Speicher – Qualität Speicher - Einbindung · 2018. 4. 18. · ÖVE EN 1 ÖVE/ÖNORM EN 50272...
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Info Day Vorarlberg 2016
Speicher – QualitätSpeicher - Einbindung
Thomas BeckerATB-Becker Photovoltaik GmbH
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Disclaimer
Info Day Vorarlberg 2016 223.11.2016
Qualität bei Speichern
Info Day Vorarlberg 2016 323.11.2016
Qualität bei Speichern?
Info Day Vorarlberg 2016 4
Die Bauform?Die Zell-Chemie?Zyklen und DOD?BMSRichtlinien
23.11.2016
Speicher-Bauformen
Info Day Vorarlberg 2016 5
Jede Bauform hat Vor- und Nachteile
QualitätsmerkmaleKeramischer Separator
stabiler bei hohen Temperaturen Besserer Schutz bei Dendritenwachstum
(Ablagerung von metallischem Lithium)LiPo Pouch-Zelle LiTitanat Pouch-Zelle
LiMangan RundzelleLiFePO HardCase
23.11.2016
Speicher-Zellchemie
Info Day Vorarlberg 2016 6
Lithium Polymer Akku Elektrolyt auf Polymer-Basis (feste,
gelartige Folie), Keram. Separatoren Graphit und LiCoO2 als Elektroden
Lithium Titanat Akku Li4Ti5O12 –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 LiFePO4 als Kathode lange Lebensdauer, schwer Sicher
23.11.2016
Speicher-Zellchemie
Info Day Vorarlberg 2016 7
Fazit
Keine pauschale Aussage zur Qualität der Elektrodenmaterialien möglichAdditive, Bauform bzw. Elektrolyt spielen eine wesentliche Rolle
23.11.2016
Speicher-Mythos Zyklen
Info Day Vorarlberg 2016 8
Zyklenangaben bis >20.000Im Gegensatz zu Blei-Speichern keine
unteren Spannungsgrenzen festgelegt à Angaben zur DOD von 80-100% à Spiel mit ZyklenZyklenzahl für
Heimspeicheranwendungen?250 Zyklen pro Jahr à 40 Jahre für
10.000 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
23.11.2016
Zyklenvergleich
Info Day Vorarlberg 2016 9
Tesla Batterie (KFZ) schlechter als versprochen?Nein! à 200.000km bei 500km Reichweite pro Batterie-füllung = 400 Zyklen à exakt den automotivenAnforderungen entsprechend!Dennoch ein Trend erkennbar à wo bleiben die 10.000 Zyklen?
23.11.2016
Speicher-Batteriemanagementsystem (BMS)
Info Day Vorarlberg 2016 10
Überwachung jeder ZelleTemperaturüberwachung an relevanten
KomponentenLade- und EntladeüberwachungSchnelle Messzyklen (BMS)
Langsam: Sekundentakt Schnell: µs-Taktà Schnelle Reaktion auf Ereignisse im Speicherà Schnelle Regelung bei Lastwechseln
23.11.2016
Zusammenfassung
23.11.2016 Info Day Vorarlberg 2016 11
Eierlegende Wollmilchsau gibt’s leider auch bei den Speichern nichtLeicht, günstig, robust mit hoher
Speicherdichte lässt sich mitunter schwer vereinenDie Bewertung der Qualität ist
aktuell extrem schwierig, da normative Grundlagen für den Vergleich fehlen.
Quelle: CC, Georg Mittenecker
Integration von netzgekoppelten Speichern
Info Day Vorarlberg 2016 1223.11.2016
Info Day Vorarlberg 2016 13
Speicher-Einbau, kein Problem oder…?
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23.11.2016
Inhalt
Info Day Vorarlberg 2016 14
Normen
Speicher
Vorgaben für Li-Speicher
Anforderungen
Ausblick auf die OVE R20
Zusammenfassung
23.11.2016
Normen & Richtlinien
Info Day Vorarlberg 2016 15
ÖVE/ÖNORM 8001 Reihe ÖVE EN 1 ÖVE/ÖNORM EN 50272 ÖVE R20 ÖVE/ÖNORM EN 61427-2 ÖVE/ÖNORM EN 50110-1 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.
23.11.2016
Blei-Speicher
Info Day Vorarlberg 2016 16
Speicher 1.0Nach wie vor Stand der TechnikGenaue Regulierung u.a. durch ÖVE/
ÖNORM EN 50272-2 Aufstellung und Batterieraum Lüftung und deren Dimensionierung Umgang mit gefährlichen Elektrolyten Hinweis auf EX-Bestimmungen Etc.
