Dieser Artikel befasst sich mit den Hauptkomponenten eines Batterie-Energiespeichersystems (BESS), einschließlich Batteriemanagementsystem (BMS), Stromumwandlungssystem (PCS), Controller, SCADA und Energiemanagementsystem (EMS). Jeder Abschnitt erläutert die Rollen und Funktionen dieser Komponenten und betont ihre Bedeutung für die Gewährleistung der Sicherheit, Effizienz und Zuverlässigkeit des BESS. Sie erhalten ein umfassendes Verständnis dafür, wie diese Systeme zusammenarbeiten, um die Energiespeicherung und -nutzung zu optimieren.
Durch die Lektüre dieses Artikels profitieren auch andere von einem detaillierten Überblick über die kritischen Elemente, aus denen ein Batterie-Energiespeichersystem besteht. Die bereitgestellten Informationen, insbesondere zu den Komponenten des Batterie-Energiespeichersystems, helfen Einzelpersonen und Organisationen dabei, fundierte Entscheidungen über die Implementierung und Verwaltung von BESS-Lösungen zu treffen. Dieses Wissen ist unerlässlich, um die Energieeffizienz zu steigern, erneuerbare Energiequellen zu integrieren und die Langlebigkeit und Sicherheit von Energiespeichersystemen zu gewährleisten.
Batteriemanagementsystem (BMS)
Das Batteriemanagementsystem (BMS) ist ein wichtiger Bestandteil jedes Batteriespeichersystems (BESS). Es gewährleistet optimale Leistung, Sicherheit und lange Lebensdauer des Akkus. Die kritischen Funktionen des BMS bestehen aus Überwachung, Sicherheit und Kontrolle.
Das BMS überwacht kontinuierlich verschiedene Parameter der Batteriezellen, wie Spannung, Strom, Temperatur und Ladezustand (SOC). Eine genaue Überwachung ist unerlässlich, um das Gleichgewicht, die Gesundheit und das Wohlbefinden der Zellen aufrechtzuerhalten und Probleme wie Überladung oder Tiefentladung zu vermeiden, die zu Zellschäden oder einer verkürzten Lebenserwartung führen können.
Sicherheit ist eine weitere wichtige Aufgabe des BMS. Es implementiert Sicherheitsverfahren zum Schutz vor thermischem Durchgehen, Kurzschlüssen und verschiedenen anderen gefährlichen Problemen. Dies wird durch Algorithmen und Hardware erreicht, die die Batterie vom System trennen, wenn gefährliche Probleme erkannt werden, und so die Batterie und die angeschlossene Ausrüstung schützen.
Die Steuerfunktion des BMS kümmert sich um die Lade- und Entladevorgänge und stellt sicher, dass diese innerhalb sicherer und effizienter Grenzen erfolgen. Dazu gehört das Ausbalancieren der Zellen, um gleichmäßige Lade- und Entladezyklen sicherzustellen, was für die Erhaltung der Gesamtleistung und Kapazität des Akkupacks von entscheidender Bedeutung ist.
Darüber hinaus interagiert das BMS mit anderen Systemkomponenten wie dem Power Conversion System (PCS) und dem Energy Management System (EMS), um die Effizienz des gesamten Batteriespeichersystems zu optimieren. Diese integrierte Strategie ermöglicht Echtzeitanpassungen basierend auf dem aktuellen Stand und Bedarf und verbessert so die Sicherheit und Effizienz des Systems.
Power Conversion System (PCS) oder Hybrid-Wechselrichter
Das Power Conversion System (PCS), meist als Hybrid-Wechselrichter bezeichnet, ist ein wichtiges Element in einem Batteriespeichersystem (BESS). Das PCS ist für die Umwandlung des Gleichstroms (DC) der Batterie in Wechselstrom (AC) verantwortlich, den das Stromnetz oder die Stromsysteme der Nachbarschaft nutzen können. Diese Umwandlung ist notwendig, um die gespeicherte Energie in die vorhandenen Stromanlagen zu integrieren.
