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Funktionsschema eines Hausenergie-Managementsystems, das alle thermischen und elektrischen Energieflüsse im Gebäude regelt sowie den Speicher eines Elektroautos mit einbindet.
© EWE-Forschungszentrum NEXT ENERGY
Hausenergie-Managementsysteme sollen Energieströme steuern
20.09.2012

Eigennutzung von Solarstrom optimieren

Intelligente Steuerung der thermischen und elektrischen Energieflüsse im Gebäude: Oldenburger Forscher entwickeln und evaluieren derzeit Konzepte für ein Hausenergie-Managementsystem, das die Sonne als einzigen Energielieferanten nutzt. Für Hausbesitzer wird die Eigennutzung von Solarstrom damit wirtschaftlich interessanter. Mit dem neuen System sollen die Energie der Sonne dezentral gespeichert und die Energieströme zeitlich gesteuert werden.

Steigende Energiepreise machen die Eigennutzung von Solarstrom für Hausbesitzer wirtschaftlich attraktiver. Damit der Ertrag der eigenen Photovoltaikanlage rund um die Uhr verfügbar wird, muss die produzierte Energie zunächst vor Ort gespeichert und ihr Einsatz anschließend ebenso effizient wie intelligent gesteuert werden. Das EWE-Forschungszentrum Next Energy entwickelt und evaluiert derzeit Konzepte für entsprechende Hausenergie-Managementsysteme für die dezentrale Energieversorgung von Wohngebäuden. Die Forscher entwickeln für diesen Zweck neue Soft- und Hardwarekomponenten zur Erfassung der Energieströme und zur effizienten Steuerung des Einsatzes und der Speicherung der von der Photovoltaikanlage erzeugten Energie. Das neu konzipierte Managementsystem steuert neben dezentralen Strom- und Wärmeerzeugern auch elektrische und thermische Zwischenspeicher. „Seine Aufgabe besteht darin, die Energieflüsse zwischen Erzeugern, Speichern, Verbrauchern und dem elektrischen Niederspannungsnetz in Abhängigkeit des aktuellen Angebots an solarer Strahlungsenergie optimal zu regeln“, erklärt Dr. Thilo Kilper, Themenfeldleiter im Forschungsbereich Photovoltaik bei Next Energy.

Interdisziplinäre Konzeptentwicklung

Mit den Daten aus den Simulationsreihen erfassen die Wissenschaftler, wie die Komponenten des Systems zusammenwirken. „So können wir zum Beispiel der Frage nachgehen, ob die Photovoltaik-Anlage und der Zwischenspeicher – bezogen auf die Erfordernisse der Verbraucher im Gebäude – optimal dimensioniert sind, um einen möglichst hohen Solarstrom-Eigenverbrauch zu realisieren“, betont Kilper. Auf dieser Grundlage sei es auch möglich, das Lade- und Entladeverhalten des Speichers sowie das Verhalten der weiteren Systemkomponenten zu evaluieren. Durch die Emulation bestehender Hausenergiemanagement-Systeme mit multifunktionalem Wechselrichter und Batterie wird es auch möglich, Leistungsangaben von Herstellern zu überprüfen.
An der Entwicklung der Hausenergie-Managementsysteme arbeiten Forscher aus den drei Arbeitsschwerpunkten des Forschungszentrums Photovoltaik, Energiespeicher und Brennstoffzellen zusammen. Für ihre Arbeit können sie einen kürzlich eingerichteten Prüfstand zur Simulation von Solarmodulen, Solarmodulsträngen und Solargeneratoren bis zu 30 kW Leistung nutzen. Dieser wird ergänzt durch einen Netzsimulator und elektronische Lasten zur Simulierung von Verbraucherprofilen. Als Datenbasis stehen aus den Betriebsdaten der institutseigenen Photovoltaikanlage erstellte Erzeugerprofile zur Verfügung, die das typische jährliche Einspeiseverhalten einer Photovoltaik-Anlage im Zeitraffermodus darstellen.  Auf Grundlage dieser Labortests und von Simulationen entwickeln die Forscher das umfassende neue Managementsystem.

Erste Ergebnisse zum Projekt und weiteren Forschungsaktivitäten im Bereich Photovoltaik präsentieren die Oldenburger Wissenschaftler vom 24. bis 28. September 2012 auf der internationalen Photovoltaik-Konferenz EU PVSEC in Frankfurt. Als nächsten Schritt planen sie Praxistests zur Verifizierung der Daten, zum Beispiel in Zusammenarbeit mit Herstellern von Solarsiedlungen. Für einen möglichst umfassenden Management-Systemansatz beziehen sie in ihre Arbeit auch die Integration von Elektroautos sowie stationärer Brennstoffzellenanlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) mit ein.
Der Photovoltaik-Bereich von Next Energy ist außerdem am Forschungsprojekt „SiliziumDS12plus“ beteiligt, welches über die „Innovationsallianz Photovoltaik“  vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) gefördert wird. Beim Forschungsvorhaben geht es um die Entwicklung von hocheffizienten Silizium-Dünnschichtsolarzellen in Triple-Struktur mit einem stabilisierten Wirkungsgrad von über zwölf Prozent.

(gh)

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