Größenordnung ergeben, wie z. B. Schutz, Kühlung, Verhinderung von thermischem Durchgehen, Wartung usw.

 

Mit der Entwicklung von BESS und seinen verschiedenen Formen werden wir bald in der Lage sein, bedeutende Fortschritte beim Übergang von nicht garantierten zu garantierten erneuerbaren Energiequellen zu erzielen und damit die Umweltauswirkungen der Kohlenkraftwerke zu verringern.

Bestandteile und Funktionen des BESS-Systems

Das BESS-System besteht aus verschiedenen Teilen, von denen die wichtigsten sind:
Batteriesystem

 

        • Die Batterie ist der Hauptbestandteil des Batteriespeichersystems. Die Batterie speichert Energie, wenn sie gebraucht wird. Die Batterie besteht aus Lithiumzellen, die einen Block bilden, und aus mehreren miteinander verbundenen Blöcken, die ein Batteriemodul bilden. Mehrere Module, die (meist) in Reihe geschaltet sind, erreichen die erforderliche Spannung als Batteriefach. Die Batteriefächer werden parallel geschaltet, um die gewünschte Kapazität zu erreichen, wodurch Batterieanlagen entstehen, die ein Batteriesystem, ein Containerbatteriesystem usw. bilden können.
        • Je nach gewünschter Spannung und Leistung können Sie Parallel- und Reihenschaltungen kombinieren, um eine Anlage mit den gewünschten Parametern zu erhalten
Komponenten eines Containerbatteriesystems
      • Batteriemanagementsystem (Battery Management System, BMS)
        Lithiumbatterie als Teil des BESS muss durch ein Batteriemanagementsystem (BMS) gesteuert werden. Das BMS ist das Gehirn des Batteriesystems, dessen Hauptfunktion darin besteht, Batterie in verschiedenen Betriebsarten vor Schäden zu schützen. Das BMS muss sicherstellen, dass Batterie innerhalb der angegebenen kritischen Parameterbereiche betrieben wird, nämlich:
          • Ladezustand (State of Charge, SoC)
          • Batteriezustand (State of Charge, SoC)
          • Spannung (V)
          • Temperatur (°C)
          • Strom (A)
      • Kontrolle ser wichtigen Parameter trägt dazu bei, Brände, Überladung, Kurzschlüsse, Ungleichgewicht usw. zu verhindern
        . Ein ordnungsgemäß konzipiertes BMS-System ist ein entscheidender Teil des Batteriespeichersystems, der Sicherheit und Langlebigkeit jedes lithiumbasierten BESS-Systems gewährleistet.
      • Energieumwandlungssystem (Power Conversion System, PCS) oder Hybrid-Wechselrichter
        Ein BESS-System speichert und liefert Energie in Form von Gleichstrom (DC), aber elektrische Netze arbeiten mit Wechselstrom (AC), wie auch meisten Verbraucher. Um Strom aus dem BESS in das Netz (Last) einzuspeisen und das BESS aus dem Netz zu laden, ist ein Energieumwandlungssystem (PCS) oder ein Hybrid-Wechselrichter erforderlich. Es kann sich um ein ganzes System handeln, das aus mehreren Arten von Wechselrichtern besteht. PCS- oder Hybrid-Wechselrichter sind viel komplexer als meisten Wechselrichter, da sie in zwei Richtungen wandeln können müssen – Gleichstrom in Wechselstrom und Wechselstrom in Gleichstrom. Komplexere PCS-Anlagen müssen in der Lage sein, Anlage aus dem Netz zu laden und ihre Leistung in das Netz abzuleiten.

Art des (PCS) oder Hybrid-Wechselrichters bestimmt fast vollständig Aufgaben, Anlage erfüllen wird, und ob es eine Anlage sein wird, ein schwaches Netz stabilisiert, oder eine Anlage, in netzunabhängiger Betriebsart betrieben werden kann, oder eine Anlage, in der Lage ist, nstleistungen für das Netz zu erbringen. Das PCS oder der Hybrid-Wechselrichter hat eine stabile Verbindung zum BESS und ist an dessen Steuerung beteiligt. Je nach Konfiguration werden Niveau, Zeit und Häufigkeit der Batterieentladung und -aufladung gesteuert.

Es ist wichtig, beiden Arten von Systemkonfigurationen der Energieumwandlung zu kennen: „AC-Anschluss“ und „DC-Anschluss“.
Bei einer PV-Anlage mit einem kombinierten BESS-System besteht Wahl zwischen sen beiden Konfigurationen. AC-Anschlusskonfiguration bedeutet, dass das BESS-System parallel zur PV-Anlage auf der AC-Seite angeschlossen ist.
Wir sprechen von einer DC-Anschlusskonfiguration, wenn PV-Anlage und das BESS auf der DC-Seite angeschlossen sind.

