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Unterschiede zwischen DC- und AC-gekoppelten Speichersystemen

In den letzten Jahren hat sich die Photovoltaik-Technologie rasant entwickelt und die installierte Kapazität ist schnell gestiegen. Dennoch bleibt die intermittierende und unkontrollierbare Natur der Photovoltaik (PV) eine Herausforderung. Ohne eine entsprechende Lösung kann die direkte Einspeisung großer Mengen PV-Energie ins Netz zu erheblichen Störungen führen und die Stabilität des Stromnetzes beeinträchtigen. Durch die Integration von Energiespeichern kann die PV-Stromerzeugung jedoch geglättet und stabil ins Netz eingespeist werden, was die Netzstabilität nicht gefährdet. Zudem erweitert die Kombination von PV und Speicher die Anwendungsmöglichkeiten der Systeme erheblich.

Ein typisches PV-Speichersystem umfasst Solarmodule, Regler, Wechselrichter, Batterien und Lasten. Es gibt viele technische Ansätze, wobei die Energie an einem bestimmten Punkt gesammelt wird. Die beiden Haupttopologien sind DC-Kopplung und AC-Kopplung.

DC-Kopplung

Bei der DC-Kopplung wird der von den PV-Modulen erzeugte Gleichstrom (DC) über einen Regler in die Batterie eingespeist. Auch das Netz kann über einen bidirektionalen DC-AC-Wandler die Batterien laden. Der Punkt der Energiekonzentration befindet sich auf der DC-Batterieseite.

Funktionsweise der DC-Kopplung

  • Der PV-Generator lädt die Batterie über einen Maximum Power Point Tracker (MPPT)-Regler.
  • Bei Bedarf liefert die Batterie Energie an die Verbraucher, wobei die Stromstärke durch die Last bestimmt wird.
  • Das System ist ans Netz angeschlossen. Bei geringer Last und voller Batterie kann der PV-Generator Strom ins Netz einspeisen.
  • Wenn die Last größer ist als die PV-Leistung, liefern sowohl das Netz als auch die PV-Anlage Energie an die Verbraucher. Die Batterie gleicht dabei die Energie aus, da weder PV-Erzeugung noch Verbrauch konstant sind.

AC-Kopplung

Bei der AC-Kopplung wird der von den PV-Modulen erzeugte Gleichstrom über einen Wechselrichter in Wechselstrom (AC) umgewandelt und direkt an die Verbraucher oder ins Netz eingespeist. Auch das Netz kann über einen bidirektionalen DC-AC-Wandler die Batterien laden. Der Punkt der Energiekonzentration befindet sich auf der AC-Seite.

Funktionsweise der AC-Kopplung

  • Das System besteht aus einem PV-Erzeugungssystem und einem Batteriespeichersystem.
  • Der PV-Generator besteht aus einer PV-Anlage und einem Netzwechselrichter, während das Batteriesystem aus einer Batterie und einem bidirektionalen Wechselrichter besteht.
  • Beide Systeme können unabhängig voneinander oder als Teil eines Mikronetzes betrieben werden.

Vergleich von DC- und AC-Kopplung

Kosten

  • DC-Kopplung umfasst Regler, bidirektionale Wechselrichter und Umschalter.
  • AC-Kopplung umfasst Netzwechselrichter, bidirektionale Wechselrichter und Verteilerkästen.
  • Die Kosten für Regler und Umschalter sind in der Regel niedriger als die für Netzwechselrichter und Verteilerkästen, was die DC-Kopplung kostengünstiger macht.

Anwendbarkeit

  • DC-Kopplung: Regler, Batterie und Wechselrichter sind in Serie geschaltet, was die Flexibilität einschränkt.
  • AC-Kopplung: Netzwechselrichter, Batterie und bidirektionaler Wechselrichter sind parallel geschaltet und bieten höhere Flexibilität.

Für bestehende PV-Systeme ist die AC-Kopplung ideal, da sie einfach durch Hinzufügen von Batterie und bidirektionalem Wechselrichter integriert werden kann.
Für neue Inselnetze, bei denen PV, Batterie und Wechselrichter auf die Last abgestimmt sind, eignet sich die DC-Kopplung besser. Größere Systeme (über 500 kW) lassen sich jedoch besser mit AC-Kopplung steuern.

Effizienz

  • AC-Kopplung ist effizienter bei hoher Tageslast, da die PV-Module über den Netzwechselrichter direkt die Verbraucher versorgen können.
  • DC-Kopplung ist effizienter bei hoher Nachtlast, da die PV-Energie direkt in die Batterie gespeichert wird, was Effizienzverluste reduziert.

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