▲Chroma ATE veranstaltete kürzlich ein Seminar über die „Beherrschung von Technologien zur Prüfung von Elektrofahrzeugen/Energiespeichern: Auf dem Weg zu nachhaltiger Energie“, um dieses Thema aus mehreren Perspektiven zu beleuchten, nämlich Industrietrends, Test- und Messtechnologien sowie nachhaltige Energie

Da den ESG-Kriterien jetzt Priorität gegeben wird, möchten Regierungen und Unternehmen ihre Nutzung von grüner Energie steigern, um echte Netto-Null-Kohlendioxid-Emissionen zu erzielen. Neben der Entwicklung von besseren Methoden zur Erzeugung erneuerbarer Energien ist ihre Speicherung ebenfalls entscheidend. Dies setzte Diskussionen über Möglichkeiten zur Entwicklung von Verifizierungs- und Prüfmaßnahmen von Energiespeichersystemen (ESS) in Gang. In diesem Sinne veranstaltete Chroma ATE kürzlich ein Seminar über die „Beherrschung von Technologien zur Prüfung von Elektrofahrzeugen/Energiespeichern: Auf dem Weg zu nachhaltiger Energie“, um dieses Thema aus mehreren Perspektiven zu beleuchten, nämlich Industrietrends, Test- und Messtechnologien sowie nachhaltige Energie.

Energiespeichersysteme und Stromnetz für erneuerbare Energien: Unbestreitbar voneinander abhängig und wichtig

Chroma ATE lud speziell Joe Lin, den Geschäftsführer der AnTek Certification Inc. (ATC), ein, um seine Ansichten zum Thema „Standards und Trends von Energiespeichersystemen“ zu hören. Herr Lin zitierte Forschungsdaten, die darlegen, dass der Energiespeichermarkt von Taiwan im Jahr 2023 höchstwahrscheinlich 20 Mrd. NT-Dollar und bis 2030 250 Mrd. NT-Dollar überschreiten wird, wodurch sich erstaunliche Geschäftsmöglichkeiten auf diesem Markt ergeben. Herr Lin erwähnte als Beispiel auch, was sich im Jahr 2016 in Australien ereignete, als Zyklone große Stromausfälle verursachten, wobei tausende Wohnungen ohne Elektrizität waren. Dank rascher ESS-Einrichtungen im Jahr 2017 rettete sich Australien vor weiteren Stromausfällen. Es ist leicht zu ermessen, wie das Vorhandensein von ESS zur Widerstandsfähigkeit des Stromnetzes für erneuerbare Energien beiträgt. Und führt man dieses Konzept einen Schritt weiter, ist ersichtlich, wie es weitere Funktionen für das Stromnetz umsetzen kann, z. B. Frequenzregelung, Lastspitzenverlagerung oder Handhabung von kurzfristiger Versorgung und unausgeglichener Nachfragen.

Jason Lin, stellvertretender Produktmanager bei Chroma ATE, unterstützte die Ausführungen von Joe Lin, indem er die Beschaffenheit von Energiespeichersystemen weiterführend analysierte. Diese Systeme lassen sich allgemein in drei Untersysteme unterteilen: Steuerung (Steuergerät), Rack-Steuerung (String-BMS) und Batteriemodul (einschließlich Modul-BMS). Zudem stellte Chroma ATE fest, dass, obwohl Energiespeichersysteme einen ziemlich deutlichen Wachstumstrend verzeichnen, die Batteriemanagementsysteme (BMS) für Energiespeicherung nicht so gut sind wie die für Elektrofahrzeuge (EV). Hersteller von Elektrofahrzeugen haben sich in diesem Marktsegment als sehr dominant erwiesen. Derzeit hat sich immer noch kein Marktführer für Energiespeicherprodukte mit BMS etabliert und der Konkurrenzkampf ist erbittert.

Da die BMS-Spannung von Energiespeichern sich der 1500-Volt-Marke nähert, müssen Anpassungen vorgenommen werden, um Verifizierungsstandards zu erfüllen

Die meisten Energiespeichersysteme laufen derzeit mit 1000 Volt, aber in den letzten Jahren wurde die Spannungsgrenze auf dem Markt stellenweise auf 1500 Volt angehoben. Dieser Spannungsanstieg führte zu einer Erhöhung der Gesamtleistungsdichte in demselben 40-Fuß-Container bis zu 35 %, der einige Reduzierungen bei den Systemkosten und sogar eine bessere Kontrolle über Überlandkosten bescherte. Jason Lin fiel während der „China International Battery Fair (CIBF)“ auf, dass viele industrielle Betreiber die 1000-Volt-Marke überschritten haben.