Beispiel für einen Übersichtsschaltplan in der Konfiguration AC-Anschluss und DC-Anschluss
      • Sonstiges (Generator als Option)

 

Je nach Größe der Anlage und ihrer Aufgaben kann das BESS-System z. B. Systeme für Heizung, Lüftung, Klimatisierung, Überwachung, Brandbekämpfung, SCADA usw. umfassen. Es ist auch möglich, die relativ häufige Kombination von BESS mit erneuerbaren Energien hervorzuheben.

Sicherheit

Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) sind relativ sicher und weit verbreitet. Sie werden in vielen elektrischen Geräten eingesetzt, um deren autonomen Betrieb zu gewährleisten. Allerdings sind Batterien mit hoher Kapazität erforderlich, um maximale Sicherheit und eine langfristige Nutzung der Anlage zu gewährleisten. In einer Lithium-Ionen-Batterie (Li-Ion) kann eine chemische Reaktion auftreten, die als thermisches Durchgehen bezeichnet wird. Wenn sie innerhalb einer kompakten Zellenbaugruppe abläuft, benötigt sie keine Sauerstoffzufuhr und erzeugt keine sichtbare Flamme. Wird dieser Prozess nicht durch Schutzvorrichtungen behandelt, kann er zu einem allmählichen Temperatur- und Druckanstieg und schließlich zum Bruch der Zelle führen, was wiederum die Freisetzung von explosiven Gasen zur Folge hat. Wenn thermisches Durchgehen innerhalb des Moduls auftritt, können sich brennbare Gase im BESS-System ansammeln und Bedingungen schaffen, die eine Explosion verursachen. Ein thermisches Durchgehen kann auch durch Überhitzungseffekte aufgrund eines normalen Feuers verursacht werden. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass Standardmethoden zur Bekämpfung normaler Brände, wie z. B. das Abschalten der Belüftung und die Verwendung von Flammschutzmitteln zur Kühlung oder zur Verhinderung des Zugangs zu Sauerstoff, die Explosionsgefahr verschärfen können, indem sie die Konzentration explosiver Gase ansteigen lassen. Dies bedeutet, dass Notfallanlagen und Notfalleinsatzprotokolle so konzipiert sein sollten, dass Brände gelöscht und Räume vor dem Betreten gegebenenfalls belüftet werden können. Wir empfehlen, dass Sie die folgenden Systeme in Ihr BESS einbauen (je nach Größe der Quelle) (HINWEIS: Alle Sicherheitsmaßnahmen der Anlage müssen den nationalen Normen entsprechen und von qualifizierten Technikern mit entsprechender Zertifizierung entworfen werden):

        • Systeme zur Gefahrenerkennung,
        • Vermeidung des thermischen Durchgehens,
        • Brandbekämpfung,
        • Bodenschutz,
        • Studien zum Explosionsrisiko.

WICHTIGER HINWEIS – VERHALTEN IM FALL EINES BRANDES DES BATTERIEENERGIESPEICHERSYSTEMS (BESS) Im Falle einer Beschädigung oder eines Brandes des Batterieenergiespeichersystems (BESS):

      • Gehen Sie immer davon aus, dass die Batterie und die zugehörigen Komponenten unter Strom stehen und vollständig geladen sind.
        • Sicherheitsdatenblätter (SDB) können wichtige Informationen über die in der Batterie enthaltenen Chemikalien liefern.
        • Nicht isolierte elektrische Komponenten, Drähte und Batterien können eine Stromschlaggefahr darstellen.
        • Bei Unfällen, an denen ein BESS beteiligt ist, sollten die Rettungskräfte folgende Schritte befolgen: IDENTIFIZIEREN (Ort und Art der Anlage), das BESS-System gegebenenfalls AUSSCHALTEN, sich des Risikos im Zusammenhang mit Hochspannung und anderen Gefahren bewusst sein.
        • Tragen Sie alle PSAs und schützen Sie sich vor den Auswirkungen eines Lichtbogens, wenn Sie die Anlage abschalten – schauen Sie nicht in den Lichtbogenpunkt.
        • Bestimmen Sie das für die Anlage zuständige Personal vor Ort bzw. die örtlichen Kontaktinformationen für Notfälle.
        • Seien Sie darauf vorbereitet, die Lüftungsanlagen zu überprüfen, um die Ausbreitung von Rauch und giftigen/brennbaren Gasen zu verhindern.

Wartung

Eine ordnungsgemäße Wartung, das Halten der Batterien auf der richtigen Temperatur, eine ständige Anlagenkalibrierung, Überwachung und Datenanalyse schützen die Anlage vor Schäden und gewährleisten optimale Funktion und Langlebigkeit. Eine erfolgreiche Wartung bedeutet die konsequente Einhaltung der folgenden Indikatoren:

