Wie Sie einen Batteriesatz für kommerzielle Energiespeicherung basierend auf dem Lastprofil dimensionieren

Akkupack dimensionieren für gewerbliche und industrielle (G&I) Energiespeicherung beginnt mit dem Verständnis dafür, wie eine Anlage elektrischen Strom verbraucht und wann Batteriestrom benötigt wird. Eine für Lastspitzenbegrenzung konzipierte Batterie benötigt möglicherweise eine hohe Entladeleistung über einen kurzen Zeitraum, während ein System zur Lastverschiebung Energie über mehrere Stunden liefern muss.

Der zuverlässigste Ansatz besteht darin, das Lastprofil der Anlage in messbare Batterieanforderungen zu übersetzen. Dazu gehören die Entladeleistung, die bereitgestellte Energie, die Nennkapazität, die Ladeanforderungen sowie elektrische Integrationsbeschränkungen. Die resultierende Spezifikation hilft Projektentwicklern, BESS-Integratoren und Beschaffungsteams dabei, Standard-Batteriekonfigurationen zu bewerten und festzustellen, ob ein maßgeschneiderter Batteriesatz erforderlich ist.</p>

Was ist ein Batterie-Lastprofil?

Ein Batterielastprofil beschreibt die Leistungsanforderung, die eine Energiespeicherbatterie im Zeitverlauf zu unterstützen hat. Die Analyse beginnt in der Regel mit historischen Standortlastdaten und identifiziert, wann, wie viel und wie lange die Batterie laden oder entladen muss.

Für ein kommerzielles Energiespeicherprojekt folgende Informationen sammeln:

• Historischer Strombedarf: Zeitgestempelte Lastdaten, die repräsentative Betriebstage und Spitzenlastzeiten abdecken.
• Raster-Import und -Export: Strom, der aus dem Netz bezogen oder in das Netz eingespeist wird, einschließlich der geltenden Leistungsgrenzen.
• Solar-PV-Stromerzeugung: Ortsgenaue Erzeugungsdaten, wenn die Batterie überschüssige Solarenergie speichert.
• Betriebszeiten: Produktionsschichten, Betriebsstunden der Ausrüstung und vorhersehbare Nachfrageänderungen.
• Lademöglichkeiten: Zeiträume, in denen Netzkapazität oder überschüssige PV-Erzeugung für das Laden verfügbar ist.
• Messdetails: Datenintervall, Messort, Einheiten und Angabe, ob die Werte die momentane Leistung oder Intervallmittelwerte darstellen.

Daten im 15-Minuten-Takt eignen sich oft für eine vorläufige Spitzenlastreduktionsanalyse. Sie können jedoch kurzzeitige Lastspitzen oder Anlaufspitzen von Geräten verbergen. Wenn diese die erforderliche Leistungsangabe beeinflussen, sind Messungen mit höherer Auflösung oder zusätzliche gerätespezifische Daten zu verwenden.</p>

Es ist außerdem wichtig, zwischen dem Lastprofil der Anlage und dem Betriebsprofil der Batterie zu unterscheiden. Das Lastprofil der Anlage zeigt den Strombedarf der Einrichtung. Das Betriebsprofil der Batterie legt die Leistung fest, die die Batterie im Zeitverlauf abgeben oder aufnehmen muss, um die Betriebsziele des Projekts zu erreichen.

Das Batterie-Betriebsprofil – und nicht allein der gesamte Stromverbrauch des Standorts – sollte zur Ermittlung der Leistungs- und Energieforderungen der Batterie herangezogen werden.

Definieren Sie die kommerzielle Anwendung für Energiespeicherung

Bevor Sie die Batterie dimensionieren, identifizieren Sie das primäre Betriebsziel. Unterschiedliche Anwendungen können unterschiedliche Leistungs- und Kapazitätsanforderungen erzeugen, selbst wenn sie dieselben Standortlastdaten verwenden.

