Redox-Flow-Batterien für klimafreundliche Eigenheime

Am Herner Modellstandort für erneuerbare Energie- versorgung werden Technikkonzepte für die Hausenergie- versorgung der Zukunft getestet

© Volterion

Hausenergieversorgung

Darstellung des Volterion-VRFB-Moduls (VRFB: Vanadium-Redox-Flow-Batterie).

© Stadtwerke Herne

Animation Klimaviertel

Herner Modellstandort für erneuerbare Energieversorgung.

Projektziele

Im Rahmen des innovativen Neubauprojekts Redox-Herne erforscht Fraunhofer UMSICHT die Entwicklung und Systemintegration von Redox-Flow-Batterien in Eigenheimen. Derzeit entstehen sieben Einfamilienhäuser mit unterschiedlichen technischen Energiekonzepten, deren regenerative Energie von Photovoltaik-Anlagen erzeugt wird. Im Fokus der vergleichenden Untersuchung steht das Betriebsverhalten variabler energetischer Systemkombinationen im täglichen Einsatz unter Berücksichtigung verschiedener technischer Varianten und unterschiedlichen Nutzerverhaltens. Die Ergebnisse fließen in die Weiterentwicklung von innovativen Energiekonzepten für Gebäude und Quartiere ein.

Nutzen

Mit der stetig wachsenden Umstellung von fossilen Brennstoffen auf regenerative Energieträger gewinnen Speichertechnologien für erneuerbare Energien immer mehr an Bedeutung, sodass ihnen im künftigen Energiesystem eine Schlüsselfunktion zuteilwird. So müssen Stromspeicher flexibel auf die schwankende Verfügbarkeit von Strom aus Photovoltaik und Windenergie reagieren und den nicht benötigten Strom für Zeiten eines erhöhten Strombedarfs zwischenspeichern können. Dabei sollte natürlich auch die Versorgungssicherheit und Zuverlässigkeit stets gewährleistet werden.

Gegenwärtig werden in Deutschland und Europa bei der großtechnischen Stromspeicherung zum großen Teil Pumpspeicherwerke eingesetzt. Aufgrund des begrenzten Ausbaupotenzials von Pumpspeichern werden derzeit alternative Speicherkonzepte gesucht. So können zum Beispiel elektrische Speicher und Speichersysteme eine zukunftsweisende Alternative sein, da sie auch individuelle Lösungen für die Eigenversorgung von zum Beispiel Wohngebäuden mit alternativen Energien ermöglichen.

Dezentrale Energieversorgung mit erneuerbarer Energie

Im Rahmen eines innovativen Wohnprojekts, dem Klimaviertel in Herne Sodingen, testet und analysiert Fraunhofer UMSICHT den Einsatz von Redox-Flow-Batteriespeichern in Kombination mit Photovoltaik-Anlagen und modernen Wärmepumpenkonzepten. Die sieben Einfamilienhäuser dienen dabei als ein Modellstandort für Systemlösungen eines weitgehend energieautarken Wohnens. Die Häuser werden unter vergleichbaren Rahmenbedingungen, jedoch mit unterschiedlichen energetischen und technischen Konfigurationen erbaut.

Um die Energiekonzepte festlegen und entsprechend umsetzen zu können, untersuchten die Wissenschaftler zuerst eine Reihe technologischer Verfahren auf Basis unterschiedlicher Szenarien. Dabei wurden unter anderem Aspekte wie Eigenverbrauchsanteil, Autarkiegrad und Systemdienlichkeit betrachtet. Nach Auswertung dieser Konzepte und mit Berücksichtigung der gegebenen Rahmenbedingungen wurde letztlich die optimale Lösung für das Projekt entwickelt.

Klimaviertel als Testlabor für künftige Neu- und Umbauprojekte

Gemeinsam mit der Stadtwerke Herne AG und der Volterion GmbH untersucht Fraunhofer UMSICHT anhand der Einfamilienhäuser im Klimaviertel die verschiedenen Verschaltungsmöglichkeiten der Redox-Flow-Batterien. Die Forscher testen unter Berücksichtigung der Photovoltaik-Anlagen zum Beispiel die Wirkungsgrade polykristalliner und monokristalliner Solarzellen und vergleichen die unterschiedlich konfigurierten Häuser mit einem Referenzhaus, das mit einem Lithium-Ionen-Energiespeicher und einer Erdwärme-Wärmepumpe ausgestattet ist. Auf diesem Weg lassen sich die optimalen Anlageneinstellungen für Neu- und Umbauprojekte detektieren und das Potenzial bzw. die Anwendbarkeit der Systemlösungen im täglichen Betrieb austesten. Hierbei werden dann auch die divergenten technischen Einflüsse und die Auswirkungen verschiedenen Nutzerverhaltens berücksichtigt.

 

Projektpartner

  • Stadtwerke Herne AG
  • Volterion GmbH