Photovoltaische Energiespeichersysteme, allgemein als PV-Speichersysteme bezeichnet, umfassen Anwendungen mit Photovoltaikmodulen und zugehörigen Geräten wie Energiespeicherbatterien. Basierend auf der Notwendigkeit einer Netzanbindung für den Energieverkauf können PV-Speichersysteme in netzunabhängige PV-Systeme und Hybrid-PV-Systeme (netzgekoppelt/off-grid) unterteilt werden. Hier konzentrieren wir uns auf einige Designüberlegungen für netzunabhängige PV-Systeme.
**Komponenten von netzunabhängigen PV-Systemen:**
Netzunabhängige PV-Systeme bestehen typischerweise aus Photovoltaikmodulen, netzunabhängigen Wechselrichtern (einschließlich PV-Ladegeräten/Wechselrichtern), Energiespeicherbatterien (Blei-Säure/Gel/Blei-Kohlenstoff/Lithium-Ionen/Lithium-Eisenphosphat usw.) und PV Montagekonstruktionen, Kabel und Verteilerkästen. Jede Komponente spielt eine entscheidende Rolle für die Funktionalität der netzunabhängigen PV-Anlage.
Der Hauptunterschied zwischen netzunabhängigen und netzgekoppelten Systemen liegt in ihren betrieblichen Zielen. Während bei netzgekoppelten Systemen die Investitionsrendite im Vordergrund steht, steht bei netzunabhängigen Systemen die Deckung des Grundbedarfs an Stromversorgung im Vordergrund. Daher stehen bei der Komponentenauswahl unterschiedliche Aspekte im Fokus.
**Überlegungen zu Komponenten:**
**Photovoltaikmodule:**
Zunächst wurden Photovoltaikmodule hauptsächlich in Inselnetzsystemen und kleinen PV-Anlagen eingesetzt. Mit der weit verbreiteten Einführung netzgekoppelter PV-Anwendungen und den jährlichen Fortschritten in der Modultechnologie hat sich die Effizienz von Photovoltaikmodulen jedoch erheblich verbessert. Insbesondere einige große netzgekoppelte Kraftwerke benötigen effizientere Module, um die Kapitalrendite zu maximieren. Andererseits verfügen netzunabhängige Systeme in der Regel über größere verfügbare Räume und weniger strenge Effizienzanforderungen, sodass herkömmliche Module bei der Systemkonstruktion im Vordergrund stehen.
**Off-Grid-Wechselrichter:**
1. **Berücksichtigung von AC-Lasten:**Lasten lassen sich im Allgemeinen in drei Kategorien einteilen: ohmsche Lasten (z. B. Beleuchtung, Heizungen), induktive Lasten (z. B. Klimaanlagen, Motoren) und kapazitive Lasten (z. B. Computer-Netzteile). Insbesondere beträgt der von induktiven Lasten benötigte Anlaufstrom typischerweise das Drei- bis Fünffache des Nennstroms. Netzunabhängige Wechselrichter mit einer kurzfristigen Überlastkapazität von 150–200 % reichen möglicherweise nicht für induktive Lasten aus, sodass besondere Überlegungen zur Wechselrichterkapazität erforderlich sind (netzunabhängige Wechselrichter, die an induktive Lasten angeschlossen sind, sollten eine Systemkapazität haben, die mindestens dem Doppelten der induktiven Last entspricht). . Beispielsweise werden bei Projekten, bei denen netzunabhängige Wechselrichter 2P-Klimaanlagen (2*750 W) antreiben, für den Normalbetrieb Wechselrichter mit einer Nennleistung von 3 kVA oder mehr empfohlen.
2. **Berücksichtigung der DC-Seite:**In Inselnetz-Wechselrichtern sind typischerweise Photovoltaik-Ladegeräte integriert, die in zwei Ausführungen erhältlich sind: MPPT und PWM. Aufgrund des technologischen Fortschritts werden PWM-Ladegeräte schrittweise zugunsten von MPPT-Ladegeräten verdrängt.
3. **Weitere Überlegungen:**Zusätzlich zu den beiden oben genannten Auswahlmethoden sind auf dem Markt viele Berechnungsformeln verfügbar. Der allgemeine Ansatz ist jedoch wie folgt: 1) Bestimmen Sie die Nennleistung des Inselnetz-Wechselrichters basierend auf der Größe und Art der Lasten; 2) Bestimmen Sie den kWh-Wert des Energiespeicher-Batteriepakets basierend auf der von den Verbrauchern benötigten Entladedauer; 3) Bestimmen Sie die Ladeleistung basierend auf den örtlichen Sonneneinstrahlungsbedingungen und den Anforderungen an die Ladezeit (z. B. vollständige Aufladung innerhalb eines durchschnittlichen Tages erforderlich).
**Energiespeicherbatterien:**
1. **Blei-Säure-/Gel-Batterien:**Energiespeichersysteme entscheiden sich in der Regel für wartungsfreie, versiegelte Blei-Säure-Batterien, um den Wartungsaufwand nach der Installation zu reduzieren. Mit 150 Jahren Entwicklungszeit weisen Blei-Säure-Batterien erhebliche Vorteile in Bezug auf Stabilität, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit auf. Sie sind nicht nur der am weitesten verbreitete Batterietyp in Energiespeicheranwendungen, sondern auch die bevorzugte Wahl für netzunabhängige PV-Systeme.
2. **Blei-Kohle-Batterien:**Die Blei-Kohlenstoff-Technologie ist eine Weiterentwicklung herkömmlicher Blei-Säure-Batterien und beinhaltet die Zugabe von Aktivkohle zur negativen Elektrode von Blei-Säure-Batterien, wodurch deren Lebensdauer erheblich verlängert wird. Allerdings sind Blei-Kohlenstoff-Batterien im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien eine neuere Technologie und mit etwas höheren Kosten verbunden.
3. **Lithium-Ionen-/Lithium-Eisenphosphat-Batterien:**Im Vergleich zu den oben genannten Batterietypen bieten Lithium-Ionen-Batterien eine höhere Leistungsdichte, mehr Lade-Entlade-Zyklen und eine bessere Entladetiefe. Aufgrund des Bedarfs an zusätzlicher Batteriemanagementtechnologie (BMS) betragen die Systemkosten von Lithium-Ionen-/Lithiumeisenphosphat-Batterien jedoch im Allgemeinen das Zwei- bis Dreifache der Systemkosten von Blei-Säure-Batterien. Darüber hinaus ist ihre thermische Stabilität etwas schlechter als die von Blei-Säure-/Blei-Kohlenstoff-Batterien. Daher ist ihr Einsatz in netzunabhängigen PV-Systemen relativ gering. Dennoch steigt der Marktanteil von Lithium-Ionen-/Lithium-Eisenphosphat-Batterien mit den technologischen Durchbrüchen allmählich an, was auf einen neuen Trend in ihrer Anwendung hindeutet.
**Abschluss:**
Zusammenfassend haben wir eine kurze Einführung in die grundlegenden Anwendungen von Photovoltaik-Energiespeichersystemen, insbesondere netzunabhängigen PV-Systemen, gegeben und einige Empfehlungen für die Auswahl der Grundausstattung gegeben. Diese Informationen dienen als Referenz für Fachleute in der Photovoltaikbranche.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 30. Januar 2024
