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Alles rund um Speicher für Installateure - Fachbeitrag/Sonderdruck mit IBC SOLAR und ep Elektropraktiker

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Dank staatlicher Förderprogramme und Preissenkungen werden Energiespeichersysteme zunehmend integraler Bestandteil vieler PV-Systeme und intelligenter Energiemanagementsysteme in Haushalten und Unternehmen. Leider werden Grundlagen der Planung, Installation und Wartung von Speichersystemen zu wenig beachtet. In diesem Beitrag sollen Betreibern und Installateuren Fakten und Empfehlungen vermittelt werden, die auf Erfahrungen aus der Praxis basieren.

Elektropraxis

Elektropraxis Energietechnik von der Schnelligkeit der Datenverarbeitung der einzelnen Geräte ab. Ziel ist es immer, Regelverluste so weit wie möglich zu vermeiden. Klar muss jedoch sein, dass es sich um eine Regelung handelt. Eine Reduzierung der Einspeisung auf Null ist selbst mit den besten Komponenten nicht komplett möglich. Dies wäre nur machbar, wenn man die Anlage vom Netz trennen würde. Entsprechende Netzwerkanforderungen Die meisten Speichersysteme benötigen – mehr oder weniger zwingend – eine Verbindung ins Internet. Manche Hersteller verlangen dies, wenn es um die Gültigkeit von Garantieansprüchen geht – andere, um überhaupt den Betrieb zu ermöglichen oder einen Abgleich mit Wetterdaten vorzunehmen, auf deren Grundlage das Gesamtsystem „intelligent“ arbeiten kann und Prognosen erstellt werden können. Erfahrungsgemäß steckt auch hier der Teufel im Detail. Es ist empfehlenswert, sich nach den genauen Netzwerkvorgaben der Hersteller zu erkundigen, denn einige benötigen Netzwerkkomponenten (Router, Switch, Powerline, W-LAN-Brücken), welche in der Lage sind, gewisse Protokolle zu verarbeiten. Die Anbindung ans Internet selbst stellt hier schon so manches Mal eine erste Hürde dar. Besteht ein klassischer DSL-Anschluss, wird das Kabelnetz für das Internet genutzt oder gar eine LTE-Verbindung? Ist das Internet im Haus, bilden die verwendeten Komponenten die nächste Herausforderung. Häufig ist die Vernetzung im Haus nur über W-LAN-Brücken oder Powerline-Adapter zu realisieren. Jedoch gilt hier: Wenn es irgend möglich ist, sollte ein Kabel verwendet werden, um die Speicherkomponenten mit dem Internet zu verbinden. Hat man dies geschafft, stellt sich die Frage, ob die verwendeten Switche in der Lage sind, die erforderlichen Protokolle zu übertragen. Und zu guter Letzt gibt es immer wieder Anforderungen an die Netzwerkeinstellungen im Allgemeinen. Beispielsweise, ob gewisse Netzwerkgeschwindigkeiten erfüllt werden müssen oder bestimmte Portfreigaben erforderlich sind. All dies zeigt, dass man als Elektrofachkraft heutzutage den Umgang mit dem PC in wesentlichen Grundzügen beherrschen und sich mit den Grundlagen der Netzwerktechnik auskennen muss. Diese Entwicklung wird sich künftig weiter verstärken. Ein mobiler Rechner gehört insofern mit zu den notwendigen Arbeitsmitteln für die Installation von Energiespeichern. Erzeugungs- und Speicheranlage und deren intelligente Vernetzung PV-Anlage und Speicher sind die eigentlichen Herzstücke des Gesamtsystems. Optimalerweise stammen sowohl der PV-Wechselrichter als auch der Batteriewechselrichter vom selben Hersteller; nur dann können die einzelnen Komponenten ideal aufeinander abgestimmt werden und sinnvoll miteinander arbeiten. In