Der Einsatz von Energiespeichern hat in den letzten Jahren erheblich zugenommen und wird sich in den kommenden Jahren schnell beschleunigen, da die Technologien zu einem wesentlichen Bestandteil der Umstellung auf saubere Energie werden. Die Marktanalysten WoodMackenzie prognostizieren ein exponentielles Wachstum in diesem Sektor, wobei der weltweite Einsatz bis 2024 vom derzeitigen niedrigen zweistelligen Gigawattstunden-Niveau auf weit über einen 150-Gigawattstunden-Markt schießen wird. Die Anwendungsfälle für Speicher nehmen ebenfalls zu, und Wohn-, Kommerzielle und Versorgungsinstallationen werden alle einen enormen Anstieg der Installationen erleben.

Die Schrift steht auf der Wand: Intelligente Energiespeicherung wird in vielen Regionen der Welt bald ein grundlegendes Netzgut, ein Gut für die Nachhaltigkeit von Unternehmen und ein Verbrauchergerät sein.

Diese exponentielle Verbreitung von Speicher ist mit einem wichtigen Vorbehalt verbunden: Während dieses schnellen Wachstums müssen auch umfassende, unabhängige Tests durchgeführt werden, um die Qualität, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der eingesetzten Systeme sicherzustellen. Lagerung ist ein langfristiges Gut und muss als solches behandelt werden. Eine Bereitstellung ohne vorhersehbaren, bankfähigen und sicheren Betrieb und Leistung nützt niemandem – weder dem Anlageneigentümer noch dem Endbenutzer.

Um diesen geschäftskritischen Bedarf an umfassenden Testdaten zur Unterstützung der Schätzung der Lebensdauer von Batterie- und Speichersystemen zu decken, hat PVEL 2017 sein Energy Storage Product Qualification Program (PQP) ins Leben gerufen. Konsistente Zuverlässigkeits- und Leistungsdaten zur Unterstützung der Implementierung eines effektiven Lieferantenmanagementprozesses. Es bietet auch eine unvoreingenommene Bewertung der Produktqualität und Haltbarkeit von Batteriezellen- und Systemherstellern. Unsere starke Expertise in der Prüfung von Wechselrichtern lässt sich auch gut auf die Leistungselektronikarchitekturen übertragen, die in Energiespeichersystemen enthalten sind.

Das Speicher-PQP umfasst zwei Hauptelemente: Tests auf Zellebene, die eine Matrix von 40 zyklischen und kalendarischen Alterungstests verwenden, um zu bestimmen, wie sich die Zellen verschlechtern; und Verifizierung auf Systemebene, die eine Matrix von 18 Tests verwendet, um besser zu verstehen, wie das System die Zellen innerhalb der beschriebenen Parameter wartet und betreibt, damit wir die Lebensdauer besser modellieren und vorhersagen können. Das Programm umfasst Tests, die mit dem Degradationsmodell des National Renewable Energy Laboratory übereinstimmen, sowie Testmatrizen, die in der Automobilindustrie entwickelt wurden, um die Lebensdauer von Zellen und Systemen besser zu verstehen. Jeder der einzelnen Tests liefert empirische Daten, um das Modell so abzustimmen, dass es genauer und auf die spezifische Anwendungsfallanwendung anwendbar ist.

Im Gegensatz zu anderen Labors, die nur Tests auf Zellebene anbieten, ist unser erfahrenes Team der Ansicht, dass es wichtig ist, sowohl auf Zell- als auch auf Systemebene zu testen und das Programm weiterzuentwickeln, um die Anforderungen von Entwicklern, Finanziers und Eigentümern von Vermögenswerten zu erfüllen. Nicht nur wir sind der Meinung, dass solche „Suppe-to-Nuts“-Tests kritisch sind: Die gemeinsamen Schmerzpunkte, Bedenken und andere Rückmeldungen von unseren Partnern in diesen nachgelagerten Sektoren haben unseren Ansatz auf Systemebene vorangetrieben. Letztendlich sind es die Energiespeichersysteme, die im Feld installiert werden, und ein gründlicheres Verständnis der Leistung der Komponenten und des gesamten Systems führt zu vorhersehbareren und genaueren wirtschaftlichen Analysen.

Unsere Kunden und Partner wünschen sich eine empirische Methodik, die mit einem Werkszeugen beginnt, der nach dem Zufallsprinzip im Handel erhältliche Proben in den Produktionsstätten der Batteriezellen auswählt. Diese Proben werden Zell- und Systemtestprotokollen unterzogen, um Abbaumechanismen von Lithiumzellen, Produktkompatibilität (oder -fehlanpassung), Wechselrichter-Batterie-Wechselwirkungen, Betriebsverhalten und andere Faktoren zu ermitteln, die sich auf Lebensdauer und Leistung auswirken. Beispielsweise veranlasste uns das Feedback unserer Partner dazu, unsere Haltbarkeitstests vor Ort auf 24 Monate zu verlängern, mit mehreren redundanten Tests sowie monatlichen Kapazitätstests und Berichten.

