Im Fokus eines aktuellen Forschungsprojekts von FH Wallis und Wago Contact SA stehen Home Energy Management Systeme in Kombination mit SmartGridready-Standards zur Optimierung von bidirektionalen Stromflüssen. Über standardisierte Schnittstellen werden PV-Module, Wärmepumpen und Ladestationen nahtlos eingebunden. Diese Integration ermöglicht eine dynamische Steuerung von Energieerzeugung und -verbrauch, reduziert Netzbelastungen und steigert den Eigenverbrauch. Ziel ist es, die Stabilität dezentraler Netze sicherzustellen und die Energiewende praxisgerecht voranzutreiben. Dabei kommen KI-Algorithmen zum Einsatz.
Inhaltsverzeichnis: Das erwartet Sie in diesem Artikel
Spannungs- und Frequenzschwankungen durch PV-Module verzögern Netzanschlüsse regional deutlich
Martial Beutler, Pilotanwender des HEMS (Foto: WAGO Contact SA)
Trotz der Kohlendioxid-Reduktion durch Photovoltaik- und Windkraftanlagen sehen sich Netzbetreiber mit komplexen Stabilitätsproblemen konfrontiert. Die bidirektionalen Einspeisungen bewirken erhöhte Spannungsschwankungen und Frequenzabweichungen, die ohne umfassende Regeltechnik nicht behoben werden können. Dies führt insbesondere in stark nachgefragten Regionen zu Verzögerungen von bis zu dreißig Prozent bei Genehmigungsverfahren für neue Module, da die Netzstabilität Vorrang vor schneller Anschlussfähigkeit erhält. Moderne Regelalgorithmen und intelligente Speicherlösungen sollen die Netzlast stabilisieren und Netzausbau unnötig machen.
Pumpspeicher und Batteriesysteme stabilisieren Netze, verursachen aber komplexe Steuerungsprobleme
Der Einsatz von Pumpspeicherkraftwerken und großvolumigen Batteriespeichern ist etabliert, um Energiespitzen im Netz auszugleichen. Diese Speichersysteme reversieren jedoch den Stromfluss, wodurch sie nicht nur Energie aufnehmen, sondern bei Bedarf zurückspeisen. Diese bidirektionale Funktionsweise erfordert aufwendige Regel- und Schutzkonzepte. Power-to-X-Anlagen unterliegen denselben physikalischen Prinzipien, indem sie Strom in synthetische Energieträger konvertieren und wieder zurückführen. Sie benötigen fortschrittliche Algorithmen und Sensorik, um Flussschwankungen in Echtzeit zu messen und darauf automatisiert zu reagieren.
Übertragungskapazitäten effektiv erhöhen mit neuen Leitungsaufrüstung, FACTS und Phasenschiebertechnik
Prof. Frederic Revaz, Forschungsleiter an der Fachhochschule (Foto: WAGO Contact SA)
Bestehende Energieinfrastruktur lässt sich durch moderne Leitungsmaterialien und intelligente Leistungselektronik effizient aufrüsten. Leiterdrähte mit höherer Stromtragfähigkeit ersetzen konventionelle Kabel. Flexible AC Transmission Systems (FACTS) übernehmen die Regelung von Spannung und Blindleistung, während Phasenschiebergeneratoren die Lastverteilung durch gezielten Phasenversatz optimieren. Diese Kombination ermöglicht eine signifikante Erhöhung der Übertragungskapazitäten, reduziert Übertragungsverluste und verhindert Netzengpässe. Zudem entfallen langwierige Genehmigungsverfahren und der ökologische Fußabdruck schrumpft, während Netzbetreiber von sofortigen und dauerhaften massiven Effizienzgewinnen profitieren.
Solarstromverwertung vor Ort wird effizienter dank HEMS-gesteuerter dynamischer Steuerung
A Home Energy Management System sammelt fortlaufend Informationen zur PV-Ausbeute und zum Ladezustand von Speichern. Parallel dazu überwacht es den momentanen Verbrauch durch Wärmepumpen, E-Ladestationen und weitere Leistungspunkte im Haushalt. Auf Basis dieser Daten orchestriert die Software die Energieflüsse in Echtzeit, um erzeugten Solarstrom vorrangig lokal zu nutzen und Speicherkapazitäten gezielt zu befüllen. Dadurch sinkt die Fremdnetzeinspeisung und die Rendite der Photovoltaikanlage verbessert sich messbar. Dabei erfolgt die Steuerung vollautomatisch.