der Photovoltaik ist es nach wie vor so, dass jeder Hersteller seine ganz eigene Kommunikations-Philosophie vertritt. Dies führt dazu, dass Systeme nur sinnvoll arbeiten können, wenn alle Komponenten miteinander in Verbindung stehen. So registriert beispielsweise der Speicher, wann die Sonne scheint. Dann wird genau geplant, wann er laden muss, wann der direkte Eigenverbrauch ausreichend ist oder wann im schlimmsten Fall die Photovoltaikanlage gemäß des Einspeisemanagements auf 70 % oder bei Inanspruchnahme von Förderungen noch weiter abgeregelt werden muss. Hierbei ist zu beachten, dass die Reduzierung für den Netzverknüpfungspunkt gilt. Direkter Eigenverbrauch und Speicherladung vor dem Netzeinspeisepunkt verringern somit die Einspeiseleistung ins Netz und die damit etwaig notwendige Reduzierung der PV-Anlage. Für die Installation ergeben sich hieraus entsprechende Ansprüche an die Kommunikationsverkabelung. Manche Geräte kommunizieren drahtlos. Das ist natürlich die einfachste aller Varianten. Spätestens aber, wenn die einzelnen Komponenten nicht in räumlicher Nähe zueinander installiert sind, bedarf es einer genaueren Betrachtung der Möglichkeiten zur Realisierung von Kommunikationsverbindungen. Auch wenn derzeit bei manchen Systemen noch ein Standard JY(ST)Y-Fernmeldekabel ausreichend ist, sollte dennoch immer ein Datenkabel Kat.7 verlegt werden. Eine Erweiterung auf Netzwerkstandard ist dann jederzeit im Nachhinein möglich. Soweit zu den grundsätzlichen Komponenten eines Batteriespeichersystems. Bevor auf die verschiedenen Systeme näher eingegangen wird, noch ein Hinweis zu den Leitungen. Hier sollte speziell auf den Schutz bei Überlast geachtet werden. Dazu müssen folgende Bedingungen nach VDE 0100-430 [2] erfüllt sein: I B ≤ I N ≤ I Z sowie I 2 ≤ 1,45 × I Z mit I B : zu erwartender Betriebsstrom des Stromkreises; I N : Bemessungstrom des Schutzorgans; I Z : Strombelastbarkeit des Kabels oder der Leitung; I 2 : Strom, der eine Auslösung des Schutzorgans unter den in den Gerätebestimmungen festgelegten Bedingungen bewirkt (Auslösestrom, großer Prüfstrom). Dabei darf von der Nennleistung eines Geräts kein direkter Bezug zum erforderlichen Kabelquerschnitt abgeleitet werden. Dafür ein Beispiel: Warum lässt ein Her steller für ein 4,6-kW-Gerät eine maximale Absicherung von 50 A zu? Anreihfaktor, Häufung, Verlege-Art sowie Dauerbelastungen von mehr als einer Stunde führen schnell dazu, dass eine Absicherung von 20 A nicht mehr ausreichend ist. Kommt dann eine Kurzzeitbelastung von möglicherweise der doppelten Leistung dazu, erreicht man unter Umständen relativ schnell die erforderliche Absicherung von 50 A. Allein dies verdeutlicht, das Leitungsquerschnitte von 4 mm 2 mehr als nur grenzwertig sind. Systeme zur reinen Eigenverbrauchsoptimierung Die Nutzung von eigenerzeugtem PV-Strom und damit verbunden die Eigenverbrauchsoptimierung ist oberstes Ziel vieler Eigenheimbesitzer und Gewerbetreibender. Entsprechende PV- und Speichersysteme stellen daher die häufigste und auch einfachste Gattung solcher Systeme dar. Sie werden meist AC-seitig parallel in die Verbrauchsanlage eingebunden (Bild 2). Sie Quelle: VDE-FNN/ep Eigentumsgrenze Verbrauchseinrichtungen des Anlagenbetreibers = HAK Z 1 S1 Z 2 EZA PV-Anlage 2 Einbindung eines Speichers im Verbrauchspfad, AC-Kopplung, nach VDE-FNN 12 www.elektropraktiker.de | Elektropraktiker, Berlin 71 (2017)

