Lösungen für neue Photovoltaik-, Wind-, Biomasse- und Wasserkraftwerke

Das Hybrid PV-Wind Batterie-Energiespeicherkraftwerk (H-PVW Kraftwerk) ist eine betriebsbereite, modulare und kompakte Lösung zur effektiven Erzeugung, Speicherung und Bereitstellung von Strom aus erneuerbaren Energien. Das HPVW Kraftwerkssystem kombiniert und steuert unterschieldliche erneuerbare Energiequellen und Lasten und beeinhaltet ein Lithium (Li) Batterie-Energiespeichersystem.

Das H-PVW Kraftwerk ist die optimale und flexible Lösung für Neu-Installationen Photovoltaik und Windkraftanlagen.

Das H-PVW Kraftwerk kann als Inselsystem arbeiten, sowie parallell bidirektional an das Stromnetz angeschlossen sein.
Es kann als selbstständiges Microgrid arbeiten und sich blitzschnell mit dem großem Stromnetz verbinden und wieder trennen, zum Beispiel, wenn gerade der Strom aus dem großen Netz günstig gespeichert werden kann, um ihn zeitversetzt zu einem späteren Zeitpunkt wieder abzugeben.

HYBRID

  • Stromerzeugung aus unterschiedlichen EE-Generatoren
  • Kombination unterschiedlicher Energiequellen
  • Batterie Energiespeicher-Kraftwerk
  • Implementation der Grundsätze der dezentralen Energieerzeugung
  • Microgrid – Inselbetrieb/Netz-Integration/Netzstabilisierung

FLEXIBEL

  • Vielseitige Einsetzbarkeit für vielfältige Anwendungsbereiche
  • Leistungsstarke Lösungen für neue Geschäftsfelder
  • Modular erweiterbar
  • Betriebsbereite Systeme für den Einsatz im Innenbereich
  • Kraftwerke für vielfältige Einsatzbereiche und Konfigurationen
  • Kundenspezifische Kombinationen vorgefertigter H-PVW- Module für alle Leistungsklassen

ZUVERLÄSSIG

  • Erprobter Betrieb im industriellen Bereich

HYBRID

Stromerzeugung aus unterschiedlichen erneuerbaren Energiequellen

Das Hybrid PV-Wind Batterie Energiespeicher Kraftwerk (H-PVW Kraftwerk) ist ein System für die Stromerzeugung aus unterschiedlichen erneuerbaren Energiequellen, in der Regel eine Photovoltaikanlage und eine Windkraftanlage.

 

Batterie Energiespeicher System

Das H-PVW Kraftwerkssystem beinhaltet ein Lithium (Li)  Batterie-Energiespeichersystem.

 

Netzbetrieb, Inselbetrieb, Microgrid Controlling

Das H-PVW Kraftwerkssystem kann

  • parallel mit Anschluss an das Hauptstromnetz betrieben werden (Netzbetrieb),
  • netzunabhängig (Inselbetrieb), oder
  • ohne Anschluss an das Hauptstromnetz mit einem Kleinnetz (Microgrid) verbunden arbeiten, in dem es mit anderen Generatoren parallel geschaltet ist (Netzunterstützender Betrieb mit Blindleistungsregelung).

H-PVW vefügt über drei unterschiedliche Betriebsarten.
Die geeignete Kontrollstrategie wird entweder über das Energie Management System (EMS) oder durch den Anwender gewählt. Die H-PVW Wechselrichtersteuerung erlaubt die Umsetzung aller dieser drei unterschiedlichen Betriebsarten.

Die Leistungsregelung und Energieumwandlungseinrichtung sind für den Einsatz in geschlossenen Schaltschränken vorgesehen.

 

H-PVW Kraftwerks-Kombinationen

BioEnergon-ELVI bietet drei Serien von H-PVW Kraftwerks-Kombinationen an.

  • Eine Serie mit DC Eingängen für den Anschluss an Photovoltaikanlagen (PV),
  • die zweite Serie für den Anschluss an eine AC Energiequelle (Kleinwasserkraft oder Windkraftanlage),
  • die dritte Serie für kombinierte Anschlüsse, DC und AC Energiequellen.

