Batteriespeicher: Elektrische Speichersysteme im praktischen Einsatz. A. Heinzelmann. Zürcher Fachhochschule Dr. A. Heinzelmann

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1 Batteriespeicher: Elektrische Speichersysteme im praktischen Einsatz A. Heinzelmann

2 Übersicht Vorstellung der ZHAW / IEFE / Fachgruppe PV-Heim-Speicher-Anlage Forschungsaktivitäten Trends / Zusammenfassung

3 ZHAW - School of Engineering

4 ZHAW-IEFE Photovoltaics Grid Wind Energy Systems and Refrigeration Technology Renewable Energies IEFE Energy Efficiency Energy Storage and Grid Electric Storage Thermal Storage Thermal Pocess Fluid Engineering Model-based Processoptimization

5 Fachgruppe: Elektrische Speichersysteme und Leistungselektronik Photovoltaics Grid Electric Storage Wind Energy Systems and Refrigeration Technology Renewable Energies IEFE Energy Storage and Grid Energy Efficiency Electric Storage Thermal Storage Thermal Pocess Fluid Engineering Model-based Processoptimization

6 Fachgruppe: Elektrische Speichersysteme und Leistungselektronik Elektrische Speichersysteme und Leistungselektronik Zellen Systeme Anwendung Bauelemente

7 PV-Heim-Speicher Aufbau PV-Anlage Wechselrichter Energiemanagement Netzbezugs- und Einspeisezähler Verbraucher Quelle: SMA SMA SMART Home Die Systemlösung für mehr Unabhängigkeit Batteriespeicher Batterie- Management-System mit Wechselrichter und Laderegler 7

8 PV-Heim-Speicher Netzbezugsanteil am Beispiel 4 Personen-Haushalt mit 5 kwp - PV Anlage + Batteriespeicher PV-Eigenverbrauch Hintergrund, Anwendung, Optimierung Netzstrombezug/Verbrauch PV-Stromerzeugung/Netzeinspeisung PV-Stromerzeugung/Eigenverbrauch Batterieladung mit PV-Energie Batterieentladung

9 PV-Heim-Speicher Netzbezugsanteil am Beispiel 4 Personen-Haushalt mit 10 kwp - PV Anlage + Batteriespeicher ( Messung)

10 PV-Home-Speicher Verbrauchsdaten (1-sec-Messdaten)

11 PV-Home-Speicher-Anlage Leistungspfade PV-Module Verbraucher Stromnetz Wechselrichter mit Speicher Stromzähler

12 PV-Heim-Speicher System PV-Module Verbraucher PV-Speicher M Stromnetz

13 PV-Heim-Speicher «Hardware-in-the-Loop» PV-Simulator Elektronische Last Modifizierter PV-Speicher Batterieverhalten M Stromnetz

14 Wirkungsgradkennlinien PV - Batterie - Laden PV-Module Wechselrichter mit Speicher Gemessen nach dem Effizienzleitfaden für PV-Speichersysteme Electro Suisse Bulletin 3 / 2016: PV-Batteriespeicher im Test

15 Wirkungsgradkennlinien Verbraucher Batterie - Netz PV-Module Wechselrichter mit Speicher Gemessen nach dem Effizienzleitfaden für PV-Speichersysteme Electro Suisse Bulletin 3 / 2016: PV-Batteriespeicher im Test

16 Typische Verteilungs- und Wirkungsgradkurven Amount / % Amount / % Leistung meist < 1kW Batterypower / kw Verteilungskurve, der durch die Batterie kompensierten Leistung (oben) und die Verteilung der Last (unten, linear und logarithmisch) Load (kw) Tiefer Wirkungsgrad Wirkungsgrad des Pfades: Batterie-Netz in Abhängigkeit der Eingangsleistung im Vergleich zur Leistungsverteilung gemessen nach dem Effizienzleitfaden für PV-Speichersysteme Efficiency / % Amount / % Quelle: Munzke, N.; Schwarz, B.; Büchle, F.; Barry, J. Li-Ionen Heimspeichersysteme: Performance auf dem Prüfstand Power / kw 16

