Speicher Qualität Speicher - Einbindung

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1 Info Day Vorarlberg 2016 Speicher Qualität Speicher - Einbindung Thomas Becker ATB-Becker Photovoltaik GmbH

2 Disclaimer Die ATB-Becker Photovoltaik GmbH übernimmt keinerlei Gewähr für die Aktualität, Korrektheit, Vollständigkeit oder Qualität der bereitgestellten Informationen. Haftungsansprüche gegen die ATB-Becker Photovoltaik GmbH, die sich auf Schäden materieller oder ideeller Art beziehen, welche durch die Nutzung oder Nichtnutzung der dargebotenen Informationen bzw. durch die Nutzung fehlerhafter und unvollständiger Informationen verursacht wurden, sind grundsätzlich ausgeschlossen. Jede Art der Vervielfältigung/Verwertung, auch auszugsweise, ist ohne Zustimmung der Fa. ATB- Becker Photovoltaik GmbH unzulässig. ATB-Becker Photovoltaik GmbH 2016 Info Day Vorarlberg

3 Qualität bei Speichern Info Day Vorarlberg

4 Qualität bei Speichern? Die Bauform? Die Zell-Chemie? Zyklen und DOD? BMS Richtlinien Info Day Vorarlberg

5 Speicher-Bauformen Jede Bauform hat Vor- und Nachteile Qualitätsmerkmale Keramischer Separator stabiler bei hohen Temperaturen Besserer Schutz bei Dendritenwachstum (Ablagerung von metallischem Lithium) LiPo Pouch-Zelle LiTitanat Pouch-Zelle LiFePO HardCase LiMangan Rundzelle Info Day Vorarlberg

6 Speicher-Zellchemie Lithium Polymer Akku Elektrolyt auf Polymer-Basis (feste, gelartige Folie), Keram. Separatoren Graphit und LiCoO 2 als Elektroden Lithium Titanat Akku Li 4 Ti 5 O 12 Anode Kein Thermisches durchgehen Sicher Lithium Mangan Akku Kobalt (Co) wird ersetzt durch Mangan Hochstromfest à Elektromobilität LI NMC (Lithium Nickel Mangan Kobalt (Oxid)) Niedrige Kosten Hohe Energiedichte Sicher Mittlere Lebensdauer Lithium Eisenphosphat Akku LiFePO 4 als Kathode lange Lebensdauer, schwer Sicher Info Day Vorarlberg

7 Speicher-Zellchemie Fazit Keine pauschale Aussage zur Qualität der Elektrodenmaterialien möglich Additive, Bauform bzw. Elektrolyt spielen eine wesentliche Rolle Info Day Vorarlberg

8 Speicher-Mythos Zyklen Zyklenangaben bis > Im Gegensatz zu Blei-Speichern keine unteren Spannungsgrenzen festgelegt à Angaben zur DOD von % à Spiel mit Zyklen Zyklenzahl für Heimspeicheranwendungen? 250 Zyklen pro Jahr à 40 Jahre für Zyklen? Neben der Zyklenzahl ist die Kalendarische Lebensdauer nötig Wohin mit den Zyklen am Ende der Lebensdauer? Lebenserwartung typ.: 15-20Jahre Quelle: ATB-Becker/Solarwatt Info Day Vorarlberg

9 Zyklenvergleich Tesla Batterie (KFZ) schlechter als versprochen? Nein! à km bei 500km Reichweite pro Batteriefüllung = 400 Zyklen à exakt den automotiven Anforderungen entsprechend! Dennoch ein Trend erkennbar à wo bleiben die Zyklen? Info Day Vorarlberg

10 Speicher-Batteriemanagementsystem (BMS) Überwachung jeder Zelle Temperaturüberwachung an relevanten Komponenten Lade- und Entladeüberwachung Schnelle Messzyklen (BMS) Langsam: Sekundentakt Schnell: µs-takt à Schnelle Reaktion auf Ereignisse im Speicher à Schnelle Regelung bei Lastwechseln Info Day Vorarlberg

11 Zusammenfassung Eierlegende Wollmilchsau gibt s leider auch bei den Speichern nicht Leicht, günstig, robust mit hoher Speicherdichte lässt sich mitunter schwer vereinen Die Bewertung der Qualität ist aktuell extrem schwierig, da normative Grundlagen für den Vergleich fehlen. Quelle: CC, Georg Mittenecker Info Day Vorarlberg

