Das „Gebäude der Zukunft“ als intelligente Schaltzentrale des Energiesystems

Integrierte Energiesysteme gewinnen in Wohnhäusern und gewerblichen Gebäuden zunehmend an Bedeutung. Einzelkomponenten wie Solaranlagen oder Heizungen auf Basis von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ebnen den Weg für eine dezentrale Stromerzeugung und entwickeln sich im Zusammenschluss mit Batterie- oder Wärmespeichern zu intelligenten Schaltzentralen des Energiesystems.

Auf der diesjährigen Hannover Messe thematisiert das EWE-Forschungszentrum NEXT ENERGY vom 8. bis 12. April in Halle 27, Stand D57, Lösungsansätze, die den effizienten Eigenverbrauch von Photovoltaikstrom ebenso berücksichtigen wie die Stabilisierung der Verteilnetze.

Eine wesentliche Motivation für die Entwicklung optimierter Gesamtsysteme sind die zuletzt stark gesunkenen Kosten von Photovoltaikstrom. Sie verlangen nach Lösungen für den effizienteren Eigenverbrauch. Grundvoraussetzung dafür ist neben dem intelligenten Zusammenspiel aller steuerbaren elektrischen Komponenten bis hin zum Elektroauto auch deren bedarfsgerechte Dimensionierung sowie die Anbindung an die Energieinfrastruktur. Entsprechend ist die Entwicklung des Gebäude-Energiemanagements bei NEXT ENERGY breit aufgestellt. Begleitet wird sie bereichsübergreifend mit Forschungsarbeiten zu verbesserten photovoltaischen Systemen, Batteriespeichern, Elektroautos und Kraft-Wärme-Kopplungs- (KWK-) Systemen.
Insbesondere im Themenfeld Mikro-KWK-Anlagen sind dabei hochaufgelöste, reale Verbrauchs- und Erzeugerprofile von großer Bedeutung. Weil im Gegensatz zu konventionellen Heizungssystemen mit der KWK-Technologie neben Wärme auch Strom erzeugt wird, lässt sich durch detaillierte Angaben über das individuelle Nutzerverhalten ein besonders hohes Optimierungspotenzial ableiten. Das Team um Themenfeldleiter Marco Zobel verfügt bei NEXT ENERGY über mehrere Testplattformen, die im Zeitraffer eine einfache Ermittlung der Nutzungsgrade per Strom- und Wärmezähler erlauben. Darüber hinaus haben die Oldenburger Forscher eine Datenerfassungsbox (DAQ-Box) zur Ermittlung hochaufgelöster realer Verbrauchs- und Erzeugerdaten in Gebäuden entwickelt. „Bislang konnten wir die reale Lastcharakteristik und die für unsere Aufgabenstellungen erforderliche Messdatenauflösung allein mit den DIN-Profilen nur unzureichend abbilden“, erklärt Zobel. „Mit der DAQ-Box sind wir in der Lage, die Verbräuche statt bisher im 15-Minuten-Intervall jetzt im Sekundentakt aufzuzeichnen“. Durch das Nachstellen realer Lastprofile und -charakteristiken konnte so eine qualitative Aufwertung der Zeitraffertests erzielt werden.

Derzeit kommen die DAQ-Boxen im Feldtest in ausgewählten Einfamilienhäusern zum Einsatz. Hier zeichnen sie Volumenströme, Temperaturen und phasenaufgelöste elektrische Kenndaten auf und liefern den Wissenschaftlern dabei wertvolle Erkenntnisse zum Beispiel zur Betriebsweise, Wärmespeicherung oder Systemdynamik. Diese können unter anderem dafür genutzt werden, um Rückschlüsse auf die bedarfsgerechte Dimensionierung der einzelnen Komponenten oder für die Optimierung des Betriebsmanagements zu ziehen.