Energiespeichersysteme
Zuverlässige Verbindungstechnik auf allen Ebenen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Das Energiespeichersystem
Je nach Größenordnung werden mehrere Speicher-Racks zu einem übergeordneten System zusammengefasst. Auch dieses hat eine eigene Steuerung, um die Lade- und Entladevorgänge zu kontrollieren und um mit der externen Welt zu kommunizieren. Darüber hinaus sind auf Systemebene Klimatisierungsvorrichtungen sowie Brandsensorik und -bekämpfung eingebunden. Meist handelt es sich dabei um Container, in denen geeignete Schaltschränke die verschiedenen Aufgaben erledigen.
Auch in diesem Zusammenhang spielt eine Vielzahl unterschiedlicher elektrischer Verbindungen eine entscheidende Rolle dabei, dass die Komponenten des Systems gut zusammenspielen und um den Speicher externen anzubinden. Häufig entsteht der Eindruck, dass nur die Leistungsflüsse betrachtet werden müssen – aber dem ist nicht so. Erst die digitale Anbindung des Speichersystems an das Netz, an die speisende Solar- oder Windkraftanlage oder an den dynamischen Großverbraucher mit Rückspeiseoption bewirken, dass man ein solches Energiespeichersystems auch effizient nutzen kann.
Fehlermöglichkeiten und Konsequenzen
Die Anzahl möglicher Fehler in der Verbindungstechnik ist durchaus überschaubar. Die Fehlerwahrscheinlichkeit hängt maßgeblich davon ab, wie hoch die Qualität der eingesetzten Komponenten und des Designs ist, wie gut sich die Technologie für die Anwendung eignet und wie qualifiziert der Anwender ist.
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Der Einsatz von Ringkabelschuhen mit Gewindebolzen und Mutter führt nicht selten zu Fehlern bei Leistungsverbindungen. Infolge von Vibrationen oder schlicht weil die Schrauben nicht vorschriftsgemäß angezogen oder gewartet wurden, können die Übergangswiderstände steigen. Dies führt im schlimmsten Fall zum Brand und somit zu einer völligen Zerstörung des Systems (Bild 3).
Kostenoptimierung
Der Ausfall oder gar die Zerstörung eines Energiespeichersystems infolge eines Fehlers stellen den schlimmsten Fall dar. Sowohl der Besitzer als auch der verantwortliche Hersteller, Installateur oder Bediener nehmen dadurch unübersehbar Schaden. Aber auch nicht optimierte Designs oder Systemzustände können versteckte Kosten verursachen, die man in vielen Fällen leicht vermeiden kann.
Als Beispiel seien die externen Leistungsverbinder eines Batteriemoduls angeführt. Selbst eine einzige korrekt ausgelegte und vorschriftsgerecht installierte Verbindung führt pro Modul zu Verlusten von mehr als tausend Kilowattstunden über die gesamte Lebensdauer. Diese steigen linear mit dem Übergangswiderstand an. Unerkannte schlechte Verbindungen können schnell zu Verlusten von mehreren Megawattstunden oder einigen hundert Euro pro Modul führen. Auf Systemebene ergeben sich daraus infolge der großen Anzahl an Modulen durchaus finanzielle Einbußen in einer Größenordnung von 100.000 Euro. Die Anfangsinvestition in einen hochwertigeren Steckverbinder rechnet sich dadurch schnell.
Auch die hohen Aufwendungen bei der Herstellung des Speichersystems sollten betrachtet werden. So kann es aus Gründen der Automatisierbarkeit attraktiv sein, die Lötverbindung eines Sensoranschlusses auf der Platine des Modul-BMS durch eine einfach zu bedienende Federklemme zu ersetzen. Bei der Montage der Batterie-Packs lassen sich die Sensoren im automatisierten Prozess setzten, und die beiden Sensorleitungen werden bei der Montage des Moduls manuell und werkzeuglos gesteckt. Wegen der besseren Zugänglichkeit ist ein deutlicher Zeit- und damit Kostenvorteil zu erwarten.
Kompromisse können teuer werden
Auslegung, Qualität und korrekte Verwendung der Verbindungstechnik in Energiespeichersystemen sind entscheidend für deren Kosten, Zuverlässigkeit und Effizienz. Ein zunächst preiswert erscheinender Kompromiss führt allzu häufig zu hohen laufenden Kosten und Systemausfällen. Es lohnt sich daher in jedem Fall, bei der Auslegung der Verbindungstechnik auf allen Ebenen eines Energiespeicher- systems auf kompetente Hersteller zu setzen und deren Expertise zu vertrauen. Phoenix Contact stellt alle für Energiespeicher erforderlichen Steckverbinder bereit. Denn nur mit zuverlässigen Komponenten kann die Vision der All Electric Society Wirklichkeit werden.
| Steckverbinder und Leitungen – Nervensystem der All Electric Society |
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Der Klimawandel erfordert eine globale Energiewende, die nur durch die Digitalisierung und Vernetzung aller Lebensbereiche möglich ist. In der All Electric Society wird der Energiebedarf daher lediglich aus erneuerbaren Energien gedeckt und elektrischer Strom zum zentralen Energieträger. Dazu sind die Sektoren Energie, Mobilität, Infrastruktur, Gebäude und Industrie umfassend miteinander zu koppeln. Erschwert wird dies bislang dadurch, dass diese Sektoren durch jeweils unterschiedliche technische Standards gekennzeichnet sind. Allerdings gibt es bereits Basistechnologien, um eine nahtlose Kommunikationsinfrastruktur zwischen den unzähligen installierten Geräten aufzubauen. Dazu ist die weltweite Infrastruktur physikalisch und datentechnisch zu vernetzen. Elektromechanische Komponenten – darunter auch zahlreiche Daten-, Signal- und Leistungssteckverbinder – dienen als Basis für die Elektrifizierung von Maschinen und Anlagen. Phoenix Contact engagiert sich aktiv in vielen Nutzerorganisationen, Gremien und Verbänden, damit die (Weiter-)Entwicklung dieser Standards anforderungsgerecht vorangetrieben und die All Electric Society Wirklichkeit wird. |
Der Autor
Dr. Rüdiger Meyer
ist Application Expert Energy Storage, Business Area Device Connectors, Phoenix Contact, Blomberg.
- Zuverlässige Verbindungstechnik auf allen Ebenen
- Das Energiespeichersystem
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