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Schneller Anschluss von Energiespeichern

09.11.2022 – Energiespeicher gelten nicht ohne Grund als Schlüsseltechnik für die Energiewende. Phoenix Contact hat eine Anschlusstechnologie entwickelt, mit der sich die Installation deutlich vereinfachen und beschleunigen lässt – zum Beispiel durch integrierten Berührungsschutz.

Sei es die kleinformatige Variante im Keller des Endverbrauchers oder der Großspeicher im Batteriepark eines Stromversorgers – Energiespeicher schließen die Lücke zwischen der (volatilen) Erzeugung erneuerbarer Energien und deren Verbrauch. So lassen sich Windkraft und Photovoltaik mit hohem Wirkungsgrad nutzen, ohne die Netze zu überlasten. Die Internationale Energieagentur geht davon aus, dass wir weltweit bis 2040 etwa 10 Millionen GWh Speicherkapazität benötigen, um die Klimaziele zu erreichen. Batteriespeicher spielen in diesem Zusammenhang eine besonders wichtige Rolle – speziell im Zuge des Ausbaus von Photovoltaik-Dachanlagen, aber auch für große Netzspeicher rechnen Expert:innen mit hohen Zuwachsraten. Um diese tatsächlich in die Fläche zu bringen, sind Lösungen erforderlich, die eine effiziente Montage unterstützen.

Die Installation von Batteriespeichern bringt per se eine große Herausforderung mit sich: Die Batteriemodule stehen praktisch immer unter Spannung. „In der klassischen Verdrahtung mit Ringkabelschuhen und Schraubbolzen heißt das, dass nur eine Elektrofachkraft den Anschluss vornehmen kann“, erläutert Mathias Ohsiek, Produktmanager FDC bei Phoenix Contact. Bei Systemspannungen von bis zu 1.500 V sind nach den geltenden Regeln zur Arbeitssicherheit zusätzlich isoliertes Werkzeug, isolierende Schutzkleidung, Material zum Abdecken von aktiven Teilen und die Gummimatte zur Standortisolierung erforderlich. Durch diese zusätzlichen Schutzmaßnahmen werden die ohnehin zeitintensiven Verdrahtungsarbeiten noch deutlich aufwendiger.

Verbindungstechnik für Energiespeicher: Sicher, schnell und wartungsfrei

Dieses Problem beschäftigte auch die Entwickler von Phoenix Contact, die inzwischen eine spezielle Verbindungstechnik für Energiespeicher – ausgelegt für die jeweiligen Anforderungen von Heim-, Industrie- und Großspeichern – zur Marktreife gebracht haben. Alle Steckverbinder sind für Systemspannungen bis 1.500 V DC ausgelegt, können auf der Vorder- und Rückseite des Batteriemoduls angeschlossen werden und verfügen über einen eingebauten Berührungsschutz: Ein mechanischer Verpolschutz verhindert, dass der Installateur Plus- und Minuspol der Batteriemodule vertauscht. Außerdem kann er die unterschiedlichen Polaritäten durch verschiedene Farben klar voneinander unterscheiden. „Die Verbindungen zwischen den Modulen werden daher zwar unter Spannung, aber ohne Gefährdung des Anwenders ausgeführt“, erklärt Mathias Ohsiek. „Um die Bildung eines Lichtbogens zu vermeiden, muss natürlich trotzdem sichergestellt werden, dass keine Last anliegt.“

Auch darüber hinaus biete die Verbindungstechnik erhebliche Zeit- und Kostenvorteile gegenüber konventionellen Anschlussmethoden: „Fertig konfektionierte Leitungen ermöglichen die elektrische Installation ohne jegliches Werkzeug innerhalb von Sekunden. Wo der Schraubanschluss noch mit dem korrekten Drehmoment gesichert werden muss, ist der Steckverbinder mit einem ‚Klick‘ verbunden“, so Ohsiek. Zudem kann sich die Verbindungsqualität auch an korrekt hergestellten Schraubverbindungen im Laufe der Zeit verschlechtern – etwa durch starke Temperaturunterschiede, die in solchen Anwendungen bis zu 100°C betragen können. Um dennoch eine gleichbleibende Kontaktkraft sicherzustellen, muss ein Schraubanschluss daher regelmäßig mit dem korrekten Drehmoment nachgezogen werden. „Im Steckverbinder hingegen sorgen federnde Kontaktelemente für eine gleichbleibende Kontaktkraft und damit eine hohe Verbindungsqualität auch über Jahre hinweg“, führt der Produktmanager aus.

