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News | 20.4.2015
Systemkonzept Hei-PhoSS

Hochvolt-Batterie verbessert Eigenstromnutzung

Die Abbildung zeigt das Innenleben eines Hei-PhoSs-Prototypen.
© SF Suntech Deutschland GmbH
Wechselrichter von Sunways
© SF Suntech Deutschland GmbH

Forscher von Sunways sowie dem Fraunhofer ISE und Akasol entwickelten ein netzfreundliches Speichersystem mit Hochvolt-Batterie für Photovoltaik-Generatoren. Bei dem DC-gekoppelten Speichersystem werden die Batterie parallel zum Solargenerator am DC-Eingang des Wechselrichters anschlossen. Dadurch minimieren sich die Wandlungsverluste. Die Entwicklung optimiert einerseits die Eigenstromnutzung und unterstützt zudem aktiv das Netz. Die Batterie und der Wechselrichter sind für Anlagengrößen bis acht Kilowatt ausgelegt, was der typischen Größe von Aufdach-Anlagen entspricht. Das Photovoltaik-Heimsystem mit intelligenter Kommunikations- und Regelungstechnik soll als Serienprodukt kosteneffizient und langlebig arbeiten.

Neu ist das Zusammenspiel einer Hochvolt-Batterie mit einem angepassten Einspeisewechselrichter. Das hohe Spannungsniveau der Batterie ermöglicht es, sie direkt an einen Zwischenkreis des Wechselrichters anzuschließen. Mit einem sehr weiten Eingangsspannungsbereich von 150 bis 1.000 Volt und zwei unabhängigen Maximum-Power-Tracker lassen sich nahezu alle Kombination von Reihenschaltungen und Ausrichtungen der Solarmodulen anschließen. Der zulässige Eingangsspannungsbereich der Batterie reicht von 150 bis 600 V. Ursprünglich wollten die Forscher den Speicherinverter auf Eingangsspannungen ab 350 Volt auslegen. Im Laufe des Projektes erwies es sich aber als vorteilhaft, den Bereich nach unten zu erweitern. Das macht den Photovoltaik-Generator und das Batteriesystem flexibler. Dieser Vorteil wiegt nach Ansicht der Wissenschaftler schwerer als die Kostenersparnis und Wirkungsgradsteigerung.

Die angestrebte Wirkungsgradsteigerung wurde trotzdem weitgehend realisiert, da die zusätzliche Wandlerstufe nur im unteren Spannungsbereich aktiv ist. Der höchste Umwandlungswirkungsgrad von der Batterie zum AC-Ausgang wurde mit 96,8 Prozent gemessen, im unteren Bereich ist der Wirkungsgrad trotz der Verluste im Wandler immer noch geringer als vier Prozent. Trotz zusätzlicher Bauteile sind die Kosten des Speicherinverters gegenüber einem Nur-Einspeisewechselrichter mit drei MPPT voraussichtlich nur um zehn Prozent höher. Ein weiteres Ziel war es, die gleiche Schaltung für ein- und dreiphasigen Betrieb nutzen zu können. Mit Erfolg: Der Wechselrichter lässt sich einphasig anschließen und die Betriebsart über die Software wählen.
Mittels Stromsensoren oder der Aufnahme von Zählerimpulsen kann der Haus-Verbrauchsstrom gemessen werden, dadurch wird die gespeicherte Energie sowie aktuelle Solarenergie primär für den Eigenstrombedarf verwendet. Eine Schnittstelle ermöglicht den Anschluss eines Home-Energy-Management Systems. Dieses kann dann zum Beispiel durch Nutzung der Wetterdaten den Eigenverbrauch optimieren und Anforderungen des Netzbetreibers sowie unterschiedliche Einspeisetarife berücksichtigen.

Perspektiven für die Vermarktung

Die Wissenschaftler sehen einen großen Markt für die Ausrüstung und Nachrüstung mit einem Speichersystem. Besondere Chancen für ihr System erwarten sie bei der Erschließung von Ost-West-Dächer sowie bei komplizierten oder tageszeitlich teilverschatteten Dächern. Hier erweist sich die weitreichende Freiheit bei der Verschaltung der Module in unterschiedliche Strings als besonderer Vorteil. Der Wechselrichter lässt sich in jede bestehende Anlage einbauen, ohne dass Änderungen am Solargenerator vorgenommen werden müssen. Die Auswahl des Batteriespeichers ist von den Leistungsdaten her wenig begrenzt.

Die Forscher stellen ihre Neuentwicklung auf der Fachmesse Intersolar, die vom 10. Bis 12. Juni in München stattfindet, der Öffentlichkeit vor. Ab Herbst sollen deutschlandweit rund 50 Speichersysteme für einen Feldtest aufgebaut werden.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Termine

29. November 2017
RENEXPO® PV & StromSpeicher

5. Dezember 2017
Intersolar India

24. Januar 2018
6. Batterieforum Deutschland

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