Für die Akzeptanz der Gleichstromtechnologie sind DC-gekoppelte Speicherlösungen der Schlüssel zum Erfolg. PV-Anlagen, Produktionsstätten und der Verkehrssektor integrieren sich nahtlos in DC-Infrastrukturen. „Systeme wie diese sind zukunftsweisend: Ein Gleichstromnetz optimiert die gesamte Energiekette von der Erzeugung über die Verteilung bis hin zum Verbrauch. Dabei sind Energiespeichersysteme unverzichtbar“, erklärt Tobias Lüke, Gleichstromexperte bei Phoenix Contact. Einer der Vorteile von DC-gekoppelten BESS ist ihre Effizienz im Vergleich zu herkömmlichen AC-Systemen. Da keine Umwandlung von Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) und umgekehrt erforderlich ist, werden Wandlungsverluste vermieden. Dies führt zu einer effizienteren Nutzung der gespeicherten Energie und maximiert die verfügbare Leistung. Zudem können kleinere Kabelquerschnitte verwendet werden, was Materialeinsatz und Kosten reduziert. Diese Einsparungen machen Batteriespeicher in DC-Netzen zu einer attraktiven Option.
Early Adopter und Innovationstreiber
Für Unternehmen wie Phoenix Contact spielt die kosteneffiziente Stromerzeugung durch erneuerbare Energien eine große Rolle. Sie bietet die Möglichkeit, den eigenen Energiebezug strategisch neu zu gestalten, um sich vor steigenden Stromkosten zu schützen und die Versorgung sicherzustellen. Mit Stromspeichern kann günstiger Strom gezielt eingekauft und dann genutzt werden, wenn er benötigt wird. Batteriespeicher sind flexibel, da sie elektrische Energie mit hoher Leistung und Reaktionszeiten im Millisekundenbereich aufnehmen und abgeben können. Durch ihre modulare Bauweise lassen sie sich flexibel skalieren und anpassen – bis hin zu großformatigen, industriellen Speichersystemen. Analysemethoden ermöglichen eine präzise Überwachung und Steuerung des Energieinhalts und der Leistungsfähigkeit der Batterien. Die erfassten Daten können in Smart Grids dazu dienen, eine optimierte Einspeisung, Speicherung und Nutzung von Energie sicherzustellen. Dies trägt nicht nur zur Netzstabilität bei, sondern ermöglicht auch eine effizientere Integration erneuerbarer Energien.
Zusammenarbeit bildet die Grundlage
Voltfang entwickelt Methoden zur Verwertung von Elektromobilitätsbatterien. Second-Life-Batterien oder Batterien aus der Überproduktion, die für die E-Mobilität konzipiert wurden, weisen in der Regel eine höhere Belastungsfähigkeit auf als für die stationäre Anwendung entwickelte Batterien. Voltfang nutzt das, indem man auf die Wiederverwendung von Hochleistungsbatterien setzt, die auf eine hohe Zyklenfestigkeit ausgelegt sind. Durch optimierte Betriebsstrategien und ein intelligentes Energiemanagement wird die Lebensdauer dieser Batterien maximiert und ihre Effizienz für stationäre Anwendungen gesichert. Mit dem Voltfang Energiemanagementsystem können Anwendungsfälle wie Lastspitzenkappung, Eigenverbrauchsoptimierung, dynamische Stromtarife und Flexibilitätsvermarktung installiert und der wirtschaftliche Betrieb des Energiesystems optimiert werden. Zudem beschäftigen sich die Aachener seit mehreren Jahren mit der Kopplung von Batteriespeichersystemen an Gleichstromnetze. Dabei standen die DC-Leistungsmodule Charx von Phoenix Contact als Schnittstelle zu einem DC-Mikronetz im Fokus, sodass sich der Austausch im Lauf der Zeit aufgebaut hat. Auf der anderen Seite war es von Anfang an das Ziel von Phoenix Contact, mit der All Electric Society Factory das Industriegebäude der Zukunft zu erschaffen. Dieses Gebäude sollte eine industrielle Gleichstrominfrastruktur einschließen. Durch den Ansatz intensivierte sich der Austausch zwischen den Unternehmen über die Umsetzung eines DC-gekoppelten Batterie-Energiespeichersystems. Als Resultat entstand eine Lösung mit einem Energieinhalt von 300kWh. „Dieses Projekt zeigt, wie durch Kooperation und innovative Technologien nachhaltige und effiziente Energiesysteme geschaffen werden können“, so Dr. Rüdiger Meyer, Applikationsexperte für Energiespeichersysteme bei Phoenix Contact. „Bei Voltfang setzen wir konsequent auf die Optimierung von Energiesystemen. Die innovative Idee des DC-Konzepts von Phoenix Contact hat uns sofort überzeugt, sodass es für uns selbstverständlich war, unser Know-how und unsere Ressourcen in dieses Projekt einzubringen.“ ergänzt Roman Alberti, CSO von Voltfang.
Von der Idee in den realen Betrieb
Für den Stromspeicher, der vor der All Electric Society Factory seinen Platz gefunden hat, setzt Voltfang requalifizierte Batteriemodule aus Elektrofahrzeugen ein. Ihnen wird vor dem Recycling ein weiteres Leben geschenkt: mit der Erweiterung der Nutzungsdauer im stationären Speichereinsatz. Als Schnittstelle zwischen DC-Grid und Batterie werden die DC-Leistungsmodule Charx eingesetzt, die die 270kW-Systemleistung in beide Energieflussrichtungen bereitstellen. Neben Schaltschrankkomponenten wie Reihenklemmen, Sicherheitskomponenten, Relais und Sicherungseinsätzen wurde die 24V-DC-Hilfsspannungsversorgung der Quint-Reihe inklusive USV von Phoenix Contact verwendet. Die Eigenversorgung der Komponenten erfolgt aus der Batterie. Dadurch besitzt das System die Fähigkeit zum Schwarzstart des gesamten DC-Mikronetzes und übernimmt somit auch die Ersatzstromfunktion im Energiesystem des Gebäudes. Das System ist in einem 20-Fuß-Container untergebracht und wird durch die Produkte der Reihe VAL MB von Phoenix Contact vor Überspannungen geschützt. Die Integration des DC-BESS ins DC-Netzmanagement erfolgt über die Plattform PLCnext Technology von Phoenix Contact. Das Voltfang-EMS regelt die Parameter für Ladung und Entladung mittels einer Droop Control ausschließlich über die Systemspannung des DC-Verbunds. Dadurch werden Spannungsschwankungen ausgeglichen und das Netz stabilisiert. Die Kennlinie, nach der geregelt werden soll, wird dem Batterie-Energiespeichersystem vom übergeordneten Energiemanagementsystem in Abhängigkeit vom jeweiligen energiewirtschaftlichen Anwendungsfall vorgegeben. Normal arbeitet das Speichersystem als Netzstabilisator. Diese Systemarchitektur ermöglicht aufgrund minimierter Kommunikation zwischen den einzelnen Teilsystemen im Energienetz einen fehlerresistenten und skalierbaren Betrieb. Mit dem Pilotprojekt erschufen die Unternehmen ein modular skalierbares, nachhaltiges und gleichzeitig effizientes Energiespeichersystem, das in ähnlichen Größenordnungen aufgrund höherer Effizienz und geringerem Materialeinsatz gegenüber der AC-Kopplung auch in anderen DC-Mikronetzen in industriellen Anwendungen Einzug hält.