Ein reguläres PCS umfasst zahlreiche lebenswichtige Leistungen:
| Kennzahlen | Zusammenfassung |
|---|---|
| Umbau von Gleichstrom auf Klimaanlage | Wandelt den Gleichstromausgang der Batterie in Wechselstrom um und macht ihn so für das Stromnetz und Klimaanlagen geeignet. |
| Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom | Ermöglicht dem System, die Batterie über eine Klimaanlagenquelle aufzuladen, indem die Klimaanlage auf Gleichstrom umgeschaltet wird. |
| Gitterinteraktion | Ermöglicht eine reibungslose Integration und Synchronisierung mit dem Netz, berücksichtigt Leistungsänderungen im Netz und sorgt für die Stabilität. |
| Vorgehensweise zum Einrichten einer Insel | Bietet Strom während Netzausfällen durch unabhängigen Betrieb vom Netz. |
Die Effizienz eines PCS ist ein wesentlicher Aspekt der Gesamteffizienz eines BESS. Moderne Systeme erreichen üblicherweise eine Umwandlungseffizienz von etwa 95–98 %, was die Energieverluste während des Umwandlungsprozesses verringert. Diese hohe Effizienz ist entscheidend für die Optimierung der finanziellen Vorteile von Energiespeicherlösungen.
Moderne Hybrid-Wechselrichter sind außerdem mit innovativen Steuerungsfunktionen ausgestattet. Zu diesen Funktionen gehören:
| Intelligentes Steuerungsattribut | Vorteil |
|---|---|
| Top-Schneiden | Minimiert die Spitzenlastgebühren durch die Entladung gespeicherter Energie während Zeiten mit hohem Bedarf. |
| Tonnen verschieben | Verschiebt den Stromverbrauch auf Zeiten mit geringerer Auslastung, um die niedrigeren Strompreise optimal zu nutzen. |
| Regelmäßigkeitsrichtlinie | Hilft, die Netzsicherheit zu wahren, indem Angebot und Nachfrage in Echtzeit stabilisiert werden. |
| Spannungsunterstützung | Bietet reaktionsschnelle Leistung, um die Spannungsgrade im gewünschten Bereich zu halten. |
Der Computer spielt ebenfalls eine wichtige Rolle in Bezug auf Sicherheit und Integrität. Er umfasst zahlreiche Schutzvorrichtungen wie Überspannungs-, Überstrom- und Kurzschlussschutz, um das BESS und die angeschlossenen elektrischen Systeme zu schützen. Darüber hinaus sind moderne PCS-Geräte für den Betrieb unter verschiedenen Umweltbedingungen ausgelegt und gewährleisten eine robuste Leistung in unterschiedlichen Konfigurationen.
AC-Kopplung bezieht sich auf Photovoltaiksysteme, bei denen das BESS extern an die AC-Seite des Photovoltaik-Wechselrichters angeschlossen ist. Das BESS verfügt über einen eigenen Wechselrichter, der an die Batterie angeschlossen ist.
Unter DC-Kopplung versteht man den Anschluss der Batterie an denselben Gleichstrombus, an dem sich auch die Photovoltaikanlage befindet – unter Verwendung eines von der Photovoltaikanlage und dem BESS gemeinsam genutzten Hybridwechselrichters.
Controller
Der Controller ist ein integraler Bestandteil des Batterie-Energiespeichersystems (BESS) und das Herzstück, das den Betrieb des gesamten Systems steuert. Er überwacht, steuert, schützt, kommuniziert und plant die Schlüsselkomponenten des BESS (Subsysteme genannt). Neben der Kommunikation mit den Komponenten des Energiespeichersystems selbst kann er auch mit externen Geräten wie Messgeräten und Transformatoren kommunizieren, um sicherzustellen, dass das BESS optimal funktioniert. Der Controller verfügt über mehrere Schutzebenen, darunter Überlastschutz beim Laden und Rückleistungsschutz beim Entladen. Der Controller kann zur Datenerfassung und Energieverwaltung in SCADA und EMS von Drittanbietern integriert werden.
SCADA
Das SCADA-System (Supervisory Control and Data Acquisition) ist für ein Batteriespeichersystem (BESS) von entscheidender Bedeutung. SCADA-Systeme bieten umfassende Überwachungs- und Steuerungsmöglichkeiten und gewährleisten den effizienten und risikofreien Betrieb des gesamten Energiespeichersystems.
Im Kern integriert SCADA zahlreiche Subsysteme innerhalb des BESS, darunter das Batteriemanagementsystem (BMS), das Stromumwandlungssystem (PCS) und verschiedene andere Hilfssysteme. Diese Integration ermöglicht den Echtzeit-Informationserwerb, der für die Überwachung des Gesundheitszustands und der Leistung der Batteriezellen, die Verfolgung des Energieflusses und die Verwaltung des Lade- und Entladezustands unerlässlich ist.
