28. Sep 2023

KNX Hackathon Gewinner: Erhöhung des Eigenverbrauchs auf 90 % mit KNX und dem LUKA Energiemanager

Luc Vercruyssen erklärt, wie der Verbrauch von selbst erzeugtem Strom in einem Haus mit einer vom LUKA Energiemanager gesteuerten KNX-Installation typischerweise auf 90 % gesteigert werden kann, und das, noch bevor weitere Einsparungen durch dynamische Tarife berücksichtigt werden.

Da die Elektrifizierung unserer Haushalte und Verkehrsmittel in einem Rekordtempo voranschreitet, ist der Bedarf an intelligenten Stromnetzen und intelligenten Gebäuden unvermeidlich geworden. Dies liegt daran, dass bei dem Bestreben, den CO2-Ausstoß durch die Umstellung von thermischen oder nuklearen Kraftwerken auf erneuerbare Energiequellen zu verringern, der variable Charakter von Wind- und Sonnenenergie zu einem Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage führen kann. In Zeiten der Energieknappheit werden Gaskraftwerke in Betrieb genommen, was enorme CO2-Emissionen verursacht, während in Zeiten des Überschusses an erneuerbaren Energien Wind- und Solarkraftwerke abgeschaltet werden, um eine Überlastung des Netzes zu vermeiden. Wenn die Energienutzung in Gebäuden durch intelligente Systeme optimiert werden kann, können wir eine enorme Energieverschwendung vermeiden und unseren CO2-Fußabdruck verringern.

Konkrete Einsparungen

Wir können zeigen, dass bei Verwendung einer Solaranlage die jährlichen Energiekosten durch Hinzufügen einer Hausbatterie noch weiter gesenkt werden können; dann noch weiter, indem das Energiemanagement eingesetzt wird, um die Spitzenlasten zu reduzieren; und noch mehr, indem das Energiemanagement eingesetzt wird, um die Vorteile dynamischer Tarife voll auszuschöpfen.

Mit einer KNX-Installation, bestehend aus einer Ladestation, einer Wärmepumpe und einer Hausbatterie, die alle vom CDI-Projects LUKA Energiemanager verwaltet werden, haben wir gezeigt, dass wir für einen durchschnittlichen Haushalt eine Gesamtersparnis von rund 1000 EUR pro Jahr erzielen können:

Erhöhung der Verwendung von selbst erzeugter Energie von 70 % auf 90 %.
Verringerung der Netzverbrauchsspitzen um 100 %.
Senkung der Kosten für die Energienutzung aus dem Netz um 30 %.a

Die Vorteile von KNX

LUKA verbindet sich über einen KNX/IP-Router mit dem KNX Netzwerk und nutzt KNX Schaltaktoren und KNX Gateways, um Energieströme zu messen und technische Anlagen wie EV-Ladegeräte, Solaranlagen, Wärmepumpen, Hausbatterien und andere Geräte zu steuern. Sie verwendet auch Webdienste wie Wettervorhersagen und Stromtarife, um alle für die Optimierung der Energieströme erforderlichen Informationen zu sammeln.

Der Einsatz von KNX zur Kommunikation mit Smart-Home-Komponenten gewährleistet ein zukunftssicheres, flexibles und zuverlässiges System. Durch die Verwendung von standardmäßigen, handelsüblichen KNX-Schnittstellen ist für die Steuerung dieser Geräte keine Softwareentwicklung erforderlich.

Praktische Demonstration

Wir haben eine praxisgerechte KNX-Installation aufgebaut, bestehend aus einer Mennekes-Ladestation, die über das ise SMART CONNECT KNX e-charge II Gateway angeschlossen ist, einer Daikin-Wärmepumpe, die über das Zennio KLIC-DA v2 Gateway angeschlossen ist, einer AlphaESS Hausbatterie, die über das ABB Modbus KNX Gateway angeschlossen ist, und der LUKA, die über das MDT IP Interface angeschlossen ist. Wir haben nachgewiesen, dass sich erhebliche Einsparungen erzielen lassen, wenn der Eigenverbrauch erhöht, Spitzenlasten abgebaut und Stromerzeugung und -nachfrage durch dynamische (zeitabhängige) Stromtarife ausgeglichen werden.

Einsparungen und Renditen

Diagramm 1 - Simulation der jährlichen Kosten für die Nutzung von Solarenergie und des Stromnetzes zur Versorgung des Hauses und zum Aufladen des Autos, wobei überschüssige Erzeugung in das Stromnetz zurückgespeist wird.

Nachfolgend eine Simulation eines Kunden mit einem jährlichen Stromverbrauch von 10000 kWh. Durch die Nutzung von Solarenergie und des Stromnetzes zur Versorgung des Hauses, einschließlich des Aufladens des Autos, werden 33 % des Energiebedarfs des Kunden durch Selbsterzeugung gedeckt, wobei der überschüssige selbst erzeugte Strom wieder in das Stromnetz eingespeist wird, wie in Diagramm 1 dargestellt.

Diagramm 2 - Die Simulation zeigt die Gesamtinvestitionskosten, die Energiekosten pro Jahr und die Steigerung des Eigenverbrauchs durch den Einbau einer Hausbatterie.

Anschließend zeigt die Simulation, dass bei Installation einer Hausbatterie der Eigenverbrauch von 33 % auf 70 % ansteigen würde und die Amortisationszeit 16,9 Jahre betragen würde, wie in Diagramm 2 dargestellt.

Diagramm 3 - Die Simulation zeigt die Gesamtinvestitionskosten, die Energiekosten pro Jahr und die Steigerung des Eigenverbrauchs durch den zusätzlichen Einsatz des LUKA Energiemanagers.

Durch den Einbau eines Energiemanagementsystems zur intelligenten Steuerung der Energie wird der Eigenverbrauch auf 90 % erhöht und die Amortisationszeit auf 13,1 Jahre verkürzt, wie in Diagramm 3 dargestellt.

Diagramm 4 - Die Simulation zeigt, dass weitere Einsparungen möglich sind, wenn man einen zeitabhängigen Stromtarif nutzt, ohne dass zusätzliche Kosten entstehen.

Durch den Wechsel zu einem zeitabhängigen Stromtarif (Time-of-Use-Tarif) sinken die jährlichen Kosten weiter, und die Rentabilität sinkt auf 8,8 Jahre, wie in Diagramm 4 dargestellt. Hinweis: Die Simulation der Stromrechnung erfolgt mit dem "V-Test", einem unabhängigen Simulationsprogramm.

Fazit

Durch Simulationen und konkrete Installationen, die die selbst erzeugte Energie optimieren, Spitzenlasten abfangen und dynamische Stromtarife bestmöglich nutzen, haben wir bewiesen, dass ein KNX-basiertes Energiemanagementsystem zu erheblichen Energieeinsparungen führen kann, was wiederum die Kosten und den CO2-Fußabdruck reduziert. Die Kapitalrendite ist bereits gut und würde bei einer Skalierung noch weiter steigen.

Luc Vercruyssen ist Wirtschaftsingenieur und Direktor von CDI-Projects, einem Unternehmen, das sich auf Energiemanagement und intelligente Gebäude spezialisiert hat.

www.cdi-projects.com

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