HYBRID
H-PVW KONFIGURATIONEN

DC Bus Konfiguration

H-PVW DC configuration-preview

Die DC-Bus Lösung ist insbesondere für H-PVW Kraftwerke mit geringerer Leistung bei einer maximalen Spannung von 400V geeignet.

Die H-PVW Einheit, mit einphasigem 230V 50/60Hz Ausgangsspannung, übernimmt den DC Bus.

Ein Photovoltaik H-PVW Kraftwerkssystem kann in der Regel einen kleinen Dieselgenerator an den üblicherweise für den Wind-Generator vorgesehenen Anschluss verbinden, so dass eine vollständige DC Bus-Lösung gegeben ist.

Eine vollständige DC Bus Konfiguration eines H-PVW Kraftwerks, mit einem Wechselrichter am Ausgang, kann sowohl im netzgekoppelten wie auch im Inselbetrieb arbeiten, bzw. in einer netzfolgenden oder netzbildenden Steuerung.

 AC Bus Konfiguration

H-PVW AC configuration

Die AC Bus Lösung ist insbesondere für H-PVW Kraftwerke mit einer Bemessungsleistung über 250 kVA mit einer maximalen Spannung bis 1000 V für den netzgekoppelten und Inselbetrieb geeignet.

Die Energiequellen werden an den dafür vorgesehen Invertern an das AC Netz angeschlossen. Bei Stromausfall kann der bidirektionale Inverter der Batterie die Stromversorgung übernehmen.

Der Diesel Generator (DG) ist synchronisiert und folgt der Spannung und Frequenz am AC Anschluss.

 

FLEXIBEL

MODULARES SYSTEM

 

Batterie Energiespeicher System
Konstante Leistung für Anwendungen mit mittlerem und hohen Stromdurchsatz

  • Sicher und umweltfreundlich
  • Lange Lebensdauer
  • Geringe Betriebskosten
  • Modular erweiterbar

 

Energie Umwandlungs-System

Netz-Betriebsarten:
Netzbildend: Netzfolgend, Netzunterstützend

Energie Management System (EMS)
Verwaltung mehrerer, unterschiedlicher Energiequellen

Betriebsarten:

  • Autonome Steuerung
  • Externe Steuerung

Definition und Ausführung der Steuerungslogistik:

  • Wechselrichtersteuerung
  • Steuerung des Batterie-Ladezustands

Die geeignete Kontrollstrategie wird entweder über das Energie Management System (EMS) oder durch den Anwender gewählt.
Das EMS kann die Wechselrichter-Betriebsart wählen und die Zustandsübergänge im netzgekoppelten Betrieb sowie im Inselbetrieb steuern.

 

Remote Monitoring

Produktionsdaten werden lokal gespeichert und zur schnellen Fehleranalyse und Behebung von Störungszuständen auf einen Server übertragen.

Intelligente leistungsfähige Batterie-Architektur

Lithium (Li) Akkumulator

  • Hohe Energie- und Leistungsdichte
  • Konstante Leistung für Anwendungen mit mittlerem und hohen Stromdurchsatz
  • Sicher und umweltfreundlich
  • Höhere nutzbare Energie
  • Lange Lebensdauer
  • Geringe Betriebskosten
  • Modular erweiterbar

Batterie Management System (BMS)

  • Schutz der Batterie vor Überspannung, Unterspannung, Überstrom, Übertemperatur und Kommunikationsverlust
  • Einzel-Zell-Balancing
  • Spannungs- und Temperaturüberwachung jeder einzelnen Zelle
  • Präziser Ladeprozess
  • Remote Monitoring von Ladezustand und Betriebsstatus
  • Flexibles Mapping für zukünftige Funktionen
  • Schutz vor Feuchtigkeit und Staub

BATTERIE TECHNOLOGIE

LITHIUM–ZELLEN (Li)

In jedem Batteriemodul werden ausschließlich qualitativ sehr hochwertige Batteriezellen verwendet. Jede einzelne Zelle kann schnell und problemlos ausgetauscht werden. Bei höherem Speicherbedarf ist das Energiespeichersystem mit weiteren Batteriemodulen erweiterbar.

