Sizing of Battery Converters for Residential PV Storage Systems: How Much Rated Power is Sufficient?

Mit der steigenden Anzahl an Photovoltaik (PV)-Anlagen, die zur Eigenversorgung an Batteriespeichern angeschlossen sind, haben sich in Deutschland neue Forschungsthemen wie z. B. die Dimensionierung der erforderlichen Systemkomponenten ergeben. In diesem Beitrag wird der Einfluss der Nennleistung der Batteriewechselrichter auf die Nutzung von PV-Batteriesystemen in Wohngebäuden erörtert.

Verhältnis von Wechselrichterleistung und Speicherkapazität variiert je nach System

Zunächst wird für eine Vielzahl der am Markt erhältlichen PV-Batteriesysteme das Verhältnis zwischen der Nennleistung des Batteriewechselrichters und der Speicherkapazität analysiert. Anschließend wird anhand von Simulationen mit einer zeitlichen Auflösung der Last- und Erzeugungsdaten von 1 s ermittelt, wie sich die Nennleistung auf den Energiedurchsatz des Batteriesystems auswirkt. Dabei wird die Leistungsabhängigkeit der Umwandlungswirkungsgrade mithilfe der Wirkungsgradkurven der Leistungselektronik berücksichtigt.

Batteriespeicher werden häufig mit geringen Leistungen entladen

Die Ergebnisse zeigen, dass Leistungen der Batteriewechselrichter im Bereich von 4 kW bis 5 kW für die meisten der untersuchten Anlagenkonfigurationen unter Berücksichtigung der maximalen Energieentnahme optimal sind. Batteriewechselrichter mit einer Nennleistung zwischen 30 % und 50 % der optimalen Leistung reichen jedoch aus, um mehr als 95 % der maximal entladbaren Energie aus dem Batteriesystem zu liefern. Daraus lässt sich schließen, dass kleine Batterieumrichter mit einer Leistung von 1,5 kW bis 2 kW für den Eigenverbrauch ausreichend sind.

Die Auslegung der Batteriewechselrichter beeinflusst auch dessen Lebensdauer

Neben energetischen Gesichtspunkten gibt es allerdings noch einige weitere Aspekte, die bei der Wechselrichterdimensionierung berücksichtigt werden sollten. Es gilt zu beachten, dass kleinere Systeme häufiger bei Nennleistung betrieben werden. Dies reduziert in der Regel die Lebensdauer des Batteriewechselrichters aufgrund der hohen Belastung der elektronischen Bauteile. Darüber hinaus sollte berücksichtigt werden, dass die Fähigkeit zur Lastspitzenkappung oder anderen Dienstleistungen für kleine Batteriewechselrichter eingeschränkt sein könnte. Allerdings sind kleinere Systeme in der Regel auch kostengünstiger. Infolgedessen ist ein Kompromiss zwischen dem maximalen Energiedurchsatz und den Kosten des Systems erforderlich. Dies gilt es in zukünftigen Forschungstätigkeiten weiter zu berücksichtigen. Um die Gültigkeit der hier vorgestellten Dimensionierungsempfehlungen zu belegen, sollten weitere Untersuchungen mit unterschiedlichen PV-Erzeugungs- und Lastprofilen durchgeführt werden.