Schraubst du noch – oder steckst du schon?

Seit einigen Jahren kommt Bewegung in den Markt für Energiespeicher. Getrieben durch Trendthemen wie E-Mobilität und Branchenriesen wie Tesla und Panasonic, entwickelt sich die Leistungsfähigkeit der Zellen immer weiter nach oben, während die Preise stetig fallen. Wer hier die Kosten im Blick behalten möchte, sollte die Anschlusstechnik nicht außer Acht lassen.

Die Prognosen für den Ausbau von Energiespeichern könnten rosiger kaum sein – für die nächsten Jahre werden hohe zweistellige Wachstumsraten vorausgesagt. Die Speicherung erhöht die Attraktivität erneuerbarer Energien sowohl monetär als auch im Hinblick auf den Grad der Autarkie. Endlich wird es möglich, die gewonnene Energie, über den Tag verteilt, selber zu nutzen. Derzeit gibt es zahlreiche Anbieter von Speichersystemen mit Lösungen für Heim-, Industrie- und Großspeicher. Da für Batteriespeicher bislang allerdings noch keine Standards existieren, gibt es auch beim Thema Anschlusstechnik reichlich Wildwuchs am Markt.

Anschlusstechnik – die große Unbekannte

Grundsätzlich lässt sich bei der Anschlusstechnik zwischen zwei Verfahren unterscheiden: die frontseitige und die rückseitige Verkabelung. Bei der frontseitigen Verkabelung werden die Leistungs- und Datenübertragungskontakte von vorne angeschlossen. Vorteil ist hierbei die gute Zugänglichkeit der Anschlüsse, die eine hohe Varianz bei der Anschlussart zulässt. Da auch bei Energiespeichern der Preisdruck hoch ist, wird auf jeden Cent geachtet. Somit kommt es häufig vor, dass einfachste Anschlusstechnik – wie etwa Kabelschuhe – verwendet wird, um die Batteriepole kostengünstig anzuschließen. Die dabei oft außer Acht gelassenen Installations- und Wartungskosten führen jedoch zu höheren Kosten beim Betrieb der Anlage – und schmälern so die Rendite. Werden die Endkunden nicht vorab über diesen Sachverhalt aufgeklärt, kann der Speicherhersteller leicht an Reputation verlieren.

Bei der rückseitigen Verkabelung muss das sogenannte Rack – also das Gerüst, in das die Speichermodule geschoben werden – dahingehend vorbereitet werden, dass der Stecker bereits vormontiert und angeschlossen wird. Sobald dies geschehen ist, können die Module auf einfache Weise installiert, gewartet oder ausgetauscht werden. Sie werden bequem von vorne in das Rack eingeschoben und kontaktieren dabei von selbst. Dieses Verfahren minimiert sowohl Installations- und Wartungskosten als auch die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Verdrahtung.

Derzeit gibt es auf dem Markt nur wenig spezifische Anschlusstechnik für Speichersysteme, obwohl sich die Anforderungen von denen an Standardartikeln unterscheiden. Hersteller und Integratoren sind somit gezwungen, sich an bereits bestehenden Produkten aus anderen Anwendungen zu bedienen. So kommen nicht selten DC-Steckverbinder aus der Photovoltaik zum Einsatz. Da insbesondere an Lithium-Ionen-Batterien Anforderungen gestellt werden, die auch die Anschlusstechnik betreffen, sind Hersteller von elektrischer Verbindungstechnik gefragt, ihre Produkte den neuen Herausforderungen und Richtlinien anzupassen.

Hybridstecker als Lösungskonzept

Im Hause Phoenix Contact haben modulare Rechtecksteckverbinder eine lange Tradition. Seit Jahren ist die Produktfamilie Variocon auf dem Markt verfügbar, deren Einzelkomponenten sich vom Anwender nach individuellen Bedürfnissen zu einem Komplettartikel zusammenstellen lassen. So können die Tüllengehäuse variabel in unterschiedlichen Baugrößen und Materialien ausgewählt werden. Die modularen Kontakteinsätze lassen sich beliebig zur Leistungs-, Signal- und Datenübertragung in einem Stecker kombinieren. Die Module können einfach aneinander gerastet und dann in den dazugehörigen Rahmen eingesetzt werden – fertig! Die entsprechende Baugröße wird nach Anzahl der Module bestimmt. Ströme bis 70 A und Spannungen bis 630 V können übertragen werden. Dabei stehen Schraub-, Leiterplatten- und Crimp-Anschlusstechniken zur Verfügung.

