Für diejenigen, die DC-gekoppelte Batterien entdecken (wir grüßen Sie)

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In den letzten Jahren kamen eine Flut neuer DC-gekoppelter Batterieoptionen auf den Markt. Nachdem sie in den Marktsegmenten Privathaushalte und Versorgungsunternehmen erfolgreich waren, gibt es heute DC-gekoppelte gewerbliche Batterien im Trend.

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Auf den ersten Blick scheint das Wertversprechen einfach — und überzeugend. Bei einem DC-gekoppelten System können Sie weniger Geräte kaufen, und es gibt auch deutliche Effizienzvorteile gegenüber AC-gekoppelten Systemen.

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Aber viele der wichtigsten Behauptungen über Effizienz und Kosteneinsparung Hergestellt in Marketingmaterial für DC-gekoppelte Batterien verpasse das Gesamtbild. Der wahre Wert von DC-gekoppelten Batterien liegt nicht in direkten Vergleichen mit AC-gekoppelten Batterien, sondern darin, dass mehr Solarenergie (oder andere Erzeugungsoptionen) eingesetzt werden können, wie in der Abbildung oben gezeigt.

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In diesem Blog erklären wir, warum die DC-Kopplung eine leistungsstarke Option sein kann, untersuchen die Szenarien, in denen sie wirklich zur Geltung kommt, und erläutern die Treiber, die bei der Auswahl zwischen AC- und DC-gekoppelten Batteriesystemen wirklich wichtig sind.

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*und du musst uns das verzeihen AC/DC-Referenzen. Wir sind ein in Australien geborenes Unternehmen - wie könnten wir nicht?!

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Vorteile einer DC-gekoppelten Batterie: Effizienz, die über die Hardware hinausgeht

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Der offensichtlichste Vorteil eines DC-gekoppelten Systems liegt in der Hardware. Mit nur einem Wechselrichter statt zwei benötigen Projekte weniger Komponenten: weniger Verkabelung, weniger Wechselrichterverluste und geringere Systemausgleichskosten. Dies führt in der Regel sowohl zu Einsparungen bei den Kapitalkosten als auch zu einem einfacheren Systemdesign, wodurch die Komplexität von Konstruktion und Installation reduziert wird.

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Aber das ist nur der Ausgangspunkt. Zusätzlich zu diesen Hardwarevorteilen bietet die DC-Kopplung auch eine Reihe von Effizienz- und Leistungsvorteilen, die sich erheblich auf die Projektleistung auswirken können.

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Führendes Batterieunternehmen Ein Eon identifiziert sechs wichtige technische Vorteile, die durch DC-gekoppelte Architekturen genutzt werden können, von denen sie behaupten, dass sie die Leistung um bis zu 24% verbessern:

1. Effizienz beim Speicher-Round-Trip — Im Gegensatz zu einer AC-gekoppelten Batterie kann die Solarerzeugung direkt in die DC-gekoppelte Batterie fließen, ohne dass zwei Wechselrichter verwendet werden müssen. Durch den Wegfall der Umwandlung von DC->AC->DC zum Laden der Batterie mit Solarenergie wird die Effizienz des Stromkreislaufs verbessert.
   
   
2. Reduzierte Ernteeinbußen - In einigen AC-gekoppelten Anlagen kann die Sonnenenergie durch den Solarwechselrichter gedrosselt werden, bevor sie die Batterie erreicht. Dies kann an Wechselrichtern oder Exportbeschränkungen oder an zeitlich variierenden Netzbeschränkungen liegen, die von den Netzbetreibern auferlegt werden. Durch die direkte Übertragung der Energie von der Solaranlage zum Speicher auf dem DC-Bus werden Stromausfälle vermieden, wodurch die nutzbare Energie, die aufgenommen wird, erhöht wird.
   
   
3. Bessere Wiederherstellung von Fehlpaarungen - DC-gekoppelte Architekturen können Energie auf String-Ebene effektiver zurückgewinnen, insbesondere bei teilweiser Verschattung oder Fehlanpassung. Dies ist zwar nicht etwas, das normalerweise auf der Plattform von Orkestra modelliert wird, aber es ist eine reale Quelle für schrittweise Gewinne.
   
