Windkraftanlage auf dem Rotwandhaus, Lithium-Eisen-Phosphat Batterien Erfahrungsbericht

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1 15. Internationales Hüttenfachsymposium Alpine Infrastruktur im Wandel Herausforderungen und Lösungsansätze Windkraftanlage auf dem Rotwandhaus, Lithium-Eisen-Phosphat Batterien Erfahrungsbericht MSc Hubert Deubler Alpenstr. 60, D Marktschellenberg Tel.: 0049 (0) , Fax.:

2 Kleinwindkraftanlage PV Rotwandhaus PV: 15 kwp - Wind: 5 kw Notstromaggregat 3AC 230/400V BHKW 25 kw 3AC 230/400 V PV-Generator 15 kwp dreiphasige Einspeisung Umschalter BHKW - Notstromaggregat PV- Wechselrichter PV- Wechselrichter Hüttennetz 3-phasig AC 230/400 V Sunny-Island 8.0 bidirektional Sunny-Island 8.0 bidirektional Sunny-Island 8.0 bidirektional Wechselrichter Windkraftanlage Batterietrenner 3 x NH00 Batterieblock Blei-Gel 48V 3500Ah

3 Kleinwindkraftanlage Rotwandhaus Windgeschwindigkeit Rotwandhaus Feb. bis Juni 2011; max 20,2 m/s, im Mittel 3,5 m/s Windgeschwindigkeit Rotwandhaus Juli bis Nov. 2014; im Mittel 2,3 m/s Achtung: Ertragsabschätzung nur nach Windmessung über min. eine Saison

4 Kleinwindkraftanlage Rotwandhaus Vertikalachsen-Kleinwindkraftanlage vom Typ: Amperius VK-250/7.5 Kenndaten: Nennleistung: 5 kw Anlaufgeschwindigkeit: 2,5 m/s Max- Leistung: 5,5 kw bei 12,5 m/s Jahresertrag bei 6,5 m/s kwh mittl. Windgeschwindigkeit

5 Kleinwindkraftanlage Rotwandhaus Vergleich Stromerzeugung PV Wind Nennleistung [kw] 15 5 Erstinbetriebnahme Stromertrag bisher [kwh] mittlerer täglicher Stromertrag [kwh] 39,7 3,8 hochgerechneter jährlicher Stromertrag [kwh] / kwp hochgerechneter jährlicher Stromertrag [kwh] kalkulierter Jahresertrag [kwh] aus PV-Kalkulation (1164 kwh/kwp) und aus Windmessung bei mittlere Windgeschwindigkeit von 2,3 m/s mittlerer täglicher Stromertrag [kwh] ,3 4,1 Kosten ca Display Bilder vom um 16:09

6 Kleinwindkraftanlage Rotwandhaus Schlussfolgerungen Windenergieanlagen nur dort rentabel wo es nachweislich genügend kontinuierlich wehenden Wind gibt (mittl. Windgeschwindigkeit min. 6,5 m/s) Windmessung am geplanten Aufstellungsort über ein Jahr ist Voraussetzung für Planung Anlagenkotrolle muss sein PV-Anlage wichtigster Stromerzeuger wirtschaftlich und ökologisch erzeugt Strom wenn höchster Strombedarf besteht

7 Stromspeicher Klassifizierung elektrochemischer Speichertechnologien

8 Stromspeicher Blei Vergleich Gel - Flüssig Vorteil Nachteil Lebensdauer Keine Säureschichtung Empfindlich bei Wartungsfrei zu hoher Unempfindlich gegen Ladespannung Tiefentladung Höherer Preis Einfache Aufstellung und Transport Blei-Gel- Akku Blei- Flüssig- Akku Durchsichtiges Gehäuse möglich Geringerer Preis Empfindlich bei Tiefentladung Säureschichtung Säure kann austreten Knallgas Wartungskosten Empfehlung: Verstärkte Verwendung von Blei-Gel-Batterien >= 10 Jahre Bis zu 1600 Vollzyklen Bis 10 Jahre Bis zu 1400 Vollzyklen Kosten 220,- bis 270,- /kwh 200,- bis 250,- /kwh inkl. Rekombinatoren Achtung: Nur spezielle Solarbatterien verwenden keine Starterbatterien

9 Stromspeicher Blei Vergleich Gel - Flüssig Entladung Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O Ladung

10 Stromspeicher Lithium-Ionen Arten von Lithium-Ionen- Akkumulatoren: Lithium-Eisen-Phosphat Lithium-Titanat (Anode aus Lithiumtitanat) Lithium-Cobalt Lithium-Mangan (höhere Hochstromfestigkeit für Elektromotoren) Lithium-Polymer (Elektrolyt auf Polymerbasis anstatt flüssig) Lithium-Luft (Elektrode aus Kohlenstoff mit Sauerstoff für Reaktion, sehr hohe Energiedichte noch in Entwicklung) Lithium-Feststoff (Feststoff als Elektrolyt, sehr hohe Energiedichte, sicher noch in Entwicklung ) Schematischer Aufbau einer Lithium- Ionen-Zelle (Kathode, positive Elektrode: LiCoO 2 ; Anode, negative Elektrode: Li- Graphit)

