SINUS erfolgreich abgeschlossen: Intelligente Speicherlösung für Balkonkraftwerke
Ausgangspunkt des Vorhabens war ein modularer Versuchsaufbau, der im Projektverlauf zu einer kompakten „All-in-One“-Lösung weiterentwickelt wurde. Die Leistungselektronik, ein Batteriespeicher mit einer Kapazität von 1 kWh sowie der Wechselrichter wurden hierzu auf einer gemeinsamen Trägerkonstruktion integriert. Das Gesamtsystem kann direkt auf der Rückseite des Photovoltaikmoduls montiert werden und verfolgt damit den Ansatz einer einfach zu installierenden 1-Stecker-Lösung.
Hohe Effizienz durch differentielle Leistungselektronik
Eine Besonderheit des entwickelten Systems ist die eingesetzte parallele differentielle Topologie auf Basis eines bidirektionalen DC/DC-Wandlers. Anders als bei konventionellen seriellen Speicherlösungen wird nicht permanent die gesamte erzeugte Solarleistung durch die Leistungselektronik geführt. Die Steuereinheit arbeitet stattdessen parallel zum DC-Bus und verarbeitet lediglich die jeweils erforderliche Differenzleistung. Im Standby-Betrieb kann die erzeugte Solarenergie dadurch nahezu verlustfrei an den Mikrowechselrichter weitergeleitet werden.
Die Vorteile dieses Ansatzes konnten in der abschließenden Systemvalidierung deutlich gezeigt werden: In einer Simulation über einen Zeitraum von 365 Tagen erreichte der entwickelte Prototyp einen effektiven jährlichen Systemwirkungsgrad von 97,83 % und übertraf damit den untersuchten seriellen Benchmark deutlich. Gleichzeitig konnten die jährlichen thermischen Verluste um mehr als 77 % reduziert werden. Die geringere Verlustwärme trägt zugleich dazu bei, die thermische Belastung der eingesetzten Batteriezellen zu reduzieren.
Second-Life-Batteriezellen und intelligente Zero-Export-Regelung
Neben der effizienten Leistungselektronik wurde im Projekt auch die nachhaltige Nutzung von Batteriespeichern berücksichtigt. Der entwickelte Prototyp verfügt über ein 1-kWh-Batteriepack aus selektierten Second-Life-NMC-Zellen im 21700er-Format.
Für eine bedarfsgerechte Nutzung des erzeugten Solarstroms wurde darüber hinaus eine universell einsetzbare Zero-Export-Regelung entwickelt. Eine batteriebetriebene LoRa-Ableseeinheit erfasst hierzu die SML/OBIS-Daten gängiger Stromzähler und übermittelt die relevanten Informationen drahtlos an das Energiemanagementsystem. Dadurch kann die Leistungsregelung in Echtzeit an den aktuellen Energiebedarf des Haushalts angepasst werden.
Mit dem erfolgreichen Abschluss von SINUS konnte gezeigt werden, dass sich hohe Energieeffizienz, kompakte Systemintegration, intelligente Regelung und die Weiterverwendung von Batteriezellen in einem Balkonkraftwerk-Speichersystem miteinander verbinden lassen. Der entwickelte und validierte Prototyp bildet damit eine vielversprechende technische Grundlage für zukünftige anwenderfreundliche Speicherlösungen im Bereich der dezentralen Photovoltaik.