   
4. Niederspannungsernte - Wenn die PV-Anlage mit niedrigen Spannungen betrieben wird, können Wechselrichter nicht aktiviert werden, was zu Stromausfällen führt. Durch einen DC-gekoppelten Speicher kann das System mit höheren Betriebsspannungen betrieben werden, wodurch diese Niederspannungsverluste vermieden werden.
   
   
5. Minderung der Degradationseffekte - Laut AceON kann die DC-Kopplung dazu beitragen, Energieverluste auszugleichen, die durch die Degradation der PV-Zellen im Laufe der Zeit entstehen, wodurch die Systemleistung über die gesamte Lebensdauer möglicherweise um bis zu 10% verbessert wird.
   
   Und schließlich (*Trommelroll*)
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6. Energieernte mit Clipped - Das ist jetzt der große. Wenn die Leistung des PV-Generators die Kapazität des Wechselrichters übersteigt (z. B. bei einem typischen DC/AC-Verhältnis von 1,3), wird der Überschuss normalerweise abgeschnitten und geht verloren. Durch die Gleichstromkopplung kann diese überschüssige Erzeugung aufgefangen und in der Batterie gespeichert werden, anstatt sie zu verschwenden. So wird der Nutzertrag effektiv erhöht, ohne dass der Wechselrichter vergrößert werden muss. Mehr dazu demnächst.

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Unter diesen drei Leistungsvorteile werden direkt modelliert innerhalb der Orkestra-Plattform:

• Effizienz des Speicher-Rundlaufs
  
• Reduzierung von Kürzungen
  
• Clipped Energy Harvest — wo wir den größten Vorteil sehen
  
  

Unserer Ansicht nach sind diese auch bei realen Projekten am wirkungsvollsten.

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In der folgenden Fallstudie werden wir die Anordnung einer Batterie neben einem kommerziellen Solarsystem in einer DC-gekoppelten Konfiguration untersuchen. Diese Fallstudie zeigt, wie Entwickler das Sonnensystem deutlich vergrößern und fangen Energie ein, die sonst in einer AC-gekoppelten Anlage verloren gehen würde.

Fallstudie: Energiser Foods

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Um diese Konzepte zum Leben zu erwecken, schauen wir uns ein praktisches Beispiel an — eine fiktive Produktions- und Lagerstätte, die wir aufgerufen haben Energisierende Lebensmittel. Es handelt sich um ein typisches kommerzielles Lastprofil und bietet ausreichend Platz für die Installation von Solaranlagen auf dem Dach von bis zu 2 MW. Aber wie viele reale Standorte im Vereinigten Königreich ist es mit Einschränkungen beim Netzanschluss konfrontiert, die das Projektdesign grundlegend beeinflussen.

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Das Lokale Verteilnetzbetreiber (DNO) hat auferlegt:

1. Ein Exportlimit von 100 kW — alles, was darüber liegt, muss der Wechselrichter drosseln.
   
2. EIN maximale Wechselrichtergröße von 950 kW zur Bewältigung von Fehlerstromproblemen, eine häufige Einschränkung bei Projekten im kommerziellen Maßstab.
   
   

Diese Einschränkungen bedeuten, dass das Dach zwar eine 2-MW-Solaranlage aufnehmen kann, der Wechselrichter jedoch auf 950 kW ausgelegt sein muss, was bei vollständiger Montage zu einem DC/AC-Verhältnis von 2,2 führt — weit über dem typischeren Verhältnis von 1,3, das normalerweise in der Konstruktion akzeptiert wird.

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Der Haupttreiber von Energiser Foods ist Maximierung der Energieunabhängigkeit um die Netzbelastung zu reduzieren, die Kosten zu senken und die CO2-Emissionen zu senken. Um herauszufinden, wie dies am besten erreicht werden kann, haben wir drei Systemkonfigurationen mit den folgenden Kostenannahmen modelliert:

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Option A: Nur Solar

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Solargröße: 1,3 MWp

Wechselrichter: 950 kW

Energieunabhängigkeit: 29,4%

Amortisationszeit: 6,1 Jahre

Anfängliche Rendite (IRR): 19,4%

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Ausgehend von der Solarenergie haben wir Szenarien von 100 kW bis zu 2 MW modelliert. Wir stellten fest, dass, sobald das System 1,3 MWp erreicht hat, die IRRs aufgrund einer Störung des Wechselrichters auf ein inakzeptables Niveau sinken. Ab 1,6 MWp beginnen auch die NPVs zu sinken. Die Auswahl von 1,3 MWp bietet die optimale Balance für eine reine Solaranlage unter Berücksichtigung der Wechselrichter.

