Das Innosuisse-Projekt zwischen FH Wallis und Wago Contact SA untersucht, wie Home Energy Management Systeme in Verbindung mit SmartGridready-Standards die bidirektionale Energieverteilung in Niederspannungsnetzen verbessern. Durch modularen Aufbau und offene Schnittstellen lassen sich unterschiedliche Gerätehersteller nahtlos integrieren. Die Echtzeitkommunikation zwischen Erzeugern, Speichern und Verbrauchern ermöglicht lastabhängige Ladeszenarien, automatisches Energiemanagement und die Reduktion von Netzrückwirkungen. Damit wächst die Resilienz des Verteilungsnetzes und der Eigenverbrauch grüner Energie. Das Konzept fördert regionale Energieautarkie.
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PV-Module und Windkraft erfordern flexible Netzarchitekturen zur Schwankungsregulierung dringend
Martial Beutler, Pilotanwender des HEMS (Foto: WAGO Contact SA)
Das steigende Engagement in Photovoltaik- und Windenergie erweitert das Angebot sauberer Elektrizität, erhöht jedoch gleichzeitig die Anforderungen an Netzstabilität. Bidirektionale Einspeisung führt zu unvorhersehbaren Spannungsschwankungen und Frequenzabweichungen in den Verteilnetzen. Netzbetreiber müssen daher umfassende Regelsysteme und Netzsimulationen einsetzen, was in manchen Gebieten zu Verzögerungen von bis zu dreißig Prozent bei der Genehmigung neuer Anlagen führt, um einen sicheren Betrieb gewährleisten zu können. Adaptive SmartGrid-Standards reduzieren langfristig solche Anschlusshürden effektiv deutlich.
Rückspeisetransport verlangt leistungsfähige Netze und schnelle adaptive präzise Kontrollsysteme
Speicherinfrastrukturen wie Pumpspeicher und groß dimensionierte Batteriespeicher sind zentrale Elemente zur Entlastung von Stromnetzen. Durch die bidirektionale Nutzung fließen Strommengen zeitweise rückwärts in das Netz, was anspruchsvolle Management- und Regelsysteme erfordert. Power-to-X-Anlagen verfahren nach demselben Muster, indem sie Strom in chemische Speicherformen transferieren und rückverwandeln. Folglich lässt sich die Netzstabilität in Bezug auf Frequenz und Spannung nur begrenzt verbessern, sofern keine zusätzlichen Reglungs- und Analysewerkzeuge oder KI-gestützte Modelle eingesetzt werden.
Ohne Netzausbau Leistung steigern: FACTS, Phasenschieber, belastbare Drähte einsetzen
Prof. Frederic Revaz, Forschungsleiter an der Fachhochschule (Foto: WAGO Contact SA)
Anstelle neuer Stromtrassen ermöglicht die Aufrüstung vorhandener Leitungen mit korrosionsbeständigen Hochspannungsdrähten eine spürbare Kapazitätserhöhung. Durch FACTS-Module wie Phasenschieber und SVC kann das Netz lokal stabilisiert werden, indem Blindleistung gezielt kompensiert und Spannungsschwankungen minimiert werden. Phasenschiebergeneratoren verschieben Ströme, um Lastzentrum und Einspeisepunkte optimal zu koppeln. Das reduziert Leitungsverluste, verhindert Engpässe und beschleunigt Inbetriebnahmen bei gleich bleibendem Flächenbedarf und geringeren regulatorischen Hemmnissen. Modulare Implementierung sichert Skalierbarkeit und ergänzt Netzausbau bei Bedarf flexibel.
HEMS-Software erfasst Ertrag, Speicherstand und Verbrauch für smarte Verteilung
Ein Home Energy Management System verbindet Erzeuger und Verbraucher nahtlos und steuert Solarstromflüsse automatisch. Es erfasst fortlaufend den Ertrag der Photovoltaikmodule, den Ladezustand von heimischen Akkus und den aktuellen Energiebedarf von Wärmepumpen und Ladestationen. Auf dieser Grundlage berechnet die Software in Echtzeit die optimale Zuweisung von Strom an Verbraucher oder Speicher. Hierdurch reduziert sich die Menge der ins öffentliche Netz eingespeisten Energie, und der Eigenverbrauchsanteil steigt langfristig an, vollautomatisiert effizient.
