Beim PV-Symposium in Kloster Banz in Bad Staffelstein wurden aktuelle Zahlen zum Speicherausbau genannt, die keinen Installateur kalt lassen dürften: Denn die Nachfrage nach Heimspeichern ist ein klarer Treiber des Geschäfts. Im vergangenen Jahr wurden bundesweit 197.000 neue Speichersysteme installiert. Damit stieg die Zahl aller installierten Speicher auf 526.000, die zusammen 4,3 Gigawattstunden speichern können. Der Anteil der Lithium-Ionen-Batterien erreicht 98 Prozent.
Speichermarkt hat sich verfünffacht
Damit hat sich der Speichermarkt seit 2019 verfünffacht. Johannes Weniger von der HTW Berlin brachte einige interessante Trends mit: „Wir erkennen, dass die Größe der installierten Anlagen im privaten Segment weiter anwächst“, analysierte er. „Ein Viertel der Anlagen hatte zwischen zehn und 20 Kilowatt Leistung.“ Der bundesweite Durchschnitt lag Ende 2022 bei 9,1 Kilowatt, ein Kilowatt mehr als 2020.
Bleiben Sie auf dem Laufenden, melden Sie sich für unseren Newsletter an!
Größere Batteriemodule, höhere Ströme
Zudem ist erkennbar, dass die Speicherhersteller größere Batteriemodule einbauen, dadurch sinkt die Batteriespannung. Bei den Wechselrichtern hingegen geht der Trend zu höheren Strömen, bis 26 Ampere bei den neuen Hybridgeräten von Kostal oder 30 Ampere bei Sungrow-Geräten.
Die Hybridwechselrichter zur DC-seitigen Einbindung der Batterien haben sich endgültig durchgesetzt. Sie stellten 2022 drei Viertel des Speichermarktes. Faktisch ging das gesamte Wachstum auf Hybridsysteme zurück, weil sich die Zahl der AC-gekoppelten Systeme zwischen 2021 und 2022 kaum verändert hat.
Siliziumkarbid setzt sich durch
Außerdem reizen die Anbieter der Hybridwechselrichter die Effizienz der Leistungselektronik stärker aus, indem sie Halbleiter aus Siliziumkarbid (SiC) einbauen. Bei der diesjährigen Speicherinspektion waren vier der fünf besten Systeme (bis zehn Kilowatt) mit SiC-Bauteilen bestückt.
Siliziumkarbid hält bis 120 Grad Celsius aus, gegenüber 100 Grad Celsius bei Leistungstransistoren aus Silizium. Fronius, RCT Power und Kaco sind auf SiC umgestiegen, Kostal baut derzeit noch Si-Transistoren ein.
Drei Kilovolt DC in Großanlagen
Interessant ist die weitere Aufsplittung der Marktsegmente, was die Wechselrichter betrifft. Bei größeren Anlagen sind 1.500 Volt auf der DC-Seite mittlerweile Standard. „Denkbar sind durchaus zwei oder drei Kilovolt“, schlägt Michail Geiss vor. Der Forscher vom Fraunhofer ISE in Freiburg arbeitet derzeit an speziellen Wechselrichtern für Großanlagen, die mit noch höheren Spannungen als 1.500 Volt DC laufen. „Je höher die Spannungen, desto geringer sind die Querschnitte der Kabel, weil die Systeme geringere Ströme erfordern, um hohe Leistungen zu übertragen.“
Drei Kilovolt sind durch 1.500 Volt DC auf der Plusseite und 1.500 Volt auf der Minusseite gegen Erde machbar. „Zudem könnte man die Trafos kompakter bauen, weil auch die Größe der Spulen durch die Ströme definiert wird“, erläutert Geiss.
Systemkosten könnten sinken
Auf diese Weise könnten die Systemkosten sinken. Für Eigenheime wird es sicher bei 1.000 Volt DC-seitig bleiben. Bei größeren Anlagen lassen die Forscher nichts unversucht, um die BOS-Kosten weiter zu drücken.
Anlagen mit drei Kilovolt DC gehören zur Mittelspannung. Geiss stellte das zweistufige Konzept eines Wechselrichters für drei Kilovolt vor. Die Forscher in Freiburg kombinieren DC-DC-Steller mit 3,3 Kilovolt Systemspannung und Bauelementen aus SiC mit einem Wechselrichtermodul.
Zweistufiges Konzept: DC-DC-Booster mit Umrichtermodul
Der DC-Booster leistet 83,3 Kilowatt, die an die Wechselrichtermodule übergeben werden. Er leistet 250 kVA am Netzanschluss und wird in einem sehr kompakten Gehäuse untergebracht. Das luftgekühlte System wird derzeit im Labor am ISE getestet.
Dass höhere Spannungen in Großanlagen kommen, daran gibt es keinen Zweifel. Das wird sicher nicht schnell gehen. Die Einführung von 1.500 Volt DC hat zehn Jahre gedauert, von der Idee bis zum Industriestandard. Aber in einigen Jahren dürfte der Sprung auf drei Kilovolt möglich sein, zumal asiatische Anbieter damit bereits experimentieren.
Kritische Infrastruktur gegen Ausfälle sichern
Marco Jung ist Professor an der Hochschule Bonn/Rhein-Sieg und Abteilungsleiter Stromrichter am Fraunhofer IEE in Kassel. Er stellte das Konzept eines netzbildenden Batteriewechselrichters vor, der mit SiC-Leistungschips bis 200 kVA leistet und das Stromnetz stützen kann. Zudem kann er bei Netzeinbruch ein Inselnetz aufbauen.
Solche Wechselrichter können Dieselgeneratoren als Notstromsysteme ablösen. „Das ist für kritische Infrastruktur eine große Herausforderung“, sagt er. „Wir haben im Ahrtal gesehen, wie schnell die Stromversorgung und die Mobilfunknetze einbrachen.“
220 kVA in 80 Kilogramm untergebracht
Auch Jungs Forscherteam nutzt einen zweistufigen Ansatz mit DC-DC-Steller und Wechselrichtermodul. 220 kVA passen in 80 Kilogramm Leistungselektronik. Die Umrichterstufe folgt einer Drei-Level-Topologie, mit SiC-Mosfets und Taktfrequenz von 70 Hertz. Die Drosseln sind sehr kompakt, deshalb ist die Leistungsdichte so hoch. Derzeit wird das Labormuster für einen einjährigen Test bei einem Netzbetreiber vorbereitet. (HS)
Lesen Sie auch:
Stromspeicher-Inspektion: Lithiumakkus im Vergleich klar im Vorteil
30 Jahre Fronius: 3.000 Wechselrichter täglich sind das Ziel
Viessmann: Speicherwerk in Frankreich verfünffacht den Ausstoß
