Mit 250 Volt in den Akku

Keine Toleranz gegenüber Fehlern hat sich die Firma Kostal Solar Electric aus Hagen auf die Fahnen geschrieben. Das gilt auch für den neuen Lithiumspeicher. Das System überzeugte die Jury des EES Awards vor allem auch durch das ausgefeilte Sicherheitskonzept. „Bei der Integration der Batteriemodule hat Kostal erheblichen Aufwand betrieben, um die Sicherheit des Systems zu gewährleisten“, urteilt Andreas Gutsch. Er war Jurymitglied beim EES Award und ist Koordinator der Competence E am Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

Das KIT entwickelt und testet auch eigene Batteriesysteme. Das Institut prüft zudem verfügbare Systeme auf dem Markt. Vor gut einem Jahr warnten die Forscher vor der unzureichenden Sicherheit bei Lithiumsystemen im Hauskeller. Das Thema sorgte für immenses Aufsehen in der Branche.

Automatische Abschaltung

Auch aus diesem Grund hat sich der Automobilzulieferer eng an den Leitfaden zur Sicherheit von Lithiumsystemen gehalten. Das ist nicht weiter verwunderlich, denn die Hagener haben den Leitfaden im entsprechenden Fachausschuss mit erarbeitet. Auch deshalb macht die Firma mehr, als dessen Vorgaben verlangen: „Es gibt an kritischen Stellen einen redundanten Abschaltmechanismus sowie eine zusätzliche Temperaturüberwachung“, erklärt Gutsch. Das funktioniert wie folgt: Überschreitet das Gerät eine Betriebsgrenze, schaltet sich das System automatisch aus.

Der Sicherheitsstandard wurde mit der Switchbox noch erhöht. Diese Steuerungseinheit verhindert mit einem dreifachen Schutz, dass die Batterie überladen wird. Hervorzuheben ist auch die allpolige Abschaltung der Batterie. Der Hauptschalter wird nur aktiviert, wenn die vorherige Abfrage der Elektronik ergeben hat, dass sicher zugeschaltet werden kann. Dafür ist die Master-Kontrolleinheit über die Batteriemodule geschaltet.

Modularer Aufbau

Neben der Sicherheit überzeugt der Speicher durch das Baukastenkonzept des Systems. Es zeigt sich zum einen in den drei Leistungsklassen des Speicherwechselrichters Piko BA, der in den Varianten sechs, acht und zehn Kilowatt angeboten wird. Zum anderen ist die Piko Batterie Li in sechs Größen zwischen 3,6 und 9,6 Kilowattstunden verfügbar.

Diese Flexibilität ist wichtig. Nur so können Kunden das Speichersystem optimal auslasten und teure Überkapazitäten vermeiden. Sollte der Installateur im Laufe der Zeit feststellen, dass sich das Verbrauchsverhalten eines Kunden ändert, kann er flexibel darauf reagieren und das Speichersystem nachrüsten. So wird jede einzelne Photovoltaikanlage an die Kundenbedürfnisse angepasst.

In Reihe geschaltet

Ein modulares Konzept haben auch andere Speichermodelle. Aber Kostal schaltet nicht parallel, wie es viele andere am Markt machen, sondern in Reihe. Das ist intelligent.

Im Gegensatz zu den meisten im Markt verfügbaren AC-Systemen setzt Kostal auf ein DC-System. „Dies hat den großen Vorteil, dass die Energie nur einmal umgewandelt werden muss statt mehrfach“, erklärt Christof Kiesel. Er betreut als Produktmanager die Wechselrichter der Piko-Baureihe. Die Batterie ist also direkt im Zwischenkreis des Wechselrichters angeschlossen. Dadurch wird ein höherer Wirkungsgrad als bei AC-Systemen erreicht.

Dass er bei einer höheren Spannungslage arbeitet, unterscheidet den Speicher der Hagener von vielen anderen Wettbewerbern auf dem Markt. Die Spannung des Systems liegt nicht bei 48 Volt, sondern die Entwickler sind in den Bereich von 250 Volt und höher gegangen. Das steigert die Effizienz des Systems.

Keine fingerdicken Kabel

Denn je höher die Spannung bei gleicher Leistung ist, desto weniger Strom fließt und desto geringer sind die Verluste. Das System ist also vom Design her bereits effizienter als Systeme mit 48 Volt. Und es werden nur geringere Kabelquerschnitte benötigt, was die Materialkosten senkt. Andere verbauen teils fingerdicke Kabel. Fazit: Das System ist heute bereits für die Zukunft gedacht. Es nimmt einiges vorweg, was die breite Masse der Hersteller im Markt erst in einigen Jahren haben wird.

