Batteriespeicher für PV-Anlagen normgerecht installieren

ERNEUERBARE ENERGIEN 2 90 Batteriespeicher für PV-Anlagen   normgerecht installieren  Gordon Karg, Ralf Haselhuhn Laut EuPD Research wurde im Jahre 2014 bereits jede fünfte Photo-voltaik-Anlage im Kleinanlagensegment mit einem Batteriespeicher-system verkauft. Bisher jedoch meist getrieben von der Faszination der technischen Möglichkeiten oder dem Wunsch nach mehr Unab-hängigkeit als von wirtschaftlicher Attraktivität.  Die Preise für Speichersysteme fallen dennoch langsam aber ste- tig, so dass unter der Annahme bestimmter Randbedingungen, wie Nutzung  der  KfW-Förderung,  weiter  steigender  Bezugsstrompreise und erzielbarer Ladezyklen einige Systeme bereits jetzt oder in Kürze wirtschaftlich darstellbar sein sollten. Des Weiteren ist nicht nur die Kombination mit Photovoltaik-Anlagen interessant. Die jahreszeitli-che Schwankung der Solarstrahlung sorgt dafür, dass der Speicher in dieser Kombination im Winter oft nur wenig genutzt werden kann. Hier  kann  ein  Versorgungssystem,  dass  auch  Blockheizkraftwerke (BHKW) oder Kleinwindkraftanlagen beinhaltet, die Autonomie des Anwenders weiter erhöhen.  Darüber  hinaus  ist  zu  erwarten,  dass  auch  häusliche  Speicher-  systeme in den nächsten Jahren Systemdienstleistungen wie Regel-energie bereitstellen werden und sich dafür entsprechende Vergütun-gen erzielen lassen. In Summe kann also davon ausgegangen werden, dass sich die Absatzzahlen der Systeme in nächster Zeit noch deutlich steigern dürften. In diesem Artikel soll daher die neue Anwendungsregel (AR) vor- gestellt werden, die für die Sicherheitsanforderungen für die Planung, die Errichtung, den Betrieb, die Demontage und die Entsorgung orts-fester elektrischer Energiespeichersysteme gilt.  Sie  wurde  vom  DKE-Arbeitskreis  STD_1000.3.1  erarbeitet,  der  sich  aus  Angehörigen  der  Versicherungswirtschaft,  der  DGS  Berlin Brandenburg e.V., aus Prüfinstituten, Handwerks- und Industriever-bänden,  Netzbetreibern  sowie  Speichersystemproduzenten  zusam-mensetzte.  Diese  AR  richtet  sich  im  Wesentlichen  an  den  Elektro-installateur, wohingegen die in einem weiteren Arbeitskreis nahezu parallel entstandene VDE –AR 2510-50 („Stationäre Energiespeicher- jb-2016_eg.indb   90 25.08.2015   9:43:36 Uhr

ERNEUERBARE ENERGIEN 2 91 systeme  mit  Lithium-Batterien  – Sicherheitsanforderungen“) die Hersteller solcher Systeme adres-siert (Bild 1). Im Folgenden wer-den die einzelnen Abschnitte der neuen AR näher erläutert. Anwendungsbereich und  normative Verweise   Die  AR  2510-2  enthält  die  Si-cherheitsanforderungen,  die  bei der Planung, dem Betrieb (Netz-parallel-  als  auch  Inselbetrieb), der  Installation  und  Entsorgung von  stationären  elektrischen Energiespeichersystemen  –  vor-gesehen  zum  festen  Anschluss an  ortsfeste  elektrische  Anlagen am  Niederspannungsnetz  –  ein-zuhalten sind. Sofern der Errich-ter einzelne Komponenten zu einem Energiespeichersystem zusam-menstellt, muss er neben dieser AR die relevanten Produktnormen beachten.  Die  AR  bezieht  sich  zwar  im  Schwerpunkt  auf  Batterie-speichersysteme,  schließt  aber  andere  Speichertechnologien  nicht aus und kann analog angewandt werden. In der AR werden zitierte und bereits bestehende Dokumente, wie z. B. weitere Normen zur Thematik gelistet.   Hinweise für den Transport   Grundsätzlich sind die Herstellervorschriften und die Vorschriften des ADR (Europäisches Übereinkommen über die internationale Beförde-rung gefährlicher Güter auf der Straße) beim Transport zu beachten. Die Batterien müssen einem qualifizierten Typ entsprechen, der für den Transport grundsätzlich zugelassen ist. Diese Zulassung entfällt, sofern Modifikationen oder Defekte an den Batterien oder beschädig-te Verpackungen gegeben sind. In diesem Fall ist der Hersteller oder Gefahrgutbeauftragte  zu  weiteren  Maßnahmen  zu  befragen.  Unter  Bild 1: Stromspeichersystem für   den Anschluss an eine PV-Anlage Quelle: Sonnenbatterie GmbH jb-2016_eg.indb   91 25.08.2015   9:43:36 Uhr

ERNEUERBARE ENERGIEN 2 92 Umständen kann eine Sondergenehmigung der zuständigen Behörde erforderlich werden.   Für den Installateursbetrieb können Sondervorschriften des ADR  zur Anwendung kommen, so dass die Akkumulatoren nicht dem ADR unterliegen und das Transportfahrzeug nicht entsprechend gekenn-zeichnet werden muss. Bei Bleiakkumulatoren ist dies der Fall, wenn die Batterien ausreichend fixiert sowie gegen Kurzschluss gesichert sind und äußerlich keine gefährlichen Laugeoder Säurespuren zeigen. Es ist die Kennzeichnung „Achtung gefüllte Akkumulatoren“ anzu-bringen.  Grundsätzlich  kein  Gefahrgut  stellen  trockene,  also  noch nicht mit Säure befüllte Batterien dar.   Für Elektrohandwerker kann bei Lithium-Batterien die Kleinmen- genregelung gemäß ADR 1.1.3.6 zur Anwendung kommen. Demnach gelten Erleichterungen für Lithium-Batterien bis 333 kg Bruttomasse, wenn keine anderen Gefahrgüter in derselben Beförde rungseinheit transportiert werden. Hier ist neben weiteren Vereinfachungen keine Gefahrgutkennzeichnung des Fahrzeuges nach ADR 5.3 erforderlich. Trotz Kleinmengenregelung muss der Transport durch unterwiesenes Personal erfolgen und die Batterien bzw. Zellen sind in den vorge-schrieben Sicherheitsverpackungen bis zum Aufstellort des Speicher-systems zu transportieren.   Anforderungen an elektrische Energiespeichersysteme   Das  Speichersystem  ist  gemäß  dem  Anmeldeverfahren  nach  VDE-AR-N  4105  und  dem  FNN-Hinweis  „Anschluss  und  Betrieb  von Speichern  am  Niederspannungsnetz“  beim  Netzbetreiber  anzumel-den und grundsätzlich gemäß den Herstellerangaben in geschützten Bereichen zu errichten. Die Anwendungsregel beschreibt an dieser Stelle auch allgemeine Anforderungen zur Aufstellung von Batterien, wie z. B. ausreichende Tragfähigkeit des Untergrundes, ausreichende Lüftung gemäß Herstellervorgaben, Schutz vor Zutritt von unbefugten Personen und Errichtung nicht in der Nähe brennbarer Materialien. Der Installateur sollte beachten, dass auch bei Batteriesystemen in vom  Hersteller  gelieferten  Betriebsschränken  trotzdem  bestimmte Anforderungen an den Aufstellort gestellt werden. So ist z. B. ein Hei-zungsraum oder Pellet-Lager oder auch Kellerräume, in denen Farben und Lacke gelagert werden, als Aufstellort nicht geeignet.  jb-2016_eg.indb   92 25.08.2015   9:43:37 Uhr

