Autarkiegradsteigerung in Haushalten durch intelligente Gebäudeautomation

Masterprojekt Elektrotechnik - Schwerpunkt Elektrotechnische Systementwicklung


KURZBESCHREIBUNG:

Bei Energiewende spielen Privathaushalte eine nicht unerhebliche Rolle, da dort nicht nur ein Viertel der gesamten Endenergie benötigt wird, sondern in dezentraler Form zunehmend Energie (z.B. mittels Photovoltaik) erzeugt wird („Prosumer-Haushalt“). Bei entsprechender Bauweise kann schon längst 100%-Deckung des Eigenbedarfs erreicht werden, jedoch entsteht durch die zunehmende Diskrepanz zwischen einer günstigen eigenen Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie im Vergleich zum Zukauf auch der Wunsch nach größerem Autarkiegrad, bzw. vollständiger Autarkie, die man mit Energiespeichern erreichen möchte.  Dies ist auch im Interesse des Netzbetreibers, um Schwankungen bei der regenerativen Erzeugung auszugleichen. Die Speicher sind jedoch sehr teuer und bezüglich ihrer Spitzenleistung und Kapazität begrenzt.
Diese Limitierung könnte sich weniger stark auswirken, wenn alle Verbraucher des Haushaltes auf intelligente Weise übergreifend und abhängig von der momentan zur Verfügung stehenden Sonnenenergie gesteuert würden. Dafür wäre es notwendig, zentrale Verbraucher und Erzeuger von Energie in einem übergreifenden System miteinander zu koppeln und mit einer intelligenten Gebäudeautomation zu steuern. Hierbei sollten nicht nur Haushaltgeräte, sondern auch andere Verbraucher, wie z.B. Heizsysteme oder deren Hilfsenergie betrachtet und mit einbezogen werden. So könnte beispielsweise die Waschmaschine von der Schleudern auf eine Wolkenlücke warten, um direkte PV-Energie statt Speicherenergie zu nutzen. Eine Wärmepumpe könnte morgens mit der Warmwasserbereitung etwas warten, wenn laut Wettervorhersage in 2 Stunden ohnehin die Sonne scheint und die Energie dann regenerativ zu Verfügung steht.
Die zu klärende Frage ist nun, wie sich die Verbraucher genau verhalten und was auf welche Weise übergreifend automatsiert werden kann. Auf Basis von Messreihen soll später ein Modell entwickelt werden, was erlaubt, abhängig von Eingangsparamterrn (Verfügbare Geräte, Anzahl Personen, Art der PV-Anlage, etc. ) eine genaue Aussage über die erreichte Autarkiesteigerung durch die Automation zu treffen.

Als Ansatz ist hier bereits die Verwendung eines Raspberry-PI-Rechners in Verbindung mit handelsüblichen "Smart-Home"-Komponenten (Funk-Stecker mit Energiemessung, etc.) vorbereitet, so dass der Einstieg dort schnell erfolgen kann.
Für das Projekt wird starkes Interesse an höheren/objektorientierten Programmiersprachen vorausgesetzt, da die Softwareoberfläche Web-Basiert arbeitet und man sich in Themen wie HTML, PERL, Datenbanken, Einrichten eines Raspberry Pi (Linux) etc. einarbeiten muss, um die Aufgabe erfolgreich umsetzen zu können. Da es diesbezüglich aber schon ein erstes Testsystem gibt, kann hier entsprechende Hilfestellung erfolgen.
 

PROJEKTPHASEN:

Masterprojekt 1:

  • Mobiles Mess-System (mit Steuerungsoption) zur Leistungs- und Energiemessung von Erzeugern und Verbrauchern in einem oder mehreren Beispielhaushalten.

Masterprojekt 2:

  • Auswertung der Messdaten und Entwicklung übergreifender Steuerungskonzepte zur Autarkiemaximierung.   

Masterthesis:

  • Entwicklung eines Modells und einer Steuerung zur Autarkieoptimierung von Prosumer-Haushalten.

Anzahl Plätze: 1