Energiespeicher sicher laden & entladen
Batteriespeichersysteme mittels Leistungsmodulen laden
Batteriespeichersysteme ermöglichen es, elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen zu speichern, um etwa Lastspitzen abzufedern. Besonders sicher und zuverlässig funktioniert dies mit Leistungsmodulen, die den Lade- und Entladevorgang der Speichersysteme im Griff haben.
Durch den steigenden Verbrauch elektrischer Energie und die Vernetzung unterschiedlicher Energiequellen rücken Batteriespeichersysteme immer mehr in den Fokus. Dabei nimmt der Anteil sowohl von kleinen gewerblichen Industrie- und Großspeichern als auch von Heimspeichern zu, die sich durch die Größe der Batteriespeicherkapazität definieren. Industrie- bzw. Großspeicher lassen sich ortsfest oder dezentral aufbauen, um wertvolle Energie aus Wind und Sonne zu speichern.
Energie speichern und bereitstellen
Eine stabile Energieversorgung auf Basis von Sonne, Wind und Wasser lässt sich nur dann sicherstellen, wenn die Volatilität der erneuerbaren Quellen durch hinreichend dimensionierte und zuverlässige Speicher ausgeglichen werden kann. Mit den neuen AC/DC- oder DC/DC-Leistungsmodulen von Phoenix Contact im industriellen 19-Zoll-Standardformat lassen sich die Batteriespeicher laden, um die Energie dann bereitzustellen, wenn sie benötigt wird. Die von PV-Anlagen und sonstigen Energiequellen bereitgestellte Energie, die von Verbrauchern nicht direkt genutzt wird, lässt sich dabei zwischenspeichern und über unterschiedlich skalierbare Batteriespeicher nutzen.
Die Speicher können Lastspitzen abdecken und somit auch dazu beitragen, den Anteil fossiler Energiequellen zu reduzieren. Batteriespeicher können also einen erheblichen volkswirtschaftlichen und ökologischen Nutzen generieren. Zum einen lassen sich Investitionskosten einsparen, mit denen die nötige Leistung für temporäre Spitzenlasten bereitgestellt werden soll, und zum anderen lassen sich die vorhandenen Energiequellen voll ausschöpfen und gleichzeitig Energiekosten senken.
All-Electric Society
Nichtsdestotrotz sollen Batteriespeicher nicht langfristige Dunkelflauten absichern, sondern sind eher im Zusammenspiel mit unterschiedlichen Energiequellen zu betrachten. Nach einem solchen Konzept hat Phoenix Contact am Hauptstandort in Blomberg auch den »All Electric Society Park« ausgelegt. Das Zukunftsbild der All-Electric Society beschreibt eine Welt, in der regenerativ erzeugte elektrische Energie als primäre Energieform weltweit in ausreichendem Maße und bezahlbar zur Verfügung steht. Grundlage dafür ist die umfassende Elektrifizierung, Vernetzung und Automatisierung aller Sektoren von Wirtschaft und Infrastruktur.
Regenerative Energiequellen wie PV-Anlagen oder Wind-Trees werden durch ein übergeordnetes Energieflussmanagement gesteuert, das die überschüssige Energie in einem auf dem Gelände befindlichen Batteriespeicher speichert. Der Speicher enthält eine Vielzahl von Phoenix-Contact-Komponenten, die optimal aufeinander abgestimmt sind. Eine besondere Bedeutung nehmen dabei die Leistungsmodule ein, die die Batterien effizient und sicher laden oder entladen (Bild 2).
Gesamtheitliche Betrachtung der Batteriespeicher
Für Industrie- und Großspeicher kommen gewöhnlich Produkte zum Einsatz, die bereits in der Industrie verwendet werden. Dabei haben die ISO-Container je nach Batteriekapazität und Anlagenumfeld unterschiedliche Aufteilungen innerhalb des Containers und setzen dabei zu einem großen Anteil auf Produkte, die auch im Schaltschrankbau verwendet werden. Weil Phoenix Contact über ein breites Sortiment von Einzelprodukten und Systemkomponenten verfügt, kann das Unternehmen als »One-Stop-Shop« von Produkten aus dem Bereich Batteriespeicher fungieren.