Eines der entscheidenden Merkmale von SCADA in einem BESS ist, dass es eine zentrale Schnittstelle für Fahrer bietet, um Systembedingungen und Leistungsmetriken zu überprüfen. Dazu gehören Parameter wie Spannung, Strom, Temperaturniveau und Ladezustand. Durch die kontinuierliche Erfassung und Auswertung dieser Daten können SCADA-Systeme Anomalien erkennen und Alarmsysteme auslösen, sodass rechtzeitige Korrekturmaßnahmen möglich sind, um potenzielle Ausfälle oder Ineffizienzen zu vermeiden.
Darüber hinaus ermöglichen SCADA-Systeme die Fernsteuerung, sodass Fahrer Befehle ausführen und Einstellungen von einem zentralen Bereich aus anpassen können. Dies ist nützlich für große Energiespeicheranlagen, bei denen ein manuelles Eingreifen praktischer sein könnte. Über SCADA können Fahrer Lade- oder Entladezyklen starten, Lasten ausgleichen und den Energieverbrauch basierend auf Echtzeitbedarf und Versorgungsproblemen maximieren.
Ein weiterer wichtiger Aspekt von SCADA in BESS ist seine Aufgabe bei der Datenaufzeichnung und historischen Auswertung. Durch die zeitnahe und detaillierte Dokumentation der Systemleistung ermöglichen SCADA-Systeme eine Musterauswertung und vorausschauende Wartung. Diese historischen Daten können für die Erkennung von Mustern, die Optimierung funktionaler Strategien und die Verlängerung der Lebensdauer der Batterieteile von entscheidender Bedeutung sein.
Neben den betrieblichen Vorteilen verbessern SCADA-Systeme auch die Sicherheit und Zuverlässigkeit von BESS. Sie sind mit fortschrittlichen Diagnosetools und Fehlererkennungsformeln ausgestattet, um mögliche Probleme zu erkennen, bevor sie zu schwerwiegenden Ausfällen führen. Diese aggressive Technik für Wartung und Fehlerbehebung trägt dazu bei, Ausfallzeiten zu minimieren und die kontinuierliche Erreichbarkeit des Energiespeichersystems sicherzustellen.
Insgesamt ist die Integration von SCADA in ein Batteriespeichersystem unerlässlich, um optimale Leistung, Zuverlässigkeit und Sicherheit zu erreichen. Durch Echtzeitüberwachung, Fernsteuerung, Datenprotokollierung und erweiterte Diagnose spielen SCADA-Systeme eine entscheidende Rolle bei der effektiven Verwaltung moderner Energiespeicherlösungen.
EMS
Das Power Monitoring System (EMS) ist für ein Batteriespeichersystem (BESS) von entscheidender Bedeutung. Es fungiert als Gehirn des gesamten Systems und koordiniert den Betrieb zahlreicher Teile, um optimale Leistung, Effizienz und Zuverlässigkeit sicherzustellen. Das EMS ist für die Überwachung, Steuerung und Maximierung des Energieflusses innerhalb des Speichersystems und zwischen dem System und dem Netz oder anderen Stromquellen verantwortlich.
Eine der Hauptfunktionen des EMS besteht darin, die Lade- und Entladezyklen des Batteriesystems zu handhaben. Dazu gehört die Bestimmung der effektivsten Zeiten zum Einsparen von Energie und der Zeitpunkte ihrer Freigabe auf der Grundlage von Faktoren wie Strompreisen, Bedarfsprognosen und Netzbedingungen. Auf diese Weise trägt das EMS dazu bei, die wirtschaftlichen Vorteile des BESS optimal auszuschöpfen und gleichzeitig die Haltbarkeit der Batteriezellen sicherzustellen.
Eine weitere wichtige Funktion des EMS besteht darin, das Gleichgewicht zwischen Energieangebot und -nachfrage aufrechtzuerhalten. Dies ist insbesondere bei Anwendungen wie der Netzstabilisierung wichtig, bei denen das EMS Dienste wie Frequenzregulierung, Spannungsunterstützung und optimales Ausgleichen bereitstellen kann. Indem das EMS auf Echtzeitinformationen und Signale aus dem Netz reagiert, kann es zur Aufrechterhaltung der Netzstabilität und -zuverlässigkeit beitragen.
Das EMS spielt außerdem eine wichtige Rolle bei der Integration umweltfreundlicher Energiequellen wie Solar- und Windenergie in das BESS. Durch die Steuerung der Unregelmäßigkeiten und Unterbrechungen bei der Erzeugung nachhaltiger Energie stellt das EMS sicher, dass das Energiespeichersystem überschüssige Energie bei hoher Produktion ordnungsgemäß speichern und bei niedriger Produktion freigeben kann, wodurch die Gesamteffizienz und Zuverlässigkeit des Systems für erneuerbare Ressourcen gesteigert wird.