Normierte Schnittstellen optimieren Datenaustausch zwischen Erzeugern, Verbrauchern und Netzbetreibern
Im Mittelpunkt steht die standardisierte Integration von Erzeugungsanlagen, Verbrauchseinrichtungen und Netzleitstellen über einheitliche Schnittstellen. SmartGridready, ansässig in Bern, verantwortet die Entwicklung kompatibler Kommunikationsstandards und Datenmodelle. Dadurch können Einspeise- und Verbrauchsdaten in Echtzeit erfasst und Netzregelungsbefehle automatisiert übertragen werden. Diese Harmonisierung trägt entscheidend zur Netzstabilität bei und ermöglicht die Einführung neuer Geschäftsmechanismen, etwa flexibler Tarifmodelle, die Verbraucherpreise anhand von Netzkapazität und Erzeugungsspitzen anpassen. Die Normen schaffen außerdem Voraussetzungen für intelligente Energiemanagementsysteme.
Nächtliche Ladeprozesse reduzieren Stromkosten effizient und entlasten öffentliche Netze
Zur Erfassung bidirektionaler Stromflüsse installierte Wago Contact SA in zwölf westschweizer Einfamilienhäusern über zwei Jahre verteilt modulare Messteckkarten an Wärmepumpen, PV-Wechselrichtern und Ladepunkten. Die Daten werden zentral ausgewertet, um lastabhängige Einspeisesteuerungen zu entwickeln. Hausherr Martial Beutler aus Bösingen profitiert von automatisierten Ladefenstern zwischen drei und sechs Uhr, in denen sein Elektrofahrzeug kostengünstig mit eigenproduziertem Solarstrom geladen wird und das öffentliche Netz entlastet und Eigenverbrauch optimieren und Tarife zentral dynamisch steuern.
Elektriker vernetzen Smart Grid-Geräte mit Wago-Controller ähnlich problemfrei Heimnetzwerkinstallationen
Der modifizierte Wago Industrie-Controller verbindet OT- und IT-Ebenen zu einer einzigen Plattform. Installateure integrieren Wärmepumpen, Wechselrichter und Speicherkomponenten mit wenigen Handgriffen in HEMS- und Microgrid-Setups. Über standardisierte Modbus- und Ethernet-Schnittstellen erfolgt die Inbetriebnahme ähnlich der Installation eines Druckers im Netzwerk. Anschließend orchestriert das System Lastfluss, Echtzeitdaten und Lastmanagement automatisch. Das reduziert den IT-Aufwand auf ein Minimum, unterstützt dezentrale Energieoptimierung und senkt Betriebskosten nachhaltig. Kompatibilität zu Drittsystemen ist gewährleistet. Updatefähigkeit inklusive.
Dynamische Tarife steuern mehrere Wärmepumpen-Pools intelligent für effiziente Netzstabilisierung
Im Forschungslabor des FH Wallis entwickeln Professor Revaz und sein interdisziplinäres Team Treiber, um Smart Grid-fähige Geräte nahtlos anzubinden und Lastmanagement zu automatisieren. Sie testen die Integration verschiedenster Komponenten, darunter Wechselrichter, Energiespeicher und Wärmepumpen. Ein besonderes Experiment bündelt mehrere Wärmepumpen in einem Flex-Pool, welcher über einen dynamischen Tarif gesteuert wird. Durch diese Methode lassen sich zeitliche Lastverschiebungen realisieren, Netzengpässe vermindern und Betriebskosten nachhaltig senken, um den Anteil erneuerbarer Energien im Netz zu erhöhen.
Intelligentes Wärmepumpen-Pooling und dynamische Tarife ermöglichen kosteneffizientes Peak Shaving
Mit einem industrieorientierten Controller von Wago Contact SA, einer Software-Architektur der Fachhochschule Wallis und einheitlichen SmartGridready-Standards etablieren die Partner eine Plattform für dezentrale Energieverwaltung. Photovoltaik-Erträge, Batteriespeicherstände und Lastanforderungen werden kontinuierlich abgeglichen. Automatisierte Laststeuerung verschiebt Verbrauch in Niedertarifphasen, während kostengünstige Speicher überschüssige Energie halten. Harmonisierte Schnittstellen zwischen Erzeugern, Verbrauchern und Netzbetreibern ermöglichen dynamische Tarife, verbesserte Netzstabilität und nachhaltig gesteigerten Eigenverbrauch in privaten Haushalten. KI-basierte Analysen prognostizieren Lastprofile präzise und optimieren Steuerung.
