Energiesparen Dank intelligenten Algorithmen
Energiesparen ist ein zentrales Thema unserer Gesellschaft. Meistens sind dazu jedoch substanzielle Investitionen notwendig, wie z.B neue Fenster oder eine verbesserte Isolation des Hauses. Es gibt aber auch neue Möglichkeiten, welche kostengünstig dank effizienten Algorithmen und KI funktionieren.
Sogenannte Energiemanagementsysteme kümmern sich um das Zusammenspiel von Wärme, Strom und Mobilität im Falle von Elektrofahrzeugen. Energiemanagementsystem der neusten Generation wie der Soleco Optimizer können dabei auch substanziell Energiesparen und ermöglichen tiefere Energie Kosten.
Wie soll dies funktionieren? Gehen wir Schritt um Schritt vor.
Wärmepumpen
In vielen Haushalten sind schon Wärmpumpen im Einsatz welche einerseits Warmwasser erzeugen und auch die Wohnung heizen. Eine Wärmepumpe entzieht Wärme aus der Umwelt, entweder vom Grundwasser oder aus der Luft, bringt diese Energie auf ein höheres Niveau, z.B. 40°C für die Vorlauftemperatur der Heizung. Dazu braucht es dank der Wärmepumpe viel weniger Energie als wenn das Wasser einfach elektrisch aufgeheizt würde. Die drückt der sogenannte COP aus – Coefficient of Performance. Der COP benennt das Verhältnis von aufzuwendender elektrischen Energie und erzeugter Wärmeenergie. Dieser beträgt circa 2.5 bis 6 und hängt massgeblich von der Temperaturdifferenz ab, konkret die Temperatur wo die Wärme entzogen wird im Vergleich zur Temperatur, wo Sie eingesetzt wird. Ein COP von 5 bedeutet z.B. dass mit 1kWh elektrischer Energie 5kWh Wärme erzeugt werden können.
Fazit: Dank Wärmepumpen kann ein Haus sehr energieeffizient geheizt werden mit elektrischer Energie, welche auch heute schon CO2 arm hergestellt wird oder werden kann.
So weit so gut. Was ist aber die Funktion der Energiemanagementsysteme? Und ist es nicht so, dass der Strom sehr teuer geworden ist?
Energiemanagementsysteme
Energiemanagementsysteme steuern das Zusammenspiel von Wärmepumpe, Solaranlage, Ladenstationen und weiteren elektrischen Verbrauchern. Dieses Zusammenspiel werden immer komplexer: Soll nun die Wärmepumpe mit günstigem Nachstrom laufen, obwohl im Winter bei tiefen Temperaturen der COP sehr tief ist? Wie soll ich am nachhaltigstgen und am günstigen mein Elektroauto laden? Häufig besteht das Problem, dass unter der Woche, wenn Solarenergie produziert werden kann das Auto nicht in der Garage steht und am Wochenende ev. nicht genügend schönes Wetter herrscht, um das Fahrzeug zu laden. Soll nun am Mittag Solarstrom verkaufen oder die Wohnung heizen, obwohl dies ev. aufgrund der Temperatur gar nicht notwendig ist und dadurch wertvolle Energie vergeudet wird?
Wenn nun der Benutzer mit solchen Fragen alleine gelassen wird und häufig um priorisieren muss, so ist das System nicht sehr komfortabel und wenig geeignet wirklich Energie zu sparen. Dies ist häufig bei Systemen der ersten Generation der Fall. Energiemangmentsysteme der neusten Generation machen dies dank intelligenten Algorithmen besser, wie der Soleco Optimizer. Nun wie soll dies funktionieren?
