Forschungsgruppe-NET - Hochschule Offenburg

Gebäude

Prädiktives Energiemanagementsystem für das Effizienzhaus Plus mit Elektromobilität Berlin

Das Forschungsvorhaben

Das Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS)  hat als Ergebnis eines Realisierungswettbewerbs im November 2011 ein Plusenergiehaus mit Elektromobilität in Betrieb genommen. Seit März 2012 wird das Gebäude in einem 15-monatigen Testbetrieb von einer vierköpfigen Familie bewohnt. Das Projekt soll zeigen, dass die PV-Anlage des Einfamilienhauses in der Lage ist ausreichend Energie für sämtliche Bedarfe des Gebäudes und seiner Bewohner sowie für mehrere Elektrofahrzeuge zu erzeugen. Um dieses Ziel zu erreichen wurde von der Forschungsgruppe net der Hochschule Offenburg ein Energiemanagementsystem entwickelt, das die Energieströme im Gebäude, den Netzbezug und die Netzeinspeisung optimiert.

Energieversorgung

Das System zur Energieversorgung des als Nur-Strom-Haus konzipierten Gebäudes besteht aus einer PV-Anlage, einem Batteriespeicher, zwei thermischen Speichern sowie einer Wärmepumpe zur Bereitstellung der für die Gebäudeheizung und die Trinkwassererwärmung notwendigen thermischen Energie. Hauptverbraucher sind neben der Wärmepumpe und einem Lüftungsgerät die Ladestation für die Elektrofahrzeuge, die Beleuchtung des Gebäudes sowie verschiedene Verbraucher im Haushalt wie Küchengeräte, Informations- und Unterhaltungselektronik und PCs.

Prädiktives Energiemanagementsystem

Die Optimierung der Energieströme im Gesamtsystem, bestehend aus PV-Anlage, dem öffentlichen Stromnetz, den Fahrzeugen sowie dem Gebäude mit seinen thermischen und elektrischen Energiespeichern wird durch ein autonom arbeitendes Energiemanagementsystem erreicht. Das Ziel ist hier neben dem Erreichen einer positiven Energiebilanz die Minimierung des Netzbezugs durch möglichst hohen Eigenverbrauch der erzeugten Energie. Ein netzschonender Betrieb soll erreicht werden, indem Verbrauchs- und Einspeisespitzen vermieden werden.

Das Effizienzhaus Plus dient auch als Plattform zur Untersuchung von Möglichkeiten zur Nutzung der elektrischen Energiespeicher im Gebäude für die Bereitstellung von Regelenergie zur Stabilisierung des öffentlichen Stromnetzes. Als Teil eines virtuellen Kraftwerks wird das Gebäude auf externe Anforderung positive oder negative Regelenergie liefern können, indem es für eine bestimmte Zeit eine konstante Leistung in das Netz einspeist oder bei Bedarf auch abnimmt.

Ein wesentliches Kennzeichen des Systems ist seine Fähigkeit aufgrund von Wetterprognosen und historischen Messdaten die von der PV-Anlage erzeugte Energie und den Wärmebedarf des Gebäudes vorherzusagen. Der Verbrauch von elektrischer Energie durch die Bewohner und in Grenzen auch der der Fahrzeuge wird ebenfalls prognostiziert. Mehrmals täglich werden Wetterprognosen für die kommenden fünf Tage empfangen und ermöglichen so die fortwährende Anpassung der Betriebsstrategie an die Witterung als eine der wichtigsten Einflussgrößen. All diese Verfahren sind adaptiv, das heißt sie passen sich an Veränderungen im Nutzerverhalten oder am Gebäude selbständig an. Dies wird möglich, indem aus dem bisherigen Verhalten der Systeme gelernt wird und Änderungen erkannt werden können.