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Ratgeber

Energiespeicher: Spannung konstant halten

Das Stromnetz hierzulande ist recht stabil und zuverlässig, doch von Zeit zu Zeit kommt es zu Netzschwankungen. Sie können in Unternehmen zu Problemen führen, denn angeschlossene Geräte und Anlagen könnten zeitweise ausfallen oder sogar unbrauchbar werden und im IT-Bereich drohen Datenverluste. Energiespeicher in der Form von Puffermodulen beugen Schäden vor. Was genau diese Module leisten, was sie von Energiespeichern in anderen Bereichen abgrenzt und welche Kaufkriterien wichtig sind, beleuchtet der Ratgeber.



Hintergrundwissen: Was ist ein Energiespeicher?

Hinter dem Stichwort Energiespeicherung verbergen sich eine ganze Reihe von Technologien, die zur effektiven Speicherung verschiedener Energien genutzt werden können.

Daher entsteht gelegentlich Verunsicherung darüber, was genau einen Energiespeicher ausmacht.

Grundsätzlich handelt es sich immer um Speicher, die aktuell verfügbare Energie aufnehmen, sie in sich zwischenspeichern und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgeben.

Diese allgemeine Definition bedeutet auch, dass es viele Speicherformen gibt. Im Überblick sind dies:

  • mechanische Energiespeicher beispielsweise für Schwungräder

  • chemische Energiespeicher für Brennstoffe, also etwa Gasspeicher und Ölspeicher

    • Stromspeicher für erneuerbare Energien aus Windkraft oder PV-Anlage

    • Wärmespeicher für erneuerbare Energien aus Sonnenwärme oder Geothermie

Abgrenzung Energiespeicher und Energiewandler

Während ein Energiespeicher beispielsweise überschüssigen Strom bereithält, tauschen Energiewandler mindestens zwei Energieformen innerhalb des Energiesystems aus.

So kann etwa ein Motor chemische in mechanische Energie umsetzen. Auch Fotovoltaikanlagen oder Brennstoffzellen arbeiten als Energiewandler.

Die Speichertechnologien können die jeweilige Energie für unterschiedlich lange Zeit bereithalten. In dieser Conrad-Rubrik geht es um Speicher für Strom in der Form von Puffermodulen.

Anders als Stromspeicher, die für längere Zeit Strom bereithalten, werden mit dieser Technologie Schwankungen im Stromnetz aufgefangen.



Wie funktioniert ein Puffermodul für Strom?

Die Module besitzen im Inneren spezielle Kondensatoren, die aufgrund ihres zweischichtigen Aufbaus als Doppelschichtkondensatoren bezeichnet werden. Umgangssprachlich haben sich auch die Namen Superkondensatoren und Ultrakondensatoren etabliert. Während des Regulärbetriebs wird Energie in den Kondensatoren gespeichert und bei Störungen zur Verfügung gestellt. Dies passiert in Bruchteilen von Sekunden.

Für die kurzzeitige Bereitstellung von Strom speichern die Kondensatoren als passive Bauelemente im laufenden Betrieb elektrische Ladung in einem elektrischen Feld. Die Puffer-Stromspeicher werden hierfür in den Versorgungskreis einer Anlage geschaltet und über den Strom im Netz aufgeladen. Kommt es im Netz zu einer Spannungsstörung, greifen angeschlossene Geräte auf den Kondensator zurück.

Was ist der Unterschied zwischen Kondensator und Batterie?

Beides sind Speicher, doch Kondensatoren halten Energie über elektrische Felder gespeichert. Sie sind damit rein elektrische Energiespeicher. Batterien (und ebenso Akkus) speichern die Energie hingegen in chemischer Form und werden daher als elektrochemische Speicher bezeichnet.

Anders als ein klassischer Batteriespeicher liefert ein Puffermodul hohe Strommengen, das allerdings nur für kurze Zeit. Während Batteriespeicher mit ihrer jeweiligen Kapazität mehrere Stunden, Tage oder Wochen arbeiten, soll die Kapazität von Pufferkondensatoren nur kurze Spannungseinbrüche, diese aber komplett, auffangen.

Viele Modelle arbeiten mit einer Überbrückung von wenigen Sekunden bis maximal einer Minute. Da die Mehrheit der Netzausfälle den Strom für weniger als 0,5 Sekunden unterbricht, genügt diese Speicherung. Die Dauer der Stützzeit kann jedoch durch die Parallelschaltung mehrerer Module erhöht werden.


Wer benötigt die Speicherung bei Netzschwankungen?

Der vom Puffer getragene Laststrom ermöglicht es, dass noch laufende Vorgänge beendet werden und Prozessdaten sicher abgespeichert werden können. Das ist für viele Unternehmen in diversen Branchen enorm wirtschaftlich. Überall, wo Fertigungsprozesse laufen und ein Maschinenstillstand die Produktion gefährdet, sind die Energiespeicher entsprechend gefragt. Dasselbe gilt für IT-Abteilungen und Rechenzentren.

Abgrenzung USV

Während Puffermodule nur kurze Netzausfälle auffangen, können USV (Uninterruptible Power Supply) die Stromversorgung mehrere Stunden sichern. Sie kommen beispielsweise in medizinischen Einrichtungen als Notfallabsicherung zum Einsatz.



Welche Kaufkriterien besitzen die Speicher?

Die wichtigsten Merkmale im Überblick sind die folgenden sieben Aspekte:


Spannung

Die vier wichtigsten Zahlen sind die minimale und maximale Eingangs- sowie Ausgangsspannung. Diese müssen zum geplanten Einsatzbereich passen. Am häufigsten werden Modelle mit folgenden Werten angeboten:

Eingangsspannung min. Eingangsspannung max. Ausgangsspannung min. Ausgangsspannung max.
13 V/DC 12 V/DC 18 V/DC 12 V/DC
18 V/DC 24 V/DC 20 V/DC 24 V/DC
20 V/DC 26,4 V/DC 22 V/DC 27 V/DC
21 V/DC 29 V/DC 24 V/DC 28 V/DC
22,5 V/DC 30 V/DC   30 V/DC
24 V/DC      

Stromstärke und Nennspannung

Neben der Spannung in Volt spielt auch die Stromstärke in Ampere eine Rolle. Gängige Varianten arbeiten mit drei, zehn, 20 oder auch 40 Ampere.

Entsprechend kann die Nennspannung, die sich aus der Multiplikation von Stromstärke und Spannung ergibt, unterschiedlich ausfallen. Zwischen 360 und 960 Watt sind bei den Speichern weit verbreitet.


Überbrückungszeit

Der Speicher muss in jedem Fall eine zum Einsatzort passende Überbrückungszeit aufweisen. Da statistisch gesehen rund 80 Prozent der Netzschwankungen mit 200 Millisekunden Überbrückung abgefangen werden, genügen 0,2 Sekunden im Regelfall.


Temperaturbereich und Lebensdauer

Ein Puffermodul arbeitet anders als die Stromspeicher in Form von klassischen Batterien nicht in einem engen Temperaturbereich von ideal 20 Grad Celsius, sondern ist flexibel im Einsatz.

Bereiche von -40 Grad bis +60 Grad Celsius sind keine Seltenheit. Die Lebenserwartung von typischen Batteriespeichern liegt aufgrund ihrer Empfindlichkeit auch deutlich unter den rund 60 Jahren Nutzungsdauer der Puffermodule.


Ausgänge

Für die Integration ins System ist die Anzahl der Ausgänge wichtig. Häufig besteht die Wahl zwischen einem Ausgang oder zwei Ausgängen.