In aktuellen Innosuisse-Forschungsarbeiten untersuchen FH Wallis und Wago Contact SA den Einsatz von Home Energy Management Systemen und SmartGridready-Standards zur Steuerung von bidirektionalen Stromflüssen in intelligenten Netzen. Dabei liegt der Fokus auf der Harmonisierung standardisierter Schnittstellen zwischen PV-Anlagen, Wärmepumpen und Ladestationen, um Erzeugung und Verbrauch effizient zu vernetzen, Netze zu stabilisieren und den Eigenverbrauch zu steigern. Ziel ist eine zukunftsfähige Energiewende. Damit werden Lastspitzen geglättet.
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Steigende PV-Module belasten Verteilnetze und verzögern oft Anschlussgesuche massiv
Martial Beutler, Pilotanwender des HEMS (Foto: WAGO Contact SA)
Photovoltaik- und Windkraftanlagen erzeugen erneuerbare Energie, jedoch verursachen die schwankenden Einspeisungen Herausforderungen für Elektrizitätswerke und Verteilnetze. Da Stromflüsse nun bidirektional verlaufen, erfordert dies aufwendige Stabilisierungsmassnahmen, um Netzfrequenz und Spannung innerhalb zulässiger Grenzen zu halten. Mit jedem zusätzlich installierten PV-Modul nehmen Frequenzinstabilitäten zu, weshalb Netzbetreiber Anschlussgesuche in empfindlichen Bereichen bis zu dreißig Prozent verzögern oder ablehnen müssen, um die Versorgungssicherheit nicht zu gefährden. Zudem steigen technische Komplexität und Kosten deutlich an.
Speichertechnologien entlasten Netze, erfordern jedoch komplexe Steuerungsstrategien im Betrieb
Speicherlösungen wie Pumpspeicherkraftwerke oder großvolumige Batteriespeicher haben sich als effektive Instrumente zur Entlastung von Verteilnetzen etabliert. Doch sobald Strom gespeichert und wieder eingespeist wird, entstehen bidirektionale Flüsse, die Regelungsstrategien erfordern. Power-to-X-Anlagen arbeiten nach demselben Prinzip und nutzen gespeicherte Energie für chemische Umwandlungen. Aufgrund dieser beiden Richtungen bei Energieflüssen bleibt ihre Fähigkeit, Spannung und Frequenz stabil zu halten, deutlich eingeschränkt. Die Umkehrflüsse erfordern daher vergleichbare effiziente Steuerungskonzepte sowie notwendige moderne Überwachungskonzepte.
Netzoptimierung statt umfassendem Ausbau: Hochleistungsdrähte, FACTS und Phasenschiebergeneratoren nutzen
Prof. Frederic Revaz, Forschungsleiter an der Fachhochschule (Foto: WAGO Contact SA)
Anstatt das Verteilnetz flächendeckend auszubauen, lässt sich das Potenzial bestehender Leitungen durch den Austausch handelsüblicher Kupfer- oder Aluminiumseile gegen Hochtemperatur- oder Verbunddrähte deutlich erhöhen. Erweitert um FACTS-Module können Spannungen und Blindleistung in Echtzeit kompensiert werden. Phasenschiebergeneratoren verschieben die Netzimpedanz, optimieren Lastflüsse und senken Verluste. Gezielte Parametrierung ermöglicht eine flexible Anpassung an Schwankungen und vermeidet teure Erweiterungsmaßnahmen, während die Übertragungsleistung nachhaltig steigt. So werden Investitionskosten beträchtlich reduziert und Genehmigungszeiten deutlich verkürzt.
HEMS-Software steuert Solarstrom intelligent und maximiert Eigenverbrauch vor Ort
Eine Home Energy Management System Software analysiert kontinuierlich den erzeugten Solarstrom und leitet diesen unmittelbar an die angeschlossenen Verbraucher weiter. Gleichzeitig erfasst sie Daten zum aktuellen PV-Ertrag, zum Ladezustand vorhandener Batteriespeicher sowie zum laufenden Energiebedarf von Wärmepumpen, Elektrofahrzeug-Ladestationen und weiteren Verbrauchseinheiten. Mithilfe dieser Echtzeitinformationen passt die Steuerungslogik Verbrauch und Speicherflüsse dynamisch an, um die Netzeinspeisung zu minimieren und die Wirtschaftlichkeit der Photovoltaikanlage nachhaltig zu erhöhen. Diese Optimierung erfolgt automatisch vollständig.