- Wir brauchen einen Speicher
Um wirklich Energieeflüsse zu optimieren und erneuerbare Energie wie Solarenergie effizient einzusetzen, brauch es einen Speicher. Aber sind Batteriespeicher nicht sehr teuer. Genau, dies ist noch das Problem. Aber es gibt einen Speicher der nichts kostet und sehr gross ist. Das Gebäude selbst. Die Speicherenergie des Gebäudes eines Einfamilienhauses bestehend aus Beton und Bachstein beträgt ca. 60kWh Speicherkapazität für 1 °C Erhöhungenz als thermische Energie. Dies ist in etwa gleichviel, wie ein durchschnittliches Elektrofahrzeug an Energie speichern kann. Und dieser Speicher ist jetzt gratis
- Wir brauchen eine Wettervorhersage
Die Heizung in einem Haus ist sehr träge. Es braucht schnell 1-2 Tage, bis das thermische System eingeschwungen ist. Die ist häufig das Problem der heutigen Heizungen, welche mit Heizkurven funktionieren: Wir es schnell kalt, kommt die Heizung nicht nach und wir fühlen uns nicht komfortabel. Wir es schnell warm, ist das Haus noch zu viel geheizt und wir öffnen dann die Fenster und verlieren Energie. Der die Wettervorschau von bis zu 3 Tagen lässt sich dies viel besser Steuern. Genau dies macht der Soleco Optimizer.
- Wir brauchen ein Gebäudemodell
Der Soleco Optimizer hat ein sehr einfaches Gebäudemodell hinterlegt, welches sich dank Machine-Learning immer präzisier wird. Mit Gebäudemodell und der Wettervorhersage weiss der Optimizer nun, wie sich die Aussentemperatur, der Energieeintrag (passive Sonnenenergie und Wärmepumpe) oder Austrag im Gebäude entwickeln wird. Wird nun noch in einem Raum, z.B dem Wohnzimmer eine Temperaturmessung gemacht auf die der Optimizer zugreifen kann (z.B. mit Netatmo), so kann die Temperatur im Gebäude perfekt geregelt werden. Dadurch entsteht maximaler Komfort.
- Es braucht einen Optimierungsalgorithmus
Wie vorhin erläutert sind die verschiedenen Last- und Erzeugungsfälle recht komplex. Daher besitzt der Optimizer einen Optimierungsalgorithmus, welcher die Energiekosten minimiert. Dies passiert vollautomatisch. Zudem kann der Optimizer variable Netztarife berücksichtigen, welche über eine Schnittstelle automatisch geladen werden. Dies erlaubt die Stromkosten substanziell zu senken. Die Groupe E z. B. Bietet bereits solche Tarif an, welche in der Nacht bei rund 12.5 bis 20 Rappen pro KWh liegen. Der Optimizer plant nun den Einsatz der Wärmepumpe und die ev. Ladung eines E-Fahrzeuges genau zu dieser Zeit, wenn minimale Kosten mit sich bringt.
Wie funktioniert das Energiesparen?
Der Benutzer wählt eine bestimmte Temperatur für seine Zimmer und gibt ein Toleranzband vor. Durch die 3-Tages Vorschau (Predictive Model Control) wird die Wärmepumpe viel weniger oft eingeschaltet. Anstelle einer Taktung von häufig 20 min. bei konventionellen Heizungen, wird dies rund 4-mal länger mit dem Optimizer. Dadurch wird einerseits Energiegespart und die Lebensdauer der Wärmepumpe deutlich verlängert.
Zudem prüft das System abhängig von den Aussentemperaturen und den Energiekosten, den besten Zeitpunkt für den Einsatz der Wärmepumpe. Gemäss einer Studie der Empa, lässt sich damit mehr als 20% Energie sparen.
Praktisches Beispiel EFH
Die Wärmepumpe wird genau wie oben beschrieben möglichst mit Solarstrom, Niedertarif und Hohen Umgebungstemperaturen betrieben.
Typischer Verlauf der Variablen Tarife mit denen dieses EFH mit dem Soleco Optimizer optimiert wird
Hier Daten vom Juli 2023. Die Wärmepumpe kühlt bereits am Morgen um 0330 um die kühlere Aussentemperatur und den tiefen Tarif zu nutzen. Somit wird sichergestellt, dass die Raumtemperatur nie über 24°C steigt.
