I. Wachstum von Solar-PV + Energiespeicheranwendungen

In den letzten zehn Jahren hat der Solarmarkt ein enormes Wachstum erlebt. Da die Preise weiter sinken, sind Photovoltaikanlagen (PV) für private Nutzer zu einer wirtschaftlichen Möglichkeit geworden, Stromkosten und Kohlenstoffemissionen zu senken. Eine Einschränkung von Solarmodulen besteht jedoch darin, dass sie nur unter Sonneneinstrahlung Strom erzeugen können. Batteriespeichersysteme bieten eine Lösung, indem sie tagsüber überschüssige Sonnenenergie auffangen und nachts speichern.

Die Integration von Batteriespeichersystemen mit PV-Solaranlagen kann zahlreiche zusätzliche Vorteile bringen, wie z. B. die Bereitstellung von Notstrom bei Netzausfällen. Es kann auch die Selbstverbrauchsrate der erzeugten Solarenergie erhöhen, da überschüssiger Strom in den Batterien gespeichert werden kann, anstatt ihn wieder ins Netz einzuspeisen. Da sich Solarenergiespeichersysteme für Privathaushalte immer mehr durchsetzen, gibt es derzeit zwei Hauptmöglichkeiten zur Integration von PV-Paneelen und Speicherbatterien - DC-gekoppelte Systeme und AC-gekoppelte Systeme, die jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile haben,Geeignet für verschiedene Szenarien.

II. Gleichstrom-Gekoppelte Solar- und Energiespeichersysteme

2.1Funktionsprinzip von DC-gekoppelten Systemen

In einem DC-gekoppelten System kann der Gleichstrom (DC) der Sonnenkollektoren über einen Laderegler direkt auf die Batterien des Systems übertragen werden, ohne dass über einen Wechselrichter in Wechselstrom (AC) umgewandelt werden muss. Der Strom für die Stromversorgung von Haushaltsgeräten oder netzgebundenen Anwendungen muss weiterhin über einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden, es wird jedoch nur ein Wechselrichter benötigt, was den Aufbau des DC-gekoppelten Systems vereinfacht.

2.2 Vorteile der DC-Kopplung

Der Hauptvorteil eines DC-gekoppelten Systems liegt in seinem höheren Gesamtsystemwirkungsgrad, da die Sonnenenergie in DC-Form erzeugt wird, wodurch unnötige DC-zu-AC- und AC-zu-DC-Umwandlungsstufen überflüssig werden, wodurch die 3% bis 5% Umwandlungsverluste vermieden werden, die durch die AC-Kopplung in jeder Energieflussrichtung (Solar zu Batterie, Batterie zu Last) entstehen. Die Beibehaltung der Sonnenenergie in DC-Form erleichtert auch eine effiziente "Lastverschiebung", bei der überschüssige photovoltaische Energie direkt in den Batterien gespeichert werden kann, anstatt ins Netz zurückgeführt zu werden. In diesem Szenario fungiert die Batteriebank effektiv als kontrollierbare Last und absorbiert die überschüssige Sonnenerzeugung.

2.3 KatastropheVorteile der DC-Kopplung

Sicherheitsbedenken:

Im Vergleich zur Wechselstromverkabelung birgt die Gleichstromverkabelung höhere Risiken, wie z. B. die Notwendigkeit von Metallrohren bei der Installation in Innenräumen.

Erhöhte Hardware-Komplexität:

Gleichstromgekoppelte Systeme erfordern einen dedizierten bidirektionalen Wechselrichter, der in der Lage ist, den Solareingang und die Batterieanschlüsse am Gleichstrombus zu verwalten. Die Konstruktions- und Installationskosten dieser integrierten Wechselrichtersysteme sind zunächst höher. Darüber hinaus erhöht die Echtzeit-Koordination von Solarerzeugung, Batterielade- / Entladezuständen und Lastmanagement die betriebliche Komplexität.

2.4 Wann DC-gekoppelte Wechselrichter verwendet werden sollten

DDie C-Kupplung eignet sich in den folgenden Situationen:

1.Ihr vorrangiges Ziel ist es, die Leistungsaufnahme des Solarpanels für die Batteriebank zu maximieren.

2.Sie haben noch keine bestehende Solaranlage mit netzgekoppeltem Wechselrichter.

