Kopplung von Erzeuger und Verbraucher über speicherbehaftete Gleichspannungskreise (DC-Speicher)

Hintergrund und Zielsetzung

Dezentralen Anlagen zur Erzeugung von Strom (z.B. aus Sonne und Wind) können einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Versorgung urbaner Siedlungsstrukturen liefern. Um Versorgungsengpässe bei der fluktuierenden Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energien zu vermeiden und, um die Belastungen des lokalen Verteilnetzes zu minimieren, sind in solchen Systemen lokale Energiespeicher- und Energiemanagementsysteme notwendig. Da aber Erzeuger, Verbraucher und das Verteilnetz heute in der Regel mit unterschiedlichen Spannungen arbeiten, muss in solchen Systemen mehrfach zwischen Gleich- und Wechselspannung gewandelt werden. Durch diese Wandlungsverluste können so bis zu 10 % der eingespeisten Energie verloren gehen.

Bei einer direkten Kopplung von Erzeugungsanlagen, Speicher und Verbrauchseinrichtungen über ein mit Gleichspannung betriebenes lokales Verteilnetz (DC-Netz) lassen sich die Anzahl der Wandlungsstufen und damit auch die damit einhergehenden Verluste deutlich reduzieren. Für eine Umsetzung werden dann aber effiziente DC/DC-Wandler benötigt, die aber derzeit im geforderten Leistungs- und Spannungsbereich nicht verfügbar sind.

Vorgehensweise

Im Vorhaben wurden DC/DC-Wandler mit Steuereinheit als zentraler Baustein für dezentrale DC-Netze entwickelt. Die Erprobung fand in einem realen Modellnetz statt, in dem Komponenten zur Erzeugung (Photovoltaik, Windrad), Speicherung (Redox-Flow-Batterie) und Verbraucher (Pumpen in einem Klärwerk) über ein lokales Gleichspannungsnetz gekoppelt wurden.

Ergebnisse

Die Ergebnisse zeigen, dass mit der im Vorhaben entwickelten Gleichspannungs-Technologie eine Effizienzsteigerung in lokalen Energiesystemen von bis zu 65 % möglich ist und belegen damit, dass die im Vorhaben entwickelte Technologie zur DC/DC-Wandlung besonders effiziente Energiesysteme aufgebaut werden können.

Das am NCT entwickelte Wandlersystem ist bei Herstellern von Photovoltaik-Anlagen und Energiespeichersystemen bereits auf großes Interesse gestoßen. Die Technologie wird derzeit gemeinsam mit Unternehmen aus diesem Bereich in mehreren Folgeprojekten zur Anwendung gebracht.

Ansprechpartner
Name Kontakt
Armin Dietz Armin Dietz
Prof. Dr.-Ing.
Sebastian Hörlin Sebastian Hörlin
M.Sc., Dipl.-Ing. (FH)
Publikationen

[1]

Hörlin S., Dietz A., Graß N., Gross R., Schultes B: Modulares Batteriespeichersystem zum dual use. NEIS-Konferenz Hamburg 2014.

[2]

Hörlin S., Dietz A., Graß N., Gross R., Schultes B., Rehmet S., Raum C.: Stationäre Speicher als Schnellladestation für Elektrofahrzeuge. Elektromobilitätsausstellung EMA Nürnberg 2014.

[3]

Hörlin S., Dietz A., Graß N., Rehmet S., Raum C.: High voltage Battery storage system for dual use. INTELEC-Konferenz Vancouver 2014.