pv magazine highlight top innovation: Erst im Netz messen, dann Wärmepumpe und Wallbox steuern und mit mehr Solarstrom versorgen

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Bis 2025 sollen drei Millionen Wärmepumpen installiert sein, fünf Jahre später sechs Millionen. Das ist fast eine Versechs­fachung im Vergleich zu den bis Ende letzten Jahres installierten 1,2 Millionen Wärmepumpen. Verbraucher, die bisher über das Gasnetz oder Öllieferungen für ihre Heizung versorgt wurden, sollen nun über Stromnetze mitbeliefert werden. Selbst wenn durch den Wechsel auf die effiziente Technik Energie eingespart wird, werden die neuen Heizungen das Stromnetz belasten. Auch dann, wenn man sie, wie bisher oft noch üblich, mit Schaltuhren gleichzeitig ein- und ausschaltet oder sie alle gleichzeitig auf ein Preissignal reagieren.

Messen und Steuern, ohne viel Aufwand

Das Flair²-Steuermodul, das Sonja Baumgartner von LEW Verteilnetz und Veronika Barta von der Hochschule München mit den Projektpartnern entwickelt haben, soll Abhilfe schaffen. Flair² steht für „Flexible Anlagen intelligent regeln“. Derzeit testen es die Partner in rund 100 Haushalten im LEW Verteilnetz und im Stromnetz Berlin gemeinsam mit dem Kommunikationsdienstleister e*Message Wireless Information Services. Das Forschungs- und Entwicklungsprojekt soll die Gleichzeitigkeit der bisher als netzfreundlich angesehenen Wärmepumpensteuerungen aufbrechen, bei denen feste Sperrzeiten vorgegeben werden. Denn auch das verursacht Spannungsspitzen.

highlights und spotlights

Preis für gute Ideen:

In der Septemberrunde-Runde zeichnet pv magazine eine Einreichung als highlight top innovation und eine als spotlight aus.

Das sagt die Jury:

Flair² – Netzintegration von Wärmepumpen

Die Sektorenkopplung führt dazu, dass mit Wallboxen und Wärmepumpen bald deutlich mehr Energie in den Verteilnetzen benötigt wird. Gleichzeitig steigt der Anteil von Solarstrom. Das Flair2-Forschungs- und Entwicklungsprojekt der Hochschule München, der Lechwerke, Stromnetz Berlin und e*Message Wireless Information Services hat zum Ziel, unter diesen Bedingungen mit einem dezentralen Ansatz die Netzüberlastung zu vermeiden und den Solarstromanteil zu erhöhen. Ein Steuermodul regelt dazu den Wärmepumpeneinsatz nach lokalen Messwerten. Die Jury überzeugte, dass sich das Projekt der sehr relevanten Herausforderung annimmt und wie sie sie angeht. Sie zeichnet das Projekt als pv magazine top innovation aus.

Die Juroren

Volker Quaschning ist Professor für regenerative Energiesysteme an der HTW Berlin. Hans Urban, Experte für Photovoltaik, Speicher und E-Mobilität. Winfried Wahl leitet das Produktmanagement bei Longi Solar in Deutschland.

Mehr Infos, bisherige Preisträger und alles zur Bewerbung unter: www.pv-magazine.de/highlights
Einsendeschluss für die nächste Runde: 5. Oktober 2022

Stattdessen sollen die Wärmepumpen und andere Verbrauchseinrichtungen, etwa Wallboxen, so gesteuert werden, dass sie auf die tatsächliche Situation im Stromnetz reagieren. Sie dürfen sich einschalten, wenn gerade viel Solarstrom eingespeist wird und werden gesperrt, wenn viele Verbraucher gleichzeitig laufen. Das Steuer­modul verteilt die regulatorisch zugelassenen Sperrzeiten, die für Wallboxen, Speicherheizungen und Wärmepumpen ganz unterschiedlich sind, so über den Tag, dass sie das Netz möglichst wenig belasten und gleichzeitig erneuerbare Energien aus dem lokalen Stromnetz genutzt werden. Die Jury der pv magazine highlights hält solche Innovationen für sehr relevant und zeichnet das Projekt daher mit dem Prädikat top innovation aus.