Anwendung	Was analysieren	Wesentliche Batterieanforderung
Spitzenkappung	Nachfrage, die die vorgegebene Netzeinspeisegrenze überschreitet, und Dauer jedes Spitzenwerts.	Spitzenentladungsleistung und gesamte Energie, die während des Spitzenereignisses erforderlich ist.
Ladeverschiebung	Energiebedarf während teurer Zeiträume und verfügbare Ladezeiträume während günstigerer Zeiträume.	Nutzbare Energie, Entladedauer und Wiederaufladefähigkeit.
Solar-Eigenverbrauch	Zeiträume, in denen die PV-Erzeugung die Standortnachfrage übersteigt, und Zeiträume, in denen die Nachfrage die Erzeugung übersteigt.	Überschüssige Solarenergie, Ladeleistung und spätere Entladeanforderungen.
Netzgebundener Betrieb	Nachfrage, die die verfügbare Netzanschlusskapazität übersteigt.	Leistungsdefizit, Dauer und Möglichkeiten zur Aufladung vor dem nächsten Ereignis.

Für Projekte, die Photovoltaik und Batteriespeicher kombinieren, sollten die Ladeanforderungen gemeinsam mit den Entladeanforderungen bewertet werden. Die Batterie muss über ausreichend verfügbare Kapazität verfügen, um die überschüssige Erzeugung aufzunehmen, und über ausreichende Ladeleistung, um das verfügbare Solarfenster zu nutzen.

Für verwandte Spezifikationsüberlegungen siehe unsere Anleitung zur Spezifikation einer benutzerdefinierten Batterie für ein Solarenergie-Speichersystem.

Berechnen Sie die Entladeleistung, die gelieferte Energie und die Nennkapazität

Die Dimensionierung der Batterie erfordert separate Berechnungen für Leistung und Energie. Die Leistung, gemessen in Kilowatt (kW), gibt an, wie viel elektrische Energie zu einem bestimmten Zeitpunkt bereitgestellt werden muss. Die Energie, gemessen in Kilowattstunden (kWh), gibt an, wie viel elektrische Energie über einen Zeitraum hinweg bereitgestellt werden muss.</p>

Schritt 1: Erforderliche Entladeleistung berechnen

Zur Lastspitzenbegrenzung definieren Sie zunächst die Zielvorgabe für den Netzbezug. Für jedes Zeitintervall berechnen Sie den Teil der Standortlast, der diese Zielvorgabe überschreitet.</p>

Wo:

• P_Fledermaus,i ist die vorläufige Entladeleistung der Batterie während des Intervalls i in kW.
• P_Laden,i ist die durchschnittliche Last der Website während des Intervalls i in kW.
• P_Ziel,i ist die Ziel-Netzbezugsebene während des gleichen Intervalls in kW.
• max(0, …) bedeutet, dass die Batterieentladeanforderung null ist, wenn die Standortlast das Ziel nicht überschreitet.

Der höchste berechnete Wert über alle analysierten Intervalle ergibt die vorläufige maximale durchschnittliche Entladeleistung pro Intervall:

Dieses Ergebnis ist nicht unbedingt die maximale momentane Leistung, die erforderlich ist. Kurzzeitige Spitzenlasten, Motoranläufe und andere transiente Lasten können eine höhere Leistungsangabe erfordern und sollten gesondert bewertet werden.

Für Lastverschiebungs- und Solar-Selbstverbrauchs-Anwendungen berechnen Sie die Lade- und Entladeprofile der Batterie gemäß dem vorgesehenen Betriebsplan. Die obige Spitzenlastreduktionsformel ist ein Beispiel für ein bestimmtes Betriebsziel und keine universelle Formel für jede Anwendung von Energiespeichern.

Schritt 2: Erforderliche gelieferte Energie berechnen

Berechnen Sie die während jedes Intervalls erforderliche Energie, indem Sie die Entladeleistung der Batterie mit der Dauer des Intervalls multiplizieren. Addieren Sie die Ergebnisse der einzelnen Intervalle, um die gesamte für den Vorgang erforderliche Energie zu ermitteln.