Die Eigenschaft, Daten und Leistung gebündelt in einem Hybridstecker übertragen zu können, ist auch für Energiespeicheranwendungen von großem Vorteil, da bei Lithium-Ionen-Systemen die Ladezustände jeder einzelnen Zelle überwacht werden müssen. Daher wurde für die Produktfamilie Variocon auf Wunsch vieler Anwender ein Konzept für eine „selbstfindende“ Steckervariante entwickelt. Sie ist insbesondere für Einschubsysteme gedacht, bei denen einzelne Module von vorne in ein Racksystem geschoben werden. Die beiden massiven Führungszapfen aus Metall sorgen dabei für eine sichere Selbstfindung – auch bei schweren Batteriemodulen. Die schwimmende Lagerung des Steckers ermöglicht den Ausgleich von Toleranzen beim Steckvorgang.

Schnell montiert und ausgetauscht

Die Vorteile eines solchen Systems liegen auf der Hand: die Module sind schnell montiert oder bei Wartung ausgetauscht. Die Gefahr einer Verpolung und damit einhergehendem Kurzschluss der Batterie wird minimiert, da das Steckgesicht nur in der richtigen Ausrichtung zusammengesteckt werden kann.

Sicherheitsaspekte wie diese haben maßgeblichen Einfluss auf das Design der Anschlusstechnik. Im Sicherheitsleitfaden für Li-Ionen-Hausspeicher, der von einem Konsortium aus Verbänden unter Beteiligung des Bundesverbands Energiespeicher, Herstellern und Instituten erstellt wurde, wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass Fehlinstallation und Fehlbedienung nicht zu unsicheren Zuständen führen dürfen. Um dies von vornherein zu unterbinden, sollen konstruktive Maßnahmen und ein fehlertolerantes Design dafür sorgen, dass die Bedienung selbsterklärend und fehlervermeidend erfolgt. Diese Ansätze fließen auch in die aktuelle Normungsarbeit ein.

Normung als Herausforderung

Der Energiespeichermarkt ist noch jung – die Standardisierung steckt noch in den Kinderschuhen. So ist es für die Komponentenhersteller schwer, spezifische Produkte auf den Markt zu bringen. Viele potenzielle Anwender fragen sich, wie die ideale Anschlusstechnik ausschaut, die sowohl preislich attraktiv als auch anwenderfreundlich und anforderungsgerecht ist. Derzeit ist noch viel Bewegung in der technischen Entwicklung der Systeme, sodass sich auch die Anforderungen an die Komponenten stetig ändern.

Wer hier nur den Einkaufspreis in Betracht zieht, macht eine Milchmädchenrechnung. Bei einem Speichersystem, das aus mehreren hundert bis tausend Modulen besteht, ist die Wartungsfreundlichkeit ein nicht zu unterschätzender Faktor. Eine einmalige Investition in steckbare Verbindungstechnik macht sich im Wartungs- oder Reparaturfall schnell bezahlt. Die modularen Rechtecksteckverbinder von Phoenix Contact haben für diese Anwendung dank ihrer Hybridtechnik einen hohen Nutzwert. Durch die Modifikation mit selbstfindenden Führungszapfen wurde die bewährte Technik fit für den Zukunftsmarkt Energiespeicher gemacht.

Fazit

Schraubst du noch – oder steckst du schon? Trotz des Wildwuchses bei derzeitigen Speichersystemen wird in Zukunft steckbare Verbindungstechnik ihren Weg in die Energiespeicher finden, denn Komfort und Wirtschaftlichkeit werden auf lange Sicht überzeugen. Sobald dieses neue Feld auch in der Normung erfolgreich abgearbeitet wurde, kann die Erfolgsgeschichte der Energiespeicher beginnen.

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