Stecksystem für Energiespeicher Kinderleicht angeschlossen

Die Prognosen für den Ausbau von Energiespeichern sind rosig: Für die nächsten Jahre werden hohe zweistellige Wachstumsraten vorausgesagt. Getrieben durch Trendthemen wie E-Mobilität und Branchenriesen wie Tesla und Panasonic, entwickelt sich die Leistungsfähigkeit der Zellen immer weiter – während die Preise stetig fallen. Die Speicherung erhöht die Attraktivität erneuerbarer Energien sowohl monetär wie auch im Hinblick auf den Grad der Autarkie. Endlich wird es möglich, die gewonnene Energie über den Tag verteilt selber zu nutzen. Derzeit gibt es zahlreiche Anbieter von Speichersystemen mit Lösungen für Heim-, Industrie- und Großspeicher. Da für Batteriespeicher bislang allerdings noch keine Standards existieren, gibt es auch beim Thema Anschlusstechnik reichlich Wildwuchs am Markt. Wer hier die Kosten im Blick behalten möchte, sollte die Anschlusstechnik nicht außer Acht lassen.

Anschlusstechnik – die große Unbekannte

Grundsätzlich lässt sich bei der Anschlusstechnik zwischen der frontseitigen und der rückseitigen Verkabelung unterscheiden. Beide Verfahren wirken sich auf die Installations- und Wartungskosten von Anlagen aus, in denen Speicher zum Einsatz kommen. Bei der frontseitigen Verkabelung werden die Leistungs- und Datenübertragungskontakte von vorne angeschlossen. Die gute Zugänglichkeit der Anschlüsse lässt eine hohe Varianz bei der Anschlussart zu. Da auch bei Energiespeichern der Preisdruck hoch ist, verwenden Hersteller häufig einfachste Anschlusstechnik wie etwa Kabelschuhe, um die Batteriepole kostengünstig anzuschließen. Die dabei oft außer Acht gelassenen Installations- und Wartungskosten führen jedoch zu höheren Kosten beim Betrieb der Anlage – und schmälern so die Rendite. Werden die Endkunden nicht vorab über diesen Sachverhalt aufgeklärt, kann der Speicherhersteller leicht an Reputation verlieren. Bei der rückseitigen Verkabelung muss das sogenannte Rack – also das Gerüst, in das die Speichermodule geschoben werden – dahingehend vorbereitet werden, dass der Stecker bereits vormontiert und angeschlossen wird. Sobald dies geschehen ist, können die Module einfach installiert, gewartet oder ausgetauscht werden. Sie lassen sich bequem von vorne in das Rack einschieben und kontaktieren dabei von selbst. Dieses Verfahren minimiert sowohl Installations- und Wartungskosten als auch die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Verdrahtung.

Derzeit gibt es auf dem Markt nur wenig spezifische Anschlusstechnik für Speichersysteme, obwohl sich die Anforderungen von denen an Standardartikel unterscheiden. Hersteller und Integratoren sind somit gezwungen, sich an bereits bestehenden Produkten aus anderen Anwendungen zu bedienen. So kommen nicht selten DC-Steckverbinder aus der PV zum Einsatz. Da insbesondere an Lithium-Ionen-Batterien Anforderungen gestellt werden, die auch die Anschlusstechnik betreffen, sind Hersteller von elektrischer Verbindungstechnik gefragt, ihre Produkte den neuen Herausforderungen und Richtlinien anzupassen.