Wo:

• E_geliefert ist die insgesamt während des analysierten Zeitraums zugeführte Energie in kWh.
• P_Fledermaus,i ist die erforderliche Entladeleistung während des Intervalls i in kW.
• Δt_ich ist die Intervall-Dauer in Stunden.
• Σ bedeutet, dass die Energiebeiträge aus allen Intervallen addiert werden.

Zum Beispiel, wenn eine Batterie durchschnittlich 55 kW für 15 Minuten liefert:

Wenn die Last variiert, berechnen Sie jedes Intervall separat. Die Multiplikation der Spitzenleistung mit der gesamten Ereignisdauer kann eine ungenaue Energieabschätzung ergeben, wenn die Batterie nicht während des gesamten Ereignisses mit Spitzenleistung betrieben werden muss.

Halten Sie die Messgrenze konstant. Bestätigen Sie, ob die Standortlast auf der Wechselstromseite gemessen wird und ob die Nennenergie der Batterie auf der Gleichstromseite angegeben ist. Wenn die erforderliche Energie an der Wechselstromanschlussstelle des Standorts gemessen wird, sind bei der Umrechnung in eine batterieseitige Anforderung die Umwandlungsverluste des Leistungsumrichters (PCS) sowie andere relevante Entladepfadverluste zu berücksichtigen. Wenden Sie dieselben Verluste nicht zweimal an.

Schritt 3: Nenn-Batteriekapazität abschätzen

Die Nennkapazität der Batterie entspricht nicht der Energie, die am Standort bereitgestellt werden kann. Die verfügbare Energie hängt vom zulässigen Ladezustandsfenster (SOC) und den Verlusten zwischen der Batterie und dem angegebenen Abgabepunkt ab.

Eine vorläufige Schätzung der Nennkapazität lautet:

Wo:

• E_nominal ist die vorläufige nominale Batterieenergiekapazität in kWh.
• E_geliefert ist die am ausgewählten Liefergrenzwert erforderliche Energie.
• f_SOC ist der Bruchteil der nominalen Energie, der innerhalb des zulässigen SOC-Bereichs verfügbar ist.
• η_Entlassung ist die Effizienz zwischen der Grenze der Batterie-Energiebewertung und der Grenze der erforderlichen Lieferung.

Verwenden Sie leistungsbezogene Daten des Lieferanten und betriebliche Grenzwerte, die speziell für das Projekt gelten. Wenn die vom Lieferanten angegebene nutzbare Energiemenge bereits die relevanten SOC-Grenzwerte oder Umwandlungsverluste berücksichtigt, dürfen diese Faktoren nicht erneut angewendet werden.

Konto für die Anforderungen an die Kapazität am Ende der Lebensdauer.</p> Wenn die Batterie am angegebenen Lebensende (EOL) noch die erforderliche Energie liefern muss und die angegebene Kapazität den Alterungsprozess noch nicht berücksichtigt, lautet eine vorläufige Schätzung:

f_EOL ist der verbleibende Kapazitätsanteil zum angegebenen Lebensendepunkt. Er sollte sich auf die dokumentierte Leistung des Lieferanten und die Betriebsbedingungen des Projekts stützen. Falls der Energiebedarf bereits als nutzbare Energie am Lebensende (EOL) definiert ist, darf der Erhaltungsfaktor nicht erneut angewendet werden.

Weitere Informationen zum Unterschied zwischen Nennkapazität und für den Betrieb verfügbare Energie finden Sie unter Bewertete Energie im Vergleich zur nutzbaren Energie in der Batteriespeicherung.

Beispiel aus der Praxis: Dimensionierung einer Spitzenlast-Reduzierungs-Batterie

Betrachten Sie eine gewerbliche Anlage, die den Netzbezug während einer Hochlastperiode auf 310 kW begrenzen möchte. Das folgende hypothetische Beispiel verwendet vor Ort gemessene Lastmittelwerte, die in 15-Minuten-Intervallen aufgezeichnet wurden. Jeder Zeitstempel kennzeichnet den Beginn des Intervalls, und das Ziel von 310 kW bleibt während des gesamten Ereignisses unverändert.

