Funktionsweise des ECDS und Batteriespeicher

RES ECDS Energy Conservation & Distribution System und RES Energiespeicher für die Eigenverbrauchsnutzung

1. Funktion

Der PowerMeter misst getrennt vom Einspeisezähler den Stromfluss, ob Strom bezogen oder geliefert wird.

Dies ist die Grundlage für die Steuerung der gesamten Energieversorgungsanlage im Haus oder Gewerbebetrieb.

Die Nutzung des Einspeisezählers mit der SO-Schnittstelle ist für die Anwendung der RES Komponenten zu langsam. Da sich die Gegebenheiten sehr rasch ändern (Beispiel: Computer, der sehr lange braucht).

Die Energiequelle, mit der unser System gespeist wird, ist frei wählbar (PV-, Windkraft- oder BHKW-Anlage, Generator, EVU-Netz und/oder in Kombination), sofern diese Ihre Energie direkt in das Hausnetz einspeist.

 

2. Funktion – Laderegler

Wir priorisieren den Eigenverbrauch, da dieser verlustfrei genutzt werden kann.

Ist die mittels umweltfreundlicher Technologie erzeugte Leistung größer als die benötigte Energie innerhalb des Hauses, wird der Laderegler innerhalb des Hausnetzes, wie ein Verbraucher sofort zugeschaltet. Somit ist es möglich, alle Überschüsse in den Batterien zu speichern.

Beispiel: Eine auf dem Dach befindliche PV-Anlage produziert 900W grüne Energie und innerhalb des Hauses werden zurzeit nur 550W benötigt. Dann kann der Energieüberschuss direkt in die Batterien fließen. Somit können unsere Systeme auch bei kleineren PV-Anlagen unter 3 kWp im Hausnetz ergänzt werden.

 

Reihenfolge der Energienutzung:

1. Eigenverbrauch
2. zuschaltbare Verbraucher
3. Batterieladung
4. Warmwasseraufbereitung/Heizung
5. Verkauf an EVU

Sollte kein Verbraucher da sein oder die z.Zt. produzierte Energie nicht ausreichen, um den zuschaltbaren Verbraucher zu betreiben, wird der Energieüberschuss direkt in die Batterie geladen.

Alle Neuerungen und kleine technische Erweiterungen sind mittels Softwareupdates nachrüstbar.

 

3. Funktion – PowerMeter

Der PowerMeter misst 3-phasig den Energieverbrauch innerhalb des Hauses bzw. meldet sofort an das ECDS, falls ein Stromfluss der selbsterzeugten elektrischen Energie in das öffentliche Stromnetz geliefert wird. Dann überträgt der PowerMeter diese Information im Millisekundenbereich an das ECDS, welches auf diese Information sofort reagiert und die gewünschten Aktivitäten ausführt.

 

Geräte einschalten
Batterie laden
Batteriewechselrichter auf das Hausnetz synchronisieren und den fehlenden Strom dazu liefern
Heizstab zur Boilerladung oder Heizung mit der Überschussenergie einschalten (es wird kein Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen).
E-Fahrzeug beladen.

 

All diese Funktionen sind frei wählbar und jederzeit veränderbar.

Dies alles funktioniert, ohne dass man sich vom öffentlichen Netz trennt. Sie sind damit immer mit den Netz verbunden.

4. Funktion - Batteriewechselrichter

Der Batteriewechselrichter ist für die stufenlose Batterieladung und Batterieentladung zuständig und auch für die Zulieferung elektrischer Energie in das Hausnetz, wenn z.B. zu wenig Eigenstrom produziert wird und die Batterien auch noch genügend Reserven haben. Abends liefert der Batteriewechselrichter dann die nötige Energie aus den Batterien.

Die einphasigen Varianten haben eine Ausgangsleistung von 350VA bis 4000VA und liefern die fehlende Energie, welche auf allen drei Phasen gezogen wird aus den Batterien dazu.

Die dreiphasigen Varianten haben einen Ausgang für 3x400VAC Drehstrom bei einer Nominalleistung von 4200 bis 24000 VA und sind bis zu einer 3fachen Überlastfähigkeit ausgestattet.

Eine ENS trennt im Falle eines Netzausfalls das Hausnetz vom öffentlichen Netz, sodass kein Strom in die Überlandleitungen aus der Batterie fließen kann.

 

5. Funktion – Gesamtsystem

Das vom ECDS gesteuerte System befindet sich immer im Automatik-Modus. Mit einem Servermodul, was optional auch angeboten wird, kann die Anlage über einen PC, ein Smart Phone usw. überwacht werden bzw. Schaltungen vorgenommen werden.

 

Die Batteriewechselrichter funktionieren wie oben beschrieben.

Bei Stromausfall kann das ganze System als Notstromsystem verwendet werden.

