Steckbare Anschlusstechnik für Energiespeicher

Bild 1: Mit steckbarer Anschlusstechnik lassen sich Energiespeicher sicher und schnell installieren. Phoenix Contact

Auf dem Weg zur All Electric Society gehören Energiespeicher zu den Schlüsselbausteinen. Die Energieerzeugung wird immer stärker dezentrali­siert, während die Elektrifizierung in vielen Bereiche der Gesellschaft unaufhaltsam voran­schreitet. Dieser Trend bewirkt auch einen zunehmenden Einsatz von Energiespeichern. Sie speichern den Strom und ermöglichen somit eine sichere Verfügbarkeit erneuerbarer Energien. Zudem dienen sie als Puffer- oder Backup-

Speicher und entlasten dadurch das Stromnetz. Während bei der Entwicklung von Speichersystemen in den vergangenen Jahren der Hauptfokus auf der Leistungsfähigkeit der Batteriezellen lag, rücken nun vermehrt auch andere Komponenten des Systems in den Vordergrund (Bild 2).

Bild 2: Blick ins Innere eines Energiespeichersystems: Hunderte Batteriemodule werden zu einem System verschaltet – für die Performance des Gesamtsystems ist die Anschlusstechnik ein entscheidender Faktor. © engineerstory@shutterstock

Energiespeichersysteme bestehen aus zahlreichen Batteriemodulen, die bei der Installation zusammengeschaltet werden müssen. Die Performance des vollständigen Systems ist von der Qualität jeder einzelnen Verbindung abhängig. Daher kommt es in hohem Maße darauf an, dass jeder Kontakt­punkt den Strom sicher und zuverlässig überträgt. Bei der Installation spielen daher drei Themen eine übergeordnete Rolle: Die Sicherheit für den Installateur, der Arbeitsaufwand bei Installation und Wartung sowie die Vermeidung von Fehlern während der Verdrahtung.

Bis heute wird ein Großteil der Systeme mit einem einfachen Schraubanschluss und Ringkabelschuhen installiert. Diese Anschlusstechnik ist im Hinblick auf die Materialkosten durchaus wettbewerbsfähig. Werden jedoch die hohen zeitlichen Installationsaufwände mit in die Kostenbetrachtung einbezogen, relativiert sich dieser Kostenvorteil schon bei wenigen Kontakt­punkten. Bei der Installation muss sichergestellt sein, dass der Installateur jede einzelne Schraubverbindung anbringt und mit dem korrekten Drehmoment anzieht, damit eine sichere elektri­­sche Verbindung entsteht. Bei einem Speicher­system mit mehreren hundert, wenn nicht gar tausend Batteriemodulen muss nicht nur jeder einzelne Kontaktpunkt vom Installateur verschraubt werden, es muss auch eine hohe Wiederholgenauigkeit im Prozess gegeben sein. Zudem bietet eine Verbindungstechnik mit einem einfachen Schraubanschluss und Ringkabelschuhen vielfach nur einen unzureichenden Berührschutz für den Installateur – und birgt damit ein nicht unerhebliches Verletzungspotenzial.

Um diesen beschriebenen Nachteilen der Anschlusstechnik zu begegnen, bietet sich eine steckbare Anschlusslösung an. Diese kann vorkonfektioniert zusammen mit den Batterie­modulen ausgeliefert werden, und muss somit bei der Installation vor Ort nur noch gesteckt werden.

Jede Applikation hat spezifische Anforderungen

Bild 3: Optimierte Technik für den Einsatz an Hybridwechselrichtern: Die farbigen, mechanisch kodierten Steckverbinder unterscheiden sich deutlich von gängigen PV-Steckverbindern. Phoenix Contact

Je nach Größe und Endanwendung des Speicher­systems unterscheiden sich die Anforderungen an die Anschlusstechnik der Batteriemodule erheb­lich. So muss beispielsweise bei der Installation kleiner Heimspeichersysteme flexibel auf die Einbausituation vor Ort eingegangen werden – die Anschlusstechnik muss diese Flexibilität zulas­sen. Bei Großspeichern hingegen spielt dieser Faktor kaum eine Rolle. Der innere Aufbau eines Speichercontainers ist meist stark standardi­siert. Da hier eine Vielzahl an Modulen verschal­tet werden muss, stehen Installationszeit und Kostenaspekt der Anschlusslösung im Fokus.