Flexibilität und Skalierbarkeit

Die Anforderungen an die Anschlusstechnik der Batteriemodule richten sich nach der Größe und dem Einsatzbereich des Speichersystems, so Mathias Ohsiek – und genau das habe Phoenix Contact im Portfolio berücksichtigt.

Wechselrichter verbinden Heimspeicher mit PV-Anlage

„Beispielsweise muss der Installateur bei kleinen Heimspeichersystemen flexibel auf die Einbausituation vor Ort eingehen. Die Anschlusstechnik muss diese Flexibilität zulassen“, erklärt der Produktmanager. Oftmals verbinden Wechselrichter den Heimspeicher mit der Photovoltaikanlage, so dass die Anschlusstechnik ähnliche Anforderungen erfüllen muss wie die der Wechselrichter. Um Verwechslungen mit den Photovoltaik-Strings auszuschließen, hat Phoenix Contact überdies eine Variante mit kodiertem Steckgesicht entwickelt. Dadurch will man verhindern, dass Anwender:innen Batteriepole kurzschließen beziehungsweise Batterie- und Photovoltaikanschlüsse unbeabsichtigt kombinieren. Auch optisch unterscheiden sich die roten und blauen Batteriestecker von den Anschlüssen der PV-Anlage.

Mechanisch und farblich codierte Steck­verbinder verhindern ein Fehlstecken. Foto: PHOENIX CONTACT Deutschland GmbH

Batteriepolstecker für Industriespeicher

Die neuen Batteriepolstecker für Industriespeicher wurden für hohe Ströme, flexible Anschlussrichtungen und unterschiedliche Anschlusstechniken für die Geräteseite entwickelt. Mathias Ohsiek: „Die Übertragung von Strömen bis 350 A bei 1.500V ermöglicht Querschnitte von 16 – 120 mm². Ein umfangreicher Berührschutz bietet auch im ungesteckten Zustand Sicherheit für den Installateur.“ Weil die Steckverbinder sich um 360° rotieren lassen, können Anwender:innen flexibel auf unterschiedliche Einbaubedingungen reagieren. Gerätehersteller können überdies aus verschiedenen Anschlusstechniken (Strombalken, Gewindebolzen, Crimp) auswählen.

Standardisierte Großspeicher

Um die Kosten so gering wie möglich zu halten, sind Großspeicher heutzutage weitestgehend standardisiert. „Um eine Vielzahl an Modulen zu verschalten, rücken die Installationszeit sowie eine kostengünstige Anschlusslösung in den Fokus“, weiß Ohsiek. Diesen Gedanken hätten die Entwickler zuende gedacht und neben der weit verbreiteten frontseitigen Anschlusstechnik ein völlig neu konzipiertes Einschubsystem auf Stromschienen zur Marktreife gebracht: „In Standard-Containern befinden sich Racks und Stromschienen zur Energieverteilung – und wir haben uns gefragt: warum also nicht auch die Anschlusstechnik dahingehend anpassen?“ Das Ergebnis ist ein Einschubsystem, das direkt auf Stromschienen kontaktiert und damit das Verdrahten der Leistungsanschlüsse komplett verzichtbar macht. „Ein hoher Toleranzausgleich von +/- 4 mm sorgt dabei für einen sicheren Einschub auf die Stromschienen“, ergänzt der Produktmanager. Da der Stecker ähnlich einer Reihenklemme modular aufgebaut ist, lassen sich Ströme von 40 A bis hin zu 200 A übertragen.

Unabhängig vom Einsatzbereich und der Größe des Speichers zieht Mathias Ohsiek ein eindeutiges Fazit: „Die Verdrahtung von Batteriemodulen am Installationsort beschleunigt sich enorm, wenn Anwender:innen die Verbindung durch Steckverbinder auswählen. Durch Sicherheit, Schnelligkeit und Wartungsfreiheit punkten Steckverbinder an vielen Stellen über den gesamten Lebenszyklus.“ (pq)

www.phoenixcontact.com