Was ermöglicht Ihnen das PQP? Wenn Sie ein Batteriehersteller sind, bietet es einen Realitätscheck Ihrer Produkte durch Dritte und gibt Entwicklern und Finanziers Vertrauen in die von ihnen beschafften Produkte. Wenn Sie ein Systemintegrator sind, hilft es Ihnen, die Grenzen Ihres Batteriemanagementsystems zu verwalten. Wenn Sie ein Systembesitzer oder Finanzierer sind, hilft es Ihnen, die Produktverschlechterung zu verstehen, Ihre Modellierung auf Projektebene zu optimieren und Ihre wirtschaftlichen Erwartungen für Ersatz- oder Betriebskosten auf der Grundlage der aus PQP-Tests generierten Daten festzulegen.

Warum sind umfassende Tests auf Zellen- und Systemebene unerlässlich? Einige Unterschiede bei den installierten Systemen werden in den ersten ein bis zwei Jahren nicht offensichtlich. Die Leute mögen denken, dass die Dinge großartig laufen, aber mit Degradationstests auf Zell- und Systemebene wissen Sie, auf welche Warnzeichen Sie achten müssen und welche Betriebsbereiche oder Bedingungen Sie vermeiden sollten. Dies kann zu Projekten führen, die die Erwartungen über die Lebensdauer des Systems entweder erfüllen oder nicht erfüllen.

Eine Sache, die wir gelernt haben, ist, dass nicht alle Zellen (und schon gar nicht alle Batterieverpackungen und -systeme) gleich sind. Beispielsweise verhalten sich Zellen mit der gleichen Chemie, die auf den technischen Datenblättern identisch aussehen, oft sehr unterschiedlich, wenn sie der PVEL PQP-Testmatrix unterzogen werden. Für einige Zellen ist ein Hochtemperaturbetrieb mit engen oder weiten Temperaturschwankungen absolut in Ordnung, und für andere könnte eine dieser Bedingungen eine große Quelle der Verschlechterung sein. Sie hängt von der eigentlichen Zelle sowie von der Chemie in Anode, Kathode und Elektrolyt ab. Das Testen der Lade- und Entladeraten, der unterschiedlichen Entladetiefe und der Ladezustandsnutzung kann unterschiedliche Ergebnisse für scheinbar identische Zellen ergeben.

Auf Systemebene können diese empirischen Daten die Fluktuationsrate einer Batterie über die Lebensdauer des Systems wirklich verändern. Da sich Batterien linear verschlechtern (zumindest über die Lebensphasen), kann eine Batterie in den ersten drei Jahren eine gute Leistung erbringen, dann aber einen Wendepunkt der Verschlechterung erreichen, weil das Gerät bei einer leicht erhöhten Temperatur betrieben wurde. Infolgedessen muss die Batterie viel früher ausgetauscht werden. Wenn jedoch die Auswirkungen der temperaturbedingten Degradation berücksichtigt würden, könnten die Systemparameter so angepasst werden, dass die Einheit noch viele Jahre wie erwartet funktioniert.

Beim Versuch, Verwaltungsgrenzen für das gesamte Energiespeichersystem festzulegen, verlängert der Zugriff auf diese Art von granularen empirischen Daten die Lebensdauer der Gesamtlösung erheblich. Verschiedene Teile der Testmatrix konzentrieren sich auf verschiedene Abbaumechanismen, um zu verstehen, welche Bereiche beim Betrieb einer Batterie vermieden werden sollten und welche Bereiche hilfreich sind, um die Gesamtlebensdauer zu verbessern.

Ein weiterer wichtiger Speichertestservice, der von PVEL angeboten wird, sind groß angelegte destruktive Brandtests. Diese zerstörende Prüfung zeigt, wie sich bestimmte Energiespeichersysteme während des Ausfalls verhalten, indem sie realistische Feldausfallbedingungen während des Batteriebetriebs simulieren. Die Ergebnisse von Verbrennungstests werden verwendet, um die Installationssicherheit zu bewerten und Ersthelfern dabei zu helfen, die besten Möglichkeiten zu finden, um zu reagieren, wenn Fehler auftreten.

Wenn Sie ein Treffen auf der Intersolar North America in San Diego vereinbaren oder weitere Informationen über PVELs Energy Storage PQP erhalten möchten, wenden Sie sich an info@pvel.com.

FOTO MIT FREUNDLICHER GENEHMIGUNG VON SAN DIEGO GAS & ELECTRIC