ISFH – Integrierte Solare Systeme (ISS)

Universelle und flexible Untersuchungsmöglichkeiten
für integrierte Gesamtenergiesysteme

Im Jahr 2013 wurde eine neue Laborhalle für Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet „Integrierte Solare Systemtechnik“ (ISS) aufgebaut. In dem darin eingerichteten Labor wird die Wechselwirkung von solaren Komponenten, wie sie am ISFH derzeit entwickelt werden (PV-Module, Sonnenkollektoren, Wärmespeicher) mit anderen Komponenten (Wärmepumpe, Heizkessel, Erdsonden und Batterien) im System untersucht. Dazu werden Hardware-in-the-Loop-Teststände errichtet. Diese dienen der Analyse von Energiesystemen, die von Subsystemen bis zu vollständigen Energiesystemen von Mehrfamilienhäusern reichen. Das Zusammenspiel der physikalisch installierten Komponenten im realistischen dynamischen Betrieb wird unter charakteristischen Lastgängen und an Typtagen mittels Quellen- und Lastemulation untersucht, optimiert und bewertet. Zentraler Aspekt ist dabei weniger die Optimierung der Einzelkomponente als die Optimierung und Bewertung des Zusammenwirkens von Komponenten in komplexen Gebäudeenergiesystemen. Aus den Untersuchungen werden Algorithmen für Energiezentralen und Installationsempfehlungen abgeleitet.

Möglichkeiten für Forschung und Entwicklung

  • Messung von Energieflüssen an Komponenten und im Gesamtsystem
  • Analyse des Betriebs und Übertragungsverhaltens jeder Systemkomponente; Bestimmung von Wirkungsgraden und Zeitkonstanten
  • Entwicklung von Regelungsstrategien für Komponenten und Gesamtsysteme

Konzeption der Experimentalanlagen

  • Hardware-Emulation von elektrischen und thermischen Quellen und Senken: Sonnenstrom und Sonnenwärme, Haushaltsstrombedarf, Raumheizungswärmebedarf und Trinkwarmwasserbereitung bei vorgegebenen synthetischen Wetterbedingungen
  • Elektrische Energieversorgung durch eine PV-Anlage, einen Batteriespeicher, Mini- oder Mikro-BHKW und den Netzanschluss möglich
  • Wärmeversorgung durch Wärmepumpe, Heizstab, Mini- oder Mikro-BHKW, Brennwertkessel und solarthermische Anlage möglich

Aktuelle zur Verfügung stehende Komponenten u. Teilsysteme

  • PV-Modulfelder: Emulation durch programmierbare 15 kW DC-Quelle
  • PV-Wechselrichter: 11 kW Anschlussleistung; DC-Anschluss für Batteriespeicher
  • Batteriespeicher: 5,8 kWh netto Kapazität; 2,7 kW Ladeleistung; DC-gekoppelt am PV-Wechselrichter; Schnittstellen zum Betrieb von AC-Batteriespeichern vorhanden
  • Elektrische Haushaltslast: In 23 W-Schritten bis zu 34,6 kW; Vorgabe einer sekündlich aufgelösten Lastkurve
  • Thermische Bedarfe: Vorgabe des Entnahmeprofils im Minutentakt
  • Trinkwarmwasser: Emulierte Zapfung über Frischwasserstation oder Hydraulikmodul
  • Raumheizwärme: Emulation durch geeignetes Hydraulikmodul
    Zentraler thermischer Pufferspeicher: 750 l Volumen, variabel konfigurierbar über mehrere Anschlüsse und Sensoren
  • Elektrische Heizstäbe: separat ansteuerbar und in verschiedenen Speicherhöhen angeschlossen
  • Wärmepumpe: Luft- und Sole-Wasser (derzeit installiert) sind möglich; Vor und Rücklauf speisen über 3-Wegeventile unterschiedliche Schichten im Pufferspeicher
  • Wärmepumpenquelle: Emulation der Solekreises durch geregelten elektrischen Heizer; Luftwärmepumpen-Quelle ist eine Klimakammer
  • BHKW und/oder Brennwertkessel: Brenngas– und Abgas-Anschlüsse einschließlich der Gas-Messtechnik im Laborgebäude vorhanden
  • Zentrales Datenerfassungssystem: Aufnahme der Energieflüsse jeder einzelnen Systemkomponente (Ströme, Spannungen, Temperaturen und Massenströme) in bis zu sekündlicher Auflösung

Alle Systemkomponenten sind austauschbar

So können sehr variable Systemlösungen realisiert werden und Partner können ihre Geräte oder Teilsysteme integrieren, analysieren und optimieren.