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Recently, photovoltaic (PV) with energy storage systems (ESS) have been widely adopted in buildings to overcome growing power demands and earn financial benefits. The overall energy cost can be optimized by combining a well-sized hybrid PV/ESS system with an efficient energy management system (EMS). Generally, EMS is implemented within the overall functions of the Building Automation System (BAS). However, due to its limited computing resources, BAS cannot handle complex algorithms that aim to optimize energy use in real-time under different operating conditions. Furthermore, islanding the building's local network to maximize the PV energy share represents a challenging task due to the potential technical risks. In this context, this article addresses an improved approach based on upgrading the BAS data analytics capability by means of an edge computing technology. The edge communicates with the BAS low-level controller using a serial communication protocol. Taking advantage of the high computing ability of the edge device, an optimization-based EMS of the PV/ESS hybrid system is implemented. Different testing scenarios have been carried out on a real prototype with different weather conditions, and the results show the implementation feasibility and technical performance of such advanced EMS for the management of building energy resources. It has also been proven to be feasible and advantageous to operate the local energy network in island mode while ensuring system safety. Additionally, an estimated energy saving improvement of 6.23 % has been achieved using optimization-based EMS compared to the classical rule-based EMS, with better ESS constraints fulfillment.
Building energy management systems (BEMSs), dedicated to sustainable buildings, may have additional duties, such as hosting efficient energy management systems (EMSs) algorithms. This duty can become crucial when operating renewable energy sources (RES) and eventual electric energy storage systems (ESSs). Sophisticated EMS approaches that aim to manage RES and ESSs in real time may need high computing capabilities that BEMSs typically cannot provide. This article addresses and validates a fuzzy logic-based EMS for the optimal management of photovoltaic (PV) systems with lead-acid ESSs using an edge computing technology. The proposed method is tested on a real smart grid prototype in comparison with a classical rule-based EMS for different weather conditions. The goal is to investigate the efficacy of islanding the building local network as a control command, along with ESS power control. The results show the implementation feasibility and performance of the fuzzy algorithm in the optimal management of ESSs in both operation modes: grid-connected and islanded modes.
Am Standort Rottweil der Deutschen Telekom wurde im April 2011 eine Solaranlage zur Unterstützung der Gebäudeklimatisierung in Betrieb genommen. Die Solaranlage ist die dritte Wärmequelle, die in das bestehende Heizungsnetz einspeist. Die schon vorhandenen Absorptionskältemaschinen wurden zuvor mit Gaskesseln und der Abwärme eines Blockheizkraftwerks (BHKW) betrieben. Das Kollektorfeld mit einer Brutto-Kollektorfläche von 503 m² wurde auf dem Flachdach eines Werkstattgebäudes installiert, wobei der Solarspeicher neben diesem Gebäude im Freien aufgestellt wurde. Der Wärmeübertrager zwischen Kollektoren und Solarspeicher wurde zusammen mit den Pumpen und sonstigen Armaturen im Keller des Gebäudes untergebracht. Durch den Einsatz der Solaranlage wird ein Teil des für die Klimatisierung und Raumheizung erforderlichen Brennstoffs eingespart, ein Beitrag zum Klimaschutz geleistet und eine Verbrauchskostenreduzierung erreicht. Mit der erzeugten Kälte werden die Technik- und Serverräume sowie ein Call-Center der Deutschen Telekom gekühlt.
Mit der Initiative „Werbung für den Innovationsstandort Deutschland“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) wird seit November 2006 der Forschungsstandort Deutschland unter der Marke „Research in Germany – Land of Ideas“ international vermarktet. Im Programm unter dem Thema „Technologieumfeld Umwelttechnologien“ hat sich die Forschungsgruppe „Zentrum für angewandte Forschung an Fachhochschulen – Nachhaltige Energietechnik“ (zafh.net) mit einem Antrag über nachhaltiges Gebäudemanagement beworben. Vorrangig sollen die Ergebnisse des zafh.net, das vor allem auf dem Gebiet „Energieeffizienz in Gebäuden und Kommunen“ arbeitet, international vermarktet sowie der Bekanntheitsgrad der Hochschulen verbessert und neue internationale Projekte initiiert werden.
