A A A
| Sitemap | Kontakt | Impressum | Datenschutz
ETZ Logo VDE Verlag Logo

Standardverpackung für Energie-Speichersysteme

Bild 1. Rittal zeigte auf der Intersolar 2012 einen neuen Energiespeicherschrank ausgebaut mit Komponenten der Firmen Saft und SMA

Bild 2. Container-Systemlösung der Firma ads-tec mit angereihten Energiespeicherschränken von Rittal

Photovoltaik und Windkraft hängen von der Lichtintensität oder der Windgeschwindigkeit ab. Daher gewinnt die Speichertechnologie, um die gewonnene elektrische Energie bei Bedarf wieder zur Verfügung zu stellen, zunehmend an Bedeutung. Für eine sichere Infrastruktur und Gehäuse­technik beim Einsatz von Energiespeichern stehen bereits erste Lösungen zur Verfügung; standardisierte Schrank- und Gehäusekonzepte auf Basis der 19-Zoll-Technik werden entwickelt.

Der Einsatz von Energiespeichersystemen in der Photovoltaik (PV) und der Windenergie bietet Betreibern mehr Flexibilität bei der Einspeisung in Stromnetze. Dies sind beispielsweise eine zeitlich unabhängige Energienutzung und ein Ausgleich von Spannungsabfällen in Spitzenzeiten. Speziell für Mikro-Blockheizkraftwerke und PV-Anlagen in privaten Haushalten sind sie eine sinnvolle Ergänzung, um überschüssige elektrische Energie zu speichern. Laut einer Studie der Boston Consulting Group wird der kumulierte Umsatz mit Stromspeichern bis zum Jahr 2030 auf 277 Mrd. € steigen. Bei der Nutzung von Energiespeichern liegt der Fokus allerdings auch auf geeigneten und sicheren Gehäusekonzeptionen. Für die hohen Anforderungen bei Handling und Design entwickelt Rittal derzeit erste standardisierte Infrastrukturlösungen mit entsprechender Gehäuse- und Schranktechnik.

Verschiedene Integrationslösungen
Aufgrund ihrer positiven Eigenschaften wie eine hohe Zyklenfestigkeit von circa 6 000 Zyklen, einem Wirkungsgrad von 80 % bis 90 % sowie eine Energiedichte von 120 Wh/­kg bis 210 Wh/kg sind Batterien auf Basis der Li-Ion-(Lithium-Ionen-)Technologie neben Wasserstoff (Brennstoffzelle) eine der geeignetsten Speichertechnologien für erneuerbare Energien. Hinzu kommt, dass die Preise aufgrund der anlaufenden Serienfertigung weiter sinken.
Für die Integration verschiedener Batteriemodule – sowohl basierend auf der Li-Ion-Technologie als auch auf den bewährten Blei-Akkumalatoren – in Gehäusen und Schränken wurden drei unterschiedliche Lösungskonzepte entwickelt. Sie unterscheiden sich hauptsächlich in Bezug auf den Innenausbau und die verwendete Speichertechnologie. Allen gemeinsam ist, dass sie dem Anwender die Möglichkeit bieten, mehrere Module zu integrieren, um skalierbare Systeme aufzubauen. Soll mehr Leistung zur Verfügung gestellt werden, wird ein weiteres Energiespeicher-Modul ergänzt.

Speichersysteme für die 19-Zoll-Technik
Für die Integration von Li-Ion-Batterien hat sich insbesondere die modulare 19-Zoll-Einbautechnik durchgesetzt. Auf dieser Lösung liegt auch der Schwerpunkt der neuen Entwicklungen von Rittal. Hintergrund ist, dass namhafte Batteriehersteller bereits marktreife Systeme in standardisierter 19-Zoll-Einschubtechnik anbieten. Ähnliche Konzepte gibt es bereits in Verbindung mit Servern für IT-Infrastrukturen. Zur Intersolar 2012 wurde ein auf 19-Zoll-Einbautechnik basierendes Diskussionsmuster mit Batteriespeichern der Firma Saft sowie einem Wechselrichter von SMA vorgestellt (Bild 1).
Bei der 19-Zoll-Technik werden die Speichermodule ähnlich wie in einem Serverschrank eingeschoben und wahlweise front- oder rückseitig verdrahtet. Die Gleitschienen lassen sich für mehr Flexibilität bei der Festlegung der Höheneinheiten der Speichermodule höhenvariabel montieren. Eine Plug-and-play-Lösung, bei der die Kontaktierung der Daten- und Leistungsschnittstellen über einen Stecker an der Rückwand realisiert wird, wurde auf der Messe Husum Windenergy 2012 vorgestellt.
Die zweite Möglichkeit zur Integration von Batteriemodulen ist speziell auf Bleibatterien ausgelegt. Sie nutzt optional ausziehbare Schwerlastböden im Schrank, die für Lasten bis 100 kg ausgelegt sind. Die Bleibatterien werden nebeneinander auf dem Schrank- bzw. Schwerlastboden platziert, fixiert und entsprechend verschaltet. Wahlweise lassen sich mehrere Schwerlastböden übereinander anordnen, um die gewünschte Speicherkapazität zu erreichen. Optional sind Schwerlast­böden mit integrierten Lüftern oder Lüftungsöffnungen ausgestattet. Eine dritte Variante ist ein individueller Innenausbau, um verschiedene Modul-Geometrien und -Technologien zu integrieren.

