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Forscher testen Energiespeicher mit Superkondensatoren

© Fraunhofer ISE© Fraunhofer ISE

Freiburg - Mit der Umsetzung der Energiewende steigt der Stromanteil aus fluktuierenden erneuerbaren Quellen wie Wind und Sonne. Forscher des Fraunhhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE testen nun den Einsatz eines Batteriesystems mit Superkondensator im realen Betrieb.

Auf der Nordseeinsel Borkum wird ein neuartiger Batteriespeicher getestet. Das hybride Speichersystem besteht aus einer normalen Lithium-Ionen-Batterie und einem Superkondensator. So sollen kurzzeitige Leistungsanforderungen schnell bedient und die Batterien geschont werden. Das 2015 gestartete Projekt "NETfficient" läuft vier Jahre lang und wird im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms "Horizon 2020" der Europäischen Union gefördert.

Modularer Wechselrichter mit Superkondensator als Kurzzeitspeicher
Auf Borkum werden räumlich verteilt 40 Heim-Speicher, fünf Gewerbespeicher, ein thermischer Speicher sowie ein hybrider Energiespeicher sowie Erzeuger in ein Smart Grid eingebunden und von einem intelligenten Energie- und Netzmanagementsystem gesteuert, teilte das ISE mit. "Neben der 500 kWh Lithium-Ionen-Batterie ist eine der wichtigsten Komponenten im System der am Fraunhofer ISE entwickelte Batteriewechselrichter. Dieser hat eine Gesamtleistung von einem Megawatt und besteht aus hochkompakten und besonders dynamischen Untereinheiten mit einer Leistung von je 125 kW. Dadurch lassen sich alle beliebigen Systemgrößen bis in den Multi-Megawatt-Bereich realisieren", so Dr. Olivier Stalter vom Fraunhofer ISE. Zusätzlich zur Lithium-Ionen-Batterie wird über eine weitere Leistungselektronik ein Superkondensator als Kurzzeitspeicher eingebunden. Dieser federt Leistungsspitzen ab und verlängert damit die Lebensdauer der Batterie.

Megawatt-Wechselrichter um Faktor zwei bis vier kleiner
"Der Megawatt-Wechselrichter wurde in einem 19 Zoll-Rack mit einer Höhe von 200 cm realisiert und ist damit um den Faktor zwei bis vier kleiner als aktuell verfügbare Vergleichsgeräte", erklärt Stefan Schönberger. Möglich wurde dies durch den Einsatz modernster Siliciumkarbid-Halbleiter sowie durch einen optimieren Aufbau von Leiterkarten, Filterelementen sowie verschiedenen Kühlmethoden. Um die extrem schnellen Schaltgeschwindigkeiten realisieren zu können und die daraus entstehenden Überspannungen an den Halbleitern klein zu halten, wurde eine speziell dafür optimierte Dickkupferleiterkarte mit ausschließlicher Verwendung von Folienkondensatoren realisiert. Für die optimale Kühlung sorgt hauptsächlich ein Flüssigkeitskühler. Um die Drosseln sowohl kompakt als auch verlustarm zu realisieren, wurde ein hochwertiges Pulverkernmaterial in Tablettenbauform verwendet.

Wechselrichter-Einschub mit einer Höhe von nur 15 Zentimetern
Mit Hilfe dieser Technologien konnten die Freiburger Forscher einen vollwertigen Wechselrichter-Einschub mit einer Leistung von 125 kW und sämtlichen Schalt- und Schutzelementen in einem 19 Zoll-Einschub mit einer Höhe von nur 15 cm realisieren. Der Einschub besitzt Steckkontakte für Strom und Kühlflüssigkeit und kann während des Betriebs getauscht werden. Die interne Kommunikation verteilt bei Tausch oder Ausfall eines Einschubs in Sekundenbruchteilen die Master- und Slave-Rollen neu. Damit kann ein robustes und wartungsfreundliches Gesamtsystem realisiert werden.

© IWR, 2018


12.03.2018