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Energieförderung & Energiespeicher

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Sicheres Zuhause für Energiespeicher

Text: Matthias Kienholz, Christian Jörg Schöner, Rittal Fotos: Rittal
Um den Strom der volatilen erneuerbaren Energien zu speichern, gewinnen Speicher­technologien zunehmend an Bedeutung. Deren Einsatz benötigt allerdings eine sichere Infrastruktur und Gehäusetechnik. Während es erste Lösungen bereits gibt, werden derzeit standardisierte Schrank- und Gehäuselösungen auf Basis der 19-Zoll-Technik entwickelt.

Gegenüber Energien aus fossilen Brennstoffen haben erneuerbare Energien deutliche Vorteile. Dazu zählt die Möglichkeit der dezentralen Erzeugung sowie ein geringer beziehungsweise kein CO2-Ausstoß. Allerdings haben speziell Photovoltaik- und Windkrafttechnologien den Nachteil, dass sie von meteorologischen Gegebenheiten wie Lichtintensität und Windgeschwindigkeit abhängen. Um diesen Nachteil zu kompensieren, spielen Speichertechnologien, welche die gewonnene elektrische Energie bei Bedarf wieder zur Verfügung stellen, zunehmend eine große Rolle. Laut einer Studie der Boston Consulting Group wird der kumulierte Umsatz mit Stromspeichern bis zum Jahr 2030 auf 277 Milliarden Euro steigen.

Die Leistungsfähigkeit erneuerbarer Energien wird in Verbindung mit Energiespeicher-Systemen erhöht, welche die generierte elektrische Energie speichern. Das hat gerade für die Photovoltaik (PV) und die Windenergie große Vorteile. So bietet der Einsatz solcher Systeme den Betreibern mehr Flexibilität bei der Einspeisung in Stromnetze, einen höheren Eigenverbrauch, eine zeitlich unabhängige Energienutzung sowie einen Ausgleich von Spannungsabfällen in Spitzenzeiten. Auch netzferne oder autarke Inselsysteme lassen sich mit Hilfe von Energiespeicher-Systemen realisieren. Speziell für Mikro-Blockheizkraftwerke und PV-Anlagen in privaten Haushalten sind sie eine sinnvolle Ergänzung, um überschüssige elektrische Energie zu speichern. Bei Energiespeichern liegt der Fokus allerdings auch auf die für die jeweilige Anwendung geeignete und sichere Gehäusekonzeption. Für die hohen Anforderungen bei Sicherheit, Handling und Design entwickelt Rittal derzeit erste standardisierte Infrastrukturlösungen mit entsprechender Gehäuse- und Schranktechnik.

Skalierbare Speichersysteme

Aufgrund ihrer positiven Eigenschaften wie eine hohe Zyklen-festigkeit von zirka 6000 Zyklen, einem Wirkungsgrad von 80 bis 90 Prozent sowie eine Energiedichte von 120 bis 210 Wh/kg sind Batterien auf Basis der Lithium-Ionen-Technologie (Li-Ionen) neben Wasserstoff (Brennstoffzellen) eine der geeignetsten Speichertechnologien für erneuerbare Energien. Von Vorteil sind im Weiteren die aufgrund der anlaufenden Serienfertigung sinkenden Preise, welche diese Technologie in Zukunft wirtschaftlich noch interessanter machen.

Für die Integration verschiedener Batteriemodule in Gehäusen und Schränken hat Rittal drei unterschiedliche Lösungskonzepte entwickelt - sowohl für die Li-Ion-Technologie als auch Blei-Akkumulatoren. Sie unterscheiden sich hauptsächlich in Bezug auf den Innenausbau und die verwendete Speichertechnologie. Allen gemeinsam ist, dass sie dem Anwender die Möglichkeit bieten, mehrere Module zu integrieren, um skalierbare Systeme aufzubauen. Soll mehr Leistung zur Verfügung gestellt werden, wird ein weiteres Energie-speicher-Modul ergänzt.

Drei Integrationslösungen

Eine dieser Lösungen ist speziell für Bleibatterien geeignet und nutzt optional ausziehbare Schwerlastböden im Schrank, die für Lasten bis 100 kg ausgelegt sind. Die Bleibatterien werden nebeneinander auf dem Schrank- oder Schwerlastboden platziert, fixiert und entsprechend verschaltet. Wahlweise lassen sich mehrere Schwerlastböden übereinander anordnen, um die gewünschte Speicherkapazität zu erreichen. Optional sind Schwerlastböden mit integrierten Lüftern oder Lüftungsöffnungen ausgestattet.