 

Damit ist das gesamte elektrische Energieversorgungsnetz des Hauses vom öffentlichen Stromnetzt getrennt. Dafür ist jedoch eine Umschaltung des Batteriewechselrichtersystems auf das Hausnetz erforderlich. Über einen separaten Abgang wird dann das Haus mit Batteriestrom versorgt.

 

Bei entsprechender Auslegung des Batteriewechselrichtersystems kann auch die Eigenstromerzeugungsquelle auf das Batteriewechselrichtersystem synchronisiert werden, sodass auch die PV-Anlage oder eine anderen Energiequelle für den Notstrombetrieb herangezogen werden kann.

D.h. alle Anlagen funktionieren dann im Inselbetrieb und unterbrechungsfrei.

Bei Stromausfall ist eine kurzzeitige Umschaltunterbrechung von ca. 10–15 ms, sowie auch bei der Zuschaltung zum Stromnetz, möglich.

 

Das System ist für LiFePO4-Zellen ausgelegt. Weitere Batteriemodule sind auch nachträglich skalierbar. Es kann auch wahlweise mit Blei-Gel-Zellen betrieben werden.

Die Zellenüberwachung der Blei-Gel-Batterien erfolgt nur über die Gesamtspannung. Bei den LiFePO4-Zellen erfolgt dies durch ein zusätzliches BMS (Battery Management System), das den Ladungsausgleich in den Zellen untereinander übernimmt.

 

6. Funktion - einstellbare Variablen

Batteriewechselrichter

Es kann im Menü vom ECDS eingestellt werden, ab welcher minimalen Verbraucherleistung, und ab welcher Untergrenze der PV-Leistung, der Batteriewechselrichter anspringen soll.

Batterieentladung

Die Batterieentladetiefe (DOD) kann im ECDS jederzeit manuell variiert werden. So ist es möglich, bspw. im Sommer eine maximale Energie von 30 % zu entnehmen, im Winter dagegen bis zu 50%. Je geringer die Batterie entladen wird, umso höher ist die Anzahl der möglichen Ladezyklen und umso länger ist auch die Lebensdauer der Batterien.

Der maximale Entladewert ist im System auf 50% beschränkt, um Garantien für die Batteriezellen sicherstellen zu können.

Eine Funktion Notstrom ermöglicht es Ihnen, die Batterie bis auf 90% zu entladen. Damit haben Sie immer eine Reserve für die Notstromfunktion.

Speichernutzung

Der Batteriewechselrichter befindet sich grundsätzlich im Ruhezustand (ausgeschaltet), damit so gut wie kein Eigenenergieverbrauch entsteht. Er schaltet sich erst ein, wenn eine minimale Verbraucherleistung überschritten wird, bei dem wirtschaftlich vertretbare Wirkungsgrade des Batteriewechselrichters erzielt werden können. Das Zuschalten des Wechselrichters kann jederzeit manuell erfolgen.

Sobald der zuvor eingestellte Wert im Hausnetz erreicht wird, fährt der Batteriewechselrichter hoch und das System schaltet automatisch und quasi unterbrechungsfrei in den Batteriebetrieb um. Wird dieser Wert unterschritten, schaltet das ECDS den Batteriewechselrichter automatisch wieder in den Standby-Modus zurück.

7. Funktion - Besonderheiten

Das System wurde entwickelt, um die Eigenverbrauchsanteile von Ökostrom zu erhöhen. Dabei handelt es sich um keine unterbrechungsfreie Notstromversorgung im klassischen Sinne (wie z.B. in Krankenhäusern, Telekommunikationsnetzen und im öffentlichen Nahverkehr etc.).

Dies hat den Vorteil, dass unsere Systeme im StandBy-Betrieb nur ca. 10-13W benötigen, um die Steuerungs- und Überwachungsmodule zu versorgen, da unsere Wechselrichter nicht ständig laufen müssen, um diese Funktion zu gewährleisten.

Im Notstromfall ist das Gerät auf Dauerbetrieb.

 

Wenn die Energieversorgung aus dem EVU-Netz unterbrochen ist (was in den westeuropäischen Ländern nur selten vorkommt) und der Batteriewechselrichter in Ruhe ist, wird dieser innerhalb von 10-15 ms automatisch in den Notstrombetrieb geschaltet und aus den Batterien der Strom entnommen.

 

a) Wenn aber in einem solchen Fall der Batteriewechselrichter bereits in Betrieb ist, kann der Ausfall des Energieversorgungsnetzes nur dadurch bemerkt werden, dass es in den benachbarten Häusern plötzlich dunkel ist.

b) Da es sich bei den PV-Wechselrichtern nicht um inselbetriebsfähige Geräte handelt, werden diese bei einem Stromausfall automatisch abgeschaltet und können im Fall von längeren „Blackouts“ die Batterien tagsüber nicht neu laden.