Das H-PVW Speichersystem nutzt Li-Zellen mit sehr hoher Energie- und Leistungsdichte, langer Lebensdauer und hoher Sicherheit. Dies resultiert in kleinen und leichten Batteriemodulen mit hohem Energiespeichervermögen und hoher Lade- und Entladefähigkeit bei konstanter Leistung für Anwendungen mit mittlerem und hohen Stromdurchsatz über einen langen Zeitraum.

Die prognostizierte Lebensdauer der Batterien bei normaler vorgesehener Nutzung beträgt 20 Jahre. Die lange Lebensdauer senkt die Betriebskosten auf ein Minimum. Die Li-Zellen sind wartungsfrei und haben eine sehr geringe Selbstentladung von >3% im Monat.

BATTERIE MANAGEMENT SYSTEM (BMS)

Hochentwickelte Li-Akkumulator-Architekturen benötigen zur Einhaltung der Werte für Strom, Spannung und Temperatur ein Batteriemanagementsystem, um die maximale Kapazität in jedem Betriebszustand aufrechtzuerhalten und eine vorzeitige Alterung der Batterien zu verhindern.

Die Betriebsstrategie beeinflusst entscheidend die Lebensdauer und die Wirtschaftlichkeit des Energiespeichersystems. Das BMS stellt jederzeit eine maximale Leistungsfähigkeit bei Einhaltung der Werte für höchstmögliche Lebensdauer während des gesamten Betriebszeitraums sicher.

Das H-PVW Energiespeichersystem verwendet ein Batteriemanagementsystem für Li-Zellen, die jeweils ein Batterie-Modul mit gewünschter Spannung bilden. Die Parameter jeder Zelle werden über eine CAN-Bus Schnittstelle an die zentrale Steuerung übermittelt.

ENERGIE MANAGEMENT SYSTEM (EMS)

Energie Management System (EMS)

Das Energie Management System (EMS)

  • definiert und führt die H-PVW Steuerungslogistik aus,
  • definiert die Sollwerte der Wechselrichtersteuerung.

Autonome / Externe Steuerung:

  • Interne Steuerung: Das EMS veranlasst die Kontrollstrategie.
  • Externe Steuerung: Das EMS erhält die Kontrollstrategie von einer externen Steuerung und führt sie je nach Batteriespeicher-Status aus

Leistungsstarke Lösungen für neue Geschäftsfelder

NEUE GESCHÄFTSFELDER

  • Flexibles Netzmanagement und Elektromobilität
  • Kosten für Bereitstellung von Blindleistung entfallen durch Kompensation
  • Steigerung der Energieeffizienz
  • Glättung der volatilen Stromerzeugung erneuerbarer Energien
  • Netzengpass – Management

 

NETZDIENSTLEISTUNGEN (NDL)

  • Integration Erneuerbarer Energiequellen
  • Hybrid – Vollintegration mehrerer erneuerbarer Energiequellen
  • Reserveleistung
  • Schutz vor Überspannung durch EE Netzeinspeisung
  • Zeitversetzte Energiebereitstellung
  • Spitzendeckung und Spitzenlastausgleich
  • Spannungshaltung und Frequenzregelung
  • Reduzierung der Blindstromkosten und kwh-Verluste
  • Verbesserte Energiequalität, hohe Einschaltströme werden vermieden
  • Primärregelung
  • Kompensation von Oberschwingungsströmen
  • Low Voltage Fault Ride Through (LVFRT)
  • Schwarzstart
  • Einhaltung der Netzanschlussbedingungen

H-PW DC Kraftwerkssysteme mit DC Stromeingang

DC BUS KONFIGURATION
Beispiel Photovoltaik

Elektrische Anschlüsse

Die H-PVW Schalt- und Kontrollschränke mit DC Eingang (H-PVW-DC) basieren auf einer Konfiguration mit gemeinsamem DC-Zwischenkreis bei nominal 650V (siehe Blockschaltbild), und stellen Eingangs-/Ausgangs Stromanschlüsse mit entsprechenden Schutzvorrichtungen bereit:

DC-Seite:

  • Batterie-Energiespeichersystem
  • Photovoltaikbereich

AC-Seite:

  • Stromnetz
  • Last
  • Windkraftanlage, Dieselaggregat (z.B.)