Darüber hinaus ist das EMS mit innovativen Algorithmen und prädiktiven Analysen ausgestattet, um die Leistung des BESS zu optimieren. Diese Formeln können historische Daten, Wetterberichte und andere relevante Informationen analysieren, um fundierte Entscheidungen bezüglich des Energiemanagements zu treffen. Diese Vorhersagefähigkeit ermöglicht es dem EMS, sich auf Änderungen bei Strombedarf und -angebot vorzubereiten und darauf zu reagieren, was die Effektivität und Zuverlässigkeit des Systems zusätzlich verbessert.
Um einen umfassenden Überblick über die EMS-Funktionen zu bieten, fasst die folgende Tabelle die wichtigsten Rollen und Aufgaben zusammen:
| Merkmal | Zusammenfassung |
|---|---|
| Lade-/Entladeverwaltung | Optimiert Zeitpunkt und Geschwindigkeit des Ladens und Entladens der Batterie, um den wirtschaftlichen Nutzen und die Batterielebensdauer zu optimieren. |
| Netzstabilisierung | Es bietet Frequenzregelung, Spannungsunterstützung und optimale Regelung zur Wahrung der Netzsicherheit. |
| Nachhaltige Integration | Berücksichtigt die Variabilität umweltfreundlicher Energiequellen, um eine effiziente Speicherung und Freigabe von Energie zu gewährleisten. |
| Analytik vorausschauen | Erstellt innovative Formeln zur Auswertung von Informationen und zum Treffen fundierter Entscheidungen bezüglich des Energiemanagements. |
Schließlich ist das EMS eine wesentliche Komponente eines Batterie-Energiespeichersystems, die für die Effektivität, Zuverlässigkeit und finanzielle Rentabilität des Systems von entscheidender Bedeutung ist. Durch die erfolgreiche Handhabung von Energiekreisläufen, die Integration umweltfreundlicher Quellen und die Nutzung prädiktiver Analysen trägt das EMS dazu bei, die Effizienz des gesamten Energiespeichersystems zu maximieren.
Heizungs- und Lüftungssystem
HVAC ist ein integraler Bestandteil eines Batteriespeichersystems. Es reguliert die interne Umgebung, indem es Luft zwischen dem Inneren und Äußeren des Gehäuses bewegt. Die Aufrechterhaltung optimaler Betriebstemperaturen und einer guten Luftverteilung in Lithiumbatteriesystemen trägt dazu bei, die Lebensdauer des Batteriesystems zu verlängern. Ohne ordnungsgemäßes Wärmemanagement können Batteriezellen überhitzen, was zu Leistungseinbußen, Ausfällen und sogar zu thermischem Durchgehen führen kann. Mit dem richtigen HVAC-Systemtyp erzielen Sie eine bessere BESS-Leistung und eine längere Batterielebensdauer.
Fire Suppression
Das Feuerlöschsystem im BESS ist eine zusätzliche Schutzschicht, die sicherstellt, dass die Batterie innerhalb sicherer Parameter, einschließlich der Temperatur, betrieben wird. Wenn hohe Temperaturen außerhalb der eingestellten Parameter erreicht werden, schaltet das BMS das System automatisch ab; im Falle eines thermischen Durchgehens kann das BMS nicht als einzige Schutzschicht fungieren. Hier kommt das Feuerlöschsystem ins Spiel, das im Falle eines thermischen Durchgehens aktiviert wird; das Feuerlöschsystem kann durch Gas-, Rauch- oder Wärmeerkennung aktiviert werden, je nachdem, welches Feuerlöschsystem im BESS verwendet wird. Nach der Aktivierung gibt das Feuerlöschsystem das Löschmittel frei, das als Kühlmittel wirkt und Wärme absorbiert. Zu den von uns verwendeten Feuerlöschsystemen gehören:
1 Gedanke zu „Die wichtigsten Komponenten des Batterie-Energiespeichersystems erklärt“
Hallo, ich wollte Sie nur kurz darauf hinweisen, dass einige der Bilder nicht richtig geladen werden. Ich bin mir nicht sicher, warum, aber ich glaube, es liegt an einem Verknüpfungsproblem. Ich habe es in zwei verschiedenen Webbrowsern versucht und beide zeigen das gleiche Ergebnis.