„NetProsum2030“: Mit IAV-Technik sicher selbst Strom erzeugen, speichern und nutzen
Klimaschutz wird immer wichtiger – das zeigen nicht nur Hochwasser und Hitzewellen. Vor allem in den Bereichen Energie und Verkehr kann viel getan werden, um die Umwelt zu schonen. IAV hat zusammen mit der TU Braunschweig ein Konzept für Prosumer-Haushalte entwickelt, die eigene Energie erzeugen und speichern. So kann das Haus versorgt, ein E-Auto geladen – und sogar noch Strom ins Netz gespeist werden. Ein von IAV entwickeltes Gateway sorgt für eine sichere Stromerzeugung.
„Zehn Tonnen CO2 produzieren die Deutschen ungefähr im Jahr pro Kopf“, sagt Nils Falke, Head of Electronic Development bei IAV. „Mit einer Photovoltaikanlage auf dem Dach können Eigenheimbesitzer:innen mehr als fünf Tonnen davon einsparen.“ Klimaschutz ist eine der wichtigsten Aufgaben derzeit. Deshalb wird der Ausbau der regenerativen Energien sowie der Wechsel von Verbrennungs- zu Elektrofahrzeugen vorangetrieben. Energie wird zunehmend von dezentralen Produzenten erzeugt – darunter auch viele Privathaushalte mit einer Photovoltaikanlage auf dem Dach. Daraus ergeben sich jedoch neue Herausforderungen für die Energieversorgung: die unbeständige Erzeugung erneuerbarer Energie, die bislang ineffiziente Speicherung von Strom sowie ein gesteigerter Bedarf an elektrischer Energie für die neuen Antriebskonzepte.
Das Projekt „NetProsum2030“ suchte gleich für drei große Herausforderungen Lösungen:
Eine bessere Integration der unbeständigen, regenerativen Energien in den Erzeugermix.
Eine bessere Ausnutzung der Kapazität des Niederspannungsnetzes.
Eine Kostenreduktion der Energieversorgung.
IAV kooperierte mit dem Institut für Elektrische Maschinen, Antriebe und Bahnen (IMAB), dem Elenia-Institut für Hochspannungstechnik und Energiesysteme der Technischen Universität Braunschweig sowie mit der SMA Solar Technology – und kann nun effiziente und sichere Lösungen anbieten.
Das Forschungs- und Entwicklungsteam hat ein Konzept für Prosumer-Haushalte – das private Eigenheim – erarbeitet, das auf kleinere Häuser mit zwei bis drei Wohneinheiten oder Einliegerwohnung skalierbar ist. Eine Photovoltaikanlage auf dem Dach erzeugt elektrische Energie, die in einem Second-Life-Akkuspeicher, bestehend aus ausgedienten Fahrzeugbatterien gesammelt wird. So kann beispielsweise ein E-Auto geladen werden, ohne dass es die Energienetze zusätzlich belastet.
«Perspektivisch sind 2030 die ersten Second-Life-Batterien aus der Automobilindustrie verfügbar. »
— Head of Electronic Development bei IAV
Und weil die Hochvolt-Fahrzeugbatterien aus der Massenfertigung stammen, wird ihr Einsatz als Speicher zukünftig auch bei großen Speicherleistungen wesentlich kostengünstiger.
Photovoltaikanlage, E-Auto, Haushaltsgeräte – im NetProsum2030-Smart-Home werden viele elektrische Anlagen versorgt. Das bedeutet: Jedes Device nutzt einen Wechselrichter. „Das sind viele Halbleiter, also elektronische Schalter“, erklärt Falke. „Im Zuge des Förderprojekts wurde innerhalb des Konsortiums ein modularer Wechselrichter entwickelt.“ Das System ermöglicht über eine intelligente übergeordnete Regelung, überschüssigen Strom aus regenerativen Energien zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. Das Ergebnis ist ein verteiltes und smartes Speichersystem.
Hinzu kommt: Eine Zehn-Kilowatt-Photovoltaikanlage erzeugt ungefähr 9.000 Kilowattstunden Strom im Jahr. „Damit können die Hausbewohner:innen nicht nur ihren Stromverbrauch und ihre Mobilität abdecken. Sie haben einen Überschuss von ungefähr 2.000 Kilowattstunden, den sie ins Netz speisen können“, rechnet Falke vor. Eine solche Anlage muss jedoch auch sicher betrieben werden. „Unsere Aufgabe war es, das Energiemanagement durch ein Kommunikations-Gateway abzusichern.“ Der modulare Wechselrichter überwacht sich selbst: „Tritt ein Fehler wie etwa ein Kabelbruch auf, werden Grenzwerte innerhalb der Leistungselektronik überschritten. Unser Safety-Gateway registriert diesen Effekt, sodass sich das System heruntergeregelt oder automatisch abschaltet“, erklärt Philipp Jungklaß, Technical Consultant Embedded Software bei IAV. Die Sicherheitsalgorithmen werden regelmäßig überwacht und geupdated. Dabei hat IAV die Kompetenz aus der Automobilindustrie in den Energiemarkt übertragen: Die Leistungselektronik zur Energiewandlung, Steuerungs- und Energiemanagementsysteme sowie Hochvoltbatterien, die ursprünglich für den Einsatz in mobilen Anwendungen konzipiert wurden, wurden erfolgreich in das Projekt „NetProsum2030“ integriert.
„Was wir in diesem Projekt entwickelt haben, wird 2025 vermutlich schon Standard sein“, sagt Falke. Doch zuvor steht die Serienentwicklung an. Falke: „Die Konzeptstudien sind ausgereift. Für Interessent:innen können wir jederzeit ein Entwicklungsangebot ausarbeiten.“