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Option B: Solar- und AC-gekoppelte Batterie

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Solargröße: 900 kWp

Wechselrichter: 700 kW

Batterie: 500 kWh/250 kW

Energieunabhängigkeit: 24,6%

Amortisationszeit: 5,9 Jahre

IRR: 20%

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Der nächste Schritt bestand darin, einen bescheidenen zu koppeln 2-Stunden-Batterie mit einer AC-gekoppelten Konfiguration. Trotz des zusätzlichen Speichers sank die Energieunabhängigkeit auf 24,6%, obwohl sich die Amortisation aufgrund niedrigerer Vorlaufkosten leicht verbesserte.

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Dies spiegelt eine gemeinsame Herausforderung wider: Angesichts der Wechselstromkopplung begrenzen Export- und Wechselrichterbeschränkungen immer noch, wie viele Solaranlagen und Batterien installiert werden können, und sie schränken die Stromerzeugung am Standort ein.

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Option C: Solar- und DC-gekoppelte Batterie

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Solargröße: 2 MWp

Wechselrichter: 950 kW

Batterie: 1 MWh/1 MW (1C)

Energieunabhängigkeit: 40,6%

Amortisationszeit: 6,8 Jahre

IRR: 17,3%

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Schließlich erforschten wir eine DC-gekoppelte Konfiguration, entworfen, um die Nutzung der Sonnenenergie zu maximieren. Durch die gemeinsame Ansiedlung eines 1 MWh Batterie bei einer Lade-/Entladerate von 1C direkt am DC-Bus kann das System abgeschnittene Energie einfangen das wäre sonst verloren.

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Obwohl die Amortisationszeit etwas länger ist, steigt die Energieunabhängigkeit auf über 40%, und dieses Setup bietet die höchster NPV aller betrachteten Konfigurationen. Dieser Ansatz ermöglicht es dem Projekt, die verfügbare Dachfläche des Standorts voll auszuschöpfen, ohne die Export- oder Wechselrichter-Grenzwerte zu überschreiten.

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Unser Fazit: Gleichstromgekoppelte Batterien bieten den größten Nutzen, indem sie den Einsatz von Solaranlagen bei Netzeinschränkungen und/oder Wechselrichtern maximieren.

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Kosteneinsparungen und Effizienzverbesserungen sind zwar wertvoll, aber die wahre Stärke von DC-gekoppelten Systemen liegt woanders.

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Der größte Vorteil besteht nicht nur darin, die Konversionsverluste um ein paar Prozentpunkte zu reduzieren, sondern Fähigkeit, Größenbeschränkungen von Wechselrichtern zu umgehen, die bei realen Projekten so häufig vorkommen.

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Wenn ein DNO die Wechselrichterkapazität an einem Standort begrenzt, werden in der Regel die maximale Systemgröße und die wirtschaftliche Obergrenze des Projekts festgelegt. Mit einer DC-gekoppelten Lösung können Entwickler jedoch deutlich mehr Solarkapazität installieren, ohne diese Export- oder Wechselrichter-Grenzwerte zu überschreiten — und das kann die Wirtschaftlichkeit des Projekts verändern.

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Für Endkunden bedeutet dies eine größere Energieunabhängigkeit, mehr Stromerzeugung vor Ort und eine geringere Netzabhängigkeit. Für Solarinstallateure und -entwickler eröffnet es die Tür zu größeren Projektumfängen und besseren kommerziellen Ergebnissen, da Solarenergie und Speicher miteinander kombiniert werden.

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Die DC-Kopplung ist ein leistungsstarkes Tool zum Entsperren eingeschränkter Standorte — Einschränkungen in Möglichkeiten zur Maximierung des Einsatzes und des Nutzens von Solaranlagen umzuwandeln.

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