Der Schwerpunkt liegt auf Hardware zur Brandbekämpfung bei Energiespeicherprojekten

Jul 01, 2023

Die Energiespeicherbranche durchläuft einen bemerkenswerten Wandel. In den nächsten fünf Jahren wird erwartet, dass die Energiespeicherkapazität in den Vereinigten Staaten um fast 500 % wächst. Dieses Wachstum wird durch die Verbreitung erneuerbarer Energien vorangetrieben, die Netzbatterien zu einem wichtigen Bestandteil unserer Energieinfrastruktur gemacht haben – sie sorgen für Gleichgewicht und Widerstandsfähigkeit der Stromnetze.

Brände in Energiespeichersystemen haben jedoch einen Schatten auf den ansonsten rasanten Aufstieg der Branche geworfen. Während Brände in der Energiespeicherbranche eine komplexe Herausforderung darstellen, die eine integrierte Reaktion erfordert, ist es von entscheidender Bedeutung, dass sich die Hersteller auf die Entwicklung und Installation von Hardware konzentrieren, die die Entstehung und Ausbreitung von Bränden verhindern kann.

Hardware spielt eine entscheidende Rolle bei der Abdichtung von Batterien vor Fremdstoffen, die Brände auslösen können, bei der Aufrechterhaltung normaler Betriebstemperaturen und beim Schutz vor elektrischen Unregelmäßigkeiten. Um Sicherheit, Zuverlässigkeit und nachhaltiges Wachstum zu gewährleisten, müssen Hersteller in der Energiespeicherbranche Schwachstellen in ihrer Hardware-Ausstattung beheben. Wir müssen die gesamte Branche auf den neuesten Stand bringen – und dann noch weiter vorantreiben.

Alle Hersteller müssen sicherstellen, dass ihre Batterien vor Flüssigkeiten und Feststoffen geschützt sind, die in die Batterien eindringen könnten. Kondenswasser, Staub und andere Fremdkörper können Brände auslösen, wenn das Batteriegehäuse oder das Batteriemodul nicht ordnungsgemäß abgedichtet ist. Die Eindringschutzklasse (IP) misst die Widerstandsfähigkeit eines Systems gegenüber diesen Fremdstoffen und dient als erste Verteidigungslinie gegen potenzielle Zündquellen.

Für das Batteriegehäuse – das äußere Schutzgehäuse, das die Komponenten eines Batteriesystems umgibt und enthält – ist die erforderliche Mindest-IP-Schutzart IP 55, ein relativ hoher Grad an Dichtwirkung. Auf dieser Stufe der IP-Skala sind Gehäuse vor begrenztem Eindringen von Staub und vor Wasserstrahlen mit geringem Druck aus allen Richtungen geschützt. Es gibt keine Mindest-IP-Schutzart für Module – die in sich geschlossenen Einheiten von Batteriezellen innerhalb des größeren Systems –, aber führende Hersteller sollten eine Schutzart anstreben, die zum Gehäuse passt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Module bei Wartungsarbeiten oder einem Fehler in der Gehäuseabdichtung versiegelt bleiben, wodurch das Risiko einer Gefährdung durch Fremdstoffe verringert wird.

Durch sorgfältiges Entwerfen und Implementieren von Gehäusen und Modulen mit hoher IP-Schutzklasse können Hersteller eine robuste Barriere schaffen, die wichtige Komponenten wirksam vor Witterungseinflüssen abschirmt.

Allerdings können nicht alle Batterien effektiv versiegelt werden. Per Definition sind luftgekühlte Batteriesysteme im Vergleich zu flüssigkeitsgekühlten Systemen stärker dem Eindringen von Fremdkörpern in das Gehäuse oder Modul ausgesetzt. Bei der Luftkühlung wird die Umgebungsluft genutzt, um die vom Energiespeichersystem erzeugte Wärme abzuführen. Sobald Staub oder Schmutz in ein luftgekühltes System gelangt, kann er im gesamten Gehäuse rezirkuliert werden. Bei der Flüssigkeitskühlung hingegen wird ein Zirkulationssystem verwendet, um ein flüssiges Kühlmittel durch eine Kühlplatte oder Rohre innerhalb des Batteriesystems zu leiten.

Während jedes System anfällig dafür ist, dass Fremdkörper Dichtungen durchbrechen, werden etwaige IP-Schwachstellen in einem luftgekühlten System schnell entdeckt. Im Vergleich dazu sind flüssigkeitsgekühlte Systeme widerstandsfähiger. Sie müssten eine kritische Fehlfunktion oder einen äußeren Schaden erleiden, damit Fremdkörper in die Batterie gelangen könnten.

Die Wahl zwischen Luftkühlung und Flüssigkeitskühlung hat jedoch auch Auswirkungen, die über die effektive Abdichtung der Batterie hinausgehen. Kühlsysteme sind ein grundlegendes Element für die Aufrechterhaltung sicherer Betriebstemperaturen innerhalb einer Batterie. Eines der größten Brandrisiken im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien ist das thermische Durchgehen – eine Kettenreaktion innerhalb der Batterie, die durch einen Kurzschluss, Herstellungsfehler, äußere Hitze, Überladung oder physische Beschädigung ausgelöst werden kann. Sobald eine Zelle thermisch außer Kontrolle gerät, kann sie so viel Wärme erzeugen, dass benachbarte Zellen dasselbe tun, was zu einem kaskadierenden Ausfall führt. Kühlsysteme sind für die Kühlung und das Wärmemanagement verantwortlich, um ein thermisches Durchgehen zu verhindern oder abzumildern.

Doch nicht alle Kühlsysteme sind gleich aufgebaut. Basierend auf Beobachtungen während des Herstellungsprozesses können die Temperaturen in luftgekühlten Systemen bis zu 10 Grad höher sein als in flüssigkeitsgekühlten Systemen. Während die Luftkühlung im Allgemeinen einfacher zu implementieren ist und weniger Komponenten erfordert, kann sie hinsichtlich ihrer Fähigkeit, große Systeme mit hoher Wärmeerzeugung effizient zu kühlen, Einschränkungen aufweisen. Im Allgemeinen können Flüssigkeitskühlsysteme eine präzisere Temperaturkontrolle ermöglichen, was ein besseres Wärmemanagement ermöglicht und sicherstellt, dass die Batterie innerhalb sicherer Temperaturgrenzen arbeitet.

Kühlsysteme müssen Hand in Hand mit Entfeuchtungssystemen arbeiten, um Feuchtigkeit im Inneren des Gehäuses zu bekämpfen. Feuchtigkeit kann das Risiko von Kurzschlüssen, einer möglichen Überhitzung der Batterie und einem Effizienzverlust aufgrund von Sammelschienenkorrosion mit sich bringen. Luftgekühlte Systeme sind anfällig für Kondensation. Sie schalten sich häufig ein und aus, wodurch die Oberfläche kälter wird und möglicherweise Kondensation entsteht.

Hersteller müssen modernste und bewährte Kühlsysteme installieren, um die Innentemperatur des Batteriesystems zu kontrollieren.

Eine weitere wichtige Hardwarekomponente in Netzbatterien ist der Überspannungsschutzmechanismus, der vor elektrischen Unregelmäßigkeiten schützt, die möglicherweise wichtige Geräte wie Steuerungssysteme, Batterien und Feuermeldegeräte beschädigen könnten. Diese Mechanismen verhindern, dass Geräte ihre Spannungs- oder Stromwerte überschreiten, was durch Blitzeinschläge, Hochgeschwindigkeitsbetätigung von Schaltern oder das Öffnen von Leistungsschaltern und Sicherungen unter Last auftreten kann.

Überspannungsschutzgeräte müssen ordnungsgemäß konstruiert, installiert und gewartet werden, um solchen Unregelmäßigkeiten standzuhalten und Schäden an den Batteriezellen zu verhindern, die zu deren Ausfall führen könnten.

Grundsätzlich sollten Hersteller die NFPA-, CSA- und IEEE-Anforderungen für den Überspannungsschutz gemäß UL9540 befolgen und mit Anbietern und Experten für Überspannungsschutz zusammenarbeiten, um sicherzustellen, dass das Design diese Anforderungen erfüllt.

Hardware ist nur ein Aspekt einer integrierten Strategie zur Brandrisikominderung, die alle Hersteller kontinuierlich entwickeln und umsetzen sollten. Ebenso wichtig ist fortschrittliche Software, die dazu dient, potenzielle Risiken zu überwachen, Mitarbeiter auf Probleme aufmerksam zu machen und automatische Reaktionen zu implementieren.

Über technologische Lösungen hinaus muss die Branche in Brandschutztests investieren und strenge Industriestandards einhalten. Durch die Einhaltung standardisierter Sicherheitsprotokolle wird sichergestellt, dass Batterieprojekte im Netzmaßstab so konzipiert sind, dass sie den anspruchsvollsten Bedingungen standhalten und das Risiko katastrophaler Ereignisse minimieren. Schließlich ist eine sinnvolle Zusammenarbeit mit Aufsichtsbehörden, Notfallhelfern und lokalen Gemeinschaften von entscheidender Bedeutung, um den Informationsaustausch und die Entwicklung wirksamer Notfallpläne zu erleichtern.

Während die Energiespeicherbranche voranschreitet, um die globale Energiewende zu erleichtern, darf die Notwendigkeit, Brandrisiken zu bekämpfen, nicht unterschätzt werden. Durch die Priorisierung der IP-Schutzart, Kühlsysteme und Überspannungsschutzmechanismen ihrer Energiespeichersysteme – innerhalb einer umfassenderen, integrierten Brandschutzstrategie – können Hersteller die Zuverlässigkeit und Sicherheit ihrer Projekte gewährleisten. Als Ausgangspunkt müssen alle Hersteller in Sachen Hardware auf den neuesten Stand gebracht werden. Aber dabei kann es nicht bleiben – sie müssen über die Mindestanforderungen hinausgehen, um Energiespeicherbrände zu verhindern und das volle Wachstumspotenzial der Branche auszuschöpfen.