Mängden energi som produceras av förnybara källor ebbar och flödar. Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics ITWM har hittat en smart lösning för dessa fluktuationer. Dess forskare utvecklade ett innovativt energiledningssystem som kopplar samman solcellssystem, batterier, värmepumpar och elbilar för att driva enskilda hushåll eller hela stadsdelar med lokalt producerad förnybar energi.

Husbåtar har länge varit en del av stadsbilden i Nederländerna. Många hyllar Amsterdams vattenvägar, men ett nytt grannskap i staden har en ras av flytande hem som inte liknar den traditionella nederländska husbåten. Utrustad med en sofistikerad förnybar strömförsörjning, dessa 30 vattenburna bostäder är i stort sett självförsörjande. Nätoperatören lade bara en enda gemensam kraftledning till kajgemenskapen. Detta smalbandsflöde fungerar som en backup för att tillhandahålla fjärrström under molniga dagar.

Ett ledningssystem för energisamhällen

Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics ITWM och dess partners i ett ERA Net Smart Grids Plus -projekt med namnet "Grid Friends" utvecklade energiledningssystemet som möjliggör denna typ av autonomi. "Vi byggde vidare på vårt energiledningssystem för enskilda hus för att utveckla ett system för hela energisamhällen, " säger projektledaren Matthias Klein. "Den styr solcellssystem och värmepumpar, och laddar hem- och elbatterier, och stöder därmed också sektorskopplingen." Att tillhandahålla tillräckligt med energi till alla i grannskapet – hela tiden, även under mörka dagar och utan att överbeskatta den delade kraftledningen till det allmänna nätet – är ingen enkel sak.

Detta energiledningssystems struktur är modulär – varje modul kan installeras individuellt. Kollektivt, de fungerar som ett gemensamt energiknutpunkt. Detta nav analyserar alltid situationen för att avgöra var energin behöver ta vägen. De 30 solcellssystemen, värmepumpar och batterier som var och en installeras i stadsdelens enskilda hus fungerar som ett stort system. Ett exempel:Hus A:s invånare är på semester, så den drar väldigt lite el. Förbrukningen i hus B ökar, kanske för att dess invånare ordnar en fest.

Ledningssystemet dirigerar om hus A:s solenergi för att täcka hus B:s behov, tanken är att få ut det mesta av lokal kraft och få ut så lite som möjligt fjärrström från det offentliga nätet. Systemet tappar hembatteriet när det är mörkt ute och solcellsenheten inte genererar elektricitet. Den kan göra detta från hem till hem.

Batterimodulen

Ledningssystemet förser varje modul med diskret intelligens. Detta har flera fördelar. Det ena är att hembatteriernas smarta styrenheter gör att solcellsanläggningarna kan fungera till sin fulla kapacitet. Detta är ovanligt. Lagen begränsar solcellsanläggningarnas inmatning på mycket soliga dagar. Annat, de installerade systemens utdata skulle överbelasta nätet. Det är därför standard PV-enheter måste strypas precis när solen är som starkast och de kan generera massor av elektricitet. Energiledningssystemet löser detta problem genom att omdirigera den överskottsel som nätoperatörerna inte vill köpa, och förvara det i hemmabatteriet för senare användning.

En prognosmodell ökar dessa batteriers effektivitet. Modellen tar med väderprognosen i sin prediktiva ekvation. Först, den avgör hur mycket energi solcellsanläggningarna förväntas producera under de kommande timmarna, och hur mycket värme som sannolikt kommer att förbrukas. Sedan tillämpar den resultaten av dessa beräkningar för att reglera lagring. Till exempel, PV -systemen körs med mindre än full kapacitet när morgonhimlen är disig. Om vädret förväntas klarna upp till eftermiddagen så att systemens effekt måste strypas, energiledningssystemet kommer inte att börja lagra ström på morgonen, istället vänta tills senare för att ladda batterier. Med andra ord, istället för att följa standardpraxis att ladda batterierna med den första kilowattimmen el producerad under dagen, detta system väntar tills mer energi finns på kranen. Batterierna kommer fortfarande att vara fulladdade till kvällen, men utan att någon solenergi går till spillo.

Elektromobilitetsmodulen

Elbilars batterier behöver också laddas, och den bästa tiden att göra det är när PV-system genererar mycket el. Dock, ett tomt batteri är inte en välkommen syn för förare som behöver köra brådskande ärenden. "Invånare kan bestämma lägsta laddningsnivåer för sina bilar helt enkelt genom att klicka i en app, " säger Klein. Femtio procent kan räcka för någon som bara behöver bilen för en snabb matkörning. Systemet laddar batteriet till den nivå som anges av ägaren när bilen är inkopplad. Vid behov, det kommer att falla tillbaka på el från det offentliga nätet. Systemet fortsätter att ladda över denna nivå om det är soligt ute. Om inte, den kommer att vänta tills energiproduktionen tar fart igen för att fylla på batteriet. Fördelarna är tvåfaldiga. För en, denna solenergi "självkonsumtion" drar ner elräkningen. För den andra, varje watt överskottsenergi som leds till lokala batterier snarare än exporteras lättar det allmänna nätets kraftbelastning.

Ett alternativ inte bara för stora samhällen

Dessa moduler kan också distribueras individuellt och skräddarsys för den givna applikationen. "Det finns redan en permanent installerad bas på 60 till 70 av våra system, allt från privata hushåll och cafeterior till hela företag och ett avloppsreningsverk. Medan Amsterdam -systemet skiftar toppeffekter på upp till 250 kilowatt, branschversionerna på plats hittills kontrollerar 150 kilowatt, " säger Klein. Wendeware AG, en Fraunhofer ITWM spin-off, har sålt systemet sedan början av 2019.