Harmonisierung von Schnittstellen ermöglicht dynamische Tarife und zuverlässige Echtzeit-Netzstabilisierung
Mit dem Projekt werden die technischen Schnittstellen zwischen Energieanlagen, Verbrauchssystemen und Netzbetreibern vereinheitlicht. SmartGridready mit Sitz in Bern koordiniert die Definition von kompatiblen Kommunikationsstandards, um den Datenaustausch in Echtzeit zu gewährleisten. Dadurch können Netzschwankungen frühzeitig detektiert und Regulierungssignale automatisch umgesetzt werden. Gleichzeitig schafft die Normierung die Basis für flexible Geschäftsmodelle, beispielsweise zeitvariable Tarife, die sich je nach Netzlast, Einspeiseleistung und Marktpreisen dynamisch anpassen. Die Entwicklungen werden praxisnah in Pilotprojekten validiert.
Hausbesitzer profitieren automatisiertem Elektroauto-Laden zwischen drei und sechs Uhr
Im Rahmen eines zweijährigen Versuchs installierte Wago Contact SA in zwölf westschweizer Einfamilienhäusern moderne Messtechnik, um Stromimport- und Exportraten exakt zu protokollieren. Die aggregierten Messdaten ermöglichen Rückschlüsse auf Spitzenlastzeiten und Eigenverbrauchspotenziale. Hausherr Martial Beutler aus Bösingen profitiert von automatischen Ladeprotokollen seines Elektrofahrzeugs, die über Nacht zwischen drei und sechs Uhr günstigen Strom nutzen, um Kosten zu senken und das öffentliche Netz durch gezieltes Lastmanagement zu entlasten und langfristig Netzstabilität fördern.
OT und IT verschmelzen durch Wago-Controller für einfachere Geräteintegration
Wago hat einen Industrie-Controller so weiterentwickelt, dass die nahtlose Interaktion zwischen Betriebstechnik und Informationstechnik möglich wird. Handwerker können Wärmepumpen, Wechselrichter sowie Batteriespeicher mit wenigen Mausklicks über eine webbasierte Benutzeroberfläche konfigurieren, als handele es sich um ein Netzwerkdruckergerät. Dank offener APIs und standardisierter Protokolle lässt sich die Kommunikation zwischen den Komponenten automatisieren. Dies vereinfacht die Inbetriebnahme, reduziert Fehlkonfigurationen und unterstützt dynamische Laststeuerung in Smart-Grid-Architekturen. Installationszeiten sinken, der Rollout verteilter Energieressourcen beschleunigt.
Wärmepumpen-Pooling steuert FH Wallis kosteneffizient durch intelligente dynamische Tarife
Professor Revaz und sein Team realisieren Treiber, die eine nahtlose Einbindung von Smart Grid-fähigen Geräten in bestehende Steuerungsarchitekturen ermöglichen. Dabei sorgen sie für Kompatibilität zwischen OT-Komponenten und IT-Plattformen. In einem Live-Versuch koppelt die Fachhochschule mehrere Wärmepumpen als virtuellen Pool und nutzt Echtzeit-Preissignale dynamischer Tarife. So lassen sich Heizzyklen automatisch verschieben, Lastspitzen in der Spitzenlast reduzieren und Kosteneinsparungen durch optimiertes Peak Shaving nachweisen, um Anlagenauslastung zu erhöhen, Verbrauchskosten zu senken und die Netzfrequenz zu stabilisieren.
Standardisierte Schnittstellen beschleunigen Integration und intelligente Steuerung in Energiesystemen
Ein gemeinsames Forschungsprojekt von Fachhochschule Wallis, Wago Contact SA und SmartGridready untersucht praxisnah, wie Home Energy Managementlösungen, einheitliche Schnittstellen und verbesserte Infrastruktur zusammenwirken. Intelligente Regelung von PV-Ertrag, Speichern und Verbrauchern stabilisiert lokale Netze und reduziert Spannungs- und Frequenzschwankungen. Parallel dazu erhöhen kosteneffiziente Speicherstrategien und harmonisierte Protokolle die Autarkie von Haushalten. So entsteht eine zuverlässige Plattform für dynamische Tarife, automatisierte Lastverschiebung und eine flexible, nachhaltige Energiewende. Datengestützte Prognosen steigern signifikant Effizienz.