Intervallbeginn	Durchschnittliche Standortlast (kW)	Erforderliche Batterieleistung (kW)	Energie pro Intervall (kWh)
Berechneter Bedarf		110 kW	75,00 kWh
16:00	285	0	0,00
16:15	320	10	2,50
16:30	365	55	13,75
16:45	420	110	27,50
17:00	390	80	20,00
17:15	350	40	10,00
17:30	315	5	1,25
17:45	295	0	0,00

Das berechnete Batteriebetriebsprofil ergibt zwei wesentliche Ergebnisse:

• Spitzenintervall-Mittelleistungsabgabe: 110 kW.
• Gesamtlieferungsenergie: 75 kWh während des analysierten Zeitraums.

Das Ergebnis von 110 kW basiert auf Lastdaten mit einem 15-Minuten-Durchschnitt. Messungen mit höherer Auflösung können zusätzliche momentane Leistungsanforderungen offenbaren. Die endgültige Leistungsangabe muss zudem anhand der Entladebegrenzungen der Batterie und der gewählten PCS-Leistungsangabe überprüft werden.

Schätzung der Nennkapazität

Gehen Sie der Veranschaulichung zuliebe davon aus, dass 90 % der Nennenergie innerhalb des zulässigen SOC-Bereichs verfügbar sind und der anzuwendende Entlade-Wirkungsgrad 95 % beträgt.

Dies ist eine vorläufige Schätzung für die Lebensdauer zu Beginn unter den genannten Annahmen. Falls das Projekt auch am Ende der Lebensdauer (EOL) dieselben 75 kWh zugeführter Energie benötigt und der vom Lieferanten unterstützte Kapazitätserhaltungsfaktor 80 % beträgt, lautet die Schätzung:

Der Erhaltungswert von 80 % dient lediglich zur Veranschaulichung und stellt keine universelle Konstruktionsannahme dar. Verwenden Sie die vom Lieferanten dokumentierten Daten für die erforderliche Einsatzdauer und die Betriebsbedingungen.

Diese Berechnungen ermitteln einen vorläufigen Kapazitätsbereich, keine vollständige Systemauslegung. Bevor Sie eine Batterie auswählen, bestätigen Sie die vom Lieferanten verwendeten Grenzwerte für die Energiebewertung, die SOC-Grenzen, die Umwandlungsverluste, die Betriebstemperatur und die Annahmen zum Lebensende.</p>

Überprüfen Sie die Batterieanforderungen anhand der Projektbedingungen

Eine Lastprofilberechnung identifiziert die vorläufigen Leistungs- und Energieanforderungen. Die ausgewählte Batteriekonfiguration muss zudem die elektrischen, thermischen, Lebenszyklus- und Integrationsbedingungen des kommerziellen Energiespeicherprojekts erfüllen.

Entladungsleistung, Dauer und Strom

Stellen Sie sicher, dass die Batterie die erforderliche Entladeleistung während der gesamten Dauer jedes Ereignisses aufrechterhalten kann. Bestätigen Sie die kontinuierlichen und maximalen Entladeraten, die Betriebsspannung, den zulässigen Strom sowie die Grenzwerte des Batteriemanagementsystems (BMS).

Für eine vorläufige Schätzung des Gleichstromseite-Stroms:

Hier, ich_DC ist der Strom in Ampere, P_DC ist die Gleichstromleistung in Watt, und V_DC ist die Gleichspannung in Volt. Verwenden Sie Werte von derselben elektrischen Seite. Dies ist eine vorläufige Schätzung, da der tatsächliche Strom mit der Betriebsspannung und den Systemverlusten variiert.

Ladeleistung und Ladezeiträume

Für wiederholte Lastspitzenbegrenzung, Lastverschiebung oder Eigenverbrauch von Solarenergie bestimmen Sie, wie viel Energie vor der nächsten Entladeperiode wieder aufgeladen werden muss. Vergleichen Sie die erforderliche Wiederaufladeenergie mit dem verfügbaren Ladezeitfenster und stellen Sie sicher, dass die Ladeleistung von der Batterie und dem gesamten System unterstützt wird.

