Stand: Oktober 2013

SMA Speicherlösungen

 

Batteriespeichersysteme für PV-Strom befinden sich aktuell noch an der Schwelle zur Wirtschaftlichkeit, spielen für die intelligente Selbstversorgung und die Steigerung der energetischen Unabhängigkeit aber eine zentrale Rolle. SMA bietet hier zwei unterschiedliche Systemlösungen, die alle wesentlichen Anwendungsfelder abdecken.

Das Flexible Storage System (FSS)

Bestehend aus den Kernelementen Sunny Island Batterie-Wechselrichter und Sunny Home Manager umfasst das SMA Flexible Storage System darüber hinaus das Sunny Remote Control, einen der bewährten SMA Solar-Wechselrichter sowie eine Speichereinheit. Das FSS ist also ein AC-gekoppeltes System und sein wichtigstes Merkmal ist die weitreichende Flexibilität: Speicherkapazität, Speicherleistung, Phasenmodell und räumliche Anordnung lassen sich mehr oder weniger frei bestimmen, aufgrund der universellen Batteriespannung von 48 Volt stehen zudem Blei- und Li-Ion-Batterien diverser Hersteller für den Betrieb mit dem Sunny Island-Wechselrichter zur Verfügung. Somit lassen sich die Systeme exakt an den jeweiligen Anwendungsfall (jährlicher Stromverbrauch, individuelles Lastprofil, Erzeugung der PV-Anlage, gewünschter Autarkiegrad) anpassen. Darüber hinaus kann das System in nahezu jeder PV-Anlage nachgerüstet werden und enthält auf Wunsch auch die Funktion einer ausfallsicheren Stromversorgung (die realisierbare Überbrückungszeit ist natürlich ebenfalls flexibel).
So ist es mit dem FSS möglich, eine dreiphasige Speicheranlage mit einer 20 kWh Bleibatterie und einer 30min-Leistung von 24 kW aufzubauen – ein einphasiges Li-Ion-System mit 4 kWh Kapazität und 2,1 kW Nennleistung zur Nachrüstung ist aber ebenso gut realisierbar. Auch nachträgliche Umbauten oder Erweiterungen sind unproblematisch, lediglich die Erweiterung bestehender Batterieverbände an einem Sunny Island bzw. Sunny Island-Cluster[1] ist wegen des jeweils einheitlichen Batteriemanagements nicht möglich.

Das FSS bietet aber nicht nur höchste Flexibilität, sondern auch Vorteile in puncto Kosteneffizienz. So ermöglicht es gerade auch durch die Kompatibilität mit vergleichsweise preiswerte Blei-Batterien die Realisierung besonders günstiger Speicherlösungen. Eine automatisch im Jahresverlauf variierte Entladegrenze[2] sorgt zudem für eine optimale und möglichst schonende Nutzung der gegebenen Batteriekapazität. Gut zu wissen: Die typischen Vorurteile zum angeblich generell schlechteren Wirkungsgrad AC-gekoppelter Speichersysteme sind nicht haltbar[3], ganz im Gegenteil: Fakt ist, dass gute AC-gekoppelte Systeme durchaus bessere Wirkungsgrade erzielen als suboptimal konzipierte Speicher mit DC-Kopplung. Auch die Investitionskosten liegen deutlich niedriger als bei vielen der marktgängigen Komplettsysteme.
Aus technischer Sicht interessant sind die ausgeprägte Überlastfähigkeit der Sunny Island Batterie-Wechselrichter, die einfache Phasenkopplung (Überbrückung der drei hausinternen Phasen bei Netzausfall, so dass sie alle über ein Gerät versorgt werden) sowie die Möglichkeit, „echte“[4] dreiphasige Systeme mit 100 Prozent Schieflastfähigkeit zu realisieren. Für die Ersatzstrom-Funktion und den normalen Betrieb zur Eigenverbrauchssteigerung lassen sich zudem unterschiedliche Entladegrenzen der Batterie einstellen.


[1] Verband aus drei miteinander gekoppelten Sunny Island-Wechselrichtern zum Aufbau dreiphasiger Systeme

[2] Der minimal zulässige Ladezustand der Batterie variiert sinusförmig zwischen Sommer- und Wintersonnenwende

[3] Ausführliche Informationen hierzu gibt es in diesem Beitrag

[4] Typische 3-Phasige Wechselrichter liefern ausschließlich Drehstrom und sind daher für die Versorgung typischer Haushaltsverbraucher ungeeignet

Das Integrated Storage System (ISS)

Das ISS basiert im Wesentlichen auf dem Sunny Boy Smart Energy, dem neuen PV-Speicher-Wechselrichter von SMA: Er ist der erste wandmontierbare Großserien-PV-Wechselrichter mit integriertem Speicher und konsequent auf maximale Einfachheit und Wirtschaftlichkeit ausgelegt. Der Sunny Boy Smart Energy macht PV-gekoppelte Speicher zum massenmarkttauglichen Standardprodukt und PV-Anlagen zu einer universell einsetzbaren, netzfreundlichen und preisgünstigen Energiequelle, indem er…

  • die nutzbare Speicherkapazität auf das wirtschaftliche Optimum reduziert
  • durch sein Batterietauschkonzept kommende Entwicklungen der Batterietechnologie nutzt
  • und durch sein All-in-One-Gerätekonzept Auslegung und Installation radikal vereinfacht.

