Der Mythos des Ganzen

Mit Solarenergie gekoppelte Batterie-Backup-Systeme werden als die beste Lösung für Stromabschaltungen der öffentlichen Sicherheit in Kalifornien gefeiert – ganz zu schweigen von unserem veralteten Stromnetz.

Diese Systeme eignen sich nicht nur ideal für die Stromversorgung eines Hauses bei Stromausfall, sondern tragen auch dazu bei, die Stromkosten zu senken und Netzunterstützungsdienste bereitzustellen, wenn der örtliche Energieversorger sie benötigt. Aus Emissions- und Kostengründen kommen herkömmliche Gas- oder Dieselgeneratoren nicht in Frage.

Daher überrascht es nicht, dass die Nachfrage nach diesen Systemen das Angebot an Ausrüstung und die Verfügbarkeit qualifizierter Installationskräfte übersteigt.

Aber das hat einen Haken. Wir glauben gerne an den Mythos der Sicherung des gesamten Hauses oder an die Vorstellung, dass unser Lebensstil im 21. Jahrhundert trotz Feuer, Hölle oder Hochwasser unvermindert weiterbestehen wird. Die Realität sieht anders aus: Typische Batterie-Backup-Systeme funktionieren am besten, wenn sie darauf ausgelegt sind, die Batteriekapazität zu rationieren und den Einsatz größerer Geräte zu minimieren.

Mythen haben oft einen tatsächlichen Ursprung: Batteriesysteme für das ganze Haus funktionieren tatsächlich für netzunabhängige Anwendungen. In den USA gibt es schätzungsweise 180.000 solcher Häuser

Aber diese Häuser wurden für ein netzunabhängiges Leben konzipiert: Sie sind normalerweise kleiner und gut isoliert; Verwenden Sie eine Verbrennungsheizung mit Propangasunterstützung. aktive und passive Solarthermiesysteme integrieren; und verfügen nicht über stromhungrige Klimaanlagen, Ladestationen für Elektrofahrzeuge der Stufe 2 oder Schwimmbäder.

Es gibt zwei grundlegende technische Grenzen, die es unpraktisch machen, ein ganzes Haus allein mit Batteriestrom zu betreiben. Erstens reicht die Energiekapazität typischer Lithium-Ionen-Batteriesysteme nicht aus, um ein ganzes Haus bei einem nächtlichen Stromausfall mit Strom zu versorgen. Zweitens sind Batterie-Backup-Wechselrichter nicht leistungsstark genug, um viele große Geräte zu starten und zu betreiben.

Natürlich können mehrere Batterien und Wechselrichter diese Energie- und Leistungsbeschränkungen beheben. Aber die Kosten für Wechselrichter mit mehr als 20 Kilowatt und Batterien mit mehr als 40 Kilowattstunden sind für den typischen Hausbesitzer unerschwinglich.

Ein praktischerer Ansatz besteht darin, ein Batterie-Backup-System zu konzipieren, das nur kritische Verbraucher versorgt: keine Großgeräte wie Klimaanlagen, 240-Volt-Ladegeräte für Elektrofahrzeuge oder Elektroherde. Stattdessen gibt es im Haus nur vier bis acht kleinere Kreisläufe für Kühlung, Beleuchtung, Unterhaltung, Kommunikation und Verbraucheranschlüsse.

Unser derzeitiger Wohnungsbestand verbraucht viel Strom, und aufgrund der Vielzahl angeschlossener Geräte verbrauchen neuere Häuser oft sogar noch mehr.

Geräte mit hohem Stromverbrauch stellen für Backup-Systeme für das ganze Haus die größte Herausforderung dar. Der Stromverbrauch einer großen zentralen Klimaanlage beträgt 5.000 Watt, ein Ladegerät für Elektrofahrzeuge 7.000 Watt, ein Elektroherd 10.000 Watt und Poolpumpen 2.200 Watt.

Wie lange läuft also ein typisches Solar- und Batteriesystem nachts, während diese größeren Geräte betrieben werden? Antwort: Überhaupt nicht sehr lange.

Die Mathematik ist einfach. Wenn die Batterie nachts nur noch eine Energiekapazität von 2,5 Kilowattstunden hat (typisch, wenn die Batterie abends verwendet wird, um die Eigenverbrauchseinsparungen zu maximieren), reicht die Batterieenergie nur aus, um die Poolpumpen 60 Minuten lang zu betreiben, eine Zentrale Wechselstrom für 30 Minuten, ein EV-Ladegerät für 20 Minuten oder ein Elektroherd für 15 Minuten.

Wenn eines dieser Geräte läuft – nach nur einer relativ kurzen Zeitspanne der automatischen Sicherung des gesamten Hauses – ist die Batterie bald leer und kann kritische Verbraucher nicht mehr mit Strom versorgen. Textlich ausgedrückt: Kein Licht. Kein Handy. Kein Elektroauto. Kein einziger Luxus. Wie Robinson Crusoe, so primitiv wie nur möglich.