Batterien zuverlässig laden und entladen
Bezogen auf das Power Conversion System (PCS) lassen sich Standard-19-Zoll-Schränke als Grundgerüst innerhalb der ISO-Container installieren. Diese können wiederum flexibel mit Phoenix-Contact-Leistungsmodulen bestückt werden. So lassen sich unterschiedliche Leistungen je Schrank realisieren und besonders bei Kleinserien oder Produktanläufen der Aufwand und die Kosten einer kundenspezifischen Anforderung reduzieren. Dies ermöglicht eine kurze Time to Market, ohne auf ein individuelles Design Rücksicht nehmen zu müssen. Des Weiteren zeichnen sich die Module durch ihre innere galvanische Isolation aus, was einen zusätzlichen Transformator oft überflüssig macht. Alle Leistungsmodule von Phoenix Contact entsprechen der Emissionsklasse B, sodass sie auch in urbaner Umgebung einsetzbar sind. Durch die modulare Struktur und die einfache Anschlusstechnik lassen sich die 19-Zoll-Einschübe ohne großen Aufwand verkabeln und unterschiedliche Lasten völlig unabhängig voneinander betreiben. Die Kommunikation der Leistungsmodule und des Batteriesystems könnte dabei die PLCnext-Steuerung von Phoenix Contact übernehmen. Die Steuerung realisiert mittels des CAN-Kommunikationsmoduls AXL F IF die Daisy-Chain-Verbindung zwischen den Leistungsmodulen.
Im Portfolio von Phoenix Contact befinden sich unidirektionale und bidirektionale Leistungsmodule zum Laden von Energiespeichern. Unidirektionale Leistungsmodule stehen als AC/DC- und DC/DC-Produkte zum Laden von Batteriespeichern bereit. Bei der Integration einer PV-Anlage können diese Leistungsmodule mit integriertem MPPT (Maximum-Power-Point-Tracking) direkt angebunden werden.
Bei der Verwendung bidirektionaler AC/DC-Leistungsmodule von Phoenix Contact lässt sich dagegen ein zweiter Wechselrichter einsparen, weil die Module über ein und dasselbe Gerät die Batterien entweder sicher laden oder entladen können. Damit können Platz und Kosten für die PCS innerhalb des Batteriecontainers eingespart werden. Außerdem ist der bidirektionale Wechselrichter inselnetzfähig, was einen Aufbau autarker Netzabschnitte mit Schwarzstartfähigkeit, Schieflastfähigkeit oder Grid-Forming ermöglicht. Das Leistungsmodul reagiert mit hoher Dynamik im Millisekunden-Bereich bei einem Lastwechsel. Phoenix Contact betrachtet dabei auch die jeweiligen länderspezifischen Netzeinspeise-Richtlinien. Durch das einfache Zusammenschalten sowie die Konvertierbarkeit lassen sich bis zu 48 Leistungsmodule parallelschalten, sodass eine Leistung von bis zu 1,5 MW realisierbar ist (Bild 3).
Zusätzlich ermöglichen die Leistungsmodule von Phoenix Contact durch die robuste Bauweise eine schnelle Demontage, sodass Ersatzmodule leicht auszutauschen sind. Präventive Maßnahmen (Wartungs- und Reparaturleistung) lassen sich besser einplanen und minimieren somit die Ausfallzeiten des Systems.
Die Leistungsmodule von Phoenix Contact bieten eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten innerhalb zentraler und dezentraler Batteriespeichersysteme. Primärer Fokus für jedes Leistungsmodul ist zunächst, die höchste Systemverfügbarkeit für die Applikationen sicherzustellen. Darüber hinaus nehmen eine schnelle Installation durch das standardisierte Format, die hohe Effizienz, die skalierbare Ladeleistung und der geringe Bauraum eine entscheidende Rolle bei der Auslegung solcher Systeme ein. In Zukunft wird das Portfolio von Phoenix Contact um weitere 19-Zoll-Leistungsmodule erweitert. Sie werden die Leistungsdichte bei kompakter Bauweise erhöhen und durch die Frontanschlusstechnik einen Single-Side-Zugang realisieren.
Die Autoren:
Tobias Schulte ist Produktmanager Leistungselektronik (High Power Systems) bei Phoenix Contact Power Supplies.
Nadine Schneider ist dort zuständig für Marketing Communications.
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