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Powerbank im Alltag - der Weg zur Sonne

Mitte September 2015 konnte die erste dreifels Powerbank mit 2nd LiFe Akkus bei einem Privatkunden in Lupsingen in Betrieb genommen werden. Was bedeutet das nun 24h eigenen Strom zu haben?

Die Technologie ist bereit, damit die Dachfläche eines Hauses ausreicht so viel Strom zu erzeugen, wie man braucht.

Schritt 1 war die Installation der Solaranlage. Insgesamt 70 Solarpanels mit je 280 Wp passten auf das 35 Grad geneigte Ost- und Westdach. Diese erzeugen über 16'000 kWh pro Jahr. Mehr als genug für den Haushaltsstrom. Eigentlich über 11'000 kWh zuviel pro Jahr, aber im Dezember und Januar wird es je nach Wetter nur knapp reichen.

Schritt 2: Wenn man Strom hat zum verschenken, dann wäre es ja unsinnig noch Benzin aus dem Nahen Osten zu kaufen. Also Elektroauto statt Benzinschleuder. Der "Ampera" steht nun in der Garage und freut sich ab den Amperekäfern, die am sonnigen Nachmittag direkt vom Dach ins Auto krabbeln dürfen.

Schritt 3: Die Nacht zum Tag machen. Trotz massiver Überproduktion im Sommer reichte der Strom nicht einmal aus, um die Hälfte des monatlichen Verbrauchs zu decken. Da könnte man die Solaranlage auch noch viel grösser machen, ohne Speicher kommt man nie über 50% Deckungsgrad. D.h. man verschenkt tagsüber den Strom und muss ihn dann nachts wieder zu doppelten Preis zurück kaufen.

Wo gibt es einen bezahlbaren Speicher, der 2- 3 Nächte überbrücken kann?

Jeder Solarwechselrichter-Hersteller hat auf seiner Webseite das 《Whitepaper》dazu drauf. Dann aber schwarz auf weiss 12 kWh und eine dreiphasige Leistungselektronik schlüsselfertig in den Keller liefern zu können, ist ein anderes Kapitel. Oft wissen selbst die Entwicklungsabteilungen noch nicht was in den Verkaufsprospekten steht;)

Fündig wird man bei dreifels in Oberbaselbiet. Seit die ersten Lithiumakkus in Serie gingen hat dreifels die TWIKE Elektrofahrzeuge damit ausgerüstet und die dazu passende Elektronik entwickelt.
Die LiFe Rundzellen sind nun seit über 7 Jahren im Einsatz. Inzwischen ist die Entwicklung weiter gegangen und man kann bei gleichen Gewicht die dreifache Reichweite haben. Die Akkus haben jedoch immer noch über 80% der Kapazität. Wäre schade zu entsorgen und die ideale Quelle für die 2nd-Life Akkus. Neu aufbereitet und ausgemessen erfüllen die Akkus noch weitere Jahre im stationären Einsatz ihre Aufgabe und kosten kaum die Hälfte von neuen Akkus.
Die Powerbank, ein dezenter blauer Stahlschrank, passt in jeden Keller. Akkus, Akkucontroller mit dem dreifels Remote Monitoring System und auch der leistungsfähige, dreiphasige 10 kW Wechselrichter steckt sauber versorgt hinter den Schranktüren. Die zwei Kabel der Solarpanels führen vom Dach runter hinein, ein roter, dreiphasiger Stecker führt ins Stromnetz des Hauses. Ein Smart Meter kommt ins Elektrotableau und meldet wann es Zeit ist, um den gespeicherten Strom freizulassen.


Die Installation der Powerbank

Der Energieschrank gehört in den Keller. Anstatt Wein, Kartoffeln oder Öl lagert man heute den Strom dort. Hier ist es trocken und immer gleichmässig temperiert, ideal für ein langes Akkuleben. Die erste Hürde aber kommt sogleich: Die Kellertreppen sind im Allgemeinen für Kartoffelträger ausgelegt und nicht für sperrige Installationen oder schwere Möbel.

Einen Pluspunkt für unser Konzept: Der Schrank wird in Einzelteilen die Wendeltreppe hinunter getragen, und dort zusammen gebaut. Den Wechselrichter tragen wir zu zweit an den praktischen Traggriffen hinunter und die Akkublöcke mit je 15kg einzeln in einer kleinen Fitnessübung.


20150918_Lupsingen_12_1600    An der Kalksandsteinwand findet der Kasten perfekten Halt. Daneben hätte es noch Platz für eine zweite Powerbank mit der man die Autonomie auf eine ganze Woche erweitern könnte.

Die Hauptsicherung und die Steckdose der Notstromversorgung passt gut zugänglich in einen kleinen Schaltschrank daneben.

Die Notstromversorgung bedient in erster Linie die Hangwasserpumpe, denn ohne diese Pumpe würde bei einem längeren Stromausfall der Keller geflutet. Eine 3-Phasen Steckdose erlaubt es auch bei Stromausfall weitere Geräte dort direkt anzuschliessen.




Die Innereien

Bei der Ausführung mit 12 kWh passen die 16 Blöcke und der Wechselrichter gut in den abschliessbaren Schrank. Damit ist alles sauber und sicher versorgt und geschützt.

Die Stromkabel der Solarpanels auf der Ostseite des Daches sind auf der linken Seite herein geführt.