17 Typische Verteilungs- und Wirkungsgradkurven Batterypower / kw Load (kw) Amount / % Efficiency / % Power / kw 17

18 Verfügbare Kapazität Normierte verfügbare Kapazität in verschiedenen Ebenen eines Beispielsystems Verfügbare Kapazität (kwh) / Nenn-Kapazität (kwh) Entladeleistung (W) Kapazität Batterie DC (kwh) Kapazität Batterie-System DC (kwh) Kapazität Anlage AC (kwh)

19 Energetischer Wirkungsgrad (Round Trip Efficiency) PV-Module Verbraucher Wechselrichter mit Speicher Netz - Gesamtsystem DC-Kreis Batterie

20 Energetischer Wirkungsgrad (Round Trip Efficiency) Energetischer Wirkungsgrad in verschiedenen Betriebspunkten eines Beispielsystems PV-Konfiguration Netz- Verbraucher Batterie DC-Kreis Gesamtsystem 250 V 450 W 97% 50% 48% 500 V 450 W 97% 69% 66% 250 V 1350 W 96% 85% 82% 500 V 1350 W 94% 78% 74% Speichertechnologie Gesamtwirkungsgrad Pumpspeicherkraftwerk 65 80% Schwungrad 80 90% Druckluftspeicher 65 75%

21 Energetischer Wirkungsgrad & Topologien von PV-Speichersystemen Quelle: BVES: Effizienzleitfaden für PV-Speichersysteme,

22 Ruhestromverbrauch Leistungsaufnahme im Leerlauf, im Standby oder im ausgeschaltetem Zustand Gerät PV-Heim-Speicher-Anlage Energy Manager zur PV-Heim-Speicher-Anlage Leistung 10 W 60 W 5 W 10 W Vergleichsgeräte Fernseher (Standby) Kühlschrank (mittlerer Verbrauch in Betrieb) Gesamtwirkungsgrad W W

23 Forschungsaktivitäten: Verbaucher- Erkennung und -vorhersage Verbraucher-Erkennung und -vorhersage der Leistung mit einer zentralen Strommessung

24 Forschungsaktivitäten: «Model-in-the-Loop» Wechselrichter mit Speicher Charakterisierung durch Messung Die Model-in-the-Loop-Simulation eröffnet eine Vielzahl von neuen Möglichkeiten. Verschiedene Szenarien können in kurzer Zeit untersucht werden. Für spezielle Verbrauchsdaten kann eine optimale Konfiguration berechnet werden. Die Auswirkungen von Veränderungen im Verbraucherverhalten lassen sich durch die Simulation vorhersagen. Modellbildung mit den Messdaten

25 Forschungsaktivitäten: «Model-in-the-Loop» Methode / Idee Batterieenergie nur für hohe Leistungen einsetzen Hierzu ist es notwendig zu wissen, wann grosse Verbraucher aktiviert werden

26 Trends / Zusammenfassung Speicherkapazität nimmt derzeit pro Jahr um ca. 5 % bei gleichen Kosten zu. Intelligente vernetzte Lösungen werden die Zukunft bestimmen. Portable Generatoren gewinnen zunehmend an Bedeutung. Wirkungsgradangaben des Herstellers sind nur punktuelle Angaben Der Einsatz der Batterie-Speichersysteme hängt stark vom Ruhestromverbrauch ab. Der Effizienzleitfaden für PV-Speichersysteme ist ein erster Schritt um Vergleichsmöglichkeiten zu schaffen

27 Fragen Haben Sie Fragen?

28 Kontakt ZHAW IEFE Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering Prof. Dr. A. Heinzelmann Technikumstrasse Winterthur Tel:

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