23.11.2016
Lithium-Speicher
Info Day Vorarlberg 2016 17
Speicher 2.0 Verschiedenste Bauformen
Schränke oder Wandgehäuse Vergleichbarkeit
Schwierig, keine Definition der Test-Parameter wie bei Modulen (IEC 61215 bzw. 61730)
Hersteller-Normen bzw. Dokumente Sicherheitsleitfaden Lithium-Ionen-Heimspeicher
Version 1.0 Entwurf DIN EN 62619:2014 UN38.3 ÖVE/ÖNORM EN 50272-1:2011 Entwurf DIN EN 61427:2014 Teil 2 EN 62109-1:2011 EN 61000-6-1:2007 EN 61000-6-3:2011 EN 62133 Etc.
23.11.2016
Anforderungen
Info Day Vorarlberg 2016 18
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?
23.11.2016
Die Richtlinie OVE R20
Info Day Vorarlberg 2016 1923.11.2016
Inhalte der R20
Info Day Vorarlberg 2016 20
1. Anwendungsbereich2. Normative Verweisungen3. Begriffe4. Transport5. Elektrisches Energiespeichersystem6. Dokumentation7. Betrieb8. Deinstallation und Entsorgung9. Anhang A – Funktionalitäten für Inselbetrieb10. Anhang B – Systembilder - Beispiele
23.11.2016
Begriffe - Beispiele
Info Day Vorarlberg 2016 21
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
23.11.2016
Transport
Info Day Vorarlberg 2016 22
Wird in R20 nicht gesondert behandelt, da es hierzu ausführliche Regelwerke gibt Gefahrgutbeförderungsgesetz (www.ris.bka.gv.at) ADR-Richtlinie (https://www.wko.at/Content.Node/branchen/oe/TransportVerkehr/ADR-2015.pdf)
Li-Speicher sind in der Regel Gefahrgut à Beförderungspapier ist mitzuführenFreimengen für Transport durch Installateure im Zuge der Montage
(ohne Gefahrgutführerschein) ca. 300kg mit entsprechenden Transportpapieren
23.11.2016
Transport
Info Day Vorarlberg 2016 23
UN Nummer Benennung und Beschreibung Klasse
3090 LITHIUM-METALL-BATTERIEN (einschließlich Batterien aus Lithiumlegierungen) 9
3091 LITHIUM-METALL-BATTERIEN IN AUSRÜSTUNGEN oder LITHIUM-METALL-BATTERIEN MIT AUSRÜSTUNGEN VERPACKT (einschließlich Batterien aus Lithiumlegierung) 9
3480 LITHIUM-IONEN-BATTERIEN (einschließlich Lithium-Ionen-Polymer-Batterien) 9
3481 LITHIUM-IONEN-BATTERIEN IN AUSRÜSTUNGEN oder LITHIUM-IONEN-BATTERIEN MIT AUSRÜSTUNGEN VERPACKT (einschließlich Lithium-Ionen-Polymer-Batterien) 9
UN 348023.11.2016
Elektrisches Energiespeichersystem
Info Day Vorarlberg 2016 24
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)
23.11.2016
Elektrische Installation
Info Day Vorarlberg 2016 25
Es gelten die Anforderungen der ÖVE/ÖNORM E 8001 Reihe bzw. ÖVE-EN 1 Reihe à Die elektrische Sicherheit muss in jedem Betriebszustand gewährleistet seinSymmetrie 3-phasige Systeme müssen die notwendige Schieflastfähigkeit haben 1-phasige Systeme: es gelten die Grenzwerte der TOR D4 (aktuell,
3,68kVA)
23.11.2016
Schutz gegen elektrischen Schlag
Info Day Vorarlberg 2016 26
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?
23.11.2016
Inselbetrieb im IT-Netz
Info Day Vorarlberg 2016 27
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)
23.11.2016
Inselbetrieb im TN-Netz
Info Day Vorarlberg 2016 28
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
23.11.2016
Photovoltaik 1.0
Info Day Vorarlberg 2016 29
Netz (TN) EVU-Zähler
PV
Last
FI-Schutz 30mA +
Sicherung
Schutzmaßn.+
Entkupplung
WR
23.11.2016
Photovoltaik 2.0
Info Day Vorarlberg 2016 30
Schematische Darstellung:TN à TN
Netz (TN) EVU-Zähler
Speicher PV
Last
FI-Schutz 30mA +
Sicherung
Schutzmaßn.+
Entkupplung
WR WR
23.11.2016
Netz (TN) EVU-Zähler
Speicher PV
Last
FI-Schutz 30mA +
Sicherung
Schutzmaßn.+
Entkupplung
3-poligeTrennung
Entkupplungsstelle mit Schutzeinrichtungen
FI-Schutz 100mAEnFluRi
WR WR
Photovoltaik 2.0 – Speicher mit Notstromfunktionalität
Info Day Vorarlberg 2016 31
Schutzisoliert
Schematische Darstellung:TN à TN
23.11.2016
3-polige oder allpolige Trennung?