Rund ein Drittel (2.529 PJ) der in Deutschland verwendeten Endenergie wird von der Industrie genutzt. Es gibt viele Industriebereiche in denen die Prozessluftaufbereitung eine wichtige Rolle spielt. Beispielhaft ist die Lebensmittel-, die Pharma- und die Halbleiterindustrie zu nennen. In all diesen Bereichen wird Luft mit bestimmten Konditionen benötigt, um Produkte präzise und unter Einhaltung aller Auflagen herstellen zu können. Die Luftaufbereitung ist meist mit einem großen Energieaufwand verbunden. Hierzu ist es erforderlich, Prozesswärme und/oder Prozesskälte zur Verfügung zu haben.
Zum ersten Mal gibt es mit dem kooperativen Promotionskolleg über „Kleinskalige erneuerbare Energiesysteme – KleE“ für hochqualifizierte Absolventen der Hochschule Offenburg die Möglichkeit zur Promotion innerhalb des engen wissenschaftlichen Austauschs eines Doktorandenkollegs. Betreut werden sie gemeinsam von je einem Universitätsprofessor und einem Hochschulprofessor. In Zusammenarbeit mit der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, dem Zentrum für Erneuerbare Energien (ZEE), und den Fraunhofer-Instituten für Solare Energiesysteme (ISE) sowie für Physikalische Messtechnik (IPM) forschen 15 Doktorandinnen und Doktoranden im Promotionskolleg KleE an interdisziplinären Forschungsthemen.
Mit dem Anliegen, der sommerlichen Überhitzungssituation in Klassenzimmern wirksam entgegenzuwirken, ist die Stadt Offenburg an die Forschungsgruppe net der Hochschule Offenburg herangetreten. Im Sinn der Nachhaltigkeit sollten Maßnahmen ausgearbeitet und umgesetzt werden, die ohne aktive Kühlsysteme auskommen.
Small is beautiful oder wissenschaftlich-technische Begleitung eines Feldtests mit Mikro-BHKWs
(2010)
Die effiziente Nutzung der vorhandenen Energieträger, die Einführung neuer umweltschonender und energiesparender Technologien sowie neue Formen der Energieerzeugung und -verteilung werden aufgrund des steigenden Energieverbrauchs, knapper werdender Ressourcen und Gründen des Klimaschutzes immer wichtiger. Eine sinnvolle Option für höhere Energieeffizienz ist die dezentrale Stromerzeugung mit Blockheizkraftwerken (BHKW) im Ein- und Zweifamilienhausbereich.
Getragen vom großen Erfolg der Veranstaltungen in den USA in 2008, weitete die Forschungsgruppe nachhaltige Energietechnik (net) seine Aktivitäten in den USA, aber auch in Kanada, Brasilien und in Ländern Osteuropas aus. Trotz anhaltender Wirtschaftskrise in 2009 herrscht in den USA, aber auch weltweit eine erfreulich optimistische Grundstimmung, wenn es um die Nutzung alternativer, erneuerbarer Energien und Fragen der effizienten Energieversorgung geht.
Eine Besonderheit des Ende Januar 2008 abgeschlossenen Langzeitmonitoring des Solar Info Center Freiburg (Förderkennzeichen BMWi 0335007U) ist die Erweiterung des Lüftungsbetriebs mit dem gelungenen Einsatz des an der Hochschule entwickelten Konzepts einer intelligenten dynamischen Betriebsführung (idB) unter Nutzung von Expertenwissen, Simulationsrechnungen und Prognosen. Im ersten Testbetrieb im Sommer 2006 konnte in einem Teilbereich des Solar-Info-Center-Gebäudes der Energiebedarf für die Dachventilatoren um 38 % gesenkt werden. Nach Auswertungen des Testbetriebs wurde das System im Jahr 2007 für den Betrieb im gesamten Gebäude angepasst. Die Mehrkosten des Betreibers für die Nutzung dieser Optimierung belaufen sich hauptsächlich auf den Bezug von Wetterdaten eines Wetterdienstes.
Die Hochschule Offenburg begleitet seit Juli 2006 in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ISE in Freiburg und der HfT Stuttgart die Solar unterstützte Klimatisierung der Festo AG & Co. KG in Esslingen. Die Anlage wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens Solarthermie-2000plus vom Bundesumweltministerium gefördert. Dabei wurde die bereits bestehende Adsorptionskälteanlage, die bisher mit Kompressorenabwärme und Gaskesseln betrieben wurde, durch eine Betriebsanalyse und energetische Bewertung einer solarthermischen Anlage zur Unterstützung der Kälteversorgung eines Büro- und Verwaltungsgebäudes Solaranlage als dritter Wärmelieferant ergänzt.