Energietechnik Elektropraxis Q3 Netztrennung Q1 Q2 Q3 optional Phasenkopplung für 1-phasigen Betrieb Erdungseinrichtung Q6 Q3 Q3 Q4 Q4 X1 L1 L2 L3 N PE F2 *2 F3 F4 40 A/0,03 A Typ A *1 F1 *4 C32 A *1 SMA Q4 ENERGY METER *3 F6 C32 A *1 Q3 Q3 Q4 Q4 X2 L1 L2 L3 N PE L1 N 1 2 F5 *4 L1 N 1 2 3 4 X4 X5 X3 Q2 F7 40 A/0,03 A Typ A *1 *1 Die angegebenen Werte sind Empfehlungen der SMA Solar Technology AG. Sie müssen die elektrischen Komponenten entsprechend den vor Ort gültigen Normen und Richtlinien auslegen. *2 ausschließlich im TT-Netz notwendig *3 bei Systemen ohne Eigenverbrauchsoptimierung nicht notwendig *4 Anforderungen an eingesetzte Schmelzsicherung: 1 A, nominaler Kaltwiderstand mindestens 0,2 Ω und Schmelzintegral maximal 1 A 2 s L1 N PE Quelle: SMA Solar Technology AG/ep 3 1-phasige Umschalteinrichtung mit allpoliger Trennung (SMA-Planungsleitfaden Ersatzstrom) können – unter Berücksichtigung der elektrotechnischen Grundlagen, also Dimensionierung von Querschnitten, Leitungswegen und dazu passender Absicherung – recht einfach in jede Verteilung eingebunden werden. Diese Systeme verwenden den in der Photovoltaikanlage erzeugten Wechselstrom. Er wird ggf. an einem anderen Punkt der Elektroanlage vom Photovoltaikwechselrichter erzeugt und ebenfalls in das AC-System eingespeist. Das Speichersystem erkennt dann über den En- FluRi, ob es laden oder entladen soll – also ob gerade Erzeugungsüberschuss ins Netz eingespeist wird oder teurer Netzbezug stattfindet. Daneben gibt es DC-gekoppelte Systeme. In diesen wird der durch die Photovoltaikanlage erzeugte Gleichstrom direkt bzw. über den DC-Zwischenkreis des PV-Wechselrichters in die Batterie eingespeist und dort gespeichert. Es ist lediglich eine Spannungsanpassung auf DC-Basis erforderlich. Der Umweg über die AC-Seite fällt weg und erhöht häufig den Gesamtwirkungsgrad des Systems. Dies macht jedoch eine spezifische Auslegung der PV- Anlage auf den Batteriespeicher erforderlich. Eine Nachrüstung oder spätere Erweiterungen des Systems sind in der Regel nicht möglich. Häufig sind in solchen Anlagen der Photovoltaikwechselrichter und das Batterieladegerät in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Bei beiden Varianten ist der Montageaufwand sehr überschaubar, was eine kostengünstige und schnelle Installation ermöglicht. Die Zähleranlage bleibt unberührt, was den Aufwand zusätzlich gering hält. Die möglichen Anschlussvarianten und entsprechenden Zählerkonzepte enthält der aktuelle FNN-Hinweis „Anschluss und Betrieb von Speichern am Niederspannungsnetz“, der im Übrigen für die Installation von Speichersystemen bindend ist. Details finden sich in der frei verfügbaren Datei auf der Webseite des VDE [3]. Neben den zwei hier aufgeführten Zählkonzepten sind entsprechend weitere Varianten möglich und im Einzelfall zu klären. Eine noch nennenswerte Variante ist die doch sehr komplexe Mehrfachanwendung (FNN- Hinweis Kapitel 5.9). Diese ermöglicht nicht nur einen Netzbezug, sondern auch eine Netzeinspeisung durch das Speichersystem. Solche Anwendungen werden sich mit zunehmender Entwicklung der Vorschriften und Gesetzmäßigkeiten weiter verbreiten. Verwendet werden sie z. B. bei Systemen, die am Regelenergiemarkt teilnehmen. Grundlegende Informationen zu den Vor- und Nachteilen von AC- und DC-Kopplung enthält z.B. der Beitrag von SMA „Systemtopologien für Speicher im Vergleich“ [4]. Systeme mit zusätzlicher Notstromversorgung Neben den üblichen Eigenverbrauchssystemen finden sich immer häufiger Systeme, die zusätzlich eine Art der Notstromversorgung ermöglichen. Hierbei gibt es verschiedene Möglichkeiten: Notstrom mit einzelner Steckdose Die einfachsten Systeme für eine Notstromanwendung stellen im Prinzip nur eine Notfall- Steckdose zur Verfügung. Diese Systeme werden wie reine Eigenverbrauchssysteme angeschlossen. Im Notfall findet keine automatische Umschaltung auf Notstrom statt. Elektropraktiker, Berlin 71 (2017) | www.elektropraktiker.de 13

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