Als über die Jahre stark gewachsener Maler- und Bodenlegerbetrieb war dieses Unternehmen mit einem hohen Energiebedarf konfrontiert. Spätestens mit der Anschaffung einiger Elektrofahrzeuge und der Installation entsprechender Ladepunkte war klar, dass die Anlage nicht nur elektrisch aufgerüstet werden musste, auch die steigenden Energiekosten, der ökologische Fußabdruck des Unternehmens und die Anschlussleistung seitens des Energieversorgers wurden zunehmend ein Thema.
Auftrag
Es sollte ein intelligentes Energiemanagementsystem für einen weitgehend autarken Betrieb der gesamten Gewerbeanlage erstellt werden. Nicht nur den Betrieb der Systeme bei Tag und das Laden der E-Fahrzeuge bei Nacht sondern auch ein ununterbrochenen Betrieb im Falle eines Blackouts war dem Kunden ein Anliegen.
Zusätzlich sollte die maximale zur Verfügung stehende Leistung erhöht werden, um Lastspitzen auch in Zukunft zuverlässig abdecken zu können ohne eine neue Zuleitung zum Gelände legen zu müssen. Die Einspeisung ins Energienetz musste aus dem gleichen Grund auf 24,6kW begrenzt werden.
Lastprofil
Um eine optimale Dimensionierung der Anlage durchführen zu können, wurde ein mehrtätiges Lastprofil erstellt. Dieses zeigt neben dem Energiebedarf auch die abzudeckenden Spitzenlasten.
Diese Daten zeigen einen täglichen Energiebedarf von 130-200kWh und Spitzenlasten von ca. 30kW (kurzzeitig 50kW). Geplante weitere Ladepunkte für E-Fahrzeuge werden zukünftig zu einer weiteren Erhöhung dieser Lasten führen.
Auswahl der Komponenten
Für ein ESS-System werden grundsätzlich ein Energiespeicher, Wechselrichter, ein Batterie-Ladegerät und ein Photovoltaiksystem benötigt. Durch den Anschluss ans öffentliche Netz ist darauf zu achten, dass nur vom Energieversorger zugelassene und entsprechend zertifizierte Geräte genutzt werden.
Energiespeicher
Für dieses System fällt die Wahl auf Pylontech US3000C LiFePO4-Batterien, wobei 25 Stk. (87,5kWh) installiert und die Montage weiterer Batterien vorbereitet werden sollen. Diese Batterien können direkt mit dem Victron-Energiemanagementsystem kommunizieren. Nachdem die originalen Anschlusskabel relativ klein dimensioniert sind, wurde für die Parallelschaltung der Batterie-Module ein Rack-System mit Kupfer-Sammelschienen eingesetzt.
Wechselrichter / Ladegeräte
Der Victron MultiPlus-II ist ein Kombigerät, das Wechselrichter, Ladegerät und Transferschalter (für unterbrechungsfreie Umschaltung zwischen Netz- und Inverterbetrieb) kombiniert. Zudem kann er den maximal dem Netz entnommenen Strom begrenzen und bei Bedarf durch den Wechselrichter zusätzliche Energie aus der Batterie zur Verfügung stellen. Ein zweiter Ausgang erlaubt eine Trennung von Lasten, die nur im Netzbetrieb aktiv sein sollen sodass im Fall eines Stromausfalls nicht-kritische Lasten automatisch abgeworfen werden können. Das Gerät ist von sämtlichen österreichischen EVU freigegeben und bring das notwendige TOR-Erzeuger-Zertifikat mit.
Für dieses System kommen sechs MultiPlus-II 48/5000/70-50 230V zum Einsatz, die in ein dreiphasiges System zu je zwei parallel geschalteten Geräten verschaltet werden. Diese Geräte arbeiten mit einer 48V-Batterie und bieten jeweils 5kVA dauerhafte Leistung, sie können kurzzeitig (0,5s) bis zu 9kW zur Verfügung stellen. Das ergibt eine dauerhafte Leistung von 30kVA / 24kW und eine Spitzenleistung von 54kW.
Photovoltaik
Die Dachflächen erlauben eine PV-Leistung von 53,5kWp, die voll ausgenutzt werden sollen – hier kommen 145 CanadianSolar HiKu CS3L 370MS zum Einsatz.