11 Stromspeicher Lithium-Eisen-Phosphat getestete Zyklenlebensdauer bei 100% DOD und C1, Sony Fortelion Thermisches Durchgehen von Lithium Akkus Ausnahmen: Lithium-Eisen-Phosphat und Lithium Titanat Akkus Zur Förderung vom Land Salzburg sind aktuell nur Li-Eisen- Phospat und Li-Titanat-Akkus für netzparallele Anlagen zugelassen.

12 Stromspeicher Lithium-Eisen-Phosphat Eine Lithium-Ionen Zelle besteht aus Anode, Kathode, Elektrolyt und einem Separator. Alle diese Komponenten sind potentiell brennbar. Ihre Reaktivität ist dabei Abhängig vom Ladezustand der Zelle. Ein wesentlicher Unterschied im Brandverhalten wird durch das verwendete Anoden- und Kathodenmaterial hervorgerufen. Entscheidend brandfördernd ist die Sauerstoffaktivität, vor allem bei einer Überladung.

13 Lithium-Ionen auf der Ostpreußenhütte DAV Sektion Königsberg Berchtesgadener Alpen; 1630 m Öffnungszeiten: ca. 260 Tage Strombedarf: im Mittel 60 kwh/tag Speicherkapazität: 38,4 kwh Inbetriebnahme:

14 Lithium-Ionen auf der Ostpreußenhütte Aufbau des Batterieverbands Die Batterie ist frei skalierbar und kann im Gegensatz zu einer Bleibatterie später auch jederzeit erweitert oder bei Bedarf teilweise erneuert werden; Die zukünftigen Schränke sind stabile und geschlossene Schaltschränke mit Glastür

15 Stromspeicher Lithium-Ionen Anlagenüberwachung emplates/userplantlist.aspx

16 Lithium-Ionen auf der Ostpreußenhütte Erste Betriebserfahrungen Die Wirtsleute und der Hüttenwart sind glücklich; die Anlage läuft sehr gut. Bisher traten 2 Probleme auf: Ausfall der Anlage als Batterietemperatur auf unter 0 C absank Lösung: Die Herstellerfirmen Sony und SMA haben umgehend ein Softwareupdate ihrer Regelungen gemacht um zukünftig dieses Problem auszuschließen Bedienfehler beim Anschalten der Akku-Blöcke führt zu Entladung nur eines Blocks und verursachte einen Ausfall der Anlage Lösung: Die Herstellerfirmen Sony und SMA stimmen sich aktuell ab um auch dieses Problem über ein Softwareupdate zukünftig auszuschließen; Außerdem muss die Schulung der Betreiber vom Installateur verbessert werden

17 Stromspeicher Lithium-Ionen Erfahrungen auf anderen Schutzhütten Österreichischer Gebirgsverein Information bereitgestellt von Markus Gschwend Zwei einphasige Systeme einmal mit einem LiFePo-Akku Eigenbau und einmal mit einem Lithium Polymer Akku von Garamanta jeweils seit 2014 Beide Systeme laufen nur mit Schwierigkeiten, Details sind noch nicht zusammengestellt Dav-Sektion Essen, Klarahütte Einphasiges System LiFePo von Sony als netzgebundene Anlage gekauft; 2014; meines Wissens läuft Anlage nicht wie gewünscht Alpenvereinssektion Austria - Ybbstaler Hütte Einphasiges System mit Akkus der Firma Saft Information bereitgestellt von Heimo Modre

18 Heimo Modre SOLARE ENERGIE GmbH Photovoltaik + autarke Energiesysteme Burgfriedstrasse 9 A-3340 Waidhofen / Ybbs Tel: / Mobil: 0664 / Mail: heimo.modre@solare-energie.at UID Nr.: ATU