Um die Aufgabe zu erfüllen, misst das Modul minütlich Spannung und Stromstärke am lokalen Anschlusspunkt und bestimmt daraus den wahrscheinlichen Netzzustand am Strang. Der Zustand wird mit tagesaktuell festgelegten Schwellwerten verglichen. Diese Schwellwerte werden basierend auf den historischen, lokalen Messdaten vom Modul selbst ermittelt und täglich aktualisiert, ohne Kommunikation zu einer Zentrale. Ein gleitender Schwellwert ist notwendig, damit die Steuerung sich an die jeweilige Strangsituation anpassen kann. Wird der Spannungsschwellwert unterschritten, wird der steuerbare Verbraucher gesperrt, vorausgesetzt die maximale Sperrdauer pro Tag wurde noch nicht vollständig ausgenutzt. Steigt die Spannung über den Schwellwert, werden die Verbraucher wieder freigegeben, ganz autonom und ohne Internetkommunikation.

Spannungseinbrüche verhindern, Solarstrom nutzen

Der Feldversuch läuft seit dem Winter 2021 für zwei Jahre im ländlichen LVN-Netzgebiet und im städtischen Berliner Netz. Die erste Auswertung der Messdaten einzelner Haushalte bestätigt bisher die Annahmen der Forscherinnen: „Gerade in ländlichen Netzen mit langen Strängen und wenig Vermaschungen sehen wir, dass wenige Verbraucher genügen, um die Spannung im Strang deutlich zu beeinflussen“, erläutert Sonja Baumgartner, gleichzeitig Projektleiterin bei LEW Verteilnetz. Im stark vermaschten Berliner Stromnetz schwankt die Spannung dagegen weniger.

Die Sperrung der steuerbaren Verbraucher erfolgt vermehrt in den Morgen- und Abendstunden. Über den Nachmittag hinweg können die Verbraucher meist Leistung beziehen. In der Nacht werden die Verbraucher oft freigegeben, sei es, weil der Netzzustand es erlaubt oder weil die Mindestfreigabezeiten eingehalten werden müssen. Die neue Steuerung führt auch eher zu häufigeren, kürzeren Eingriffen, anstatt wie bisher Verbraucher über Stunden blockweise zu sperren.

„Die Ergebnisse des Feldversuchs zeigen, dass eine autarke, lokal angepasste Freigabezeit wesentliche Vorteile gegenüber einem zentralen Fahrplan hat“, sagt Baumgartner. So folgen die Freigabezeiten dem Spannungsniveau am Hausanschluss sowie den saisonalen Schwankungen des Bezugs und der Einspeisung. Es zeige sich auch, dass der lokale Bezug gefördert wird. „Falls hohe Photovoltaikeinspeisung vorliegt, wird zu diesem Zeitpunkt vornehmlich freigegeben.“

Ein Heimenergiemanagement könnte hier also nach wie vor solare Überschüsse durch das Anschalten steuerbarer Verbraucher nutzen und so den Eigenverbrauch des Solarstroms steigern. Die Möglichkeit, preisgünstig erzeugten Solarstrom für die eigene Wärmepumpe oder Ladestation zu nutzen, obwohl sie über eigene Zähler am Netz angeschlossen sind, werde bei der LEW durch das Power-to-Heat-Messkonzept, auch bekannt als Messkonzept 8, gewährleistet. Bei dem Messkonzept wird nicht der Wärmepumpenstrom direkt gemessen, sondern der Energiefluss am Netzanschlusspunkt mit einem Zähler und der Energiefluss zum Haushalt ohne Wärmepumpe am anderen. Der Wärmepumpenstrom ergibt sich aus der Differenz.

Nach Beendigung des Feldversuchs soll eine Nachfolge­version des Flair²-Moduls auf den Markt kommen und, so die Hoffnung der Forscherinnen, beim Anschluss von steuerbaren Verbrauchern standardmäßig zum Einsatz kommen.

 

Dieser Artikel ist Teil eines Artikels der Ausgabe September 2022, in dem wir über weitere Projekte zu dem Thema berichten (zum Heftarchiv, zum Shop).
In der Ausgabe berichten wir in der Titelgeschichte außerdem über das Zusammenspiel von Photovoltaik-Anlagen und Wärmepumpen.

 

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