In this paper, a new method is demonstrated for online remote simulation of photovoltaic systems. The required communication technology for the data exchange is introduced and the methods of PV generator parameter extraction for the simulation models are analysed. The method shown for parameter extraction from the manufacturer data is especially useful for the commissioning procedure, where the measured installed power is transferred to standard test conditions using the simulation model and can then be easily compared with the design power. At a simulation accuracy of 2% using the software environment INSEL ® any problems with the PV generator can reliably be detected. Online simulation of a grid connected PV generator is then carried out during the operation of the photovoltaic plant. The visualisation includes both the monitored and the simulated online data sets, so that a very efficient fault detection scheme is available. The method is implemented and validated on several grid connected photovoltaic power plants in Germany. It is excellently suited to provide automatic and real time fault detection and significantly improve the commissioning procedure for photovoltaic plants of all sizes.
In Verwaltungs- und Gewerbebauten werden immer häufiger thermoaktive Bauteilsysteme, kurz „TABS“, zur Temperierung des Gebäudes eingesetzt. Hierbei werden Teile der Gebäudestruktur, meist die Geschossdecken, mit bauteilintegrierten Rohrregistern gekühlt oder beheizt. Dadurch ergibt sich eine energieeffiziente und nachhaltige Systemlösung, die einen kostengünstigen Betrieb bei hohem Komfort ermöglicht. Sie ist auch ideal für den Einsatz regenerativer Energie aus Erdreich, Grundwasser und Außenluft geeignet.
Die dezentrale Stromerzeugung in Blockheizkraftwerken gewinnt als Möglichkeit der effizienten Energieerzeugung immer mehr an Bedeutung. Im Projekt „Energiepioniere – Wissenschaftlich-technische Begleitung eines Feldtests von Mikro-KWK-Anlagen durch die Hochschule Offenburg“ werden verschiedene Mikro-BHKW-Anlagen auf ihre Praxistauglichkeit unter realen Betriebsbedingungen getestet. Im aktuellen Artikel wird nach einer kurzen Beschreibung der im Feldtest untersuchten Motoren ein Auszug der wichtigsten Ergebnisse des Feldtests vorgestellt.
PHOTOPUR hat die Entwicklung eines photokatalytischen Prozesses zur Beseitigung von Pflanzenschutzmitteln (PSM) aus dem Reinigungswasser von Spritzgeräten zum Ziel. Am INES wurde eine Energieversorgung für die photokatalytische Reinigung in zwei Bachelorarbeiten entwickelt und als Demosystem aufgebaut. Das Gesamtsystem ist nun als mobile Einheit verfügbar und wurde zuletzt um das Reaktormodul für den photokatalytischen Prozeß erweitert und den Partnern für intensive Tests übergeben.
Das Projektvorhaben "Energienetzmanagement dezentraler KWK‐Anlagen mit diversen Verbraucherstrukturen", das vom Innovationsfonds der badenova AG & Co KG von Mai 2012 bis Juli 2016 unter der Fördernummer 2012‐09 gefördert wurde kann aus Sicht des Projektnehmers Hochschule Offenburg und seiner Partner Stadt Offenburg und G. und M. Zapf Energie GbR mbH als sehr erfolgreich umgesetztes Fördervorhaben bezeichnet werden. Während der ca. vier Jahre Projektlaufzeit konnten mehrere Reallabore geschaffen werden, die an die Eigenschaften eines Subnetzes in einem Smart Grid sehr nah herangeführt wurden. Alle Objekte bzw. Netzstrukturen verfügen über typische Komponenten eines Microgrids mit Energiequellen, Speichern und Senken. Auch wurde die Trigeneration als Netzvariante mit Strom‐ Wärme und Kältebereitstellung aufgegriffen und für Verteilnetzmodelle der Niederspannungsebene beschrieben. Ausgehend von einem Mikronetzmodell für jede Energieart kann hinter jeder Trafostation eine beliebig komplexe Energieversorgungsstruktur aufgespannt werden.
Der vorliegende Leitfaden „Natürliche Gebäudeklimatisierung in Klassenzimmern“ greift einen nachhaltigen Ansatz zur deutlichen Reduzierung der sommerlichen Wärmebelastung in Klassenzimmern auf. Insbesondere die ersten sechs Jahre des 21. Jahrhunderts zeigten verstärkt Überhitzungstendenzen in sehr vielen Schulgebäuden der Region südlicher Oberrhein. In Verbindung mit der Umstellung des Schulbetriebs auf die Ganztagsschule und der deutlichen Verstärkung der Überhitzungstendenz in sanierten Gebäuden, die mit einem modernisierten Wärmeschutz versehen sind, zeigte sich für die Stadt Offenburg ein wichtiger Handlungsbedarf auf.