19 Hüttendaten - Öffnungszeiten: Mai - Ende Oktober - Göstlinger Alpen / Niederösterreich - Seehöhe: 1343 Meter - ca 50 Betten / Lager - ca.1000 Nächtigungen pro Saison Ybbstalerhütte Elektrische Geräte - Geschirrspüler, optimiert durch Warmwasserzulauf - Boiler erwärmt von Tischherd Küche - Bierkühlung, kleiner Kompressor mit ca. 120 Watt - Tiefkühltruhe A+++ - UV-Entkeimung - Beleuchtung wird auf LED umgestellt - Fluchtwegbeleuchtung - Brandmeldeanlage - diverse Kleinverbraucher, Mobiltelefon, Laptop PV Anlage / Speicher, Inbetriebnahme: Juli 2014 AC-gekoppeltes System - 4 kwp PV, kleine Module für alpinen Bereich / Kyocera Japan - Photovoltaikwechselrichter 3,0 kw und 1,3 kw - Inselwechselrichter: 4,6 kw Dauerleistung, 230 VAC, 1phasig - Speicher auf Basis Li-Ionen: 18,5 kwh, Nennspannung 48 Volt Nominal, bei DOD 80% 14,8 kwh Nutzinhalt - proprietäres Sytem mit einfacher Ladekennlinie Erfahrungen mit Li-Ionen Speicher - keine negativen Störfälle - keine Tiefentladungen - zunehmend attraktive Preisgestaltung für Li-Ion Systeme / kwh Anzupassen: - Anpassung der Ladeströme bei kühlen Temperaturen im Batterieraum < 10 Grad C - Angedacht: Abschaltung des Systems im Winter, wird aktuell mit dem Hersteller der Speicher abgeklärt

20 Vergleich Lithium-Ionen Akku LiFePo / Sony gegen Blei-Akku Höhere Energiedichte bei LiFePo ( Wh/kg) gegen Blei (ca. 30 Wh/kg) dadurch nur ca. 1/3 Platzbedarf und Gewicht Keine längeren Voll- und Ausgleichsladungen nötig wöchentliche Ladung bis 100% reicht zur Homogenisierung der Zellen Höherer Wirkungsgrad ca. 95% gegen ca. 80% bei Blei Keine Frostgefahr jedoch geringe bis keine Ladeleistung bei Zelltemperaturen unter 0 C Kein spezieller Batterieraum nötig, keine Umweltgefährdung, keine Ausgasung, keine Säure, einfacher Transport Sehr lange Lagerfähigkeit ohne Nachladung, keine Winter- Erhaltungsladung nötig

21 Vergleich Lithium-Ionen Akku LiFePo / Sony gegen Blei-Akku Lieber im entladenen Zustand Bleiakku will immer vollgeladen sein 3 bis 4-fache Zyklenlebensdauer und doppelte kalendarische Lebensdauer Hält hohe Entladeströme besser aus als Bleiakku, Schnellladefähig Geringer negativer Effekt durch höhere Betriebstemperaturen Bei Blei-Akku: Erhöhung Batterietemperatur um 10 halbiert die Lebensdauer bei 20 C 10 Jahre bei 30 C 5 Jahre

22 Vergleich Lithium-Ionen Akku LiFePo / Sony gegen Blei-Akku Kostenvergleich Batterietyp LiFePo Blei-Gel-Solar Kosten Juni , ,- Spezifische Kosten ca ,- /kwh 230,- /kwh Transportkosten Flug einfach vierfach Speicherkapazität 38,4 kwh 96 kwh Nutzbare Speicherkapazität 80% = 30,7 kwh 50% = 48 kwh Ladezyklen Lebensdauer 20 Jahre bei bis zu 1 Zyklus pro Tag 10 Jahre bei max 0,5 Zyklen pro Tag Kosten nach 20 Jahren , ,-

23 Stromspeicher Empfehlung und Ausblick Batterie Inselwechselrichter Systemtests bei SMA (oben) und Meisl (unten) mit den Chefentwicklern von Sony Nur für die jeweilige Anwendung getestete Speichersysteme einsetzen Abstimmung der Regelungen der Inselwechselrichter und der Batterien ist notwendig (Freigabe der Hersteller) Bei Auftreten von Problemen wird direkter Kontakt zu Herstellern zur schnellen Reaktion benötigt

24 Stromspeicher Empfehlung und Ausblick Lithium Ionen Batterien sind bereits heute eine interessante und wirtschaftliche Alternative für Bleibatterien vor allem bei: Stark belasteten Stromversorgungsanlagen mit einer hohen Zahl Ladezyklen Ganzjahreshütten mit hohem Strombedarf in redundanten Systemen Fehlender oder ungeeigneter Platz für Bleibatterien Anlagen mit geringem Bedarf an Speicherkapazität Zukünftig werden die Lithium Batterien noch attraktiver da: Preise sind am Sinken Angebot an getesteten und geeigneten Systemen steigt Erfahrung zeigt zukünftig welche Systeme geeignet sind Aktuell ist das System Lithium Ionen Batterie von Sony mit SMA- Wechselrichtern auch für dreiphasige Anlagen erprobt und freigegeben

25 Mit einem Prost auf die Hüttenbetreiber Herzlichen Dank MSc Hubert Deubler Alpenstr. 60, D Marktschellenberg Tel.: 0049 (0) , Fax.: