Im Zuge der Energiewende wird die Zahl konventioneller Kraftwerke deutlich schrumpfen. Besonders Nordrhein-Westfalen mit seinen energieintensiven Industrien und der hohen Bevölkerungsdichte wird das zu spüren bekommen. »Diese Entwicklung müssen wir kompensieren, indem wir alle an den wirtschaftlichen Chancen des regenerativen Energiesektors teilhaben lassen«, so Joachim Krassowski aus der Abteilung Energiesysteme bei Fraunhofer UMSICHT. Insbesondere die regionalen Versorger und Stadtwerke seien gefordert. Der Trend nimmt zu, dass diese ihren Kunden vermehrt smarte Technologie mit weitreichenden eigenen Gestaltungsmöglichkeiten anbieten. Systemlösungen zur Eigenversorgung von Wohngebäuden mit regenerativer Energie, z. B. mittels Photovoltaik (PV), können künftig einen wichtigen Beitrag zur Netzstabilität leisten.

Redox-Flow-Batteriespeicher

Das Forschungsprojekt Redox-Herne widmet sich solchen Systemlösungen. Im Herner Stadtteil Sodingen werden ab 2018 sieben Einfamilienhäuser mit vergleichbaren Rahmenbedingungen gebaut. Unterschiede werden hingegen bei den Energiestandards (EnEV 40 und EnEV 55) und der Gebäudetechnik gemacht. Fraunhofer UMSICHT analysiert an den Modellhäusern in Kooperation mit der Stadtwerke Herne AG und der Volterion GmbH die Verschaltungsmöglichkeiten zukunftsweisender Energietechnologien. Zentrale Elemente sind bei Fraunhofer UMSICHT entwickelte Redox-Flow-Batteriespeicher, die bei Sonne Energie speichern, um diese nach Bedarf abzugeben. Sie sind kostengünstig, robust, langlebig und lassen sich individuell den vorliegenden Gegebenheiten anpassen.

Gespeist werden die Batterien von PV-Anlagen, an denen die Forscher die Wirkungsgrade polykristalliner und monokristalliner Solarzellen testen. Des Weiteren kommen Wärmepumpensysteme zum Einsatz, z. B. mit Grabenkollektoren oder Wärmegewinnung unter den PV-Modulen. Letzteres soll auch für die Kühlung der PV-Module sorgen und damit deren Wirkungsgrad steigern. Die Raumwärme wird in den Gebäuden über unterschiedliche Wärmepumpensysteme erzeugt. Auch für die Trinkwarmwassererzeugung, die in Niedrigenergiehäusern zunehmend den Wärmeverbrauch dominiert, werden fortschrittliche Wärmepumpensysteme getestet.

Lösungen für Neu- und Umbauprojekte

Krassowski und sein Team vergleichen die unterschiedlich konfigurierten Häuser mit einem Referenzhaus, das mit einem Lithium-Ionen-Energiespeicher und Erdwärmepumpe ausgestattet ist: »Wir können auf diese Weise die optimalen Anlagenkonfigurationen für künftige Neu- oder Umbauprojekte aufzeigen und die Eignung der Systemlösungen im normalen saisonübergreifenden Betrieb demonstrieren«, so der Fraunhofer-Forscher.

Auch die künftigen Bewohner der Modellhäuser können über ihr Nutzerverhalten zur Maximierung des Eigenverbrauchs beitragen. Inwiefern hierdurch relevante Unterschiede entstehen können, analysiert Fraunhofer UMSICHT anhand zweier komplett identisch ausgestatteter Gebäude, bei denen die Einflüsse auf den Autarkiegrad des Gebäudes ausschließlich vom Verhalten der Bewohner abhängig sind.

Förderhinweis
»Redox-Herne« wird gefördert mit einer Zuwendung des Landes Nordrhein-Westfalen unter Einsatz von Mitteln aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 2014-2020 »Investitionen in Wachstum und Beschäftigung«. Projektträger: LeitmarktAgentur.NRW • Projektträger Jülich.