Bei der Auslegung der Solaranlage ist darauf zu achten, dass AC-gekoppelt maximal die gleiche Leistung wie die Nennleistung der Victron-Wechselrichter verbaut werden darf (Faktor 1.0 – Regel). Zusätzlich ist darauf zu achten, dass der Energiespeicher die 3,2-fache Menge der AC-gekoppelten Photovoltaik in kWh besitzen muss (Faktor 3.2 – Regel). Für unser System bedeutet das eine maximale AC-gekoppelte PV-Leistung von 27,34kW ergeben, begrenzt durch die Größe des Speichers.
Die Photovoltaik am Dach wurde daher auf drei Fronius Symo 8.2 (gesamt 24,6kW) und zwei Victron SmartSolar MPPT RS 450|200 aufgeteilt.
Die Fronius-Geräte kommunizieren direkt mit dem Victron-System, was wie schon beim Speichersystem zu einer kompletten Integration führt und eine zentrale Steuerung ermöglicht. Die DC-gekoppelten Solar-Laderegler ermöglichen zudem einen Schwarzstart des Systems, d.h. dass es auch bei komplett entladenen Batterien wieder funktioniert sobald Sonne auf die Solarmodule scheint. Rein AC-gekoppelte Systeme würden sich dauerhaft abschalten sobald die Batterie entladen ist.
Monitoring und Steuerung
Der Victron Cerbo GX ist das Gehirn des Systems – hier laufen die Datenleitungen sämtlicher Systeme (inkl. Fronius über ein separates Intranet und Pylontech via CAN-Bus) zusammen, zudem lassen sich diverse Sensoren (Tank-Füllstände, Temperaturen, Schaltkontakte) anschließen und Signale über Relais ausgeben. Über einen Touchscreen lassen sich sämtliche Daten lokal abrufen und Einstellungen vornehmen, über eine Internetverbindung ist der Anschluss an das kostenlose Victron VRM-Portal möglich. Das VRM-Portal ermöglicht detailliertes Monitoring aus der Entfernung, zudem können Alarme ausgelöst und bei Bedarf Einstellungen auch von Servicetechnikern vorgenommen werden die nicht vor Ort sind.
Montage und Inbetriebnahme
Im Rahmen der Montage des Systems wurden für die gesamte elektrische Infrastruktur des Unternehmens die Querschnitte und Abschalteinrichtungen geprüft und auf die neuen Anforderungen angepasst, das System wurde auf den Stand der Technik gebracht und im Detail dokumentiert. Ein neues Kabeltragsystem wurde installiert, sämtliche Kabel entsprechend den neu erstellten Schaltplänen markiert. Neben der Sanierung der Zählanlage wurde ein Technikraum inkl. neuer Niederspannungshauptverteilung installiert.
Nach mehreren Monaten im Betrieb zeigt sich, dass die Batteriekapazität gut genutzt wird. Energie aus dem Netz wird kaum mehr bezogen (durch die vorbereitete Erweiterung des Speichers könnte diese weiter reduziert werden), die Photovoltaik liefert zudem täglich nach vollständiger Ladung der Batterie täglich überschüssige Energie ins Netz. Dieser Überschuss in den Sommermonaten zeigt, dass die Anlage noch Reserve hat, um auch im Herbst/Winter bei geringeren Erträgen die Batterie täglich laden zu können.
Technische Daten
- DC-Spannung: 48V
- AC-Spannung: 230V/400V ~ 50 Hz (dreiphasig)
- Energiespeicher: 25x Pylontech US3000C (87,5kWh)
- Wechselrichter / Ladegeräte: 6x Victron MultiPlus-II 48/5000/70-50 230V (30kVA)
- Photovoltaik: 145x CanadianSolar HiKu CS3L 370MS (53,65kWp)
- PV-Wechselrichter AC-gekoppelt: 3x Fronius Symo 8.2-3 (24,6kW)
- PV-Laderegler DC-gekoppelt: 2x Victron SmartSolar MPPT RS 450|200 (23kW)
- Monitoring: Victron Cerbo GX mit GX Touch 50 und Anbindung an VRM