ERNEUERBARE ENERGIEN 2 93 Außerdem sollte über die gesamte Betriebsdauer z. B. durch Hin- weisschilder vermieden werden, dass in unmittelbarer Nähe des Bat-teriespeichersystems  Stoffe  oder  Gegenstände  gelagert  werden,  die Brandlasten darstellen.  Sofern die Batterie in einem Schrank oder Behälter untergebracht  werden soll, der nicht vom Hersteller eines Speichersystems geliefert wird müssen weitere Punkte beachtet werden. So muss der Schrank ausreichend tragfähig sein, er muss widerstandsfähig gegen Chemie der eingesetzten Batterietechnologie sein (z. B. austretender Elektro-lyt) und es muss für ausreichende Lüftung des Schrankinneren zur Vermeidung von Übertemperatur und explosionsfähiger Atmosphäre gesorgt werden. Der Schrank muss abschließbar sein und es ist ein Schutz vor gefährlichen Körperströmen vorzusehen.  Elektrische Installation  Die in diesem Abschnitt der AR beschriebenen Anforderungen zie-len insbesondere darauf ab, dass die Sicherheitsfunktionalitäten der elektrischen Anlage sowohl im Netzparallelbetrieb als auch im Insel-betrieb sichergestellt sind.  Dies ist insbesondere deshalb von Bedeutung, da sich die Netz- form z. B. von TT- zu TN-S bei Umschaltung auf Inselbetrieb ändern kann. Des Weiteren muss gewährleistet werden, dass der Betrieb der Verbraucheranlage im Inselbetrieb entsprechend der dann noch be-reitgestellten Phasen erfolgt, also je nach System z. B. nur noch eine Phase genutzt werden kann.  Im Anhang der AR befinden sich dazu Systembilder einer Auswahl  möglicher Anlagenkonfigurationen. Allgemein ist darauf zu achten, dass die eingesetzten Betriebsmittel je nach Einsatzzweck für Gleich- oder Wechselstrom geeignet sind (Bilder 2 und 3).  Die Nummerierung der Abschnitte der Anwendungsregel erfolgt  in diesem Teil in Analogie zu den Teilen 100 bis 600 der Normen der  Reihe  DIN  VDE  0100  und  kann  als  Ergänzung  der  bisherigen normativen Vorgaben verstanden werden.  Es werden Anforderungen zum Schutz gegen elektrischen Schlag,  Überstrom und Fehlerstrom insbesondere im Inselbetrieb sowie die erforderlichen Prüfungen beschrieben. jb-2016_eg.indb   93 25.08.2015   9:43:37 Uhr

ERNEUERBARE ENERGIEN 2 94 Quelle: E VDE-AR-E 2510-2 Bild 2:  Netzparallelbetrieb des AC-gekoppelten Speichersystems im TT -System und Inselbetrieb des Speichers im TN-S-System Netz HAK K1 PE N N Zählerschrank Z 1 Netzschalter ) ) Sternpunktbilder bei Inselbetrieb Er zeugungsanlage Energiespeicher W echsel-   richter W echsel-   richter Verbrauchsgeräte S S S jb-2016_eg.indb   94 25.08.2015   9:43:37 Uhr

ERNEUERBARE ENERGIEN 2 95 Quelle: E VDE-AR-E 2510-2 Bild 3:  Netzparallelbetrieb des Speichers im TN-C-S-System und Inselbetrieb des Speichers weiterhin im TN-C-S-System mit    DC-Kopplung der Erzeugungsanlagen und Speicher Netz HAK K1 K2 PE PEN N Zählerschrank Z 1 Netzparallelpfad Netzschalter Inselnetzpfad ) Im Netzparallelpfad sind die Anforderungen der  VDE-AR-N 4105 z.B. NA-Schutz mit Kuppelschalter zu  berücksichtigen. Im Inselnetzpfad gelten die Anforderungen der Schutz - maßnahmen im Inselnetz ) Sternpunktbilder bei Inselbetrieb Er zeugungs-   anlage Energiespeicher W echsel-   richter Verbrauchsgeräte S S S jb-2016_eg.indb   95 25.08.2015   9:43:37 Uhr

ERNEUERBARE ENERGIEN 2 96 Kennzeichnung und   Dokumentation  Die  Anwendungsregel  fordert Warn-  und  Hinweisschilder,  ins-besondere,  wenn  die  Batterie nicht in einem Schrank oder Be-hälter untergebracht ist.  Es soll auf die Gefahren durch  hohe  Spannungen  und  Ströme, explosive  Gase  sowie  ätzende Elektrolyte  hingewiesen  werden  (Bild 4).  Je  nach  verbauter  Batterie- technologie können verschiedene Sicherheitszeichen  erforderlich werden.  Erforderlich  sind  Kenn-zeichnungsschilder,  die  u. a.  Fir-menname,  Name  des  Errichters und das Errichtungsdatum dokumentieren.  Anleitungen  und  Dokumentationen  insbesondere  für  Wartung,  Betrieb  und  Service  müssen  dem  Betreiber  überreicht  und  dieser eingewiesen werden.  Die  Einweisung  des  Anlagenbetreibers  ist  zu  dokumentieren.  Dabei  sind  auch  die  entsprechenden  Sicherheitsanforderungen  der VDE 510 zu berücksichtigen.  Bei inselnetzbildenden Systemen sind Unterlagen zu hinterlegen,  die genau beschreiben, wie das inselnetzbildende System ohne Schä-den oder Risiken abgeschaltet werden kann.  Darüber  hinaus  soll  ein  Hinweis  auf  ein  inselnetzfähiges  Spei- chersystem am Hausanschlusskasten oder am zentralen Zählerplatz angebracht werden, um auf eine anliegende Spannung auch bei abge-schaltetem Versorgungsnetz hinzuweisen.  Inbetriebnahme, Betrieb und Deinstallation  Grundsätzlich sind hierbei die Herstellerangaben zu berücksichtigen. Batterien  werden  in  unterschiedlichen  Ladezuständen  geliefert,  so können  Bleibatterien  ungefüllt  und  trocken  geliefert  werden.  Voll- Bild 4: Übliche Sicherheits- und Warn-  hinweiszeichen bei Batteriespeichern  (Auswahl – nicht vollständig) Gefahr eines   elektrischen Schlages Gefahren   durch Batterien Warnung vor   explosionsgefährlichen  Stoffen Warnung vor  ätzenden Stoffen Warnung vor  einer Gefahrenquelle jb-2016_eg.indb   96 25.08.2015   9:43:37 Uhr