Für PV-gekoppelte Projekte ist außerdem zu prüfen, ob die Überschussenergie ausreicht, um die Batterie bei Bedarf wieder aufzuladen. Eine Batterie mit ausreichender Nennkapazität kann dennoch das Betriebsziel verfehlen, wenn die verfügbare Ladeleistung oder das Ladezeitfenster unzureichend sind.

Temperatur, Schutz und Integration

Überprüfen Sie, ob die vorgeschlagene Batteriekonfiguration für die Installationsumgebung und den Betriebstemperaturbereich geeignet ist. Prüfen Sie die folgenden Anforderungen, bevor Sie die Batteriespezifikation abschließen:

• Nennspannung und Betriebsspannungsbereich.
• Erforderliche Reihen-/Parallelschaltung, falls zutreffend.
• Kontinuierliche und maximale Lade-/Entladestromgrenzen.
• Mechanische Abmessungen, Montage, Steckverbinder und Verkabelung.
• BMS-Überwachung, Schutzgrenzwerte, Alarme und Fehlerreaktionen.
• Kommunikationsprotokolle und Schnittstellenanforderungen für das vorgesehene PCS oder das Energiesystemmanagement.
• Thermisches Management, Installationsbedingungen und Zugang für Wartungszwecke.
• Anwendbare Sicherheits-, Zertifizierungs-, Prüf- und Projektannahmeanforderungen.

Diese Prüfungen helfen dabei, eine Batterie, die die berechnete kWh-Anforderung erfüllt, von einer Batterie zu unterscheiden, die für die tatsächliche kommerzielle Energiespeicheranwendung geeignet ist.

Wann sollten Sie eine maßgeschneiderte Akkupacklösung in Betracht ziehen?

Ein kundenspezifisches Batteriepack kann geeignet sein, wenn Standardkonfigurationen die dokumentierten elektrischen, mechanischen, Steuerungs- oder Betriebsanforderungen des Projekts nicht erfüllen können. Die Lastprofilanalyse hilft dabei zu ermitteln, ob die verbleibende Lücke Leistung, Energie, Entladedauer, Spannung oder Integration betrifft.

Vor der Beauftragung eines kundenspezifischen Designs vergleichen Sie das vollständige Batterie-Betriebsprofil mit den verfügbaren Standardkonfigurationen. Prüfen Sie, ob die Anforderung durch eine andere Standardbatteriekonfiguration oder durch eine geeignete Anpassung des Betriebsplans oder der Systemgestaltung erfüllt werden kann.

Ein benutzerdefiniertes Paket kann eine Bewertung wert sein, wenn:

• Die erforderliche Spannung oder der erforderliche Strom liegt außerhalb der verfügbaren Standardkonfigurationen.
• Der Akku muss bestimmte mechanische Abmessungen oder bestehende Geräteschnittstellen erfüllen.
• Das Entladeprofil, das Ladeverhalten oder der Betriebstemperaturbereich erfordern eine maßgeschneiderte Konstruktion.
• Das BMS erfordert definiertes Kommunikations-, Überwachungs- oder Schutzverhalten, um in das Zielsystem integriert zu werden.
• Das Projekt hat spezifische Anforderungen an die Validierung, Zertifizierung oder Leistung über den Lebenszyklus.

Für Projekte mit diesen Anforderungen erkunden Sie Individuelle Akkupack-Konstruktion und intelligente Integration. Die Machbarkeit einer maßgeschneiderten Lösung hängt von den detaillierten elektrischen Anforderungen, den System-Schnittstellen, den Sicherheitsanforderungen und dem Umfang der Validierung ab.

Wandeln Sie die Ergebnisse in eine kommerzielle Ausschreibung für Energiespeicher um

Eine nützliche Anfrage für ein Angebot (RFQ) übersetzt das berechnete Batterie-Belastungsprofil in Anforderungen, die Lieferanten konsistent bewerten können. Geben Sie statt nur einer Nennkapazität in kWh die Lastdaten, den Betriebsplan, die Messgrenzen und die Integrationsbeschränkungen an.

