Wie lassen sich Haushalts-Photovoltaik und Energiespeicher optimal kombinieren?

Wissenschaftler des südkoreanischen Instituts für Bauingenieurwesen und Gebäudetechnik analysierten verschiedene Betriebsmodi, um Wohnbatterien mit Balkon-Photovoltaikmodulen in südkoreanischen Mehrfamilienhäusern zu kombinieren.

In der vorgeschlagenen Konfiguration ist die Batterie in das Hybridsystem einbezogen, jedoch nur zur Entladung an an die Lastleitung angeschlossene Haushaltsgeräte. Der Verbraucher wird über Balkon-Photovoltaikmodule oder Batterien mit Strom versorgt, der restliche Strom wird bei Bedarf im Speichersystem gespeichert.

Das Forschungsteam sagte, dass, wenn sich die Batterie in einem Systemprüfungszustand befindet oder der Ladezustand der Batterie sich in einem Notfallzustand befindet, Netzstrom zum Laden der Batterie verwendet werden sollte.

Forscher simulierten das Hybridsystem in einem Demonstrationsgebäude in Gaoyang, Südkorea, das einen Prototyp einer 2,016-Kilowattstunden-Lithium-Eisenphosphat-Batterie mit einem Wirkungsgrad von 93 % enthielt. Die Anlage umfasst eine nach Süden ausgerichtete 1,2-kW-Balkon-Photovoltaikanlage, bestehend aus vier in Reihe geschalteten 300-W-Modulen mit einem Wirkungsgrad von 18 %. Der Neigungswinkel beträgt 70 Grad, gepaart mit einem 260-Watt-Elektroventilator, der die Anschlussleistung darstellt.

Forscher berechnen die Speicherkapazität von Batterien, indem sie die Kapazität von Photovoltaikanlagen und den gesamten Stromverbrauch von Haushalten berücksichtigen. Wissenschaftler sagen, dass die Grundeinstellungen für den Betrieb von Batterie-Energiespeichersystemen eine Batch-Ladespannung von 58,4 V, eine Entlade-Abschaltspannung von 41 V und eine Ladespannung von 44 V sind.

Der Forscher Ji YoungEum sagte: Aufgrund seiner geringen Kapazität kann dieses System überall eingesetzt werden, nicht nur in Korea.

Die Forscher bewerteten die Leistung des Systems in vier Betriebsmodi. Sie untersuchten eine Konfiguration, bei der das Photovoltaiksystem die Versorgung der Last priorisiert und nur die Batterie mit Photovoltaikstrom auflädt, und ein System, das zunächst die Last mit Photovoltaikstrom versorgt und dann die Batterie mit Photovoltaik- und Netzstrom auflädt. Darüber hinaus erwogen sie auch ein Design, bei dem Batterien beim Laden mit Photovoltaik-Stromquellen Vorrang haben, wobei nur Photovoltaik-Stromquellen verwendet werden, und ein System, bei dem Photovoltaik-Stromquellen beim Laden von Batterien Vorrang haben und dann Photovoltaik- und Netzstromquellen zum Laden verwendet werden.

Das Experiment dauerte etwa drei Monate vom 21. August 2019 bis zum 8. November 2019. Wissenschaftler sagten, dass zur Überprüfung der Lade- und Entladeergebnisse an allen Tagen Experimente durchgeführt wurden, mit Ausnahme von Regentagen und Instrumenteninspektionstagen.

Sie fanden heraus, dass im ersten Modus etwa 92 % der Batteriekapazität entladen und etwa 91 % der Last an die Batterie abgegeben wurden. Sie stellten außerdem fest, dass die Batteriespannung den vollständigen Entladespannungsbereich von 33 V erreichte, sodass die Batterie nicht verwendet wurde, da die Batteriespannung nicht bis zur nächsten Photovoltaik-Ladung aufrechterhalten werden konnte.

Sie sagten, dass im zweiten Modus Photovoltaikstrom vorzugsweise in die Last eingespeist wird und dass es fast unmöglich ist, die Batterie aufzuladen, wenn nach der Versorgung der Last kein Photovoltaikstrom mehr vorhanden ist. Sie behaupten, dass dies eine Verhinderung der Batterieentladung durch eine Reduzierung der Leerlaufzeiten der Batterien und die Nutzung von Netzstrom erfordere.

Der dritte Betriebsmodus sorgt für eine vollständige Entladung der Batterie und die Batteriespannung bleibt erst am nächsten Tag erhalten, wenn der Photovoltaikstrom geladen und dann an die Last und das Netz übertragen wird. In der vierten Konfiguration besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Batterie aufgrund des Ladens mit Netzstrom nicht vollständig entladen wird. Wenn die Batteriespannung die Vollentladeschutzspannung erreicht, wird die Batterie über das Stromnetz aufgeladen.

Die Betriebsarten von Batterie-Energiespeichersystemen für Privathaushalte und der Balkon-Photovoltaik wurden durch Experimente zu jeder Betriebsart von Wohnbatterien (Batterie-Energiespeichersystemen) in einzelnen Haushalten oder Wohnungen bestätigt. Die Ergebnisse zeigen, dass Modus vier unter den vier Betriebsmodi von (Batteriespeichersystemen) am besten geeignet ist. Allerdings sind noch einige Funktionalitäten erforderlich, um diese Lösung auf verschiedene Haushalte in Wohnungen anzuwenden.

Forscher beschrieben ihre Arbeit in einem kürzlich in der Zeitschrift Sustainable Development veröffentlichten Artikel über die Betriebsarten von BESS und Balkon-Photovoltaik in koreanischen Wohnhäusern.