Für alle gängigen Anwendungsfälle – vom kleinen Heimspeicher über Industriespeicher bis hin zu Großspeichern – bietet Phoenix Contact steckbare Lösungen an. Neben der weit verbreiteten front­seitigen Anschlusstechnik gibt es auch ein völlig neu konzipiertes Einschubsystem auf Strom­schienen. Alle Lösungen haben etwas gemeinsam: Sie wurden eigens für die Applikation der Energiespeicher entwickelt und erfüllen somit deren spezifische Anforderungen. Alle Steckver­binder sind für Systemspannungen bis 1500 V_DC ausgelegt und verfügen über einen mechanischen Verpolschutz, der ein Vertauschen von Plus- und Minuspol der Batteriemodule sicher verhindert. Außerdem kann der Installateur die unterschied­lichen Polaritäten durch verschiedene Farben klar voneinander unterscheiden.

Heim-, Industrie- und Großspeicher

Bild 4: Berührschutz bei der Installation als zentraler Sicherheitsfaktor: Die Anschlusstechnik der Batteriemodule sollte auch im ungesteckten Zustand die Schutzart IP20 erfüllen – so wird unbeabsichtigtes Berühren der Kontakte verhindert. Phoenix Contact

Heimspeicher werden oftmals über den Wechsel­richter mit einer Photovoltaikanlage verbunden, um den dort erzeugten Strom zu speichern. Die Anschlusstechnik muss somit ähnliche Anforde­rungen erfüllen wie die bereits etablierte Anschlusstechnik der Wechselrichter. Um Verwech­slungen der unterschiedlichen Strings auszu­schließen, hat Phoenix Contact eine Variante mit kodiertem Steckgesicht entwickelt. Diese verhin­dert sowohl ein Kurzschließen der Batteriepole als auch eine unbeabsichtigte Kombination von Batterie und Photovoltaik­anschlüssen. Darüber hinaus unterscheiden sich die roten und blauen Batteriestecker auch optisch von den Anschlüssen der PV-Anlage (Bild 3).

Hohe Ströme, flexible Anschlussrichtungen und unterschiedliche Anschlusstechniken für die Geräteseite – das sind die Merkmale der neuen Batteriepolstecker, die bei Industriespeichern zum Einsatz kommen. Quer­schnitte von 16 bis 95 mm² ermöglichen die Übertragung von Strömen bis 350 A. Ein umfang­reicher Berührschutz garantiert auch im unge­steckten Zustand Sicherheit für den Installateur. Und dank der 360°-Rotierbarkeit der Steckver­binder kann flexibel auf unterschiedliche Einbaubedingungen reagiert werden. Zudem können Gerätehersteller aus verschiedenen Anschluss­techniken – etwa Strombalken, Gewindebolzen oder Crimp-Technik – auswählen (Bild 4).

Bereits heute sind Großspeicher weitestgehend standardisiert, um die Kosten so gering wie möglich zu halten. Standard-Container werden mit Racks ausgestattet und mit Stromschienen zur Energieverteilung versehen – warum nicht also auch die Anschlusstechnik an diese Gegebenheiten anpassen? Zu diesem Zweck bietet Phoenix Contact ein Einschubsystem an, das direkt auf Strom­schienen kontaktiert. Somit entfällt der komplette Verdrahtungsaufwand der Leistungs­anschlüsse. Ein hoher Toleranzausgleich von ±4 mm sorgt dabei für einen sicheren Einschub auf die Stromschienen. Dank des modularen Aufbaus des Steckers – ähnlich einer Reihenklemme – lassen sich Ströme von 40 bis hin zu 200 A übertragen (Bild 5).

Perspektiven für die Energiewende

Bild 5: Lösungen für Rack-Systeme im Vergleich: Einschubsystem, das direkt auf die Stromschienen kontaktiert wird (links) sowie die flexible, kabelgebundene Lösung mittels Batteriepolstecker (rechts). Phoenix Contact

Auch die Entwicklungen bei der Elektromobilität treiben die Anforderungen an Energiespeicher nach oben. Um immer höhere Ladeleistungen zu errei­chen, muss mit großen Strömen und Spannungen gearbeitet werden. Dabei kommt die bislang gängige kabelgebundene Anschlusstechnik an ihre Grenzen. Das Einschubsystem spielt hingegen hier seine Stärken aus: in sicherer Entfernung zum Installateur kontaktieren die Leistungsanschlüsse an der Rückseite des Batteriemoduls direkt auf Stromschienen. Durch den modularen Aufbau des Steckers kann das Konzept zukünftig leicht für hohe Ströme ertüchtigt werden. Möglich macht dies nicht zuletzt die hohe Stromtragfähigkeit von Stromschienen, wie sie auch heute schon zur Energieverteilung genutzt werden. Darüber hinaus ist ein solches Konzept bei hohen Strömen kostenmäßig attraktiver als eine kabelgebundene Anschlusstechnik – ein Faktor, der im preisge­triebenen Energiespeichermarkt gerade bei Großspeichern eine immer bedeutendere Rolle spielen wird.

(neu)