Funktionsweise von DC- und AC-gekoppelten
Stromspeichersystemen von Dr. Andreas Piepenbrink
Funktionsweise von Speichersystemen DC- und AC-gekoppelte Stromspeichersysteme ermöglichen die Speicherung bunten Stroms von mehreren Erzeugern. Echt dreiphasige DC- und AC-gekoppelte Stromspeichersysteme sind in der Lage, die Versorgung eines Wohnhauses und eines Wohngebietes bilanziell zu übernehmen oder in einem kompletten Inselnetz zu fungieren sowie mehrere Erzeugungsquellen zu koppeln. Hiermit können Ströme unterschiedlichster AC- oder DC-Erzeuger (BHKWs, Photovoltaik-
Anlagen, Windkraftanlagen, Generatoren etc.) gleichzeitig gespeichert und dann bedarfsgerecht und automatisiert verteilt werden.
Speichersysteme weisen unterschiedliche Betriebsmodi auf:
Modus 1: Energiebezug - Das Speichersystem wird aus dem ACNetz geladen. Der Speicher verhält sich wie eine Netzlast.
Modus 2: Energielieferung - Das Speichersystem speist in das ACNetz.
Der Speicher verhält sich wie eine Energieerzeugeranlage.
Modus 3: Inselnetz - Das Speichersystem ist vom öffentlichen Netz
getrennt, der Speicher wird aus dem Kundennetz AC-Netz geladen
und entladen.
Blei- oder Lithiumbatterien? In diesem Zusammenhang werden häufig die Punkte Lebensdauer
(Ladezyklen), Sicherheit und Kosten angeführt. In punkto Sicherheit müssen bei Lithiumbatterien Vorkehrungen gegen Brand getroffen werden. Dieses Problem haben Bleibatterien zwar nicht, doch können im Betrieb geringe Mengen Wasserstoff austreten, was ggf. besondere Anforderungen an die Raumbelüftung
stellt. Bleibatterien sind in der Anschaffung günstiger, halten aber weniger
Zyklen als Lithium-Ionen-Batterien. Bei einer angenommenen Betriebssdauer der PV-Anlage von 20 Jahren, kalkulieren Hersteller ca. 5.000 bis 7.000 Ladezyklen. Bleibatterien halten zwischen 1.600
und 3.000 Zyklen, bei Lithiumbatterein geht man von 2.600 bis 15.000 aus. Es ist also davon auszugehen, dass Bleibatterien bei angenommenen 7.000 Ladezyklen mindestens einmal getauscht werden
müssen. Ebenso große Probleme können von hohen Umgebungstemperaturen
oder schlechtem Lademanagement ausgehen. So kann bei zu hohen Betriebstemperaturen die Zyklenzahl der Bleibatterien merklich sinken, und eine Tiefentladung führt in der Regel zum baldigen Defekt. Geht man von herstellerkonformen Betriebsbedingungen aus, haben Bleibatterien eine kalendarische Lebensdauer zwischen 8 und 15 Jahren, bei Lithiumbatterien geht man von 10 bis 25 Jahren aus.
Weitere Punkte, die beim Einsatz von Bleibatterien beachtet werden müssen, sind z. B. das höhere Gewicht (Blei-Gel: 30 Wh/kg; Lio: 95 . 190 Wh/kg) sowie die Wartung, wenn konventionelle Blei-
Schwefel-Batterien zum Einsatz kommen. Hier erweist sich der Einsatz von Blei-Gel-Akkus als vorteilhafter.
Ein- und dreiphasige Einspeisung ins Hausnetz
Wenn ein einphasiger Batteriespeicher an Phase L1 angeschlossen wird und ein Verbraucher an L2 Strom entnimmt, speist das Batteriesystem nicht phasengleich ein. Batteriespeicher sind aber in der Lage,
auf L1 genau die Leistung einzuspeisen, die der Verbraucher auf L2 aus dem öffentlichen Netz bezieht. Voraussetzung dafür ist der Einbau eines sogenannten über alle Phasen saldierenden Zählers.
Bei dreiphasigen Systemen unterscheidet man zwei Varianten:
1. Systeme, die auf drei Phasen symmetrisch einspeisen. Alle diese Systeme erzeugen im Betrieb eine sogenannte Schieflast, weil auf den Phasen unterschiedlich viel Energie eingespeist oder verbraucht
werden kann.
2. Systeme, die auf drei Phasen asymmetrisch einspeisen können und in der Lage sind, genau die Leistung einzuspeisen, die auch verbraucht wird. Dabei muss beachtet werden, dass die Schieflastbedingung der VDEAR-N. 4105 von 4,6 kVA eingehalten wird. Die maximale Unsymmetrie von 4,6 kVA ist auch dann einzuhalten, wenn die Erzeugungsanlage (EZA) Strom auf einem Außenleiter einspeist und der Stromspeicher
zeitgleich Strom in einem anderen Außenleiter bezieht.