Beim RES System, welches dafür ausgelegt wird, synchronisiert sich die PV-Anlage oder eine andere Stromerzeugungsanlage automatisch auf das Inselnetz. Somit wird der PV-Anlage ein Stromnetz (Inselnetz) vorgehalten, mit dem eine Verbindung eingegangen werden kann.

c) Im Batteriebetrieb ist das Hausnetz vom EVU-Netz getrennt und wird in diesem Fall über den Batteriewechselrichter des Speichersystems und der PV-Anlage versorgt, wobei maximal die Leistung der PV-Anlage und des Batteriewechselrichters tagsüber zur Verfügung steht und Nachts nur die des Batteriewechselrichters. Liegt der Verbrauch darüber, schaltet der Batteriewechselrichter ab.

d) Die hat zur Folge, dass das Hausnetz bei Ausfall des EVU-Netzes nicht mit Strom versorgt wird. Daher sollte darauf geachtet werden, dass automatisch zuschaltende Geräte, wie z.B. Wärmepumpen, bei Stromausfall optional über einen separaten Aktor von unserer Steuerung automatisch gesperrt werden.

 

8. Funktion – zusätzlich

a) Die Steuerung des Systems kann mit Hilfe unseres Webserver - Modul (im Lieferumfang nicht enthaltenen) mit Powerline-Modul und Tablet-PCs über hausinternes LAN oder WLAN erfolgen. Das passwortgeschützte Abrufen der Seiten und Steuern der Funktionen ist auch weltweit per Internet und zusätzlichem Homepage-Link (z.B. über dyndns.org) möglich.

b) Die Wärmepumpe: Die RES Wärmepumpe kann mit dem überschüssigen Solarstrom oder einen selbst erzeugten Strom betrieben werden. Dafür wird nur der überschüssige Strom verwendet und kein Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen. Sollte dann zu wenig Wärme damit erzeugt werden können, wird die Differenz, wenn das gewollt wird, aus dem öffentlichen Netz bezogen.

c) Die Warmwassseraufbereitung mit Solarstrom: Sie wollen Ihren vorhandenen Warmwasserspeicher und den damit verbundenen Heizaufwand durch einen Heizstab unterstützen? Sie sind bereits Besitzer einer Photovoltaikanlage? Dann haben wir die innovative Lösung für Sie! Dank des "RES ECDS PV Heizsystems" ist es möglich, den erzeugten Strom der Photovoltaikanlage zu nutzen und in den E-Heizstab umzuleiten. Dabei nutzt das "RES ECDS PV Heizsystem" den Strom aus Ihrer Photovoltaikanlage, um mit den gelieferten E-Heizstab Ihren Warmwasserspeicher zu erwärmen. Durch diese innovative Möglichkeit Ihren Eigenverbrauch des erzeugten Stromes über Ihre Photovoltaik-Anlage zu optimieren, erhöhen Sie nicht nur Ihre Eigenverbrauchsvergütung, Sie vermindern zeitgleich Ihren Heizbedarf und sparen somit an teuren Rohstoffen. Mit dem "RES ECDS PV Heizsystem" sparen Sie bis zu 60 % an Heizenergie für die Warmwassererzeugung! Dabei liegt der Wirkungsgrad bei 99 %. Somit wird die Überschussenergie der Photovoltaikmodule an das "RES ECDS PV Heizsystem" abgegeben. Dies erfolgt in Form von Wärme in den Heizkreislauf Ihres Hauses mittels Elektroheizstab oder Elektrowärmetauscher. Das "RES ECDS PV Heizsystem" kann problemlos in die bestehende Heizungsanlage, sowie die vorhandene Photovoltaikanlage integriert werden. Der Speicher muss lediglich über einen Flansch (11/2") verfügen. Aufwendige Wärmetauscher und Leitungen für die Transportmedien entfallen somit! Eine reibungslose und automatisierte Nutzung der erzeugten Energie Ihrer Photovoltaikanlage ist gewährleistet. Sobald der E-Heizstab das Wasser auf die gewünschte Temperatur erwärmt hat, schaltet das "RES ECDS PV Heizsystem" aus. Je nach Priorität wird die Warmwasseraufbereitung vorrangig oder nachrangig eingestellt.

 

Beladen von E-Fahrzeugen über den RES Batteriespeicher:

Moderne E-Fahrzeuge werden über einen Batteriespeicher beladen. Dadurch können Sie den selbst erzeugten Strom auch perfekt nutzen. Vorteil ist, dass Sie keine zusätzlichen Netzbereitstellungskosten bezahlen müssen, da Sie ja den Spitzenstrom aus der Batterie nehmen und Sie haben den Strom ja auch selbst erzeugt.

Bei richtiger Auslegung des Batteriespeichers können Sie damit auch eine Schnellladung durchführen, z.B. ist es möglich einen Tesla S in einer Stunde voll zu beladen und weitere 500 km weit zu fahren.