Mithilfe eines Energiemanagementsystems (EMS) können Gebäudebesitzer*innen Energieflüsse aktiv verfolgen. Das EMS stellt Erzeugung und Verbrauch der einzelnen Energiegeräte mittels entsprechender Software übersichtlich dar und ermittelt darauf basierende Energieoptimierungspotenziale. Die Voraussetzung für all das ist, dass die Energieflüsse möglichst exakt gemessen werden.
Je genauer und häufiger die einzelnen Energieflüsse erfasst werden können, desto besser kann die Energieoptimierung erfolgen. Eine bessere Energieoptimierung ermöglicht wiederum einen höheren Autarkiegrad sowie Kosteneinsparungen durch weniger Energiebezug aus dem Netz. In diesem Blog erklären wir, warum die Messung von Energieflüssen eine hochkomplexe Angelegenheit ist und wie Kiwigrid den damit verbundenen Herausforderungen begegnet.
Wie Energieflüsse im Haushalt gemessen werden
In einem Eigenheim kommt die erzeugte bzw. bezogene Energie typischerweise aus einer der folgenden drei Quellen: von der PV-Anlage auf dem Dach, aus dem Netz oder aus einer Batterie. Dieser Strom wird dann zum Beispiel in Licht, Wärme oder Bewegungsenergie umgewandelt und treibt diverse Verbraucher im Haushalt an. Für die Energieflüsse ergibt sich damit in der Theorie folgende simple Rechnung: Die Summe der Energie, die erzeugt bzw. bezogen wird, ist gleich der Summe der durch die unterschiedlichen Energieverbraucher im Haushalt genutzten Energie. Damit diese Rechnung aufgeht und der verbrauchte Strom der Summe des genutzten Stroms aller Einzelgeräte entspricht, müssen jedoch alle Energieflüsse zum selben Zeitpunkt gemessen und miteinander verrechnet werden. Diese Aufgabe übernimmt bei Kiwigrid der Energiemanager, der entsprechende Daten von den Energiegeräten sammelt und an die KiwiOS-Plattform sendet.
Wie herausfordernd diese Aufgabe eines Energiemanager sein kann, lässt sich am Beispiel eines Bällebads veranschaulichen, in dem mehrere Kinder gleichzeitig spielen. Stell dir dafür folgende Aufgabe vor: Du stehst vor einem Bällebad, in dem einige Kinder spielen. Nun sollst du herausfinden, wie viele Bälle aktuell im Bad sind (verfügbare Energie), wie viele Bälle von den Kindern (Energieverbrauchern) herausgeworfen werden und wie viele Bälle die Eltern (Energieerzeuger) wieder hineinwerfen. Du wirst schnell feststellen, dass das ziemlich viel auf einmal ist. Um wirklich exakt zu messen, müsstest du alle Kinder und Eltern gleichzeitig ganz genau beobachten.
Herausforderungen bei der Messung von Energieflüssen
Die Herausforderungen, denen ein EMS bei der Messung von Energieflüssen begegnet, gehen über die soeben beschriebene Gleichzeitigkeit sogar noch hinaus. Während sich der Energiebezug mit Hilfe eines Netzanschlusszählers sehr präzise und hoch aufgelöst erfassen lässt, ist eine genaue Messung von selbst erzeugtem Strom schwieriger. Viele Wechselrichter von PV-Anlagen und Batteriesysteme bringen eigene Zähler mit unterschiedlichen Messverfahren mit.
Einige Geräte liefern außerdem nur in größeren Zeitabständen (z.B. alle 5 Minuten) einen Messwert, sodass eine Messung unterschiedlicher Geräte zum genau gleichen Zeitpunkt unmöglich ist. Kleinere Abnehmer wie das Licht oder Laptops haben oft gar keine angeschlossenen Zähler – ihr Verbrauch kann also prinzipiell nur geschätzt und gar nicht genau bestimmt werden. Hinzu kommt, dass bei manchen Verbrauchern Abwärme entsteht, wodurch Energie ungenutzt an die Umwelt abgegeben wird, die ebenfalls nicht genau erfasst werden kann.
Kiwigrids Lösung: Resampling
Das Bällebad-Beispiel und die aufgeführten konkreten Herausforderungen verdeutlichen, wie komplex eine genaue Messung der Energieflüsse im Haushalt ist. Und doch muss ein Energiemanagementsystem diesen Herausforderungen begegnen. Kiwigrid hat mit seiner neuen KiwiOS X Plattform eine Lösung gefunden: das sogenannte Resampling.
Mittels einer hohen Abtastrate wird ein virtueller Leistungsverlauf für alle einzelnen Energiegeräte im Haushalt errechnet. Die virtuell erzeugten Leistungskurven für Verbrauch und Erzeugung werden anschließend mit den tatsächlich gemessenen Werten verglichen und an diese angepasst. Dadurch, dass die Leistungskurven virtuell existieren, lassen sich Energieflüsse zu jedem beliebigen Zeitpunkt mit geringen Abweichungen ermitteln. So lassen sich die Energieflüsse aller Geräte im Haushalt zum selben Zeitpunkt erfassen.
Durch die virtuellen Leistungskurven lässt sich außerdem eine variable Abtastrate umsetzen – das bedeutet, dass Energiemanager in sehr kurzen Abständen auf die ermittelten Erzeugungs- und Verbrauchswerte zugreifen und die Energieflüsse optimieren können. Je nach Bedarf können für die Übertragung in die Cloud und letztendlich auf die Energiegeräte Abtastraten zwischen 15 Sekunden und 5 Minuten gewählt werden. Auf diese Weise ermöglicht Kiwigrid echtzeitnahes Monitoring der Energieflüsse sowie eine kostensparende Datensicherung.
Der Algorithmus wurde in den vergangenen Wochen bereits erfolgreich getestet und wird im Zuge der nächsten KiwiOS X Updates allen Kunden zur Verfügung gestellt.
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