Die H-PVW DC Kraftwerkssysteme mit DC Stromeingang beinhalten:

 

Batterie-Energiespeichersystem

  • Lithium (Li) Batteriemodule
  • Batteriemanagement (BMS)
  • Schutzvorrichtungen

Energie Management System (EMS)

  • Monitoring/Internes Control System
  • Remote Monitoring
  • Interfaces: RS-485, CAN, Modbus

Umwandlungssystem (DC-DC und DC-AC)

beinhaltet

  • AC Filter (zur Verringerung des Oberschwingungsanteils am Inverter-Ausgang)
  • Niederfrequenz Ausgangs-Leistungstransformator
  • EMI Filter DC und AC
  • Digitale Steuerungen
  • Isolationsüberwachung DC
  • Schutzvorrichtungen (Überspannung, Überstrom und Übertemperatur, Schutz gegen direktes Berühren)
  • Netz-Schnittstellenschutz (beinhaltet Spannungs-Frequenz Relais und elektromechanischen Schütz)
  • Klemmleisten für Stromanschlüsse, Lüftung
  • Kommunikationsschnittstellen

Energie Management System (EMS)

Das H-PVW Kraftwerk beinhaltet ein Energiemanagementsystem (EMS), welches die Leistungsflüsse im H-PVW Kraftwerk regelt und den Kraftwerksbetrieb entsprechend der generellen Steuerungsfunktion optimiert.

Das EMS kann die Wechselrichter-Betriebsart wählen und die Zustandsübergänge im netzgekoppelten Betrieb sowie Inselbetrieb steuern.

Im Inselbetrieb gleicht das Energiemanagementsystem (EMS) kontinuierlich die Stromgeneration mit der Lastnachfrage ab und steuert den Batterie-Ladezustand.

Das H-PVW Kraftwerk kann in Verbindung mit einem externen Controller betrieben werden, in dem ein komplexeres Energiemanagement System implementiert werden kann, um Anwendungen mit mehreren Generatoren zu steuern.

Betriebsarten und Steuerung

Die H-PVW DC Wechselrichter Steuerung erlaubt dem Anwender folgende wählbare Betriebsarten:

Netzbildend:
H-PVW DC ist entweder an ein isoliertes Microgrid angeschlossen oder arbeitet im Stand Alone-Betrieb.

H-PVW DC arbeitet als Spannungsgenerator, die Wechselrichtersteuerung regelt zur Sicherstellung der Leistungsbilanz des Systems (Inselbetrieb) Spannung und Frequenz unter Beibehaltung der Werte entsprechend der relativen Sollwerte.

Netzfolgend:
H-PVW DC ist an das Stromversorgungsnetz oder isoliertes Kleinnetz (Microgrid) angeschlossen und arbeitet als Stromgenerator.

Die Wechselrichtersteuerung stellt Wirkleistung P und Blindleistung Q Regelung zur Verfügung.

Der Wechselrichter arbeitet synchron zur Microgrid-Netzspannung – vorgegeben durch das Stromversorgungsnetz, an welches das Microgrid angeschlossen ist, oder durch einen Wechselrichter im netzbildenden Betrieb, oder eine Windkraftanlage oder Dieselaggregat und regelt die Generatorspannung entsprechend der P and Q Sollwerte (Netzgekoppelter Betrieb).

Netzunterstützend:
Der Generator ist parallel mit anderen Generatoren an das Microgrid angeschlossen.

Die Wechselrichtersteuerung des Generators sichert die Wirk- und Blindleistungsverteilung durch Spannungs- und Frequenzregelung mittels Blindleistungs-Regelung (Microgrid-Betrieb).

PV-Steuerung durch MPPT und RPPT:
Der Photovoltaik Generator kann im MPPT-Betrieb (Maximum Power Point Tracking) oder im RPPT-Betrieb (Requested Power Point Tracking) arbeiten.

Im MPPT Betrieb speist der Photovoltaik Generator den maximal verfügbaren Strom aus der Photovoltaikanlage in den DC Bus.
Im RPPT Betrieb wird der solargenerierte Strom durch den von dem Energiemanagementsystem (EMS) erhaltenen Sollwert begrenzt.