          • Es ist wichtig, dass in dem Bereich, in dem die Batterien gelagert werden, eine angemessene Temperatur aufrechterhalten wird. Hohe Temperaturen können die Batteriezellen beschädigen oder die Anzahl der verbleibenden Zyklen verringern. Heizen Sie daher den Raum im Winter und benutzen Sie im Sommer eine Klimaanlage.
          • Stellen Sie sicher, dass die Anlage richtig eingestellt und kalibriert ist. Damit die Anlage ordnungsgemäß funktioniert, muss sie effizient arbeiten – dies bezieht sich auf die Entladeparameter und Ladestufen, um eine Entladung unter sichere Werte oder eine Überladung zu vermeiden.
          • Überwachung und Analyse sind wichtige Bestandteile eines effektiven BESS-Betriebs und einer effektiven Wartung. Durch die Überwachung von Systemindikatoren, Betriebsarten und -warnungen können potenzielle Bedrohungen frühzeitig erkannt und entsprechende Maßnahmen ergriffen werden.
          • Eine regelmäßige Wartung ist für den ordnungsgemäßen Betrieb des BESS ebenfalls unerlässlich. Dazu gehören die routinemäßige Reinigung der Anlage, der Austausch verschlissener oder beschädigter Komponenten und die Durchführung von Kapazitätstests an den Batterien, um sicherzustellen, dass diese weiterhin in der Lage sind, Energie effizient zu speichern. Damit das BESS-System in der Lage ist, die in den Batterien gespeicherte Gleichstromenergie effizient in Wechselstrom umzuwandeln, können die Wechselrichter der Anlage kalibriert werden. Auch die Eliminierung der Hilfsstromversorgung kann die Effizienz der Anlage erheblich steigern.

Welche Lösungen kann Solarity heute für gewerbliche Projekte anbieten?

Huawei – BESS

Das System Huawei BESS kann zur Stromversorgung von Stromnetzen, zur Unterstützung der Netzzuverlässigkeit und zur Speicherung von überschüssigem Strom für eine spätere Nutzung eingesetzt werden.
Diese Lösung kann verwendet werden:

        • Energie-Schiedsverfahren: Die Anlage kann verwendet werden, um eine Batterie zu laden, wenn die Energiepreise niedrig sind und sie zu entladen, wenn die Preise hoch sind (z. B. in Spitzenzeiten).
        • Fixe Kapazität oder Spitzenkapazität: Die Netzbetreiber müssen dafür sorgen, dass sie über ausreichende Erzeugungskapazitäten verfügen, um die Nachfrage in den nachfragestärksten Zeiten des Jahres oder in Spitzenlastzeiten zuverlässig zu decken.
        • Betriebsreserven und Hilfsdienste: Um einen zuverlässigen Betrieb der Energieressourcen aufrechtzuerhalten, muss die Erzeugung immer genau der Nachfrage nach Strom entsprechen. Verschiedene Kategorien von Betriebsreserven und Hilfsdiensten arbeiten auf unterschiedlichen Zeitskalen, von Sekundenbruchteilen bis zu mehreren Stunden, und alle werden benötigt, um die Zuverlässigkeit des Netzes zu gewährleisten.
        • Verzögerungen bei der Modernisierung von Übertragung und Verteilung: Die Übertragungs- und Verteilungsinfrastruktur des Stromnetzes muss so dimensioniert sein, dass sie die Nachfragespitzen abdeckt, die nur wenige Stunden im Jahr auftreten können.
Die Smart String ESS-Lösung von FusionSolar
FusionSolar bietet seinen Kunden eine Smart String ESS-Lösung an, die sie bei der Überwachung, Steuerung und Optimierung von BESS-Systemen auf der Ebene der Ressourcengruppe und der Ressourcenpartition unterstützt. Diese Lösung ist mit mehreren Schichten konzipiert, um die Sicherheit zu gewährleisten. Es ist möglich, eine Anlage ab 2 MWh zu errichten.

Victron + Pylontech

Mit den Wechselrichtern Victron und Batterien Pylontech kann ein BESS für kleine kommerzielle Einrichtungen errichtet werden. Kleine und mittlere Anlagen mit bis zu 90 kW und mehreren MWh Kapazität. Diese Anlagen sind ausreichend für kleine Unternehmen, Büros und Geschäfte. Mit Victron-Wechselrichtern lässt sich ein System mit Speicherfunktion errichten, das Energie aus der PV-Anlage ins Netz einspeist, den Verbrauch kontrolliert und die überschüssige Energie speichert.

Dreiphasige 45-kW-Anlage mit 72-kWh-Batterie

Deye + Pylontech

Die DEYE-Hybrid-Wechselrichter bauen auf netzgekoppelten Wechselrichtern auf und ermöglichen den Aufbau einer Photovoltaik-Kraftanlage mit einem Energiespeichersystem. Der leistungsstärkste DEYE-Hybrid-Wechselrichter ist der SUN-50K-SG01HP3-EU-BM4 mit einer Leistung von 50 kW. Diese Wechselrichter können mit bis zu 10 Geräten parallel geschaltet werden, so dass eine 500-kW-Hybrid-Kraftanlage ohne Netzanschluss möglich ist. An eine solche Anlage können mehrere Dutzend Batterien mit einer Kapazität von mehreren MWh angeschlossen werden.

Schaltplan des Deye-Hybrid-Wechselrichters

Work modes

Verfasser: Oleksandr Lashchenko, Technical Support UA
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