Kern jedes Speichers sind die Batteriezellen. Mit Fortelion liefert die der japanische Konzern Sony eine am Markt etablierte Zelle, die unter anderem auch die Firma Sonnenbatterie verbaut. Die Zelle von Sony kennzeichnet eine hohe Zyklenfestigkeit, die die Lebensdauer des Speichers übertrifft. Die Zelle ist im Prinzip etwas überdesignt. Aber das ist kein Nachteil. Wichtiger ist der Betrieb: Kostal hat spezielle Algorithmen programmiert, die dafür sorgen, dass die Zelle immer im Wohlfühlbereich gehalten wird. Eine vollständige Entladung der Zelle zu 100 Prozent ist problematisch und wird von Experten abgelehnt.

Trend zur Hochvoltbatterie

Noch gibt es nur wenige Hersteller, die auf eine Hochvoltbatterie setzen. Der andere Gewinner des EES Awards Solarwatt macht das beispielsweise auch. Das ist der Trend für die Zukunft. Zumindest in unseren westlichen Breitengraden, wo Speicher als schwarze Boxen fest mit Wechselrichtern verdrahtet sind.

Die Entwicklung der Speicher kommt aus zwei unterschiedlichen Richtungen: von der Batterie her oder eben von der Leistungselektronik. Reine Batteriehersteller müssen also die Leistungselektronik zukaufen. Der Grund: Diese Hersteller kommen ursprünglich aus der unterbrechungsfreien Stromversorgung, und die läuft auf 48 Volt.

Vorteil Leistungselektronik

Die Firma Kostal hat sich bei der Entwicklung von der Leistungselektronik genähert, ebenso wie beispielsweise SMA Solar aus Niestetal. Diese Firmen nutzen die Vorteile der höheren Spannungslage aus. Und die integrierte Kompetenz im Unternehmen könnte sich langfristig als strategischer Vorteil erweisen. Denn in Zukunft werden mehr Produkte auf den Markt kommen, die bei höherer Spannungslage arbeiten. Wichtig ist dann, dass die Elektronik maßgeschneidert zum System passt und nicht von der Stange gekauft wird.

Das Datenblatt gibt 6.000 Zyklen für das Speichersystem an. Danach stellt die Batterie immerhin noch 80 Prozent der Kapazität bereit. Die Batteriewechselrichter fertigt Kostal in Hagen. Dort durchlaufen die Umrichter strenge Qualitätskontrollen sowie eine Endprüfung. Die Batterie kommt direkt von Sony, sodass ein Installateur das Gesamtsystem vor Ort beim Kunden aufbaut.

Gut zu transportieren

Das Speichersystem besteht deshalb aus einzeln transportierbaren Elementen. „Sie aufzubauen und zu installieren ist zeitsparend möglich“, verspricht Kiesel. Der Speicherwechselrichter wiegt dabei nur 33 Kilogramm und lässt sich in nahezu jedem Keller oder Dachboden installieren. Gleiches treffe auf die Lithiumbatterie zu, sagt Kiesel. Sie besteht aus bis zu acht Batteriemodulen, die jeweils einen Gesamtenergieinhalt von 1,2 Kilowattstunden und ein Gewicht von gerade einmal 17 Kilogramm aufweisen. Ein einzelner Installateur kann das tragen. Die einzelnen Module werden dann in einem Rack verbaut sowie miteinander und dem Wechselrichter verkabelt. Ein Vorteil: Wegen der vier stabilen Rollen des Batterieracks kann der Aufstellungsort auch im Nachhinein relativ leicht geändert werden.

Das Speichersystem ist dreiphasig. „Dadurch kann es ohne aufwendige Anpassungen in eine bestehende Hausinstallation integriert werden“, sagt Kostal-Manager Kiesel.

Kein Hausverbraucher müsse auf andere Phasen umverteilt werden. Und durch den integrierten Sensor werden alle Phasen im Haushalt erfasst. „Alle Energieflüsse des Speichersystems werden entsprechend gesteuert: Der Sensor erfasst, auf welcher Phase des Haushaltes Energie benötigt wird“, beschreibt er. Der Batteriewechselrichter speist den Sonnenstrom dort ein.

Vertrieb über Großhandel

Das Piko BA Li ist ein Komplettpaket, das mit hohen Sicherheitsstandards und einem intelligenten Design die Jury des EES-Awards überzeugt hat.

Über das Verhältnis von Preis und Leistung lässt sich nicht viel sagen. Aus einem einfachen Grund: Kostal gibt keine Preise an, weil das Unternehmen seine Geräte direkt über den Großhandel vertreibt. Selbstverständlich kann allerdings eine KfW-Förderung beantragt werden. Dadurch amortisiert sich die Investition in jedem Fall schneller.

