Steigende Energiepreise machen die Eigennutzung von Solarstrom für Hausbesitzer wirtschaftlich zunehmend attraktiv. Damit der Ertrag der eigenen Photovoltaik-Anlage jedoch 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 auf Wohngebäude-Ebene. Erste Ergebnisse hierzu und zu weiteren Forschungsaktivitäten im Bereich Photovoltaik präsentieren die Oldenburger Wissenschaftler vom 24. bis 28. September 2012 auf der weltweit führenden Photovoltaik-Konferenz EU PVSEC in Frankfurt in Halle 3.1 an Stand E 28.
Aktuell wird über Photovoltaik-Anlagen bereits mehr als vier Prozent des deutschen Stromverbrauchs abgedeckt. "Entgegen der weitläufigen Darstellung hat damit eine äußerst erfolgreiche Markteinführung der Photovoltaik in Deutschland stattgefunden. Diese Entwicklung verdanken wir dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Bleibt das Ausbautempo konstant, kann Solarstrom bald zu einer tragenden Säule der elektrischen Energieversorgung in Deutschland werden", ist Dr. Thilo Kilper, Themenfeldleiter im Forschungsbereich Photovoltaik bei NEXT ENERGY, überzeugt. Um dies realisieren zu können, werde es jedoch in zunehmendem Maße wichtig sein, die Energie der Sonne dezentral speicherfähig zu machen. "Bei der Energieversorgung von Gebäuden werden deshalb Hausenergie-Managementsysteme eine zentrale Rolle spielen. Sie beinhalten neben dezentralen Strom- und Wärmeerzeugern auch elektrische und thermische Zwischenspeicher. Ihre Aufgabe besteht darin, die Energieflüsse zwischen Erzeugern, Speichern, Verbrauchern und dem elektrischen Niederspannungsnetz in Abhängigkeit des aktuellen Angebots an solarer Strahlungsenergie optimal zu regeln."
Um ein durchdachtes Konzept für Hausenergie-Managementsysteme zu erlangen, ist also interdisziplinäre Forschung erforderlich. Bei NEXT ENERGY sind neben dem Photovoltaik-Bereich auch die Experten aus den Bereichen Energiespeicher und Brennstoffzellen in die Arbeiten eingebunden. So können die Forscher zum Beispiel einen kürzlich eingerichteten Prüfstand zur Simulation von Solarmodulen, Solarmodulsträngen und Solargeneratoren bis zu 30 kW Leistung nutzen. Als Datenbasis stehen selbst erstellte Erzeugerprofile zur Verfügung, die das typische jährliche Einspeiseverhalten einer Photovoltaik-Anlage im Zeitraffermodus darstellen. Generiert wurden diese Profile aus den Betriebsdaten der institutseigenen Photovoltaik-Anlage. Komplettiert wird der Prüfstand durch einen Netzsimulator sowie durch elektronische Lasten zur Simulierung von Verbraucherprofilen.
Die Daten aus den Simulationsreihen geben den Wissenschaftlern Aufschluss über das Zusammenspiel aller Bestandteile des Gesamtsystems. "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", erklärt Kilper. Auch lasse sich das Lade- und Entladeverhalten des Speichers sowie die weiteren Komponenten des Hausenergie-Managementsystems auf dieser Basis evaluieren. Darüber hinaus ist bei NEXT ENERGY auch die Integration von Elektroautos in Hausenergie-Managementsysteme Gegenstand der Forschungsarbeiten. Komplettiert werden diese durch stationäre Brennstoffzellenanlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), die im Themenfeld Mikro-KWK-Anlagen des Forschungsbereichs Brennstoffzellen für die Wohngebäude-Ebene konzipiert werden.
In seinen weiteren Forschungsaktivitäten ist der Photovoltaik-Bereich von NEXT ENERGY derzeit in gleich zwei Projekte involviert, die über die "Innovationsallianz Photovoltaik" der Bundesministerien für Forschung (BMBF) und Umwelt (BMU) gefördert werden. Die Zielsetzung des BMU-Forschungsvorhabens "SiliziumDS12plus" ist die Entwicklung von hocheffizienten Silizium-Dünnschichtsolarzellen in Triple-Struktur mit einem stabilisierten Wirkungsgrad von über zwölf Prozent.