Profil und Betriebsanforderungen laden

• Anwendung und primäres Betriebsziel.
• Historische Lastdaten, Messintervall, Zeitstempel und Messort.
• Zielwert für die Netzbezugsgrenze oder andere festgelegte Betriebsbeschränkung.
• Berechnete maximale Entladeleistung und insgesamt übertragene Energie.
• Erforderliche Entladedauer und erwarteter täglicher Betriebsplan.</p>
• Ladezeiträume, Ladeleistung und erwartete Zyklusfrequenz.
• Erforderliche Leistung zu Beginn und am Ende der Lebensdauer, soweit zutreffend.

Elektrische und Leistungsanforderungen

• Nennspannung und Betriebsspannungsbereich.
• Erforderliche Nenn- und nutzbare Energie, wobei die Bewertungsgrenze klar definiert ist.
• Kontinuierliche und maximale Entladeleistung einschließlich der Dauer der Spitzenereignisse.
• Maximale Ladeleistung und Ladestrom.
• Zulässige Annahmen zum SOC-Fenster und zum Entladepfadwirkungsgrad.
• Kapazitätserhaltungs- und Lebenszyklus-Anforderungen.
• Erwarteter Betriebstemperaturbereich und Bedingungen für das thermische Management.

Mechanik, Steuerung und Systemintegration

• Verpackungsabmessungen, Montage, Steckverbinder und Kabelanforderungen.
• Funktionen des Batteriemanagementsystems, Schutzgrenzwerte und Erwartungen an die Fehlerreaktion.
• Kommunikationsprotokolle und Schnittstellendokumentation.
• Kompatibilitätsanforderungen für das vorgesehene PCS und das Energiemanagementsystem.
• Anwendbare Zertifizierungs-, Prüf-, Dokumentations- und Akzeptanzkriterien.

Validierung und kommerzielle Anforderungen

• Erforderliche technische Dokumentation und Designüberprüfung.
• Abnahmeprüfung in der Fabrik und projektspezifische Validierung, soweit zutreffend.
• Leistungsnachweise und Testbedingungen.
• Gewährleistungsannahmen, erwartete Nutzungsdauer und technische Supportvereinbarungen.
• Projektmenge, Anforderungen an Prototypen, Produktionszeitplan und Liefererwartungen.

Durch die Angabe dieser Details können Lieferanten beurteilen, ob eine Standardbatteriekonfiguration geeignet ist oder ob ein kundenspezifisches Batteriepack bewertet werden muss. Außerdem erleichtert dies den Vergleich technischer und kommerzieller Angebote auf einer konsistenten Grundlage.

Fazit

Ein Batterielastprofil bildet die Grundlage für die Umwandlung der Nachfrage eines gewerblichen Standorts in praktische Anforderungen an Energiespeicher. Definieren Sie das Betriebsziel der Batterie, berechnen Sie die Entladeleistung für jedes Intervall, summieren Sie die über den Betriebszeitraum benötigte Energie und schätzen Sie die Nennkapazität mithilfe klar definierter Annahmen zu SOC, Wirkungsgrad und Lebenszyklus.

Dann validieren Sie die Ergebnisse anhand der Ladekapazität, der Spannungs- und Stromgrenzwerte, der Betriebstemperatur, des Schutzes und der System-Schnittstellen. Dieser Ansatz hilft kommerziellen Entwicklern von Energiespeichern, Integratoren und Beschaffungsteams dabei, Batteriekonfigurationen anhand der tatsächlichen Projektanforderungen und nicht allein anhand der Nennkapazität zu bewerten.

Wenn Sie einen kundenspezifischen Batteriesatz für ein kommerzielles Energiespeicherprojekt bewerten, erstellen Sie das Lastprofil und die vorläufigen elektrischen Anforderungen, bevor Sie eine technische Besprechung mit einem Lieferanten beginnen. Klare Anforderungen bilden eine solide Grundlage für die Machbarkeitsbewertung, die Integrationsplanung und den Vergleich von Angeboten.

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