Hybridstecker als Lösungskonzept

Phoenix Contact bietet schon lange modulare Rechtecksteckverbinder, wie die Produktfamilie Variocon, deren Einzelkomponenten der Anwender nach individuellen Bedürfnissen zu einem Komplettartikel zusammenstellen kann. So lassen sich die Tüllengehäuse in verschiedenen Baugrößen und Materialien zusammenstellen. Zudem sind die modularen Kontakteinsätze beliebig zur Leistungs-, Signal- und Datenübertragung in einem Stecker kombinierbar und die Module können einfach aneinander gerastet und dann in den dazugehörigen Rahmen eingesetzt werden. Die Baugröße richtet sich nach Anzahl der Module. Ströme bis 70 A und Spannungen bis 630 V können übertragen werden. Dabei stehen Schraub-, Leiterplatten- und Crimp-Anschlusstechniken zur Verfügung. Die Eigenschaft, Daten und Leistung gebündelt in einem Hybridstecker übertragen zu können, ist auch für Energiespeicheranwendungen von Vorteil, da bei Lithium-Ionen-Systemen die Ladezustände jeder einzelnen Zelle überwacht werden müssen. Für die Variocon-Familie hat Phoenix Contact deshalb ein Konzept für eine selbstfindende Steckervariante entwickelt.

Diese Variante ist insbesondere für Einschubsysteme geeignet, bei denen einzelne Module von vorne in ein Racksystem geschoben werden. Die beiden massiven Führungszapfen aus Metall sorgen dabei für eine sichere Selbstfindung – auch bei schweren Batteriemodulen. Die schwimmende Lagerung des Steckers ermöglicht den Ausgleich von Toleranzen beim Steckvorgang. Die Vorteile eines solchen Systems liegen auf der Hand: die Module sind schnell montiert oder bei Wartung ausgetauscht. Die Gefahr einer Verpolung und damit einhergehendem Kurzschluss der Batterie wird minimiert, da das Steckgesicht nur in der richtigen Ausrichtung zusammengesteckt werden kann.

Sicherheitsaspekte wie diese haben maßgeblichen Einfluss auf das Design der Anschlusstechnik. Ein Sicherheitsleitfaden für Li-Ionen-Hausspeicher, den ein Konsortium aus Verbänden unter Beteiligung des Bundesverband Energiespeicher, Herstellern und Instituten erstellt hat, weist ausdrücklich darauf hin, dass Fehlinstallation und Fehlbedienung nicht zu unsicheren Zuständen führen dürfen. Um dies von vornherein zu unterbinden, sollen konstruktive Maßnahmen und ein fehlertolerantes Design dafür sorgen, dass die Bedienung selbsterklärend und fehlervermeidend erfolgt. Diese Ansätze fließen auch in die aktuelle Normungsarbeit ein.

Der Energiespeichermarkt und seine Standardisierung stecken noch in den Kinderschuhen. So ist es für die Komponentenhersteller schwer, spezifische Produkte auf den Markt zu bringen. Viele potenzielle Anwender fragen sich, wie die ideale Anschlusstechnik aussieht, die sowohl preislich attraktiv als auch anwenderfreundlich und anforderungsgerecht ist.

Derzeit herrscht noch viel Bewegung in der technischen Entwicklung der Systeme, sodass sich auch die Anforderungen an die Komponenten stetig ändern. Wer hier nur den Einkaufspreis in Betracht zieht, macht eine Milchmädchenrechnung: Bei einem Speichersystem, das aus mehreren hundert bis tausend Modulen besteht, ist die Wartungsfreundlichkeit ein nicht zu unterschätzender Faktor.

Eine einmalige Investition in steckbare Verbindungstechnik wie die Hybridtechnik des modularen Rechtecksteckverbinders von Phoenix Contact macht sich im Wartungs- oder Reparaturfall schnell bezahlt und ist durch die Modifikation mit selbstfindenden Führungszapfen zukunftssicher.

Trotz des Wildwuchses bei derzeitigen Speichersystemen wird in Zukunft steckbare Verbindungstechnik ihren Weg in die Energiespeicher finden, denn Komfort und Wirtschaftlichkeit werden auf lange Sicht überzeugen. Sobald dieses neue Feld auch in der Normung erfolgreich abgearbeitet wurde, steht dem flächendeckenden Erfolg von Energiespeichern nichts mehr im Weg.