Bild 1. Gesamtansicht eines Batterie-Energiespeichersystems in Containerbauweise

Bild 1. Gesamtansicht eines Batterie-Energiespeichersystems in Containerbauweise (Quelle: Phoenix Contact)

Den Klimawandel eindämmen und geopolitische Abhängigkeiten verringern – diese Themen gehören zu den wichtigsten unserer Zeit. Lösungsansätze bietet die Idee einer All Electric Society und darin der Sektorenkopplung: Es gilt, unsere Gesellschaft, Gebäude, Produktionsstätten, Mobilität und Infrastruktur energie- und informationstechnisch zu vernetzen. In der All Electric Society geschieht dies auf Basis erneuerbarer Energiequellen, die unendlich verfügbar sind und keine schädlichen Emissionen erzeugen.

Wind- und Sonnenenergie stehen nicht konstant zur Verfügung. Die moderne Gesellschaft hat jedoch stetigen Energiehunger, 24 Stunden am Tag. Die stabile Versorgung kann nur gelingen, wenn Überschussenergie in ausreichendem Maße zwischengespeichert wird, um sie bei Bedarf zeitversetzt wieder zur Verfügung zu stellen – zum Beispiel über Batterie-Energiespeichersysteme.

Aufbau und Funktionsweise

Den typischen Aufbau eines Batterie­-Energiespeichersystems zeigt Bild 1. Je nach Kapazität sind diese stationären Systeme in Gerätegehäusen, Schaltschränken oder sogar in Containern untergebracht. Der prinzipielle modulare Aufbau ist jedoch immer ähnlich.

Bei den auftretenden elektrischen Verbindungen unterscheidet man drei Typen: (i) die Leistungsverbindung, (ii) die Signalverbindung und (iii) die Datenverbindung, gleichbedeutend mit der Übertragung von Energieströmen, von analogen Signalen zur Überwachung und Steuerung sowie von digitalen Signalen.

Die kleinste Einheit eines Batterie-Energiespeichers stellt die Batteriezelle dar, das eigentliche Speicherelement. Viele dieser Zellen sind in einem Batteriemodul wie in Bild 2 zusammengefasst und elektrisch miteinander verschaltet (Leistung).

Eine elektronische Schaltung sorgt für einen ausgeglichenen Lade-/Entladezustand aller Zellen. Man spricht in diesem Zusammenhang von Zell-Balancing (Signale). Temperatursensoren überwachen das thermische Verhalten der Zellen (Signale).

Mehrere Batteriemodule werden zu einem Speicherschrank zusammengefasst und auf Leistungsebene verbunden (Bild 3). Alle Module tauschen Informationen (Daten) untereinander und mit der Kontrolleinheit des Speicherschranks, der sog. Power Control Unit (PCU) aus. Die PCU ist an oberster Position in dem Rack in Bild 3 zu sehen. Oft haben sowohl Batteriemodule als auch PCU neben Leistungs- und Datenanschlüssen auch Signalschnittstellen, um etwa externe Sensoren anzuschließen.

Modularer Aufbau des Energiespeichersystems

Im System sind mehrere Speicherschränke auf den drei genannten Ebenen Leistung, Signale und Daten miteinander verbunden. Die übergeordnete Steuerung auf höchster Ebene stellt das Systemmanagement dar, in Bild 1 durch den geöffneten Schaltschrank repräsentiert. Hier laufen erneut alle elektrischen Verbindungen seitens der Speicherschränke auf. Zusätzlich beinhaltet es die externen Schnittstellen des Energiespeichers. Die Energie wird mittels Leistungselektronik mit dem Netz ausgetauscht.

Signale von diversen Hilfsaggregaten laufen im Systemmanagement zusammen, so etwa für das Brandlöschsystem. Über entsprechende Datenverbindungen kommuniziert das Systemmanagement mit dem Netzbetreiber und mit Dienstleistern, die auf den Speicher zugreifen können.

Herz-Kreislaufsystem und Nervengerüst

Die elektrischen Verbindungen innerhalb des Energiespeichers lassen sich bildlich beschreiben als dessen Nerven- und Herz-Kreislaufsystem. Energieströme entsprechen dabei dem Blutkreislauf, über den die Lebensenergie transportiert wird, Signale unseren Sinnen – etwa für Temperaturen, Gase und optische Eindrücke. Die Datenleitungen dienen dem Informationsaustausch, ähnlich wie die Nerven.

Wenn etwas mit dem Blutkreis­­lauf- oder dem Nervensystem nicht stimmt, geht es dem Menschen nicht gut, er wird krank. Im Energiespeichersystem ist das ähnlich. Fehler in den elektrischen Verbindungen sorgen für Systemstörungen und Ausfälle und können bei entsprechender Konstellation sogar zur Zerstörung des gesamten Systems führen.

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