Vorteile durch standardisierte Lösungen
Für die sichere Einhausung von Energiespeicher-Modulen wurden zwei standardisierte Gehäuse- bzw. Schrankvarianten entwickelt, die private und industrielle Anwendungen abdecken. Die erste Lösung mit einer Speicherkapazität von 5 kWh ist auf private Anwendungen wie Einfamilienhäuser ausgerichtet und baut auf dem kompakten Standardgehäuse AE mit Teilsichttür und 19-Zoll-Schienen auf. Eine Gehäuselösung, die sich durch eine Vielzahl an Zubehörkomponenten, wie Lüfter, Kabeleinführungen, Beleuchtungen und Rollfüßen, entsprechend ausbauen lässt. Die zweite Variante, für eine Speicherkapazität von mehr als 25 kWh, ist für industrielle Anwendungen, wie Wind- und Solarparks, konzipiert. Die Basis hierfür ist das TS-8-Topschranksystem. Mit seiner hohen Flexibilität in Standardabmessungen, unterschiedlichen Materialien, wie Stahlblech oder Edelstahl, Sichttüren und einem modularen Aufbau ist dieses Schranksystem die ­ideale Plattform zur Integration von Energiespeicher-Modulen. Die integrierbaren 19-Zoll-Schienen sind bis 100 kg belastbar und in der Höhe flexibel montierbar.
Ein Standard-TS 8-Topschrank mit 2 000 mm x 600 mm x 600 mm (h x b x t), der mit 19-Zoll-Einschüben für Li-Ionen-Batteriemodule voll bestückt ist, bietet derzeit die Einhausung eines Energiespeichers mit einer Kapazität von circa 25 kWh. Für einen höheren Bedarf an Speicherkapazität lassen sich mehrere Schränke aneinanderreihen. Gerade für Kunden, die einen Großspeicher mit einem 20- oder 40-Fuß-Container aufbauen möchten, ist diese platzsparende Lösung ideal (Bild 2).

Klimatisierung, Stromverteiler und Batteriemanagement
Ergänzt werden die Lösungen für Energiespeicher-­Module durch Produkte im Bereich Klimatisierung und Stromverteilung, die genau auf den AE und TS 8 zugeschnitten sind. So ist eine Klimatisierung gerade bei höheren Umgebungstemperaturen eine notwendige Ergänzung und lässt sich dank flexibler Lösungen einfach und schnell individuell anpassen. Das Portfolio von Rittal reicht von Filterlüftern im Dach oder Geräteboden bis hin zu EC-Lüftern als energiesparende Lösung. Aufgrund des modularen Systembaukastens lassen sich neben Batteriemodulen auch alle für einen Energiespeicher notwendigen Komponenten wie Wechselrichter, Installationsverteiler (ISV) und das Energie- bzw. Batteriemanagement in einem Gehäuse bzw. Schrank installieren.
Um Gehäuse und Schränke mit den benötigten Verteiler- bzw. Sicherungskomponenten ausbauen zu können, stellt Rittal spezielle Einbaukits und -module aus seinem neuen Installationsverteiler-(ISV-)Programm zur Verfügung. Die Moduleinheiten lassen sich einfach, schnell und flexibel auf einen ISV-Tragrahmen aufbauen. Die unterschiedlichen Baugrößen der Module sind in Höheneinheiten von 150 mm und Breiteneinheiten von 250 mm sortiert. Tiefenverstellbare Montageebenen ermöglichen eine einfache Anpassung der Geräte an die Ausschnitte der Abdeckungen und vermeiden aufwendige Sonderkonstruktionen. In einem solchen ISV-Installationsverteiler, für Bemessungsströme von bis zu 1 250 A und einer Bemessungsspannung von AC 690 V, lassen sich alle Komponenten des Energiemanagements, wie Steuerung, Sicherungen, Leistungsschalter, Daten- und Leistungsschnittstellen, integrieren sowie der normgerechte Anschluss von Verbraucher und öffentlichem Netz vornehmen. Eine komfortable und einfache Planung ist durch die Software Rittal Power Engineering sichergestellt.

Fazit
Durch die konsequente Verwendung von Standardkomponenten, die Möglichkeit der Skalierung und modularen Erweiterung sowie die Integrationsmöglichkeit von Wechselrichter, Energie- und Batteriemanagement bieten Gehäuse- und Schranklösungen von Rittal eine ideale Plattform für den Aufbau von Energiespeichern.

Der Beitrag als pdf

Autoren:
Ing. (TH) Matthias Kienholz ist in der Vorentwicklung Power bei der Rittal GmbH & Co. KG in Herborn tätig.

Betriebswirt (FH) Christian Jörg Schöner ist Produktmanager Power Distribution bei Rittal in Herborn.