12 Integration von netzgekoppelten Speichern Info Day Vorarlberg

13 Quelle: Speicher-Einbau, kein Problem oder? Info Day Vorarlberg

14 Inhalt Normen Speicher Vorgaben für Li-Speicher Anforderungen Ausblick auf die OVE R20 Zusammenfassung Info Day Vorarlberg

15 Normen & Richtlinien ÖVE/ÖNORM 8001 Reihe ÖVE EN 1 ÖVE/ÖNORM EN ÖVE R20 ÖVE/ÖNORM EN ÖVE/ÖNORM EN TOR D4 ADR-Richtlinie (Transport) Bundesgesetz zum Schutz vor gefährlichen Produkten Bundesgesetz über die Beförderung gefährlicher Güter Batterienverordnung Elektroaltgeräteverordnung (WEEE-Richtlinie) Die angeführten Normen stellen einen Auszug der relevanten Vorschriften und Richtlinien dar. Info Day Vorarlberg

16 Blei-Speicher Speicher 1.0 Nach wie vor Stand der Technik Genaue Regulierung u.a. durch ÖVE/ ÖNORM EN Aufstellung und Batterieraum Lüftung und deren Dimensionierung Umgang mit gefährlichen Elektrolyten Hinweis auf EX-Bestimmungen Etc. Info Day Vorarlberg

17 Lithium-Speicher Speicher 2.0 Verschiedenste Bauformen Schränke oder Wandgehäuse Vergleichbarkeit Schwierig, keine Definition der Test-Parameter wie bei Modulen (IEC bzw ) Hersteller-Normen bzw. Dokumente Sicherheitsleitfaden Lithium-Ionen-Heimspeicher Version 1.0 Entwurf DIN EN 62619:2014 UN38.3 ÖVE/ÖNORM EN :2011 Entwurf DIN EN 61427:2014 Teil 2 EN :2011 EN :2007 EN :2011 EN Etc. Info Day Vorarlberg

18 Anforderungen Was ist bei der Installation von netzgekoppelten Speichern zu beachten? Art des Speichers (Bauform, Chemie, ) Bauform (Zelle, Gehäuse, ) Netzform des elektrischen Netzes am Standort (TN, TT, IT) Elektrische Schutzmaßnahmen vorher und nachher Notstromfunktionalität ja/nein? DC- oder AC-Kopplung? An welcher Stelle wird das Energiespeichersystem in die vorhandene elektrische Anlage integriert? Konformität der bestehenden elektrischen Anlage ja/nein? Info Day Vorarlberg

19 Die Richtlinie OVE R20 Info Day Vorarlberg

20 Inhalte der R20 1. Anwendungsbereich 2. Normative Verweisungen 3. Begriffe 4. Transport 5. Elektrisches Energiespeichersystem 6. Dokumentation 7. Betrieb 8. Deinstallation und Entsorgung 9. Anhang A Funktionalitäten für Inselbetrieb 10. Anhang B Systembilder - Beispiele Info Day Vorarlberg

21 Begriffe - Beispiele Energieflussrichtungssensor: technische Einrichtung zur Ermittlung der saldierten Energieflussrichtung mit kommunikativer Kopplung zum Energiespeichersystem Herstellerbezeichnungen: z.b. Smart Meter, AC-Sensor, bidirektionaler Zähler Notwendig zur Bilanzierung am Anschlusspunkt Datenquelle für BMS Energiespeichersystem besteht aus: Speicher Batteriemanagementsystem Lade- und Entladeeinrichtung Schutzeinrichtungen Info Day Vorarlberg

22 Transport Wird in R20 nicht gesondert behandelt, da es hierzu ausführliche Regelwerke gibt Gefahrgutbeförderungsgesetz ( ADR-Richtlinie ( Li-Speicher sind in der Regel Gefahrgut à Beförderungspapier ist mitzuführen Freimengen für Transport durch Installateure im Zuge der Montage (ohne Gefahrgutführerschein) ca. 300kg mit entsprechenden Transportpapieren Info Day Vorarlberg

