Arbeitsgruppe Elektrische Energiesysteme:
Strom-Wärme-Kopplung und Monitoring-Systeme

Den Forschungsschwerpunkt der Gruppe bildet das thermisch-elektrische Energieversorgungssystem von Gebäuden. Ziel ist die regenerative Energieversorgung mit hohem solaren Deckungsanteil von Ein- und Mehrfamilienhäusern durch ein intelligente Kopplung der Sektoren Strom und Wärme (z. B. Photovoltaik-Batteriespeicher-Wärmepumpe) energie- und kosteneffizient weiterzuentwickeln. Dazu werden Regelungssysteme entwickelt und optimiert sowie Energie- und Anlagenmonitoring zur Funktions- und Ertragskontrolle sowohl im Labor als auch im Feld betrieben.

Monitoring von Gebäudeenergiesystemen im Feldeinsatz

Hoch aufgelöste Messdaten aus dem realen Betrieb von einzelnen Gebäudeenergiesystemen bis hin zu Quartieren und Siedlungen ermöglichen es das Verhalten einzelner Komponenten, wie Wärmepumpen oder Batteriespeichern, und das Verhalten von Gesamtsystemen detailliert zu analysieren. Für wissenschaftliche Untersuchungen im Feld werden in der Arbeitsgruppe nach individuellen Anforderungen Monitoringkonzepte entwickelt. Dies umfasst die konzeptionelle Entwicklung des Monitoringsystems aus Hardware und Software, den Aufbau der Messhardware sowie der Datenbankumgebung und deren Betrieb mit Messdatenerfassung und -auswertung.

Hardware-in-the-Loop-Laborumgebung für Gebäudeenergiesysteme

Für experimentelle Untersuchungen einzelner Komponenten bis zu komplexen Systemen kombiniert thermisch-elektrischer Gebäudeenergieversorgung wird die Hardware-in-the-Loop-Laborumgebung der Arbeitsgruppe genutzt. Eine hoch aufgelöste Messdatenerfassung ermöglicht es das Betriebsverhalten einzelner Komponenten unter definierten reproduzierbaren Rahmenbedingungen (thermisch und elektrische Lasten, solare Einstrahlung, Außentemperaturen,…) zu untersuchen. Diese validen Messdaten liefern die Basis, um z. B. Effizienzkennzahlen für Komponenten oder Systeme zu entwickeln und ermöglichen insbesondere eine realitätsnahe Modellbildung und Simulation von Komponente und Systemen der Gebäudeenergieversorgung.

Modellbildung und Simulation auf Messdatenbasis für Komponenten und Systeme

Für die Auswertung der Messdaten aus Feldmessungen und aus der Hardware-in-the-Loop-Laborumgebung finden von einfachen statistischen Verfahren bis hin zu selbstlernenden Systemen hier Anwendung. Auf Basis der Auswertungen können zum einen Betriebsstrategien einzelner Komponenten weiter entwickelt werden und Defizite bei der Zusammenstellung und der Konfiguration von Gebäudeenergiesystemen sichtbar gemacht werden, die weiteres Potenzial zur konzeptionellen Weiterentwicklung von Komponenten und Gebäudeenergiesystemen beinhalten, um sie kosten- und ressourceneffizienter betreiben zu können. Die ausgewerteten und validierten Messdaten sind die Grundlage für die detaillierte und realitätsnahe Modellbildung und Simulation einzelner Komponenten und Systeme in verschiedenen Simulationsumgebungen (Matlab, TRNSYS, eigene Tools, …).