Eine mögliche Lösung besteht darin, große Gerätelasten während eines Stromausfalls manuell abzuschalten. Leider ereignen sich viele Stromausfälle tagsüber, wenn niemand zu Hause ist, oder nachts, wenn die Leute schlafen. Kunden, die versucht haben, Lasten manuell abzuwerfen, sind in der Regel von ihrem Backup-System enttäuscht.

Eine andere Lösung (sofern das Budget und die Wandfläche des Hausbesitzers dies zulassen) besteht darin, eine zweite Speicherbatterie hinzuzufügen – wodurch sich die Energiespeicherdauer effektiv verdoppelt.

In den letzten Monaten haben wir mit Kunden zusammengearbeitet, die eine Reihe guter und schlechter Erfahrungen mit Batterie-Backups gemacht haben. Während des ersten Stromausfalls in unserer Gegend, der gegen 22:30 Uhr stattfand, war der Akku eines Kunden, der ein CPAP-Gerät (Continuous Positive Airway Pressure) verwendet, gegen 2 Uhr morgens leer (er begann zu schnarchen und seine Frau sagte ihm, er solle weiterschlafen). die Couch). Ein anderer Kunde nutzte das Backup-System, um eines der Subpanels in seinem Haus mit Strom zu versorgen, und bemerkte den Stromausfall erst, als die Batterie leer war.

Die Lösung für beide Kunden bestand darin, einige diskretionäre Schaltkreise von ihren Backup-Unterschalttafeln zu entfernen, damit die Batterie die ganze Nacht über halten konnte.

Die maximale Leistungsabgabe des Batteriewechselrichters (in Kilowatt) ist der zweite Grund für den Mythos der Ganzhaus-Notstromversorgung.

Die meisten Batterie-Backup-Wechselrichter sind für 200-Ampere-Hausstromversorgungen konzipiert, was bei Netzanschluss eine maximale Wechselstromleistung von 7.600 Watt bedeutet. Bei Stromversorgung über die Batterie (die eine begrenzte Spitzenentladungsrate hat) können diese Wechselrichter typischerweise 5.000 Watt Dauerleistung oder 6.000 Watt Spitzenleistung (ca. 25 Ampere) liefern.

Allerdings beträgt der momentane Anlaufstrombedarf eines Wechselstrom- oder Pumpenmotors oft das Zwei- oder Dreifache der normalen Stromaufnahme – was bedeutet, dass der Wechselrichter einfach nicht in den Backup-Modus umschaltet. Selbst wenn die Batterie an einem sonnigen Tag vollständig aufgeladen ist, starten die Klimaanlage und die Poolpumpe nicht und keiner der kritischen Verbraucher wird mit Strom versorgt.

Unabhängig von diesen Energie-, Strom- und Finanzbeschränkungen kann ein gut konzipiertes Solar- und Backup-System nahezu unbegrenzt Strom liefern. Drei Designelemente sind entscheidend.

Erstens sollten die Energiekapazität (Kilowattstunden) und die Wechselrichterleistung (Kilowatt) der Batterie an den Bedarf des Hauses in der Nacht angepasst werden, wenn die Batterie teilweise entladen ist. Zweitens sollte die Anzahl der Notstromkreise streng begrenzt werden, um zu verhindern, dass zu viele kleine Geräte oder große Geräte mit Strom versorgt werden. Drittens sollte die Größe der Solaranlage ausreichen, um die Batterie auch an einem bewölkten Wintertag teilweise wieder aufzuladen.

Zukünftige Smart-Home-Elektrosystemtechnologien werden diese praktischen Einschränkungen beseitigen, indem sie bei einem Stromausfall automatisch Lasten abschalten. Auf der Solar Power International 2019 stellten Unternehmen intelligente Gerätesteuerungen und Leistungsschalter vor, die große Geräte automatisch deaktivieren konnten. Außerdem wurde intelligente Schalttafeltechnologie gezeigt, die alle Stromkreise in einem Haus automatisch verwalten kann.

Bis Ende 2019 werden in Kalifornien über 10.000 Haushalte und Unternehmen mit kombinierten Solar- und Batterie-Backup-Systemen ausgestattet sein. Da diese Systeme immer kostengünstiger werden (sowohl durch Reduzierung der Gerätekosten als auch durch Anreize), werden sie für die Menschen die zweckmäßigste und effektivste Möglichkeit sein, sich an die neue Normalität der Stromabschaltungen im öffentlichen Bereich zu gewöhnen.

Ganz zu schweigen von der saubersten, sichersten und wirtschaftlichsten Möglichkeit, unser veraltetes Stromnetz wieder aufzubauen.

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Barry Cinnamon ist CEO des kalifornischen Cinnamon Energy Systems.