ERNEUERBARE ENERGIEN 2 97 ladungen müssen ggf. vorgenommen werden. Bei Lithium-Ionen-Bat-terien muss der Ladezustand nach Herstellerangaben berücksichtigt werden.  Nach  einer  Tiefentladung  von  Lithium-Ionen-Zellen  kann es bei einer Wiederbeladung zur Kupferdendritenbildung kommen. Durchstoßen diese Dendriten den Separator der Zelle, so kann ein interner  Kurzschluss  mit  sicherheitskritischen  Folgen  entstehen. Werden tiefentladene Lithium-Ionen-Batterien festgestellt, so ist der Hersteller für die weitere Vorgehensweise zu befragen.  Der Anlagenbetreiber ist für die Betriebsführung verantwortlich  und  ist  vom  Errichter  entsprechend  einzuweisen,  dies  umfasst  die Wartung,  Inspektion,  Überwachung  nach  DIN  EN  50272-2  (VDE 510-2) sowie die Demontage und vorschriftsgemäße Entsorgung ent-sprechend des Batteriegesetzes (BattG).  Stationäre  Energiespeichersysteme  werden  in  der  Regel  als  In- dustriebatterien im Sinne des BattG über das Inverkehrbringen, die Rücknahme  und  die  umweltverträgliche  Entsorgung  von  Batterien und  Akkumulatoren  betrachtet,  wohingegen  periphere  Bauteile  in den Geltungsbereich des Elektrogesetzes (ElektroG) fallen.  Auf dieser Basis beschreibt die AR die Rechte und Pflichten der  Beteiligten und gibt Informationen zum regelkonformen Transport.  Fazit  Die neue AR 2510-2 „Stationäre elektrische Energiespeichersysteme vorgesehen zum Anschluss an das Niederspannungsnetz“ bündelt die wesentlichen Informationen, schließt normative Lücken und verweist auf die entsprechenden zu berücksichtigenden Vorschriften, die der Installationsbetrieb  für  eine  normenkonforme  Installation,  Betrieb und Wartung benötigt. AutorenNach seinem Studium der Elektrotechnik und des Fachs Umwelt- und Energiemanagement arbeitete Dipl.-Ing. Ralf Haselhuhn bis 1995 als Ingenieur für Energieberatung und Planung. Seit 1995 ist er als Pla-ner,  Sachverständiger,  Dozent,  Gutachter,  Fachautor  und  Bereichs-leiter Photovoltaik bei der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie (DGS) Berlin tätig. 2014 wurde er Geschäftsführer des DGS Landes-verbandes Berlin Brandenburg e.V.  jb-2016_eg.indb   97 25.08.2015   9:43:37 Uhr

ERNEUERBARE ENERGIEN 2 98 Im Anschluss an sein Studium des Faches Umwelttechnik/Regene-rative Energien und seiner Diplomarbeit bei der umweltplan projekt GmbH begann Dipl.-Ing. Gordon Karg seine berufliche Karriere bei der DGS Landesverband Berlin Brandenburg e. V. Neben Dozententä-tigkeiten im Bereich Messgeräte und Montagesysteme für PV-Anlagen befasst sich der zertifizierte Gutachter für Photovoltaik(TÜV) insbe-sondere mit der Erstellung von Ertrags- und Abnahmegutachten.  KontaktdatenDGS Berlin Wrangelstraße 100 D-10997 Berlin Fon: +49 (0)30 293812-60  Fax: +49 (0)30 293812-61 E-Mail:  [email protected]   [email protected]  www.dgs-berlin.de jb-2016_eg.indb   98 25.08.2015   9:43:37 Uhr