20150918_Lupsingen_16_1600    Die Leistungsfähigkeit kann so vom ersten Eindruck bereits erahnen. Hier wird nicht wie in bisherigen Solaranlagen der Strom tröpfchenweise an die minimalistischen Verbraucher verteilt. Ob Geschirrspüler, Waschmaschine, Backofen, Racelettegrill oder sogar der Opel Ampera an die Steckdose geht ist für den Umrichter kein Problem, selbst wenn sie gleichzeitig sind. Bis 10 kW entnimmt er den Akkus und / oder der Solaranlage und liefert ihn als sauberen 230V Wechselstrom an alle die ihn brauchen.

Damit positioniert sich die dreifels Powerbank in einer anderen Kategorie als die bisherigen Produkte. Denn nicht nur der Wechselrichter ist auf Leistung ausgelegt, sondern auch die Akkus können locker ihre ganze Energie in weniger als zwei Stunden abgeben.



Die Sonne

Das Dach des Hauses ist Ost und West ausgerichtet. Das Solarfeld, welches die Powerbank speist, ist die neu erstellte Ostfläche. Die Westfläche speist über einen separaten Wechselrichter die Leistung ins Netz.

Die gesamte Leistung der Solaranlage reicht um mehr als doppelt so viel Energie zu erzeugen als durchschnittlich im Jahr verbraucht wird. Damit ist auch im Winter eine hohe Eigenverbrauchsdeckung möglich. Die Heizung des Hauses und des Warmwassers erfolgt über ein Fernwärmeverbund, sodass nur im Sommer das Warmwasser elektrisch gemacht wird.

Haus-MR-mit-PVA-West_800    Haus-MR-mit-PVA-Ost_800

Das Energiemanagement

Das Haus hat sehr sparsame Verbraucher. Dazwischen jedoch kann es sein, dass ein Geschirrspüler läuft, wenn draussen in der Garage gleichzeitig das Elektroauto geladen wird. Zudem erzeugt die Hangwasserpumpe periodische kurze Einschaltspitzen, welche man im untenstehenden Diagramm deutlich als regelmässige Peaks erkennt.

Woche

Die Kapazität des Speichers entspricht etwa 2 - 3 Tagesverbräuchen. Daher können auch regnerische oder neblige Tage überbrückt werden, wie man schön am 30.9.15 sieht, wo die Sonne keinen Beitrag geleistet hatte.

20151106_Lupsingen_Mod_24h

Der Tagesverlauf zeigt die Energiebilanz zum Netz.

dreifels Remote Monitoring System

Ob das Ganze nun wirklich funktioniert merkt man nur, wenn man dauernd zuschauen würde. Dazu kann man natürlich heute keinen Mitarbeiter frei stellen. Computer können das zuverlässiger, weshalb wir ein System entwickelt haben, das über das Internet und WLAN alle wichtige Daten erfasst und in einer SQL Datenbank auf unserem Server abspeichert. So kann man zurück in der Zeit scrollen und sieht rasch ob die Technik machte was Mensch wollte (unsere philosophische Maxime).

Das System zeigt, wann der Akku geladen und entladen wurde. Man sieht ob der Speicher richtig dimensioniert wurde oder ob mehr besser wäre. Dank der Modularität können jederzeit weitere Akkumodule angefügt werden. Änderungen in der Nutzung können so einfach berücksichtigt werden.
Auch Lithiumakkus altern und es können z.B. aufgrund von Korrosion einzelne Zellen ausfallen. Das Monitoring kündigt dies frühzeitig an, sodass diese dann bei einem nächsten Service ersetzt werden können.

Akkuzukunft

Wie jedes Bauteil hält ein Akku auch nicht ewig. Im Konzept der Powerbank war dies ein wichtiges Kriterium: Was passiert wenn eine Zelle stirbt?
Viele andere Systeme schalten dann mit einer Fehlermeldung ab. Das ist nicht erwünscht. Das dreifels Multistringkonzept ist so redundant ausgelegt, dass mehrere Zellen ausfallen können, entweder in Form eines internen Kurzschlusses oder eines Unterbruchs, ohne dass der Nutzer etwas davon merkt. Die besten Akkublöcke übernehmen automatisch auch die grösste Arbeit. Nur im Logfile kann man die Veränderungen erkennen und so präventiv beim nächsten Service die einzelnen Zellen ersetzen.
Jeder Akkublock ist aus 32 verschraubten Rundzellen aufgebaut. Das Know-How und Ersatzzellen sind in Gelterkinden an Lager.

Mit der Verbreitung der Elektroautos werden auch immer mehr 2nd-Life Akkus der nächsten Generation verfügbar sein. Weitgehend abgeschrieben und ohne zusätzliche Graue Energie können diese als leistungsfähige Speicher weiter genutzt werden.

Die dreifels Powerbank Architektur bietet hier auch in Zukunft eine flexible Infrastruktur.



Speichererweiterung

Auf den Sommer hin zeigte sich, dass täglich 20 bis 50 kWh zu viel Energie vom Dach fliessen. Eine Erweiterung des Speichers auf 37 kWh ist daher sinnvoll. Damit könnte man bis 6 Tage überbrücken.

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Am 13. Juni 2016 kam deshalb ein zweiter Schrank daneben mit 28 weiteren Akkumodulen.

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