23 Transport UN Nummer Benennung und Beschreibung Klasse 3090 LITHIUM-METALL-BATTERIEN (einschließlich Batterien aus Lithiumlegierungen) LITHIUM-METALL-BATTERIEN IN AUSRÜSTUNGEN oder LITHIUM-METALL-BATTERIEN MIT AUSRÜSTUNGEN VERPACKT (einschließlich Batterien aus Lithiumlegierung) LITHIUM-IONEN-BATTERIEN (einschließlich Lithium-Ionen-Polymer-Batterien) LITHIUM-IONEN-BATTERIEN IN AUSRÜSTUNGEN oder LITHIUM-IONEN-BATTERIEN MIT AUSRÜSTUNGEN VERPACKT (einschließlich Lithium-Ionen-Polymer-Batterien) 9 UN 3480 Info Day Vorarlberg

24 Elektrisches Energiespeichersystem Speichersysteme sind beim zuständigen Verteilnetzbetreiber anzumelden Speichersysteme werden entsprechend der TOR D4 gleich betrachtet wie Erzeugungsanlagen Es gelten die Netzzugangsbedingungen des jeweiligen Netzbetreibers Leistungen werden entsprechend dem Betriebskonzept kumuliert. Beispiel: wird ein reiner Eigenverbrauchs-Speicher eingesetzt (speist nicht ins Netz ein) werden die Leistungen nicht addiert. Sollte sich ein Business-Case ergeben, bei dem Einspeisung von gespeicherter Energie ins Netz Sinn ergibt, wären die Leistungen zu addieren (derzeit rechtlich nicht möglich) Info Day Vorarlberg

25 Elektrische Installation Es gelten die Anforderungen der ÖVE/ÖNORM E 8001 Reihe bzw. ÖVE-EN 1 Reihe à Die elektrische Sicherheit muss in jedem Betriebszustand gewährleistet sein Symmetrie 3-phasige Systeme müssen die notwendige Schieflastfähigkeit haben 1-phasige Systeme: es gelten die Grenzwerte der TOR D4 (aktuell, 3,68kVA) Info Day Vorarlberg

26 Schutz gegen elektrischen Schlag Speichersysteme mit Inselbetriebsfähigkeit ändern unter Umständen, bei der Trennung vom öffentlichen Netz ihre Netzform Netzform des öffentlichen Netzes? Vorgeschriebene Trennung (3-polig oder all(4)-polig) (siehe ÖVE EN 1 Teil 4, 53) Die in der Verbraucheranlage vorgesehenen Schutzmaßnahmen müssen auch im Inselbetrieb sichergestellt werden Basis-, Fehler- und Zusatzschutz u.u. müssen zusätzliche Schutzeinrichtungen installiert werden à Platz für weitere Einbauten im Verteiler? Info Day Vorarlberg

27 Inselbetrieb im IT-Netz Schutz gegen elektrischen Schlag Öffentliches Netz = TT-Netz à Netztrennung (allpolig) à Inselnetz = IT-Netz Schutz gegen elektrischen Schlag durch die Maßnahme Isolationsüberwachung Einbau eines IMD (Isolations-Überwachungseinheit) Info Day Vorarlberg

28 Inselbetrieb im TN-Netz Schutz gegen elektrischen Schlag Öffentliches Netz = TN-Netz à Netztrennung (3-polig) à Inselnetz = TN-Netz (Nicht möglich wenn das speisende Netz ein IT- oder TT-System ist) Schutz gegen elektrischen Schlag durch die Maßnahme des Fehlerschutzes Nullung mit Ausschaltung mittels Fehlerstrom-Schutzeinrichtung Info Day Vorarlberg

29 Photovoltaik 1.0 Netz (TN) EVU-Zähler FI-Schutz 30mA + Sicherung Last Schutzmaßn. + Entkupplung WR PV Info Day Vorarlberg

30 Photovoltaik 2.0 Netz (TN) EVU-Zähler FI-Schutz 30mA + Sicherung Last Schutzmaßn. + Entkupplung WR WR Speicher PV Schematische Darstellung: TN à TN Info Day Vorarlberg

31 Photovoltaik 2.0 Speicher mit Notstromfunktionalität Netz (TN) EVU-Zähler EnFluRi 3-polige Trennung Schutzisoliert FI-Schutz 100mA FI-Schutz 30mA + Sicherung Last Entkupplungsstelle mit Schutzeinrichtungen Schutzmaßn. + Entkupplung WR WR Speicher PV Schematische Darstellung: TN à TN Info Day Vorarlberg

