Solarfahrzeug, das zu Hause auflädt | 2020

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Anonim

Das Haus der Zukunft ist umweltfreundlich, energieeffizient und intelligent. Die Bewohner können auf dem Dach erzeugte PV-Energie nicht nur für den Hausgebrauch, sondern auch zum Aufladen ihres persönlichen Elektrofahrzeugs nutzen. Dieses Szenario ist für eine nach dem Passivhausstandard errichtete Ansammlung von Reihenhäusern im baden-württembergischen Fellbach bereits Realität geworden. Die Gruppe der neuen Wohnungen wurde im Rahmen des Projekts "Fellbach ZeroPlus" um die Verbesserung der Elektromobilität sowie ein umfassendes Energiemanagementsystem erweitert. Die Initiative wird vom Programm "Electric Mobility Showcase" der Bundesregierung gefördert.

Schnellladestationen und Home Energy Management

"Die großen Photovoltaikanlagen auf den Dächern der Häuser liefern langfristig mehr Strom, als die Bewohner verbrauchen. Überschüssiger Strom kann in das öffentliche Netz eingespeist und zum Aufladen des Haushaltselektrofahrzeugs verwendet werden", erklärt Dominik Noeren, a Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg. Um die Verbesserung der Elektromobilität effizient in den Alltag der Haushalte zu integrieren, entwickelten Noeren und sein Team eine 22-kW-Schnellladestation sowie ein Home Energy Management System (HEMS) für fünf der sieben Häuser. Die Java-basierte HEMS-Software wird auf kleinen Computern ausgeführt, die als eingebettete Systeme bezeichnet werden. Das HEMS sammelt Daten von den verschiedenen Stromzählern im Haus, einschließlich derer für die Photovoltaikanlage, das Elektrofahrzeug, die Wärmepumpe und die allgemeine Haushaltsstromversorgung. Das System zeigt die verschiedenen Stromflüsse an und informiert die Hausbesitzer zu jeder Tageszeit über ihren aktuellen Stromverbrauch. "Sie können sehen, wie viel Strom entweder aus dem öffentlichen Stromnetz oder dem Solarsystem des Haushalts stammt, und sie können sehen, wohin der Strom fließt - zur Wärmepumpe, zu Haushaltsgeräten oder zum Elektrofahrzeug", sagt Noeren.

Darüber hinaus prognostiziert das HEMS die Sonnenintensität in den nächsten 20 Stunden und gibt den Nutzern Auskunft darüber, wie viel Sonnenenergie zur Verfügung steht. Ein adaptiver Algorithmus berechnet auch die erwartete Haushaltsstrombelastung für jede Viertelstunde. Anhand dieser Daten kann festgestellt werden, wie viel PV-Leistung für das Elektrofahrzeug zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Verfügung steht. "Strom aus der PV geht zuerst ins Haus, und Strom, der dort nicht verbraucht wird, wird in der Batterie des Elektrofahrzeugs gespeichert. Wenn danach noch Strom übrig ist, wird er in das öffentliche Stromnetz eingespeist", erklärt Noeren.

Während zweijähriger Feldtests wurde anhand der Rückmeldungen der Hausbesitzer eine Android-Anwendung erstellt. Die HEMS-App bietet eine Echtzeitvisualisierung aller Prozesse und Stromflüsse und gibt Prognosen zur Sonnenintensität in grafischer und numerischer Form ab. Ein adaptiver Algorithmus optimiert die Nutzung des von jedem Haushalt erzeugten Stroms. Über die App können Benutzer die Ladestation steuern sowie den Ladezustand und die Ladezeiten des Elektrofahrzeugs anzeigen. "Diese Parameter sind notwendig, um das Elektrofahrzeug intelligent aufzuladen", sagt Noeren.

Um eine ideale Laderoute zu erstellen, muss das System den aktuellen Ladezustand des Fahrzeugs sowie die nächste geplante Abfahrtszeit kennen. Das Energiemanagementsystem verwendet diese Informationen zusammen mit Wetter- und Verbrauchsprognosen, um die Ströme durch das Haushaltsstromnetz abzuschätzen. Er berechnet, wie viel Strom nachgefüllt werden muss und welche Zeiträume ideal sind, um das Fahrzeug mit dem größtmöglichen Anteil der im Haushalt produzierten Sonnenenergie aufzuladen.

"Es ist kostengünstiger, den selbst erzeugten Solarstrom zu verbrauchen, als ihn in das öffentliche Stromnetz einzuspeisen", sagt Noeren. Das HEMS-System hilft Verbrauchern dabei, anhand von Daten zu Lenkzeiten, Sonnenintensitätsvorhersagen und dem aktuellen Energieverbrauch der Haushalte die Ladezeiten von Elektrofahrzeugen mit der Energieerzeugung auf dem Dach zu synchronisieren, um den Anteil der von ihnen verbrauchten Energie zu maximieren. Dies hilft nicht nur den Hausbesitzern, ihre Kosten zu senken, sondern es kommt auch der Verwirklichung des Ideals von CO2-armen Häusern und persönlicher Mobilität einen Schritt näher. Die Maximierung des Anteils der von Haushalten erzeugten Energie trägt zur Entlastung des öffentlichen Stromnetzes bei und reduziert die Einspeisespitzen der Haushalte.

Das HEMS-System basiert auf dem Fraunhofer openMUC-Framework, das eine Vielzahl von Zählern und Geräten unterstützt. Es ist modular erweiterbar, um Geräte wie drahtlose Bluetooth- oder WLAN-Steckdosen zu integrieren, mit denen Haushaltsgeräte aus der Ferne aktiviert und deaktiviert werden können, oder um verbrauchsintensive Geräte wie Wärmepumpen zu integrieren. Zwei der fünf Haushalte im Projekt "Fellbach ZeroPlus" setzen seit Mitte 2014 im Rahmen eines Feldtests erfolgreich eine Carsharing-Variante des Systems ein.