Die Daten des Piko Batterie Li

• Gesamtkapazität von 3,6 bis 9,6 Kilowattstunden
• Sechs Größen: 3,6; 4,8 und 6 sowie 7,2; 8,4 und 9,6 Kilowattstunden
• Batterietechnologie: Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePo)
• Die Zelle: Fortelion von Sony
• Modulares System mit drei bis acht Modulen
• Zyklen: 6.000 bei 80 Prozent Restkapazität
• Entladungstiefe (DOD): 90 Prozent
• Ausgangsleistung: 1,84 bis 4,9 Kilowatt
• Nennspannung: 153 bis 410 Volt
• Maße: 1.145 x 550 x 575 Millimeter (H x B x T)
• Kommunikationsschnittstelle zum Piko BA
• Integriertes Batteriemanagementsystem
• Berechnung der Batteriezustände
• Dreifache Fehlersicherheit gegen Überladung
• Gewicht: 120 bis 202 Kilogramm je nach Version
• 100 Prozent Sicherheit gemäß Sicherheitscheckliste des Bundesverbands Solarwirtschaft
• Erfüllt die Bedingungen des KfW-Förderprogramms „Erneuerbare Energien – Speicher“

www.kostal.de

Studie: Großes Potenzial dezentraler Speicher

Berliner Wissenschaftler haben ausgerechnet, dass das Potenzial für dezentrale Speicher in Deutschland ausreicht, um den Umstieg auf volatile Stromerzeuger zu schaffen. Bestandteil der Studie ist eine Wirtschaftlichkeitsanalyse von Speichern. Die besagt: Das Potenzial dezentraler Batteriespeicher in Deutschland übersteigt das gesamte Speichervermögen der hierzulande vorhandenen Pumpspeicherkraftwerke.

Dies ist eines der zentralen Ergebnisse der neuen Speicherstudie, die Wissenschaftler der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) in Berlin erstellt haben. Außerdem sind die dezentralen Stromspeicher für einen schnellen Ausbau der Photovoltaik in Deutschland von entscheidender Bedeutung. „Bei vorausschauender Planung der Speicherladung lässt sich die Netzeinspeisung auf die Hälfte der installierten Photovoltaikleistung reduzieren und damit die Anzahl der installierbaren Photovoltaikanlagen deutlich erhöhen“, rechnet Volker Quaschning vor. Er ist Professor an der HTW Berlin und Mitautor der Speicherstudie.

Konkret gehen die Berliner Wissenschaftler davon aus, dass zum Gelingen der Energiewende die Photovoltaik mit mindestens 25 Prozent zur Stromerzeugung in Deutschland beitragen müsste. Dazu wären Photovoltaikanlagen mit einer Gesamtleistung von mindestens 200 Gigawatt nötig.

Die Studie „Dezentrale Solarstromspeicher für die Energiewende“ der HTW Berlin steht als Download bereit.

Pacadu gewinnt Preis für Umwelttechnik

Der Speicherhersteller ASD Automatic Storage Device hat für die Steuerelektronik Pacadu den Umwelttechnikpreis des Landes Baden-Württemberg erhalten. „Das Speicherkonzept von ASD ist ein technischer Durchbruch, weil es viele der Probleme elektrischer Speicher auf einmal löst“, erläutert Franz Untersteller, Umweltminister von Baden-Württemberg und Vorsitzender der Jury. Der Preis wurde in der Kategorie „Mess-, Steuer- und Regeltechnik“ vergeben.

Die Pacadu-Steuerung erlaubt es, Batteriezellen in Energiespeichern parallel zu schalten. Bei herkömmlichen, in Reihe geschalteten Energiespeichern bestimmt immer die schwächste Zelle über die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer des kompletten Akkublocks. Eine defekte Zelle bedeutet den Ausfall des gesamten Akkublocks, selbst wenn alle anderen Zellen voll funktionsfähig sind.

Mit der Batteriezellensteuerung wird die Leistungsfähigkeit des Speichers durch schwache Zellen nur noch geringfügig beeinflusst. Defekte Zellen können sogar ausgetauscht werden, und zwar auch gegen eine Zelle mit einer anderen Kapazität, eines anderen Herstellers oder sogar einer anderen Batterietechnologie. „Pacadu könnte auch der Elektromobilität einen ungeahnten Auftrieb geben“, erklärt Wolfram Walter, Geschäftsführer von ASD und Erfinder der Technologie. Denn mit dieser Zellsteuerung sei es möglich, in ein und demselben Energiespeicher Hochstromzellen und Hochkapazitätszellen zu kombinieren. „Das bedeutet sowohl eine bessere Beschleunigung als auch eine höhere Reichweite des Elektroautos, als wir es bisher kennen“, sagt Walter.

ASD baut die Pacadu-Technologie auch in eigene Großspeicher ein. Das Unternehmen hat mehrere Prototypen mit Pacadu ein knappes Jahr lang getestet und bereitet nun die Markteinführung vor. 14 Patente hat ASD hierfür angemeldet. Der Wirkungsgrad des Speichers mit Pacadu-Steuerung liegt bei 93 Prozent. Er befindet sich derzeit in der Zertifizierung und wird voraussichtlich im Herbst erhältlich sein.

Jedes Speichermodul, das mit der Technologie ausgestattet ist, hat eine Kapazität von 3,2 Kilowattstunden und kann in beliebiger Anzahl kombiniert werden. Ein Großspeicher mit einer Kapazität von 3,2 Megawattstunden setzt sich beispielsweise aus 1.000 Speichermodulen zusammen. Er ist nur halb so groß wie ein konventioneller Großspeicher.

www.asd-sonnenspeicher.de