32 3-polige oder allpolige Trennung? Abhängig von der Netzform des speisenden Netzes TN-Netz: gemäß ÖVE EN 1, Teil 4 53 darf eine 3-polige Netztrennung ausgeführt werden L1 Vorzähler- Sicherung EVU- Zähler EnFluRi Netz- Trennung L1 L2 L3 L1 bypass TT-Netz: es muss eine allpolige (4-polige) Trennung durchgeführt werden L2 L3 PEN PAS PEN-Bügel 1 L2 L3 N Pe Zur elektrischen Anlage mit z.b. PV + ESS Abstimmung mit Netzbetreiber u.u. erforderlich (Netz-Zugangsbestimmungen) L1 L2 L3 bypass Problem bei allpoliger Trennung Keine Verbindung mehr zwischen N und dem Betriebserder in der Trafostation à N-Leiter hat keinen Erdbezug mehr L1 L2 L3 N Vorzähler- Sicherung EVU- Zähler EnFluRi 1 RCD IN 0,1A Netz- Trennung N L1 L2 L3 Zur elektrischen Anlage mit z.b. PV + ESS N Pe PAS Info Day Vorarlberg

33 3-polige oder allpolige Trennung? Netztrennung Wechsel der Netzform Ausführung der Netztrennung Notstrom-Funktion EVU-Vorgaben JA 3-polige Netztrennung erlaubt? NEIN JA Externer Entkupplungsschutz NEIN TN à TN Ja All-polige Netztrennung erlaubt? NEIN Entkupplungsschutz + optionaler Quellenumschalter Steuerung der Netztrennung über ESS TT à IT Keine Lösung Info Day Vorarlberg

34 Problem Notstromversorgung im öffentliche Netz Netz (TN) EVU-Zähler EnFluRi 3-polige Trennung FI-Schutz 100mA FI-Schutz 30mA + Sicherung Last Entkupplungsstelle mit Schutzeinrichtungen Entkupplungsstelle mit Schutzeinrichtungen Stromausfall nach dem Verbrauchen des Batterie- Inhaltes Notstrom Notstrom-Netz durch EVU (52Hz) WR WR Speicher PV Info Day Vorarlberg

35 Problem Notstromversorgung im öffentliche Netz Quellenumschalter Netz - Insel Netz (TN) EVU-Zähler EnFluRi 3-polige Trennung FI-Schutz 100mA FI-Schutz 30mA + Sicherung Last Entkupplungsstelle mit Schutzeinrichtungen Entkupplungsstelle mit Schutzeinrichtungen Notstrom Notstrom-Netz durch EVU (52Hz) WR WR Speicher PV Info Day Vorarlberg

36 Problem Notstromversorgung im öffentliche Netz Selten, aber doch kann es vorkommen, dass es für Netzwartung zu einer Abschaltung und dem Aufbau eines Netzes mittels Generator kommt. Notversorgung wird mit 52Hz aufgebaut um die Einspeisung dezentraler EZA zu verhindern. à Empfehlung für Bypass bzw. Quellenumschalter Info Day Vorarlberg

37 Speicher ohne Notstromfunktionalität (DC-Kopplung) FI-Schutz 30mA + Netz (TN) EVU-Zähler EnFluRi Sicherung Last Schutzmaßn. + Entkupplung WR Ist der Wechselrichter TOR D4 konform, so sind keine weiteren Maßnahmen erforderlich Speicher PV Info Day Vorarlberg

38 Zusammenfassung PV + Speicher à die Technik wird deutlich komplexer Die Gewährleistung der elektrischen Sicherheit ist die höchste Anforderung Speicher zur reinen Eigenverbrauchsoptimierung sind relativ einfach anzuwenden Speicher mit Notstromfunktionalität erfordern tiefgehendes Fachwissen im Bereich Elektro-Technik Eine genaue Aufnahme des elektrischen Systems am Standort ist unbedingt notwendig Zusätzliche Vorgaben durch Netzbetreiber sind möglich Info Day Vorarlberg

39 Speicher ein weiterer Baustein für unsere Energiezukunft Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit ATB-Becker Photovoltaik GmbH Info Day Vorarlberg