Sein Potenzial zur Senkung der Systemkosten zeigt große Parallelen zur Einführung der Stringtechnik in den 90er Jahren, die die PV-Systemtechnik elementar vereinfacht und damit zu einer schnellen, weltweiten Verbreitung der Photovoltaik beigetragen hat. Auf der Intersolar 2013 wurde der Sunny Bay Smart Energy mit dem Innovationspreis ausgezeichnet. Doch was verbirgt sich hinter den drei innovativen Ansätzen?


1. Optimale Speichergröße

Beim Sunny Boy Smart Energy wurde die nutzbare Speicherkapazität auf das wirtschaftliche Optimum von 2 kWh reduziert. Hintergrund: Batterien sind immer noch sehr teuer und haben eine begrenzte kalendarische Lebensdauer. Die teuerste Batterie ist daher die, die ungenutzt altert. Der Nutzungsgrad jeder kWh Speicherkapazität nimmt jedoch mit zunehmender Speichergröße deutlich ab. So zeigen Untersuchungen von SMA aber auch von unabhängigen Forschungseinrichtungen, dass sich bei einer Vervierfachung der Speicherkapazität der Energiedurchsatz des Speichers (z. B. durch Eigenverbrauchs-Zwischenspeicherung) lediglich verdoppelt. Für typische Haushaltsanwendungen[1] ist die beim Sunny Boy Smart Energy gewählte Speicherkapazität daher optimal: Die Batterie kann hier nahezu ganzjährig genutzt werden, denn sie lässt sich auch in kurzen Sommernächten entladen und in der Regel auch an trüben Wintertagen aus der PV-Anlage aufladen.

2. Optimale Speichernutzung

Da sich für PV-Anlagen eine Betriebs- und Nutzungsdauer von mindestens 20 Jahren eingebürgert hat, tendieren viele Anbieter dazu, diesen Wert auch für ihre Li-Ion-basierten Speichersysteme zu übernehmen. Da bislang keine echten Langzeiterfahrungen mit Li-Ion-Batterien für dezentrale PV-Speichersystem vorliegen, ist dies aber nicht ohne Risiko und zudem auch wirtschaftlich nachteilig. Der Sunny Boy Smart Energy ist dagegen auf eine Batterienutzungsdauer von 10 Jahren ausgelegt – mit einer Reihe von Vorteilen:

  • Der Nutzungsgrad der Batterie kann deutlich erhöht werden, so dass lediglich 2 kWh Bruttokapazität nötig sind.
  • Die Höhe der Anfangsinvestition und die Kapitalkosten sind deutlich geringer
  • Aufgrund der geringen Bruttokapazität lässt sich die Batterie in ein wandmontierbares Gehäuse integrieren (bei einer Li-Ion-Batterie mit 4 kWh Bruttokapazität wäre das kaum möglich).
  • Dadurch dass der Nutzer bei einem planmäßigen Austausch nach 10 Jahren von niedrigeren Batteriepreisen profitiert, verringern sich auch die Gesamtbetriebskosten über 20 Jahre.
  • Das technische und in der Folge auch das wirtschaftliche Risiko (Batteriefehler, unplanmäßig verkürzter Lebensdauer) ist geringer

3. All-in-One-Gerätekonzept

Viele marktgängige Speichersysteme haben die Größe einer Kühl-/Gefrierkombination und erfordern bei der Installation den Einsatz mehrköpfiger Teams. Der Sunny Boy Smart Energy ist wandmontierbar wie ein typischer String-Wechselrichter, lässt sich problemlos von einer Person transportieren und in vier einfachen Schritten installieren (keine Komponente wiegt schwerer als 30 kg).
Durch die für typische Haushaltsanwendungen passende Speicherauslegung entfallen auch der zusätzliche Planungs- und Auslegungsaufwand für das Speichersystem sowie das damit verbundene Fehlplanungsrisiko (insbesondere im Zusammenhang mit teurer Batteriekapazität).


[1] jährliche PV-Erzeugung von 3.000 bis 6.000 kWh / jährlicher Stromverbrauch von 2.500 bis 7.000 kWh

Generelle Eigenschaften der SMA Speichersysteme

Beide Speicherlösungen umfassen neben dem eigentlichen Batteriespeichersystem auch den Sunny Home Manager und profitieren dadurch von Erzeugungs- und Verbrauchsprognosen sowie vorausschauenden Planungsalgorithmen für einen gezielten Speichereinsatz. Durch diese Einbindung in das intelligente Energiemanagement lässt sich besonders der kleiner Speicher des Sunny Boy Smart Energy deutlich besser ausnutzen und gleichzeitig zur Autarkiesteigerung und zur Zwischenspeicherung von PV-Erzeugungsspitzen einsetzen. Zudem steht er auch Anwendungen offen, die erst im Rahmen künftiger Smart Grid-Geschäftsmodelle möglich werden. Selbstverständlich erfüllen beide Systeme auch die Anforderungen des Anfang 2013 veröffentlichten KfW-Speicherförderprogramms sowie des Förderprogramms „Innovative dezentrale Stromerzeugung und -speicherung“ der SENA[1]. Nähere Infos hierzu finden sich unter www.SMA.de/Speicherfoerderung.

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[1] Sächsische Energieagentur