IIich. AC-gekoppelte Solar- und Energiespeichersysteme

3,1 Funktionsprinzip von AC-gekoppelten Systemen

In einem AC-gekoppelten System muss der Gleichstrom (DC) der Sonnenkollektoren vollständig von einem Wechselrichter in Wechselstrom (AC) umgewandelt werden, um Haushaltsgeräte oder das Netz zu versorgen. Zum Laden der Batterien muss der Wechselstrom jedoch durch einen zusätzlichen Wechselrichter wieder in Gleichstrom umgewandelt werden. Darüber hinaus muss der Gleichstrom aus den entladenden Batterien auch wieder in Wechselstrom umgewandelt werden, was bedeutet, dass der Strom im Batteriebetrieb insgesamt drei Umwandlungsprozesse durchlaufen muss.

3.2Vorteile der AC-Kopplung

Der Verdrahtungs- und Installationsprozess für ein AC-gekoppeltes System ist stromlinienförmiger und deutlich einfacher als herkömmliche DC-gekoppelte Methoden. Es bietet eine kostengünstige Nachrüstungslösung für die nahtlose Integration von Batteriespeichern in bestehende netzgekoppelte Solar-PV-Systeme. Darüber hinaus können AC-gekoppelte Systeme die Ausgänge des Solar-Wechselrichters und der Batteriebank tagsüber gleichzeitig mit dem AC-Bus abgleichen, wodurch die Energienutzung erhöht und die Kosten gesenkt werden, wodurch die Fähigkeit zur Tagesstromversorgung verbessert wird.

3.3 Nachteile der AC-Kopplung

Kompromiss bei der Effizienz:

Wechselstromgekoppelte Systeme beinhalten mehrere Umwandlungen zwischen Gleichstrom- und Wechselstromquellen, was zu einigen Umwandlungsverlusten führt, obwohl diese Verluste typischerweise gering sind.

3.4 Wann AC-Kopplung zu verwenden ist

Die AC-Kupplung ist in den folgenden Situationen geeignet:

1.Der Nutzer verfügt bereits über eine ausgereifte netzgebundene Solaranlage.

2.Der Spitzenstrombedarf des Nutzers oder der Hauptstromverbrauch tritt tagsüber auf.

ichv.Wichtige Designüberlegungen für Solar- und Energiespeichersysteme

Bei der Bewertung von DC-gekoppelten und AC-gekoppelten Systemoptionen sind unter anderem einige Schlüsselfaktoren zu analysieren:

•Erwartete Selbstverbrauchsrate:

Durch die Gleichstromkopplung wird die Solarenergie direkter genutzt. Bei netzunabhängigen Systemen kann sie den Eigenverbrauch der lokalen PV-Energie erheblich steigern.

•Anforderungen an die Notstromversorgung:

Die Gleichstromkopplung ist vorteilhafter für die Verwendung von Batterien zur unterbrechungsfreien Stromversorgung kritischer Lasten bei Netzausfällen.

•Bequemlichkeit der Nachrüstung im Vergleich zur Neuinstallation:

Die Wechselstromkopplung vereinfacht die Nachrüstung von Energiespeichern in einer bestehenden Solaranlage erheblich. Im Gegensatz dazu bietet die Gleichstromkopplung eine bequemere Optimierung für neue Systeme Integration.

•Zukünftige Expansionspläne: 

Die Wechselstromkopplung sorgt für die Modularität der Solaranlage und der Batteriegröße und bietet so bei Bedarf Flexibilität für die Systemerweiterung.

•Anreizprogramme und gesetzliche Anforderungen: 

Einige Anreizmaßnahmen oder technische Spezifikationen können entweder die DC- oder die AC-Kopplung begünstigen, und auch die einschlägigen Netzzusammenschaltungsregeln können die Wahl beeinflussen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl DC-gekoppelte als auch AC-gekoppelte Solarenergiespeichersysteme zwar erhebliche Vorteile bieten, dass aber bei der Entscheidungsfindung mehrere Faktoren umfassend berücksichtigt werden sollten. Wenn der Nutzer bereits Sonnenkollektoren installiert hat und die Energiespeicherung integrieren möchte, ist ein AC-gekoppeltes System in der Regel eine kostengünstigere und schnellere Nachrüstungsmethode.

Umgekehrt kann bei der Einführung eines neuen integrierten Solar- und Energiespeichersystems von Grund auf das effizientere DC-gekoppelte System die bevorzugte Wahl sein. Auch wenn die anfänglichen Installationskosten etwas höher sein können, könnte die höhere Effizienz über den gesamten Lebenszyklus des Systems möglicherweise erhebliche Betriebskosten einsparen.