Für die Integration von Li-Ion-Batterien hat sich insbesondere die modulare 19-Zoll-Einbautechnik durchgesetzt. Hier liegt auch das Hauptziel der neuesten Entwicklungen. Hintergrund ist, dass namhafte Batteriehersteller bereits marktreife Systeme in standardisierter 19-Zoll-Einschubtechnik anbieten. Zur Intersolar 2012 stellte Rittal erstmals ein auf 19-Zoll-Einbautechnik basierendes Diskussionsmuster mit Batteriespeichern von Saft sowie einem Wechselrichter von SMA vor.

Bei der 19-Zoll-Technik werden die Speichermodule ähnlich wie in einem Serverschrank eingeschoben und wahlweise front- oder rückseitig verdrahtet. Die Gleitschienen, auf denen die Module beim Einschieben geführt werden, lassen sich höhen-variabel montieren, sodass die Höheneinheit für die Speichermodule flexibel festgelegt werden kann. Geplant ist zudem eine Plug&Play-Lösung, bei der die Kontaktierung der Daten- und Leistungsschnittstellen über einen Stecker an der Rückwand realisiert wird. Auf der Messe Husum Windenergy 2012 wurde dieses Konzept erstmals vorgestellt.

Eine dritte Möglichkeit zur Integration von Batteriemodulen ist ein Innenausbau nach Kundenwunsch, wodurch sich verschiedene Modul-Geometrien und -Technologien integrieren sowie individuelle Designwünsche realisieren lassen.

Standardisierte Varianten für die Einhausung

Für die sichere Einhausung von Energiespeicher-Modulen entwickelt Rittal zwei standardisierte Gehäuse- oder Schrankvarianten, die private und industrielle Hauptanwendungsfelder abdecken. Die erste Variante, für eine Speicherkapazität von 5 kWh, ist auf private Anwendungen wie beispielsweise Einfami-lienhäuser ausgerichtet und basiert auf dem Standardgehäuse AE mit Teilsichttür und 19-Zoll-Schienen. Die Gehäuse-lösung kann durch eine Vielzahl an Zubehörkomponenten wie Lüfter, Kabeleinführungen, Beleuchtungen, Rollfüßen und so weiter entsprechend den Anforderungen ausgebaut werden.

Die zweite Variante, für eine Speicherkapazität �?� 25 kWh, ist für industrielle Anwendungen wie zum Beispiel Wind- und Solarparks konzipiert. Die Basis hierfür ist das TS 8 Topschranksystem. Die ebenfalls integrierbaren 19-Zoll-Schienen sind bis 100 kg belastbar und in der Höhe flexibel montierbar. Ein Standard TS-8-Topschrank mit 2000 x 600 x 600 mm3(HxBxT) etwa, der mit 19-Zoll-Einschüben für Li-Ionen-Batteriemodulen voll bestückt ist, bietet derzeit die Einhausung eines Energiespeichers mit einer Kapazität von rund 25 kWh. Für einen höheren Bedarf an Speicherkapazität lassen sich mehrere TS-8-Schränke aneinanderreihen.

Mehrere Komponenten in einem Schrank

Mit dem modularen Systembaukasten besteht die Möglichkeit, neben den Batteriemodulen alle für einen Energiespeicher notwendigen Komponenten in einem Gehäuse oder Schrank zu installieren, angefangen von Wechselrichtern über Installationsverteiler (ISV) bis hin zu einem vollständigen Ener-gie- oder Batteriemanagement. Ist das Equipment umfangreicher, ist es möglich, Energiespeicher-Module und Infrastruktur durch Anreihung in separaten Schränken zu integrieren und zu verschalten.

Um Gehäuse und Schränke mit den benötigten Verteiler- beziehungsweise Sicherungskomponenten ausbauen zu können, gibt es spezielle Einbaukits- und -module. Die Moduleinheiten lassen sich auf einen ISV-Tragrahmen aufbauen. Die unterschiedlichen Baugrößen der Module sind in Höheneinheiten von 150 mm und Breiteneinheiten von 250 mm sortiert. Tiefenverstellbare Montageebenen ermöglichen das Anpassen der Geräte an die Ausschnitte der Abdeckungen und vermeiden aufwendige Sonderkonstruktionen. In einem solchen ISV, der für Bemessungsströme von bis zu 1250 A und einer Bemessungsspannung von 690 V AC ausgelegt ist, lassen sich alle not-wendigen Komponenten des Energiemanagements wie Steuerung, Sicherungen, Leistungsschalter, Daten- und Leistungsschnittstellen integrieren sowie der normgerechte Anschluss von Verbraucher und öffentlichem Netz vornehmen.

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