Erfolgreich sind die NEXT ENERGY-Forscher auch in das BMBF-Projekt "SiSoFlex" gestartet. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, mit flexiblen Silizium-Dünnschichtsolarzellen vergleichbare Wirkungsgrade wie auf Glassubstraten zu erzielen. Die Anforderung an die Wissenschaftler besteht vor allem darin, neue flexible Kontakte und alternative Lichtmanagement-Konzepte zu entwickeln.
Aktuell wird über Photovoltaik-Anlagen bereits mehr als vier Prozent des deutschen Stromverbrauchs abgedeckt. "Entgegen der weitläufigen Darstellung hat damit eine äußerst erfolgreiche Markteinführung der Photovoltaik in Deutschland stattgefunden. Diese Entwicklung verdanken wir dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Bleibt das Ausbautempo konstant, kann Solarstrom bald zu einer tragenden Säule der elektrischen Energieversorgung in Deutschland werden", ist Dr. Thilo Kilper, Themenfeldleiter im Forschungsbereich Photovoltaik bei NEXT ENERGY, überzeugt. Um dies realisieren zu können, werde es jedoch in zunehmendem Maße wichtig sein, die Energie der Sonne dezentral speicherfähig zu machen. "Bei der Energieversorgung von Gebäuden werden deshalb Hausenergie-Managementsysteme eine zentrale Rolle spielen. Sie beinhalten neben dezentralen Strom- und Wärmeerzeugern auch elektrische und thermische Zwischenspeicher. Ihre Aufgabe besteht darin, die Energieflüsse zwischen Erzeugern, Speichern, Verbrauchern und dem elektrischen Niederspannungsnetz in Abhängigkeit des aktuellen Angebots an solarer Strahlungsenergie optimal zu regeln."
Um ein durchdachtes Konzept für Hausenergie-Managementsysteme zu erlangen, ist also interdisziplinäre Forschung erforderlich. Bei NEXT ENERGY sind neben dem Photovoltaik-Bereich auch die Experten aus den Bereichen Energiespeicher und Brennstoffzellen in die Arbeiten eingebunden. So können die Forscher zum Beispiel einen kürzlich eingerichteten Prüfstand zur Simulation von Solarmodulen, Solarmodulsträngen und Solargeneratoren bis zu 30 kW Leistung nutzen. Als Datenbasis stehen selbst erstellte Erzeugerprofile zur Verfügung, die das typische jährliche Einspeiseverhalten einer Photovoltaik-Anlage im Zeitraffermodus darstellen. Generiert wurden diese Profile aus den Betriebsdaten der institutseigenen Photovoltaik-Anlage. Komplettiert wird der Prüfstand durch einen Netzsimulator sowie durch elektronische Lasten zur Simulierung von Verbraucherprofilen.
Die Daten aus den Simulationsreihen geben den Wissenschaftlern Aufschluss über das Zusammenspiel aller Bestandteile des Gesamtsystems. "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", erklärt Kilper. Auch lasse sich das Lade- und Entladeverhalten des Speichers sowie die weiteren Komponenten des Hausenergie-Managementsystems auf dieser Basis evaluieren. Darüber hinaus ist bei NEXT ENERGY auch die Integration von Elektroautos in Hausenergie-Managementsysteme Gegenstand der Forschungsarbeiten. Komplettiert werden diese durch stationäre Brennstoffzellenanlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), die im Themenfeld Mikro-KWK-Anlagen des Forschungsbereichs Brennstoffzellen für die Wohngebäude-Ebene konzipiert werden.
In seinen weiteren Forschungsaktivitäten ist der Photovoltaik-Bereich von NEXT ENERGY derzeit in gleich zwei Projekte involviert, die über die "Innovationsallianz Photovoltaik" der Bundesministerien für Forschung (BMBF) und Umwelt (BMU) gefördert werden. Die Zielsetzung des BMU-Forschungsvorhabens "SiliziumDS12plus" ist die Entwicklung von hocheffizienten Silizium-Dünnschichtsolarzellen in Triple-Struktur mit einem stabilisierten Wirkungsgrad von über zwölf Prozent.
Erfolgreich sind die NEXT ENERGY-Forscher auch in das BMBF-Projekt "SiSoFlex" gestartet. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, mit flexiblen Silizium-Dünnschichtsolarzellen vergleichbare Wirkungsgrade wie auf Glassubstraten zu erzielen. Die Anforderung an die Wissenschaftler besteht vor allem darin, neue flexible Kontakte und alternative Lichtmanagement-Konzepte zu entwickeln.
