Alter Schwede, das ist doch mal eine Idee, obendrein konsequent zu Ende gedacht: Der schwedische Anbieter Ferroamp Elektronik AB brachte zur Intersolar nach München seinen Energy Hub mit. Dahinter verbirgt sich ein DC-Nanogrid, das über einen einzigen bidirektionalen Wechselrichter mit den drei Phasen des Stromnetzes ausbalanciert wird. Die erforderliche Elektronik (Adaptive Current Equalization: ACE) hat Ferroamp selbst entwickelt und patentieren lassen. Dafür bekam das kleine Start-up den diesjährigen Award der Speichermesse EES.
Alter Schwede, was für eine Idee!
Ferroamp bindet alle Generatoren, Stromverbraucher und Speicherbatterien über ein kleines DC-Netz an, maximal 1.200 Meter lang. Photovoltaik passt ohnehin gut zur Gleichspannung, für den Anschluss genügt ein DC-Steller (DC-Optimierer), um die Spannungen anzugleichen. Das Gleiche gilt für Speicherbatterien, die DC-geführt werden. Die Systemspannung im DC-Netz beträgt 760 Volt. Auch das passt sehr gut zur Photovoltaik. Die Stringoptimierer für die Photovoltaik (SSO) liefert Ferroamp gleich mit, ebenso für die Batterien.
Rotierende Generatoren wie Kleinwindkraft oder Wasserkraft werden über Gleichrichter ins Nanogrid eingebunden. Auch die meisten Stromverbraucher, die auf Wechselstrom getrimmt sind, brauchen Gleichrichter, um ans DC-Netz angeschlossen zu werden.
Von Gleichrichtern und DC-Stellern
Die Ladesäulen für Elektrofahrzeuge werden mit DC versorgt. „Der Kern unseres Systems ist der bidirektionale Hybridwechselrichter“, erläutert Björn Jernström, Gründer und CEO von Ferroamp. „Er balanciert die Lasten auf der DC-Seite so aus, dass es auf den drei Phasen des Niederspannungsnetzes keine Unsymmetrien gibt.“
Der Wechselrichter, liebevoll Energy Hub genannt, kostet 2.500 Euro. Der Rest sind Standardkomponenten. „Mit unserem Wechselrichter und dem DC-Nanogrid kann man sehr komplexe Versorgungsstrukturen aufbauen“, erläutert Jernström. „Dabei ist unsere Lösung nur geringfügig teurer als AC-Systeme.“ Im Fall eines Brandes beispielsweise trennen die DC-Optimierer die Photovoltaikanlagen und die Speicherbatterien vom DC-Nanogrid, damit die Löschkräfte in Aktion treten können.
Schon 50 Energy Hubs verbaut
Bereits 50 solcher Energy Hubs hat Ferroamp in Skandinavien verbaut, davon etliche im Auftrag des schwedischen Energieversorgers Vattenfall.
Viele Kunden in Schweden, Norwegen oder Finnland leben fernab der Städte. Sie wollen sich weitgehend selbst versorgen, benötigen Strom eigentlich nur noch im Winter – wenn die Solarmodule unter meterhohem Schnee verschwinden. „Unser Wechselrichter erlaubt es auch, im Winter billigen Nachtstrom zu beziehen, um damit die Speicherbatterie zu beladen“, erklärt der Experte. „Die Batterie hängt am DC-Grid wie die Generatoren.“
Für eine Batterie mit 7,2 Kilowattstunden Kapazität genüge ein bidirektionaler DC-DC-Steller mit sechs Kilowatt Leistung. Ein separater Batteriewechselrichter entfällt. Der Strombezug aus dem Netz wird über ein Smart Meter erfasst und abgerechnet, das als Cloud-Anwendung programmiert wurde.
Viele Bauern im norwegischen Guldbrandsdal, in Mittelschweden oder im Norden am Kebnekaise betreiben eigene Windräder, wie die Farmer in den USA. Auch damit können sie Winterstrom erzeugen. Nicht ungewöhnlich ist Kleinwasserkraft, denn Flüsse und Bäche gibt es in Skandinavien ausreichend.
Wünschen sind kaum Grenzen gesetzt
Wie viele Generatoren, Verbraucher und Batterien am DC-Nanogrid hängen können, ergibt sich nur aus der maximalen Länge der DC-Verkabelung (1.200 Meter) und der Spannung von 760 Volt, die aufrechterhalten werden muss. Ansonsten sind die Kunden völlig frei in der Gestaltung ihrer Wünsche. Der Wechselrichter fungiert als Brücke zum Stromnetz, sogar Blindleistung kann er ausbalancieren (Vier-Quadranten-Wechselrichter). Auch bei besonderen Belastungen, wenn ein Elektroauto an der DC-Ladesäule hängt, verteilt er die Last auf drei AC-Phasen.
Den Wechselrichter gibt es mit sieben und 14 Kilowatt Leistung. Theoretisch kann man die Leistungsteile in Schritten von 3,5 Kilowatt bis zu einem Megawatt stapeln und zum Anschluss großer Systeme mit Ausbalancierung am Stromnetz nutzen.
System liefert auch Notstrom
Für die Basisvariante nutzt Ferroamp eine Speicherbatterie (Lithium-Eisenphosphat) mit 3,6 Kilowattstunden Kapazität. Sie wird als Hochvoltbatterie mit 300 Volt angesteuert. Die Lebensdauer ist mit 6.000 Zyklen angegeben, bei 80 Prozent Restkapazität.
Bei Netzausfall geht das DC-Nanogrid sofort in den Inselbetrieb über. Es könnte generell als Insel laufen, wenn Stromerzeugung, Stromspeicherung und Stromverbraucher entsprechend aufeinander abgestimmt sind. Die gesamte Steuerkette zwischen DC und AC braucht höchstens eine Sekunde, um den Betriebsmodus umzuschalten.
Besonders charmant ist die Einbindung der Ladestationen für Elektroautos, die sich in Skandinavien auf breitem Vormarsch befinden. Auch laufen in Norwegen und Schweden sehr viele Wärmepumpen, um im Winter die Gebäude zu beheizen. „Wir wollen so viel Energie wie möglich auf der DC-Seite erzeugen und nutzen“, meint Björn Jernström. „Dadurch verursachen wir nur sehr geringe Verluste. Lediglich die Überschüsse aus den Generatoren speisen wir ins Netz ein.“
Björn Jernström ist Gründer und Chef von Ferroamp Elektronik. Das Unternehmen baut unter anderem im Auftrag von Vattenfall.
Eine handfeste Überraschung: Für die konsequente DC-Lösung Energy Hub gab es den EES Award.
Mit dem Energy Hub (bidirektionaler Wechselrichter) und dem DC-Nanogrid lassen sich sehr effiziente Systeme mit nahezu unbegrenzter Vielfalt aufbauen.
Oben hängen die Wechselrichter zum Stromnetz, unten die DC-Speichermodule.
In Skandinavien ist die Elektromobilität schon viel weiter als bei uns.