Info Day Vorarlberg 2016 32
Abhängig von der Netzform des speisenden Netzes TN-Netz: gemäß ÖVE EN 1, Teil 4 §53 darf
eine 3-polige Netztrennung ausgeführt werden
TT-Netz: es muss eine allpolige (4-polige) Trennung durchgeführt werden
Abstimmung mit Netzbetreiber u.U. erforderlich (Netz-Zugangsbestimmungen)
Problem bei allpoliger Trennung Keine Verbindung mehr zwischen N und dem
Betriebserder in der Trafostation à N-Leiter hat keinen Erdbezug mehr
Vorzähler-Sicherung
EVU-Zähler
PAS
EnFluRi Netz-Trennung
1
PEN-Bügel
L1
L2
L3
PEN
bypass
Zur elektrischen Anlage mit z.b. PV + ESS
L1
L2
L3
NPe
L1
L2
L3
Vorzähler-Sicherung
EVU-Zähler
PAS
EnFluRi Netz-Trennung
1
RCDIN ≥ 0,1A
bypass
Zur elektrischen Anlage mit z.b. PV + ESS
L1
L2
L3
N
L1
L2
L3
NPe
L1
L2
L3
N
23.11.2016
3-polige oder allpolige Trennung?
Info Day Vorarlberg 2016 33
Notstrom-Funktion
3-polige Netztrennung
erlaubt?
TN à TN
JA NEIN
All-polige Netztrennung
erlaubt?
TT à IT
Ja
Keine Lösung
NEIN
EVU-Vorgaben
Externer Entkupplungsschutz
Entkupplungsschutz + optionaler
Quellenumschalter
JA
Steuerung der Netztrennung über
ESS
NEIN
Netztrennung – Wechsel der Netzform Ausführung der Netztrennung
23.11.2016
Netz (TN) EVU-Zähler
Speicher PV
Last
FI-Schutz 30mA +
Sicherung3-polige
Trennung
Entkupplungsstelle mit Schutzeinrichtungen
FI-Schutz 100mAEnFluRi
Notstrom
Entkupplungsstelle mit Schutzeinrichtungen
WR WR
Problem – Notstromversorgung im öffentliche Netz
Info Day Vorarlberg 2016 34
Notstrom-Netz durch EVU (52Hz)
Stromausfall nach dem Verbrauchen des Batterie-
Inhaltes
23.11.2016
Problem – Notstromversorgung im öffentliche Netz
Info Day Vorarlberg 2016 35
Notstrom-Netz durch EVU (52Hz)
Netz (TN) EVU-Zähler
Speicher PV
Last
FI-Schutz 30mA +
Sicherung3-polige
Trennung
Entkupplungsstelle mit Schutzeinrichtungen
FI-Schutz 100mAEnFluRi
Notstrom
Entkupplungsstelle mit Schutzeinrichtungen
QuellenumschalterNetz - Insel
WR WR
23.11.2016
Problem – Notstromversorgung im öffentliche Netz
Info Day Vorarlberg 2016 36
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
23.11.2016
Speicher ohne Notstromfunktionalität (DC-Kopplung)
Info Day Vorarlberg 2016 37
Ist der Wechselrichter TOR D4 konform, so sind keine weiteren Maßnahmen erforderlich
Netz (TN) EVU-Zähler Last
FI-Schutz 30mA +
Sicherung
Schutzmaßn.+
Entkupplung
EnFluRi
Speicher PV
WR
23.11.2016
Zusammenfassung
Info Day Vorarlberg 2016 38
PV + Speicher à die Technik wird deutlich komplexerDie Gewährleistung der elektrischen Sicherheit ist die höchste
AnforderungSpeicher zur reinen Eigenverbrauchsoptimierung sind relativ einfach
anzuwendenSpeicher mit „Notstromfunktionalität“ erfordern tiefgehendes
Fachwissen im Bereich Elektro-TechnikEine genaue Aufnahme des elektrischen Systems am Standort ist
unbedingt notwendigZusätzliche Vorgaben durch Netzbetreiber sind möglich
23.11.2016
Info Day Vorarlberg 2016 39
Speicher – ein weiterer Baustein für unsere Energiezukunft
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
© ATB-Becker Photovoltaik GmbH
23.11.2016