Anforderungen an Batterieenergie-Speichersysteme (BESS)

Das Einsatzgebiet von BESS umfasst eine sehr breites Anforderungs- und Leistungsspektrum. Dieses umfasst die Energiespeicherung für die kurzzeitige Entnahme zur Stabilisierung von Windenergie- und PV-Solaranlagen bei Netzstörungen, den Ausgleich von kurzzeitigen Erzeugungsdefiziten und die Speicherung großer Energiemengen. Letzteres ist für die Stabilisierung eines Versorgungsnetzes erforderlich, sobald unplanbare, ungleichmäßigeStromerzeuger (Wind, Solar) integriert sind. SEMIKRON bietet für jede dieser Applikationen optimale Leistungsmodule an, die die hohen Anforderungen zuverlässig und kostengünstig erfüllen .

Weiterführende Informationen

Prinzipschaltbild eines einstufigen BESS

Single Stage-Topologie

Die einfache Single Stage-Topologie eines Batterieenergie-Speichersystem (BESS) am AC-Energienetz umfasst lediglich einen netzseitigen Active Front End-Umrichter.

Von Vorteil sind bei dieser Topologie der niedrige Aufwand und der relativ hohe Wirkungsgrad aufgrund der geringen Anzahl an Leistungshalbleitern. Nachteilig ist jedoch, dass die Batteriespannung größer als die gleichgerichtete Netzspannung sein muss.

Prinzipschaltbild eines zweistufigen BESS

Two Stage-Topologie

Durch einen Buck-Boost Converter, der zwischen Netzgleichrichterausgang und Speicherbatterien angeordnet ist, entsteht ein Two Stage-BESS, in dem die Batteriespannung auch deutlich kleiner sein kann als die gleichgerichtete Netzspannung.

Prinzipschaltbild eines bidirektionalen BESS mit drei batterieseitigen Buck-Boost PFC-Convertern

Two Stage-Topologie auf Basis SEMISTACK RE

Für das Auf- und Entladen von Speicherbatterien am Energienetz können minimal modifizierte Active Front End-Umrichter wie der SEMISTACK RE von SEMIKRON eingesetzt werden. Für eine minimale Batteriebelastung ist eine möglichst niedrige Stromwelligkeit notwendig. Diese wird auch mit vergleichsweise geringem Filteraufwand erreicht. Dazu werden die drei Phasen des batterieseitigen Wechselrichters als interleaved Buck-Boost Converter betrieben. An der Batterie wird dazu die Schaltfrequenz verdreifacht. Der netzseitige Active Front End-IGBT-Umrichter realisiert den Energietransfer in beide Richtungen.

Prinzipschaltbild eines einstufigen BESS in 3-Level NPC-Schaltung

3-Level Topologie

Um BESS mit Mittelspannungs-Energienetzen zu koppeln, können IGBT-Module mit Spannungen ab 3300 V in Verbindung mit Mehrpunkttopologien eingesetzt werden, z. B. in 3-Level NPC-Schaltung.

Auch in Niederspannungs-Anwendungen erlaubt der Einsatz von 3-Level Topologien die Verwendung von kostengünstigeren Halbleitern und reduziert zusätzlich Oberschwingungen sowie die den Filteraufwand.

SEMIKRON-Produkte für Energie-Speichersysteme