Fraunhofer ISE entwickelt vernetzte Energiemanagement-Systeme

Kompaktes Regelungssystem steigert Effizienz solarthermischer Großanlagen

Große solarthermische Anlagen mit einer effizienten und zuverlässigen Betriebsführung auszustatten erfordert ein »intelligentes« Regelungskonzept, das dem komplexen Systemverhalten gerecht wird. In Kooperation mit namhaften Industriepartnern der solarthermischen Branche (Resol, WILO und PAW Pommerening) hat das Fraunhofer ISE jetzt eine internet-vernetzte Solarkollektoranlage mit neuartigem Regelungssystem vorgestellt. Sie besteht aus einer speziell konfektionierten Kompaktbaugruppe, die das Zusammenspiel von Solarkollektoren, Pumpen, Wärmetauschern und Speichern mittels eines Regelungssystems optimiert. Die Entwicklung der industriell vorgefertigten Kompakteinheit wurde im Rahmen des Forschungsprogramms »SolarThermie 2000« vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert.

Feldtests bei solarthermischen Großanlagen zeigen, dass es hier ganz besonders wichtig ist, durch eine optimierte Regelungstechnik Betriebsstörungen zu vermeiden. Standardregelungssysteme werden oftmals den besonderen Anforderungen großer Anlagen nicht gerecht. Die Folge ist ein unzuverlässiger Anlagenbetrieb und die kostenintensive Betreuung der Anlagen. Genau an dieser Stelle setzten die Freiburger Forscher mit ihrem Projekt an. Das von ihnen entwickelte Energiemanagement-System ermittelt über Sensoren den Anlagenzustand, diagnostiziert Betriebsstörungen und erlaubt so eine weitgehend automatisierte Betriebsüberwachung.

Neu gegenüber bisherigen Regelungssystemen sind die Vernetzung und die Einbindung eines Internet-Servers auf der Basis von sogenannten »Embedded Systems«. Sie gestatten die Kommunikation innerhalb der Anlage, um beispielsweise den solaren Energieeintrag und Speicherverluste zu ermitteln. Gleichzeitig ermöglichen sie den Online-Zugriff auf das Internet und damit eine übergeordnete Funktionskontrolle sowie ein externes Monitoring.

Eine erste erfolgreiche Anwendung konnte bei der Solarthermie2000 Anlage (140 m² Kollektorfläche) eines Studentenwohnheims des Studentenwerks Freiburg im dortigen Stadtviertel Vauban realisiert werden. Die Fraunhofer-Forscher denken aber bereits an den nächsten Schritt: Über die Regelung großer Anlagen auf Einzelhäusern hinaus ist die Entwicklung von Systemen zur gleichzeitigen Betreuung mehrerer Anlagen bereits in Vorbereitung.

Embedded Systems – die neue Reglergeneration

Die Technologie klassischer Regelungssysteme befindet sich derzeit im Umbruch. Während bisher meist autonome Microcontroller zum Einsatz kommen, zeichnen sich zukunftsfähige Konzepte durch die Integrationsfähigkeit in Netzwerke aus. Dabei spielt die Internettechnologie »TCP/IP« eine wichtige Rolle, besonders auch im Bereich von Energiemanagement-Systemen.

Die Ablösung herkömmlicher Regelungssysteme für solar-thermische Großanlagen durch ein netzwerkfähiges Konzept steht beispielhaft für vielfältige Entwicklungen von Energiemanagement-Systemen am Fraunhofer ISE. Gegenüber der konventionellen Technologie haben vernetzte Energiemanagementsysteme folgende herausragende Vorteile:

• Komfortable Fernwartung: Der Netzwerkzugriff gestattet beispielsweise ein Update der Software
• Automatische Rückmeldung bei Störungen: Das System kann über das Absetzen von Email und SMS unmittelbare Störungen signalisieren.
• Definierter Nutzerzugang: Die offen spezifizierte Verschlüsselungstechnologie erlaubt die Vergabe von Nutzerrechten für den Zugriff.
• Integration dezentraler Intelligenz: Durch die Leistungsfähigkeit der »Embedded Systems« werden zunehmend auch modellbasierte Regelungskonzepte realisierbar, die den dynamischen Sollzustand des Systems in Echtzeit berechnen und mit dem »Ist«-Verhalten vergleichen.
• Zentrale automatisierte Energieflussanalyse: Die Verfügbarkeit der Anlagendaten im Internet kann sehr einfach zur Realisierung automatisierter Energieflussanalysen herangezogen werden. Durch die sogenannte »Skalierbarkeit« lässt sich die Auswertung zahlreicher Anlagen über einen Server abwickeln.

Auch im Bereich Photovoltaik und Kraft-Wärme-Kopplung befasst sich das Fraunhofer ISE mit Hard- und Softwareentwicklung für Energiemanagement-Systeme zur optimierten Betriebsführung von autonomen Stromversorgungen sowie von Niederspannungsnetzen. Die Dienstleistung der Freiburger Forscher reicht dabei vom Entwurf und der Entwicklung vernetzter Regelungssysteme zur Optimierung der Betriebsführung von Anlagen bis hin zur Realisierung vernetzter Monitoring-Systeme.

Kontakt:

Dr. Christof Wittwer
Fraunhofer Institut für Solare Energie Systeme ISE
Heidenhofstr. 2, D-79110 Freiburg
Tel.: +49 (761) 4588 9115
E-Mail info@ise.fhg.de