SmartGridready entwickelt einheitliche Schnittstellen für umfassende Netzstabilität und Innovation
Im Fokus des Projekts steht die Vereinheitlichung der Kommunikationsschnittstellen zwischen Energieerzeugern, Endverbrauchern und Netzbetreibern. SmartGridready, ansässig in Bern, entwickelt dazu globale Standards für Datenformate und Protokolle. Ziel ist es, Echtzeitinformationen effizient auszutauschen, um Spannungs- und Frequenzschwankungen automatisch auszugleichen. Auf Basis dieser Infrastruktur lassen sich innovative Geschäftsmodelle realisieren, beispielsweise dynamische Tarifmodelle, die Verbraucherpreise in Abhängigkeit von Netzlast und Erzeugungsüberschuss flexibel anpassen. Die standardisierte Schnittstellenarchitektur erleichtert Herstellerunabhängigkeit mit Batteriespeichern und Ladeinfrastruktur.
Wago Contact SA erfasst Stromflüsse in zwölf Westschweizer Einfamilienhäusern
In einem zweijährigen Feldversuch hat Wago Contact SA in zwölf Einfamilienhäusern in der Westschweiz moderne Messtechnik installiert, um detaillierte Messdaten zu Stromzu- und -abflüssen zu gewinnen. Die gewonnenen Messwerte ermöglichen eine Analyse von Verbrauchs- und Einspeiseprofilen. Hausbesitzer wie Martial Beutler aus Bösingen profitieren von intelligenten Ladealgorithmen, die den Elektrofahrzeugakkus ermöglichen, während billiger Nachttarife zwischen drei und sechs Uhr optimal geladen zu werden und so den Eigenverbrauch deutlich erhöhen können.
Wago Industrie-Controller verknüpft OT und IT ähnlich wie Druckerinstallation
Durch die Anpassung eines Wago Industrie-Controllers wird die Verschmelzung von Betriebstechnik (OT) und Informationstechnik (IT) ermöglicht. Elektriker können damit Wärmepumpen, Wechselrichter und andere Komponenten direkt in Smart-Home- und Smart-Grid-Umgebungen einbinden. Ähnlich wie bei der Installation eines Netzwerkdruckers verbinden sie die Geräte über standardisierte Schnittstellen, konfigurieren Parameter im Webinterface und profitieren von automatisierter Kommunikation. Dies erleichtert die Systemintegration und fördert eine effiziente Vernetzung verteilter Energieanlagen für optimierten Betrieb nicht-integrierter Anlagen.
FH Wallis entwickelt Treiber, integriert Smart Grid Geräte nahtlos
Professor Frederic Revaz und sein Team entwickeln spezialisierte Treiber, um Smart Grid-fähige Geräte flexibel und zuverlässig zu vernetzen. Im Rahmen eines Pilotprojekts integrieren sie Photovoltaik-Wechselrichter, Wärmepumpen und Ladestationen nahtlos in ein einheitliches Steuerungssystem. Parallel dazu betreibt die Fachhochschule mehrere Wärmepumpen im Poolbetrieb und setzt einen dynamischen Tarif ein, der auf aktuellen Netzbedingungen basiert. Ziel ist eine effiziente Laststeuerung und kostensparendes Peak Shaving unter realen Betriebsbedingungen für nachhaltige Energieversorgung und verbesserte Netzstabilität.
FH Wallis, Wago und SmartGridready optimieren smarte Netze gemeinsam
Die Zusammenarbeit zwischen der Fachhochschule Wallis, Wago Contact SA und dem SmartGridready-Verein demonstriert eindrucksvoll, wie ein integriertes Home Energy Management System, standardisierte Kommunikationsschnittstellen und eine optimierte Netz-Infrastruktur in Kombination eine effektive Stabilisierung von Verteilnetzen ermöglichen. Gleichzeitig maximiert die Lösung den Eigenverbrauch durch intelligente Steuerung von PV-Anlagen, Wärmepumpen und Speichern. Kosteneffiziente Speicherstrategien sowie harmonisierte Protokolle schaffen die Grundlage für eine flexible, zuverlässige und zukunftsfähige Energiewende. Datengetriebene Analysen unterstützen proaktive Netzregelung effizient.