Obwohl ein 1500-Volt-Energiespeichersystem in der Tat eine effektive Gesamtkostenkontrolle bietet, weist es auch eigene Herausforderungen auf. Eine derartige Herausforderung ist, dass das Isolationsdesign des Batteriesystems rauen Nutzungsumgebungen widerstehen muss. Mit der höheren Anzahl an Batteriezellen im 1500-Volt-System, die sich anstelle von den früheren 300 jetzt auf insgesamt 400 beläuft, ist die Aufrechterhaltung von konsistenten Batteriezellen ein weitaus entscheidender Faktor. Da außerdem die meisten Systeme auf dem Markt auf 1000 Volt basieren, beschränkt sich die Erfahrung der meisten Betreiber ebenfalls auf 1000 Volt. Nach Aufrüstung der Systeme auf 1500 Volt muss das gesamte BMS- und Kontrollsystem neu angepasst werden, und es muss neue Betriebserfahrung gesammelt werden. Nur ein dann sicheres 1500-Volt-System kann einen Beitrag zur nachhaltigen Entwicklung der Energiespeicherindustrie leisten. Nach Analyse von Jason Lin sind schon im Jahre 2020 Sicherheitsvorgaben und Tests für im Energiespeicher verwendete Lithium-Sekundärzellen und -batterien mit maximaler DC-Spannung von 1500 Volt im überarbeiteten IEC 63056 aufgeführt. Derartige Spezifikationen geben der Industrie eine grundlegende Richtung, der man folgen sollte. Für industriell verwendete Lithium-Sekundärzellen und -batterien sind im IEC 62619 Sicherheitsvorgaben und im IEC 62620 eine Reihe von Leistungs- und Lebensdauertests enthalten. Weitere Testspezifikationen für eine Reihe von Punkten, z. B. umgebungsbezogene und physikalische Bedingungen, sind im UL 9540 und UL 1973 enthalten.

PCS- und AFC-Technologien sind der Schlüssel, deren Testspezifikationen man nicht übersehen sollte

Evan Tsai, Produktleiter bei Chroma ATE, stellte eine detaillierte Klassifizierung der auf dem Markt befindlichen Energiespeichersysteme auf. Ein Beispiel ist das in Wohnmobilen verwendete ESS, das eine Leistung von ungefähr 2 kW oder niedriger aufweist und mit Spannungen unter 100 V läuft. Hausanlagen liegen im Allgemeinen unter 30 kW und weisen einen Spannungsbereich zwischen 300 und 800 Volt auf. Bei der industriellen und gewerblichen Nutzung liegt die Leistung unter 500 kW und die Spannung bei 1000 Volt. Die zuvor beschriebenen 1500-Volt-Systeme werden zum im Stromnetz verwendeten Gradmesser. Herr Tsai hob auch viele Lösungen von Chroma ATE hervor, z. B. das Chroma-Modell für bidirektionale DC-Stromversorgung der 62000D-Serie, das eine Ausgangsspannung von maximal 1800 Volt bei Belastbarkeiten bis zu 540 kW bietet. Es unterstützt auch die Prüfstandards LV 148 und LV 123 für Automobile.

Wenn man zudem über Energiespeicherung spricht, lassen sich Invertersysteme oder das, was als Stromumwandlungssysteme (PCS) bekannt ist, nicht ausklammern. Herr Tsai erwähnte, dass sich diesbezügliche Prüfpunkte in drei Kategorien unterteilen lassen: An das Stromnetz gebundene Leistung, Ein- und Ausgangsmerkmale sowie Schutzmerkmale, insgesamt 23 Prüfpunkte. Chroma ATE stellt einen umfassenden Testleitfaden für industrielle Bezugnahme zur Verfügung und liefert die Geräte, die Kunden für die Prüfungen benötigen.

Jason Lin fügte hinzu, dass automatische Frequenzregelung (AFC) ein Thema ist, das auf dem Energiespeichermarkt in Taiwan oft angesprochen wird. AFC nutzt die Vorteile von schnellen Lade-Entlade-Vorgängen in Energiespeichersystemen, sodass das ESS das Auf- und Entladen gemäß den Lastschwankungen im Stromsystem aktiv anpassen kann. Dadurch bleibt die Stromsystemfrequenz stabil, wodurch es sich für Stromsysteme eignet, die einen proportional hohen Anteil an erneuerbarer Energie nutzen. Herr Lin betonte jedoch, dass der Schlüssel hinter dem Leistungsumfang derartiger Technologie in Bezug auf Messung der Laufleistung (SPM) und Messung der durchschnittlichen Laufleistung (ASPM) weiterhin von der Batterieleistung bestimmt wird. Auch hierfür gibt es eine Reihe von Prüfpunkten und Geräten.

Mit erneuerbarer Energie und ESG-Kriterien als allgemeiner Antriebskraft lässt sich eine deutliche Entwicklung auf den Märkten der Stromnetz- und ESS-Schwachstromsysteme feststellen. Dies führte zu einer wachsenden Nachfrage nach Messung und Verifizierung, wobei eine Balance zwischen Sicherheit und Leistung ebenfalls unerlässlich ist. Spezifikationen liegen schon vor und sind für eine industrielle Bezugnahme verfügbar. Da Prüf- und Messgeräte im Gesamtbild eine unverzichtbare Rolle spielen, fühlt sich Chroma ATE im Vorfeld dieses Marktes komplett heimisch.

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