Aus der Kooperation der Stadt Offenburg mit der Hochschule Offenburg entwickelten sich mehrere Maßnahmenpakete bestehend aus einer Kombination bekannter physikalischer Sachverhalte und Verfahren, die mit den Möglichkeiten einer Gebäudeautomation gekoppelt werden und durch Einbindung der Nutzer in das Betriebskonzept zu einem thermisch verbesserten Arbeits- und Lernklima führen.
Der sommerliche Wärmeschutz von Schulgebäuden im Oberrheingraben und die Bereitstellung von Kühlenergie wurden bereits untersucht und finden Aufnahme im Leitfaden „Natürliche Gebäudeklimatisierung in Klassenzimmern des südlichen Oberrheins“. Im Rahmen der Arbeiten zur Minderung der sommerlichen Überhitzung wurde durch den Einbau und die damit verbundene kontinuierliche Aufzeichnung der CO2‐Konzentrationen der Raumluft festgestellt, dass besonders im Winterhalbjahr eine Verbesserung der Luftqualität erreicht werden muss.
In vielen Schulgebäuden der Region südlicher Oberrhein zeigte sich seit Beginn dieses Jahrhunderts eine verstärkte Überhitzungstendenz. Besonders bei energetisch sanierten Schulen und durch die Umstellung des Schulbetriebs auf den Ganztagsunterricht zeigt sich eine stärkere Wärmebelastung durch die sommerlichen Temperaturen. Die Stadt Offenburg sah hier einen wichtigen Handlungsbedarf, um Klassenräume ohne den Einsatz energieintensiver Kältemaschinen thermisch zu entlasten. Durch einen deutlichen Anstieg beim Energieeinsatz für Kühlmaßnahmen würden die starken Einspareffekte bei den Heizkosten im Sommer neutralisiert. Interessant waren deshalb nachhaltige Lösungen die bei niedrigem Primärenergieeinsatz ein hohes Reduktionspotenzial bei der Kühllast bewirken. Verfahren der natürlichen Gebäudeklimatisierung führten in Zusammenarbeit mit der Forschungsgruppe nachhaltige Energietechnik der Hochschule Offenburg zu unterschiedlichen Nachtlüftungsstrategien zusammen mit ergänzenden Wärmeschutzmaßnahmen.
The significant market growth of stationary electrical energy storage systems both for private and commercial applications has raised the question of battery lifetime under practical operation conditions. Here, we present a study of two 8 kWh lithium-ion battery (LIB) systems, each equipped with 14 lithium iron phosphate/graphite (LFP) single cells in different cell configurations. One system was based on a standard configuration with cells connected in series, including a cell-balancing system and a 48 V inverter. The other system featured a novel configuration of two stacks with a parallel connection of seven cells each, no cell-balancing system, and a 4 V inverter. The two systems were operated as part of a microgrid both in continuous cycling mode between 30% and 100% state of charge, and in solar-storage mode with day–night cycling. The aging characteristics in terms of capacity loss and internal resistance change in the cells were determined by disassembling the systems for regular checkups and characterizing the individual cells under well-defined laboratory conditions. As a main result, the two systems showed cell-averaged capacity losses of 18.6% and 21.4% for the serial and parallel configurations, respectively, after 2.5 years of operation with 810 (serial operation) and 881 (parallel operation) cumulated equivalent full cycles. This is significantly higher than the aging of a reference single cell cycled under laboratory conditions at 20 °C, which showed a capacity loss of only 10% after 1000 continuous full cycles.
Ziel des Pilotprojektes EnMa-HAW ist die Erarbeitung und Erprobung technisch und organisatorisch übertragbarer Konzepte für ein automationsgestütztes Energiemanagement an allen Hochschulen für angewandte Wissenschaften im Land Baden-Württemberg. Das Energiemanagement wird technisch mittels Messtechnik, Datenerfassung, Datenspeicherung und Visualisierung umgesetzt und organisatorisch mit einem Energiezirkel in den Hochschulen verankert.
Sustainable Aspects force a building manager to continuous observation of actual states and developments concerning building use, energy and media flows.In the presented approach a communication structure was built up to use different software applications and tools in order to optimize the operation of the building.